DE3243425C2

DE3243425C2 -

Info

Publication number: DE3243425C2
Application number: DE19823243425
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Chem. Dr. 7500 Karlsruhe De Mueller; Fred Dipl.-Chem. Dr. Volk; Manfred Dipl.-Phys. 7519 Walzbachtal De Hund
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1987-11-12
Also published as: DE3243425A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Anzündmitteln für Treibladungen, bestehend aus einem pyrotechnischen Brennstoff auf der Basis B/KNO₃ oder Ti/Ba (NO₃)₂ oder TiH_x/Ba (NO₃)₂ mit x <1 oder Zr/Ba (NO₃)₂ und Nitrocellulose (NC).

Es ist bekannt, daß die Wirkung von Anzündmittel im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt wird. Zum einen sollen die Reaktionsprodukte nach Möglichkeit partikelreich sein und diese Partikel eine hohe Temperatur aufweisen, zum anderen muß für die Partikel ein Transportgas bereitgestellt werden, damit die Partikel die Treibladung so gut als möglich durchdringen. Auch das Transportgas soll eine entsprechend hohe Temperatur aufweisen, um die Partikeltemperatur aufrechtzuerhalten.

Bei Abbrand von Schwarzpulver entstehen zwar partikelreiche Reaktionsprodukte, doch weisen diese eine relativ niedrige Temperatur auf. Die Explosionswärme liegt daher nur bei 2805 kJ/kg. Diese Explosionswärme wird durch NC-Pulver wesentlich, nämlich bis annähernd 4180 kJ/kg erhöht. Der Abbrand von NC-Pulver ist jedoch stark druckabhängig, insbesondere in unteren Druckbereichen, so daß für die Freisetzung der gesamten Reaktionswärme ein gewisser Mindestdruck notwendig ist, um die Gleichgewichtsreaktion ablaufen zu lassen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim Abbrand von NC-Pulver große Gasmengen erzeugt werden, die den gewünschten Effekt der festen oder flüssigen Partikel aus den Reaktionsprodukten nicht oder nur in abgeschwächtem Maß zur Geltung kommen lassen.

Soweit die bisher bekannten Anzündmittel auf Schwarzpulver/ NC-Basis kompaktiert worden sind, liegen sie als zylindrische Körper von 1,4 mm Durchmesser als sogenanntes Beiladungspulver vor oder sie werden als sogenannte Strands in Form von Stangen von ca. 254 mm bei 2,0 mm Durchmesser erzeugt. Sie eignen sich zur Handhabung in sogenannten Primern für Rohrwaffen mittleren bis großen Kalibers. Unbefriedigend jedoch ist ihre Anzündwirkung bei Schüttpulvern und dort auch bei größeren Kalibern. Beobachtungen an Patronen haben gezeigt, daß das Schüttpulver in den Randzonen nicht direkt zur Anzündung kommt, sondern erst durch gezündetes Treibladungspulver im Primer-Bereich zur Nachzündung gebracht wird. Dieses Zündverhalten ist aus ballistischen Gründen unerwünscht.

Anzündmittel des eingangs geschilderten Aufbaus sind aus der US-PS 36 82 727 bekannt bzw. in naheliegender Weise herleitbar. Hierbei enthält die Heißpartikelzündmasse Bor, Kaliumnitrat und einen Polymerbinder oder aber Zirkonium und Titan und NC sowie ein organisches Nitrat. Dabei wird es als naheliegend angesehen, die in der US-PS 32 82 727 offenbarten Alkalimetallnitrate durch Erdkalimetallnitrate zu ersetzen, wie dies aus der US-PS 36 82 727 gleichfalls bei Anzündmitteln bekannt ist.

Diese Anzündmittel werden in Binder, z. B. Polyurethan (US-PS 36 82 727) oder anderen Polymere (US-PS 32 82 727) eingebettet und liegen dann als Granulate oder Pellets vor, die wiederum in die NC enthaltende Zündmasse eingearbeitet werden müssen. Die NC liegt hier als eine Art Zuladung zu der pyrotechnischen Mischung vor, die erst von der pyrotechnischen Mischung gezündet werden muß, ehe sie für die Treibladung zündfähig wird. Dadurch und durch die Binderzugabe ergeben sich zwangläufig entsprechend hohe Zündverzugszeiten, die durch die Granulatform und die dadurch bedingten Zwischenräume weiter verschlechtert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der eingangs genannten Anzündmittel vorzuschlagen, mit dessen Hilfe kompakte Anzündmittel mit niedriger Zündverzugszeit bereitgestellt werden können.

