DE2900020A1 - Mehrbasiges treibladungspulver - Google Patents
Mehrbasiges treibladungspulverInfo
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Description
Dipl.-lng. H.-P. LieCk Patentanwalt Maximiliansplatz 10 D-8000 München 2 Tel. (089) 220821
WNC Nitrochemie GmbH Aschau
P 153 15
P 153 15
BESCHREIBUNG
Mehrbasiges Treibladungspulver.
Die Erfindung betrifft mehrbasige Treibladungspulver für Rohrwaffen und Flugkörper mit Nitrozellulose und Sprengöl
als Energieträger.
Übliche Treibladungspulver enthalten ein einziges Sprengöl.
Das jeweils eingesetzte Sprengöl, sein Gehalt, der Gehalt an Nitrozellulose und deren Nitrierungsgrad bestimmen die
Eigenschaften des Treibladungspulvers und sein Verhalten
bei der Herstellung. So hat der typischerweise zwischen 11,8 bis 13,4 %-N„ liegende Nitrierungsgrad Einfluß auf
das Herstellungsverfahren und den durch die Explosionswärme charakterisierten Energiegehalt des Treibladungspulvers. In
noch verstärktem Maß hat das jeweils eingesetzte Sprengöl
Einfluß auf den Energiegehalt. Technische Bedeutung als Sprengöle haben folgende Substanzen:
Nitroglyzerin CH2 - O - NO„ Explosionswärme
( - NGL ) CH-O- NO„ . 6322 J/g
ι ^
CH - O - NO„ Sauerstoffwert
+ 3,5 %
Diäthylenglykol- CH2 - O - NO„ Explosionswärme
dinitrat ^CH2 4857 J/g
( = Diglykoldi- 0^CH Sauerstoffwert
η itrat = DEGN) CH2 - O - NO2 - 40,8 %
B3Q027/0521
1,2,4-Butan- | CH2 | - O |
trioltrinitrat | CH2 | |
CH | - O | |
CH„ | - .0 |
- NO,
- NO,
Explosiohswärme 5945 J/g Sauerstoffwert
- 16,6 %
Methrioltrinitrat
CH
- O - NO,
CH„ -
C-CH2- O - NO2
CH
- O - NO,
Explosionswärme 5175 J/g Sauerstoffwert
- 34,5 %
Da sich die aufgeführten Sprengöle z.B. im Gelierverhalten gegenüber der Nitrozellulose, der Explosionswärme und dem
Sauerstoffwert unterscheiden, können mit ihnen Treibladungs pulver unterschiedlicher Eigenschaften hergestellt werden.
Die energiereichsten Treibladungspulver erhält man bei Verwendung
von Nitroglyzerin. So kann z.B. ein zweibasiges, mit Lösungsmittel gefertigtes Treibladungspulver mit ca.
40 % Nitroglycerin auf eine Explosionswärme von 5000' J/g eingestellt werden. Dagegen erbringt ein vergleichbares
Treibladungspulver mit Diglykoldinitrat eine Explosionswärme von 4200 J/g.
Unter Berücksichtigung des Herstellungsprozesses für ein Treibladungspulver läßt sich dessen Explosionswärme über
einen bestimmten, vom jeweils verwendeten Sprengöl abhängigen Wert praktisch nicht steigern. So ist es z.B. unmöglich,
ein lösungsmittelfrei zu fertigendes Treibladungspulver mit Diglykoldinitrat als Sprengöl herzustellen, das
eine Explosionswärme von 4750 J/g hat. In solchen Fällen ist es bisher üblich, die gefordete Explosionswärme durch
Verwendung eines höherkalorigen Öles, im obigem Beispiel also Nitroglyzerin, und gleichzeitigen Einbau energiezehrender
Stoffe, wie z.B. Centralite oder Phthalate, einzustellen.Die Verwendung energiezehrender Stoffe ist deshalb
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notwendig, weil Treibladungspulver aus Gründen der Herstellung, z.B. seiner Homogenisierung und Gelatinierung auf den
heißen Walzwerken, eine bestimmte Mindestmenge an Sprengölen, im Beispiel also Nitroglyzerin, erfordert, durch welche
aber dann die gefordete Explosionswärme ohne Anwendung energiezehrender Stoffe überschritten würde. Andererseits
kann der energiezehrende Stoff im Treibladungspulver Ballast für dessen eigentliche Funktion sein, der unter Umständen
erwünschte Eigenschaften des Treibladungspulvers nachteilig beinflußt.
