DE3326883A1 - Fuer infrarotstrahlung undurchlaessigen rauch erzeugende pyrotechnische zusammensetzung und daraus hergestellte nebelmunition - Google Patents

Fuer infrarotstrahlung undurchlaessigen rauch erzeugende pyrotechnische zusammensetzung und daraus hergestellte nebelmunition

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Description

PRINZ, BUNKE & PARTNER Patentanwälte · European Patent Attorneys
München S Stuttgart 33268 8
25. Juli 1983
ETAT FRANCAIS represents par Ie
Delegue General pour l'Armement
14, rue Saint-Dominique
75997 PARIS / Frankreich
Unser Zeichen: E 1191
Für Infrarotstrahlung undurchlässigen Rauch erzeugende pyrotechnische Zusammensetzung und daraus hergestellte Nebelmunition
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Rauch oder Nebel erzeugenden pyrotechnischen Zusammensetzungen, die es gestatten, irgendein Zielobjekt dadurch zu tarnen, daß der Durchtritt der von dem Ziel emittierten Infrarotstrahlung verhindert wird, um das Ziel für einen Sensor, beispielsweise eine thermische Kamera, unauffindbar zu machen.
Es gibt sehr wenig Veröffentlichungen, die sich auf die Erzeugung einer Rauch- oder Nebelabschirmung beziehen, welche den Durchtritt von durch ein Zielobjekt ausgesandter Infrarotstrahlung in Richtung auf einen Sensor verhindert, und bis heute hat kein Verfasser die Verwendung einer pyrotechnischen Zusammensetzung zur Erzeugung
einer Abschirmung aus für Infrarotstrahlung undurchlässigem Rauch oder Nebel vorgeschlagen. Dagegen wurden zahlreiche Untersuchungen bezüglich klassischer nebelbildender Zusammensetzungen gemacht, die eine Nebelwolke erzeuch gen, um irgendwelche Raketen für das menschliche Auge zu tarnen. Dem Fachmann bekannt sind nebelbildende pyrotechnische Zusammensetzungen auf Basis von Hexachloräthan und Zinkoxid, und zwar beispielsweise aus der US-PS 2 939 779. Diese Art von Zusammensetzung ist in der Lage, einen ^q weißen Nebel durch die Bildung von Zinkchlorid oder Ammoniumchlorid zu erzeugen, wobei der Kohlenstoff dabei zu Kohlendioxid umgewandelt wird. Diese Art von Zusammensetzung ist völlig unwirksam gegenüber empfindlichen Strahlungssensoren im Bereich von Wellenlängen von 1 bis 14 μΐη. Dabei ist zu berücksichtigen, daß man auf Durchlässigkeitsbereiche in der Atmosphäre Wert legt, die verwendet werden, um die thermische Strahlung zu empfangen. Die beiden insbesondere verwendeten Durchlässigkeitsbereiche sind:
- der Bereich von 3 bis 5 μΐη und
- der Bereich von 7 bis 14 μΐη.
Man wird also insbesondere diese beiden Bereiche zur Untersuchung des Durchtritts oder der Absorption dieser nebelbildenden Zusammensetzungen verwenden.
Die raucherzeugenden, für Infrarotstrahlung undurchlässigen Zusammensetzungen stoppen die von irgendeinem Körper ausgesandte Infrarotstrahlung, sei es durch Absorption, sei es durch Diffusion, durch Diffraktion, oder sei es durch thermische Oberlagerung, d.h. durch eine der nebelerzeugenden Zusammensetzung selbst eigene, dichte thermische Emission (Fall der Infrarotgeschosse), die sich dem thermischen Bild des zu tarnenden Zielobjekts über- · lagert.
Es wurde bereits die Verwendung eines Aerosols vorgeschlagen, das feine Tröpfchen oder mittels eines Vektorgases dispergierte Feststoffteilchen enthält, um die Infrarotstrahlung eines Körpers zu verdecken.
In den FR-PS 2 299 617 und 2 309 828 ist die Bildung eines flüssigen Aerosols durch Reaktion von Titantetrachlorid oder Zinntetrachlorid mit Wasser nach folgender Gleichung beschrieben:
10
TiCl4 + 4 H2O »» Ti(OH)4 + 4 HCl.
Zum Dispergieren des Titantetrachlorids verwendet man eine dispergierende pyrotechnische Zusammensetzung, die stark exotherm ist, vom Typ Aluminium oder Bor/Kaliumperchlorat. Indessen ist diese Art von Aerosol, die aus wasserlöslichen flüssigen Tröpfchen besteht, kaum wirksam und weist eine sehr kurze Lebensdauer von weniger als 20 s auf,unabhängig vom Volumen des dispergierenden Systems. Darüber hinaus entstehen bei dieser Art von Zusammensetzung saure, korrosive und toxische Tröpfchen.
Aus der FR-PS 2 396 265 ist die Dispersion von Feststoffteilchen, ausgehend von einem mineralischen Pulver und einem Vektorgas bekannt. Man muß jedoch die Granulometrie der in dem emittierten Aerosol enthaltenen Teilchen beherrschen, da nur solche Teilchen wirksam sind, deren endgültige Größe etwa der Wellenlänge der zu verdeckenden Strahlung entspricht. Außerdem hat man festgestellt, daß
ow die Herstellung eines Aerosols aus kalten Feststoffteilchen, deren Durchmesser zwischen 1 und 14 μΐη liegt, nicht in der Lage ist, das thermische Bild auf wirksame Weise und während einer ausreichenden Zeitspanne auszulöschen, und.zwar wegen der auftretenden Sedimentation der Teilchen. Die erzielten Lebensdauern übersteigen keine 25 s, außer bei kontinuierlicher Aerosolerzeugung.