Diese Aufgabe findet ihre Lösung darin, daß eine pyrotechnische Grundmischung aus 20±6 Gew.-% Metallen bzw. Subhydridanteil und 40±12 Gew.-% Sauerstoffträger hergestellt und die Grundmischung der mit Lösungsmittel, wie Aceton, durch Kneten angeteigten Nitrocellulose mit einem Gehalt von 30±12 Gew.-%, ggf. unter Zusatz von Stabilisatoren, untergemischt und die erhaltene, noch lösungsmittelfeuchte Mischung zu Strängen gepreßt wird, die nach dem Schneiden auf Wunschmaß einer Trocknung unterzogen werden. Eine andere Variante der Lösung besteht darin, daß eine pyrotechnische Grundmischung aus 20±6 Gew.-% Metallen bzw. Subhydridanteil und 40±12 Gew.-% Sauerstoffträger hergestellt, die Grundmischung zusammen mit 30±12 Gew.-% Nitrocellulose einem Schneckenextruder zugeführt und unter Zugabe eines Lösungsmittels, wie Aceton, gemischt und geknetet und die im Schneckenextruder erhaltene Mischung zu Strängen extrudiert wird, die nach dem Schneiden auf Wunschmaß einer Trocknung unterzogen werden. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren werden die pyrotechnischen Metalle bzw. Metallhydride und der Sauerstoffträger nicht mit einem inerten oder energiearmen Binder, sondern mit der Nitrocellulose selbst oberflächenbeschichtet. Die erhaltene, noch lösungsmittelfeuchte Mischung kann zu kompakten Strängen geformt werden. Dies, wie auch die Herstellung der Grundmischung erfolgt aus Sicherheitsgründen zweckmäßigerweise unter Schutzgasatmosphäre.

Praktische Untersuchungen an solchen Anzündmitteln haben gezeigt, daß die Anzündverzugszeiten (t₂) wesentlich günstiger liegen als bei vergleichbaren bekannten Anzündmitteln. Sie liegen zwischen 18 ms und 37 ms gegenüber Anzündverzugszeiten von minimal 55 ms bei den bekannten Anzündmitteln. Die erfindungsgemäßen Anzündmittel lassen einen hohen Anteil an partikelförmigen Reaktionsprodukten entstehen, die durch ein ausreichend heißes Transportgas, das allerdings in nicht zu großer Menge anfällt, in kurzer Zeit die Treibladungspulververschüttung vollständig durchdringen, so daß die Aktivierungsenergie des Treibladungspulvers schnell überwunden wird. Mit der Erfindung wird ein hochkalorisches Anzündsystem geschaffen, dessen Reaktionsprodukte (Partikel und Gas) in einem offenbar günstigen Verhältnis stehen, so daß nicht nur Treibladungspulver (Schüttpulver oder Stangenpulver), sondern auch Festtreibstoffe, z. B. Raketentreibstoffe, wirksam angezündet werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann Zr ganz oder teilweise durch ZrH₂ ersetzt sein. In diesem Fall, aber auch bei Verwendung von reinem Zr, Ti oder TiH_x mit x <1 empfiehlt es sich als Katalysator und zusätzlichen Sauerstoffträger Metalloxide, wie PbO₂, mit 8±8 Gew.-% zuzusetzen. Der günstige Einfluß von PbO₂ liegt darin, daß es bereits bei 400 bis 500° Sauerstoff abgibt. Untersuchungen an diesem System haben gezeigt, daß die Anzündverzugszeiten annähernd die gleichen sind. Gegenüber dem System B/KNO₃ ergibt sich lediglich eine geringere Explosionswärme und ein geringerer Anteil an festen Reaktionsprodukten.

Bei der Verwendung von Zr, ZrH₂ oder Mischungen hieraus sowie von Ti hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Nitroguanidin (Nigu) mit 6±6 Gew.-% zuzugeben. Dieser Zusatz drückt bei hoher Gaserzeugung die zu hohe Partikeltemperatur.

Ähnliche Wirkungen lassen sich gemäß einer anderen Ausführungsform bei Verwendung von Gemischen aus Zr und ZrH₂ durch Zugabe von 5±5 Gew.-% Pentaerythrittetranitrat (PETN) erzielen.