Auch die bekannten dreibasigen Treibladungspulver, z.B. das nitroguanidinhaltige Nitroglyzerinpulver oder das nitroguanidinhaltige
Diglykoldinitratpulver, das sogenannte Gudolpulver, enthalten jeweils nur ein Sprengöl. Deshalb ist
auch bei ihnen die Einstellung einer innerhalb eines nennenswerten Bereiches beliebig vorgegebenen Explosionswärme
ohne energiezehrende Stoffe nicht möglich. Der in dreibasigen Treibladungspulvern enthaltene weitere Energieträger,
Z.-B. das Nitroguanidin, läßt sich für eine solche Einstellung nicht heranziehen, weil er keine Gelierung bewirkt,
sondern ein Füllstoff ist, dessen Einbaubarkeit in das Nitrozellulose-Sprengöl-Gel
begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues mehrbasiges
Treibladungspulver zu schaffen. Dieses soll insbesondere in einem weiten Energiebereich auf eine gewünschte
Explosionswärme einstellbar sein, leicht hergestellt werden können und außerdem auch in seinen übrigen Eigenschaften,
insbesondere dem Schießverhalten und der Lagerfähigkeit, gegenüber herkömmlichen Treibladungspulvern noch verbessert
sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem mehrbasigen
Treibladungspulver gelöst, das anstelle des üblicherweise
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verwandten einen, chemisch einheitlichen Sprengöls zwei oder mehr verschiedene Sprengöle enthält.
Bei dem erfindungsgemäßen Treibladungspulver ist es in überraschend
einfacher Weise möglich, eine bestimmte, vorgegebene Explosionswärme ohne die Verwendung energiezehrender
Stoffe lediglich durch entsprechende Variation der Anteile der mindestens zwei verschiedenen, d.h. auch in ihrem Energiegehalt
unterschiedlichen Sprengöle genau einzustellen. Die durch den Einbau von zwei oder mehr Sprengölen erzielte
Bemessungsfreiheit erlaubt die genaue Einstellung einer
gefordeten Explosionswärme auch unter Berücksichtigung von Grenzen für die Zusammensetzung, welche durch den Herstellungsgang
gezogen sind, und unter Berücksichtigung anderer, von einem Treibladungspulver zu fordernder Eigenschaften.
Für das erfindungsgemäße Treibladungspulver bevorzugt zur
Anwendung kommende Sprengöle sind in den Ansprüchen 2 und 3 genannt. Innerhalb der Grenzen für den Sprengöl-Gesamtgehalt,
von denen sich die untere im allgemeinen nach dem Herstellungsverfahren und die obere nach den Pulvereigenschaften
richtet und z.B. das Sprengölbindungsverhalten in Bezug auf Exsudationsgefahr berücksichtigt, wird man beim
erfindungsgemäßen Treibladungspulver zweckmäßigerweise im Sinne von Anspruch 10 den Anteil des niederkalorigen Sprengöls
so groß wie möglich machen und höherkalorige Sprengöle nur mit dem Anteil in das Treibladungspulver einbauen, wie
es zur Erreichung der geforderten Explosionswärme notwendig ist.
Geeignete Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Treibladungspulvers
für lösungsmittelfreie Herstellung (solventless
procedure) z.B. auf Walzwerken und/oder Extrudern, Herstellung mit begrenztem Lösungsmittelzusatz (semi solvent
procedure) und für Herstellung nach klassischem Lö-
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sungsmittelverfahren (solvent procedure) gehen aus den Ansprüchen 4 und 5, 6 bzw. 7, 8 und 9 hervor.
Die vorteilhafte Einstellbarkeit der Explosionswärme bei einem erfindungsgemäßen Treibladungspulver sei an folgendem
Vergleich aufgezeigt:
Ein herkömmliches Treibladungspulver A hat folgende Zusammensetzung:
Nitrozellulose mit 13,1 % N2 52,00 Gew.-%
Nitroglyzerin 40,00 "
Weichmacher 5,50 "
Stabilisatoren 2,50 "
100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt ca. 4600 J/g.
Ein anderes, herkömmliches Treibladungspulver B hat folgende Zusammensetzung:
Nitrozellulose mit 12,6 % N2 56,00 Gew.-%
Nitroglyzerin 38,80 " Stabilisatoren 5,10 " -
Magnesiumoxid + Grafit 0,10 "
100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt ca. 4600 J/g.