Bei allen vorgenannten Ausführungsformen wird mit Vorteil NCmit einem N-Gehalt zwischen 12 und 14 % verwendet.

Je nach Verwendungszweck des Anzündmittels kann es sich empfehlen, NC ganz oder teilweise durch elastomere oder plastomere Binder mit Nitrogruppen oder durch Copolymere auf der Basis Styrol- Ethylenbutylen-Styrol zu ersetzen. Dadurch entstehen besonders kompakte Anzündmittel.

In der beigefügten Tabelle 1 sind die chemischen und physikalischen Daten der erfindungsgemäßen Anzündmittel mit Akardit als Stabilisator anhand einiger Ausführungsbeispiele zusammengestellt. Hieraus sind insbesondere die für das Verhalten von Anzündmitteln maßgebliche Zündverzugszeit t₂ (ms). Explosionswärme Q (J/g) und der Feststoffgehalt in den Reaktionsprodukten ersichtlich.

Statt des in Tabelle 1 aufgeführten PbO₂ können natürlich auch andere Metalloxide, wie Fe₂O₃ oder Cu₂O eingesetzt werden, vor allem bei Verwendung von Titan in der pyrotechnischen Grundmischung. Im übrigen sei noch auf einen besonderen Vorteil der Ti- bzw. TiH_x-Varianten hingewiesen, der bei Einsatz in Rohrwaffen wirksam wird. Die entstehenden Oxide bilden nämlich einen wirksamen Korrosions- und Erosionsschutz in der Waffe, so daß eine höhere Schußfolge möglich ist.

Tabelle 1

Chemische und physikalische Daten der Anzündmittel

Zusammensetzung in Gew.-%

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Anzündmitteln für Treibladungen, bestehend aus einem pyrotechnischen Brennstoff auf der Basis B/KNO₃ oder Ti/Ba (NO₃)₂ oder TiH_x/Ba (NO₃)₂ mit x <1 oder Zr/Ba (NO₃)₂ und Nitrocellulose (NC), dadurch gekennzeichnet, daß eine pyrotechnische Grundmischung aus 20±6 Gew.-% Metallen bzw. Subhydridanteil und 40±12 Gew.-% Sauerstoffträger hergestellt und die Grundmischung der mit Lösungsmittel, wie Aceton, durch Kneten angeteigten Nitrocellulose mit einem Gehalt von 30±12 Gew.-%, ggf. unter Zusatz von Stabilisatoren, untergemischt und die erhaltene, noch lösungsmittelfeuchte Mischung zu Strängen gepreßt wird, die nach dem Schneiden auf Wunschmaß einer Trocknung unterzogen werden.

2. Verfahren zur Herstellung von Anzündmitteln für Treibladungen, bestehend aus einem pyrotechnischen Brennstoff auf der Basis B/KNO₃ oder Ti/BA (NO₃)₂ oder TiH_x/Ba (NO₃)₂ mit x <1 oder Zr/Ba (NO₃)₂ und Nitrocellulose (NC), dadurch gekennzeichnet, daß eine pyrotechnische Grundmischung aus 20±6 Gew.-% Metallen bzw. Subhydridanteil und 40±12 Gew.-% Sauerstoffträger hergestellt, die Grundmischung zusammen mit 30±12 Gew.-% Nitrocellulose einem Schneckenextruder zugeführt und unter Zugabe eines Lösungsmittels, wie Aceton, gemischt und geknetet und die im Schneckenextruder erhaltene Mischung zu Strängen extrudiert wird, die nach dem Schneiden auf Wunschmaß einer Trocknung unterzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pyrotechnische Grundmischung unter Schutzgasatmosphäre hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrudieren im Schneckenextruder unter Schutzgas durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der pyrotechnischen Grundmischung Zr ganz oder teilweise durch ZH₂ ersetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Zr, ZrH₂, Ti oder TiH_x mit x <1 Metalloxid als Katalysator, wie PbO₂, in einer Menge von 8±8 Gew.-% zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Zr, ZrH₂ oder Ti Nitroguanidin (Nigu) mit 6±6 Gew.-% zugesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Gemischen aus Zr und ZrH₂ Pentaerythrittetranitrat (PETN) mit 5±5 Gew.-% zugesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß NC mit einem N-Gehalt zwischen 12 und 14 % verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß NC ganz oder teilweise durch elastomere oder plastomere Binder mit Nitrogruppen oder durch Copolymere auf der Basis Styrol-Ethylenbutylen- Styrol ersetzt wird.