Ein erfindungsgemäßes Treibladungspulver C hat folgende
Zusammensetzung:
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Nitrozellulose mit 13,0 % N_ 59,50 Gew.-S
Diglykoldinitrat 24,80 "
Nitroglyzerin 14,90 "
Stabilisatoren 0,70 "
Magnesiumoxid + Grafit 0,10 "
100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt wiederum ca. 4600 Joule/g.
Die.Treibladungspulver A und B enthalten einen deutlich
höheren Anteil an Stabilisatoren und Weichmacher bzw. an Stabilisatoren, als es an sich notwendig ist. Der überschießende
Anteil dient ausschließlich zur Energiezehrung, durch welche die Explosionswärme auf den angegebenen Wert eingestellt
wird. Beim erfindungsgemäßen Treibladungspulver C wird demgegenüber die gleiche Explosionswärme ohne geson- ■
derte Energiezehrung durch den Einbau von zwei Sprengölen in entsprechenden Anteilen erreicht.
Zum Vergleich der Pulvereigenschaften wurden die Treibladungspulver
B und C in einer Waffe von 105 mm Kaliber eingesetzt. Hierbei zeigte es sich, daß das erfindungsgemäße
Treibladungspulver C im Aussentemperatur-Druckverhalten eindeutig günstiger liegt als das Treibladungspulver B. Das
Treibladungspulver B zeigte bei -40 C schon einen als kritisch zu beurteilenden Druckanstieg, der unter sonst gleichen
Bedingungen beim Treibladungspulver C nicht auftrat.
Die Schießeigenschaften der Treibladungspulver. A und C wurden
mit einer Waffe von 120 mm Kaliber verglichen. Es zeigte sich, daß mit dem erfindungsgemäßen Treibladungspulver
C Geschoßgeschwindingkeiten erzielt wurden, die mit dem Treibladungspulver A erst bei um 100 bis 200 bar höhren
Drücken erreicht wurden.
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Es ergibt sich also eine eindeutige ballistische Überlegenheit des erfindungsgemäßen Treibladungspulvers mit mehreren
Sprengölen gegenüber dem herkömmlichen Treibladungspulver.
Das erfindungsgemäße Treibladungspulver zeigt eine weitere
vorteilhafte Eigenschaft:
In modernen Waffensystemen werden anstelle der konventionellen
Metallkartuschen in steigendem Maße verbrennbare Kartuschen-Hülsen eingesetzt. Diese bestehen z.B. aus einem
hohen Anteil an Nitrozellulosen und zusätzlich Neutralfasern, einem Harzbinder und einem chemischen Stabilisator
für die Nitrozellulose. Auf Grund ihres stofflichen Zusammensetzung können sie Weichmacher und Sprengöle in Kontakt
mit Treibladungspulvern aufnehmen. Um eine lange Lagerfähigkeit von Munition mit verbrennbaren Hülsen zu gewährleisten,
ist es aber wichtig, daß das Treibladungspulver möglichst wenig Sprengöl an das Hülsenmaterial abgibt.
Bei einer Untersuchung des erfindungsgemäßen Treibladungspulvers in dieser Hinsicht ergab sich überraschend, daß
es signifikant weniger Sprengöl an verbrennbares Hülsenmaterial abgibt als bekannte Treibladungspulver.
Im einzelnen wurde eine Überprüfung mit den zuvor aufgeführten Treibladungspulvern A und C in der Weise ausgeführt,
daß Treibladungspulver zwischen zwei Stücken verbrennbaren Hülsenmaterials gepreßt und in gut verschlossenen Flaschen
bei 65 °C und 80 0C gelagert wurde. Dabei wurde die Gewichtszunahme
des verbrennbaren Hülsenmaterials über die Zeit verfolgt.
Bei 80 C Lagertemperatur wurden folgenden Gewichtszunahmen
ermittelt:
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Pulver A Pulver C Differenz
nach 1 Woche 9,0 % 7,3 % 1,7 %
nach 3 Wochen 16,7 % 12,0 % 4,7 %
nach 6 Wochen 21,4 % 14,5 % 6,9 %
Bei 65 C Lagertemperatur wurde nach 18 Tagen folgende Gewichtszunahme
ermittelt:
Pulver A Pulver C Differenz
8,0 %
6,9 %
1,1
Die aufgeführten Ergenisse zeigen deutlich die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Treibladungspulvers gegenüber
einem bekannten Treibladungspulver im Hinblick auf den Sprengöl-Übergang in das Hülsenmaterial.
Schließlich kann man von einem erfindungsgemäßen Treibladungspulver
wegen der genauen Einstellbarkeit der Explosionswärme noch den Vorteil einer vergleichsweise geringeren
Waffenrohr-Erosion erwarten.
Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße
Treibladungspulver näher erläutert.
für ein lösungsmittelfreies Diglykoldinitrat/Nitroglyzerin-Treibladungspulver:
In einer in der Pulverfertigung üblichen 400 1-Knete werden
zusammengemischt:
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148,8 kg Trockengewicht einer 30 % Wasser enthaltenden Pulverrohmasse
folgender, auf Trockengewicht bezogener Zusammensetzung:
60 % Nitrozellulose eines Nitrierungsgrades von
60 % Nitrozellulose eines Nitrierungsgrades von
13,0 % Stickstoff 25 % Diglykoldinitrat 15 % Nitroglycerin;
1,080 kg Arkardit II 0,075 kg Magnesiumoxid 0,075 kg Grafit
Nach optimaler Durchmischung im Kneter wird die Masse auf einem Walzknetwerk bei 85 C in der üblichen Arbeitsweise
zu einem gut durchgelatinierten Fell verarbeitet, dann zu einem Preßwickel gerollt und in einer hydraulischen Presse
bei 70 C zu einem 7-Loch-Strang verpreßt, dessen Durchmesser und Stegbreite nach den Munitionsanforderungen eingestellt
sind. Nach dem Schneiden der Stränge auf die geforderte Länge wird das Pulver nach der Reifelagerung abgemischt.
Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen die folgende
Zusammensetzung:
Nitrozellulose mit 13,0 % Stickstoff Diglykoldinitrat
Nitroglyzerin Akardit II Grafit
Magnesiumoxid
100,00 Gew.-% Seine Explosionswärme beträgt ca. 4600 J/g.
An dem Treibladungspulver wurde das vorstehend beschriebene günstige ballistische Verhalten ermittelt.
Ö30027/0521
59,5 | Gew.-% |
24,8 | Gew.-% |
14,9 | Gew.-% |
0,7 | Gew.-% |
0,05 | Gew.-% |
0,05 | Gew.-% |
für ein lösungsmittelfreies Butantrioltrinitrat/Nitroglyzerin-Treibladungspulver:
Der Knetansatz ist wie folgt:
148,8 kg Trockengewicht einer 30% Wasser enthaltenden Pulverrohmasse
folgender, auf Trockengewicht bezogener Zusammensetzung:
64 % Nitrozellulose eines Nitrierungsgrades von
64 % Nitrozellulose eines Nitrierungsgrades von
13,0 % Stickstoff,
22 % 1,2,4-Butantrioltrinitrat,
14 % Nitroglyzerin,
22 % 1,2,4-Butantrioltrinitrat,
14 % Nitroglyzerin,
0,375 kg Centralit I
0,675 kg Akardit II
0,075 kg Magnesiumoxid
0,075 kg Grafit
Die Herstellung entspricht dem Beispiel 1 .
Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen die folgende Zusammensetzung:
Nitrozellulose mit 13,0 % Stickstoff 63,50 Gew.-%
1,2,4-Butantrioltrinitrat 21,70 Gew.-%
Nitroglyzerin 14,00 Gew.-%
Centralit I 0,25 Gew.-%
Akardit II 0,45 Gew.-%
Grafit · 0,05 Gew.-%
Magnesiumoxid 0,05 Gew.-%
100,00 Gew.-% Seine Explosionswärme beträgt ca. 4950J/g.
030027/0521
für ein lösungsmittelfreies Diglykoldinitrat/Nitroglyzerin/Nitroguanidin-Treibladungspulver:
Der Knetansatz ist wie folgt:
103,8 kg Trockengewicht einer 30 % Wasser enthaltenden
Pulverrohmasse wie im Beispiel 2,
45|0 kg Nitroguanidin
0,300 kg Centralit I
0,750 kg Akardit II
0,075 kg Magnesiumoxid
0,075 kg Grafit
Die Herstellung entspricht dem Beispiel 1.
Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen die folgende Zusammensetzung:
Nitrozellulose mit 13,0 % Stickstoff 44,30 Gew.-%
Diglykoldinitrat 15,00 Gew.-%
Nitroglyzerin 9,90 Gew.-%
Nitroguanidin 30,00 Gew.-%
Centralit I 0,20 Gew.-%
Akardit II 0,50 Gew.-%
Magnesiumoxid 0,05 Gew.-%
Grafit 0,05 Gew.-%
100,00 Gew.-% Seine Explqsionswärme beträgt ca» 4100 J/g.
für ein lösungsmittelhaltiges Butantrioltrinitrat/Methrioltrinitrat/DigIykoIdinitrat/Nitroguanidin-TreibladungspuIver
§30027/0521
- 14 In eine 400 1-Knete werden eingefüllt:
172 kg einer 30 % Alkohol enthaltenden Nitrozellulose mit 12,8 % N2
(= 110 Kg Nitrozellulose, umgerechnet auf alkoholfreie
Substanz)
40 kg Nitroguanidin
2 kg Akardit II
40 kg Nitroguanidin
2 kg Akardit II
In dieses vorgemischte Gemenge wird eine Mischung aus folgenden, mit Lösungsmitteln phlegmatisierten Sprengölen eingebracht:
16 kg 1,2,4-Butantrioltrinitrat
Methrioltrinitrat
16 kg Diglykoldinitrat
40 kg Alkohol-Äther-Gemisch
16 kg Diglykoldinitrat
40 kg Alkohol-Äther-Gemisch
Nach dem Mischen im Kneter wird der Ansatz einer 10tätigen Reifung bei ca. 25 C überlassen, danach erneut durchgeknetet
und anschließend in einer hydraulischen Presse zu Einloch-Stfängen verpreßt. Nach dem Schneiden wird das Pulver
im Warmluftstrom, ggf. unter Vakuum, getrocknet.
Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen folgende Zusammensetzung:
Nitrozellulose mit 12,8 % Stickstoff 55,00 Gew.-%
1,2,4,-Butantriotrinitrat 8,00 Gew.-%
Methrioltrinitrat 8,00 Gew.-%
Diglykoldinitrat 8,00 Gew.-%
Nitroguanidin 20,00 Gew.-%
Akardit II 1,00 Gew.-X
100,00 G«w.-% Di« Explosionswärme beträgt ca. 3960 J/g.
•30027/0521
Claims (10)
- Dipl.-lng. H.-P. Lieck Patentanwalt Maximiliansplatz 10 D-8000 München 2 Tel.(089)220821WNC Nitrochemie GmbH Aschau
P 153 15ANSPRÜCHE^J Mehrbasigen Treibladungspulver für Rohrwaffen und Flugkörper mit Nitrozellulose und Sprengöl als Energieträger, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zwei verschiedene Sprengöle enthält. - 2. Treibladungspulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es ein Gemisch aus mindestens zwei der Sprengöle Nitroglyzerin,Diglykoldinitrat, Methrioltrinitrat und 1,2,-4-Butantrioltrinitrat enthält.
- 3. Treibladungspulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Sprengöle Nitroglyzerin und Diglykoldinitrat enthält.
- 4. Treibladungspulver nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches lösungsmittelfrei (solventless procedure) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an Sprengölen (Sprengöl-Gesamtgehalt) im Hinblick auf eine optimale Homogenisierung und Gelatinierung im Herstellungsprozess festgelegt ist.
- 5. Treibladungspulver nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Sprengöl-Gesamtgehalt zwischen 24 Gew.-% und 50 Gew.-%, bevorzugt zwischen 35 Gew.-% und 45 Gew.-%, beträgt.030027/0521
- 6. Treibladungspulver nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches als zwei- oder dreibasiges Pulver mit begrenzter Lösungsmittelmenge als Gelatinierhilfe (semisolvent procedure) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengöl-Gesamtgehalt bis zu 30 Gew.-% beträgt.
- 7. Treibladungspulver nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches mit Lösungsmitteln (solvent procedure) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengöl-Gesamtgehalt im Hinblick auf die jeweils einzustellende Explosionswärme und/oder den einzuarbeitenden Nitroguanidin- bzw. Nitraminanteil festgelegt ist.
- 8. Treibladungspulver nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Sprengöl-Gesamtgehalt so festgelegt ist, daß bis zu 55 Gew.-% Nitroguanidin oder Nitramine wie Hexogen oder Oktogen in das Nitrozellulose-Sprengöl-Gel einarbeitbar sind.
- 9. Treibladungspulver nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengöl-Gesamtgehalt bis zu 150 Gew.-%, bezogen auf den Nitrozellulose-Gehalt, beträgt.
- 10. Treibladungspulver nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des oder der höherkalorigen Sprengöle am Sprengöl-Gesamtgehalt so bemessen ist, daß eine bestimmte, vorgegebene Explosionswärme erreicht wird, ohne energiezehrende Ballaststoffe wie Phthalate oder Centralite.Ö30027/0521
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