In den FR-PS 2 294 422 und 2 294 432 sind Infrarotmunitionskörper beschrieben, die durch Verbrennung einer pyrotechnisehen Zusammensetzung eine Flamme hoher Intensität emittieren und so eine Infrarotstrahlungsquelle bilden, die an die Stelle der durch den Motor des Luftfahrzeugs im Leitsystem der dagegen abgeschossenen Rakete gebildeten Strahlungsquelle treten kann. Es handelt sich nicht darum, eine für die Infrarotstrahlung des Zielobjekts undurchlässige Tarn-Abschirmung zu schaffen, sondern IQ den Sensor zu sättigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue pyrotechnische Zusammensetzung zu schaffen, die eine Abschirmung erzeugt, welche den Durchtritt von Infrarotstrahlung unterbindet, um so ein Zielobjekt während einer ausreichenden Zeitspanne, d.h. 40 bis 50 s lang, vollständig zu tarnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine pyrotechnisehe Zusammensetzung gelöst, die zur Erzeugung eines Nebels oder Rauchs bestimmt ist, der für von einem Zielobjekt zu einem thermischen Sensor ausgesandte Infrarotstrahlung undurchlässig ist, eine Zusammensetzung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine durch thermische Zersetzung Kohlenstoffteilchen erzeugende Verbindung, ein bei einer Temperatur oberhalb von 10000C reagierendes Redoxsystem und ein Bindemittel enthält, wobei die Größe der Kohlenstoff teilchen zwischen etwa 1 und 14 μπι liegt.
Die Kohlenstoffteilchen erzeugende Verbindung kann Hexachloräthan, Hexachlorbenzol, Naphthol, Anthracen, jeweils durch Chlor substituiert oder unsubstituiert, oder deren Gemisch sein.
Das Reduktionsmittel kann ein Metallpulver und das Oxidationsmittel kann Hexachlorbenzol, Hexachloräthan oder deren Gemisch sein.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann das folgende ternäre System enthalten:
- 15 bis 25 Gew.-Teile Metallpulver
- 50 bis 85 Gew.-Teile Hexachlorbenzol oder Hexachloräthan 0 bis 30 Gew.-Teile Naphthalin.
Das Metallpulver ist vorteilhaft Magnesiumpulver.
Die Erfindung betrifft außerdem Nebelmunition, die eine pyrotechnische Zusammensetzung zur Erzeugung eines für Infrarotstrahlung undurchlässigen Nebels enthält.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzung und nebelbildenden Munition besteht darin, daß die für Infrarotstrahlung undurchlässige Nebelwolke aus feinen Kohlenstoffteilchen besteht, die auf chemischem Wege, gleichmäßig, mit ausreichendem Ausstoß, erzeugt werden.
20
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es möglich ist, die folgenden wichtigen Faktoren zu beherrschen:
- die Verbrennungsgeschwindigkeit der Zusammensetzung, die es gestattet, einen ausreichenden Masseausstoß zu erhalten,
- die Verbrennungstemperatur, die erhöht sein muß und die eine gute Korngrößenverteilung der Kohlenstoffteilchen bedingt.
Weitere Vorteile der nebelbildenden pyrotechnischen Zusammensetzung ergeben sich anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Um die erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen herzustellen, bedient man sich der folgenden oder einer äquivalenten Arbeitsweise:
Das Metallpulver wird zunächst einer Trocknung bei etwa 500C während 24 Stunden unterworfen. Die festen Verbindungen wie Hexachlorbenzol und Anthracen werden durch ein APNOR-Sieb von etwa 0,50 bis 0,65 mm gesiebt. Sie werden anschließend wechselweise in den Trog eines Mischers gebracht und 15 bis 30 min lang vermischt. Aus dem erhaltenen Gemisch werden unter einem Druck von etwa 6·10 Pa Preßlinge mit einem zentralen Durchgang hergestellt.
Erfindungsgemäß verwendet man eine Kohlenstoffteilchen erzeugende Verbindung, um eine für Infrarotstrahlung undurchlässige Abschirmung zu schaffen. Hierfür kann man Paraffine, kondensierte oder nicht-kondensierte aromatische Verbindungen sowie deren chlorierte Derivate (Naphthaiin, Anthracen, Phenanthren, Naphthol) verwenden; insbesondere Naphthalin und Anthracen führen zu guten Ergebnissen. Das Redoxsystem muß eine Verbrennungstemperatur von mehr als 10000C liefern; die mit klassischen Oxidationsmitteln vom Typ Nitrat oder Perchlorat vermischten Metallpulver können hierfür verwendet werden. Erfindungsgemäß wird jedoch bevorzugt, die pyrotechnische Zusammensetzung durch Verwendung einer Kohlenstoffteilchen erzeugenden Verbindung zu optimieren, die ein ausreichendes Oxidationspotential aufweist, um mit dem Reduktionsmittel zu reagieren. Sehr geeignet sind somit die ganz oder teilweise durch elektronegative Halogene wie Chlor oder Fluor substituierten Kohlenwasserstoffverbindungen, die selbst schon Kohlenstoffteilchen erzeugen und zusammen mit unsubstituierten kohlenstoffhaltigen Verbindungen verwendet
"0 werden können. Beispielsweise können mit dem Stoffpaar Hexachlorbenzol-Naphthalin pyrotechnische Zusammensetzungen hergestellt werden, die einen dichten, für Infrarotstrahlung undurchlässigen Rauch erzeugen. Man kann wohlgemerkt eine substituierte Kohlenwasserstoffverbindung zusammen mit einem klassischen Oxidationsmittel verwenden. Das Bindemittel stellt selbst kein charakteristisches Merkmal der Erfindung dar; es wird zur Erhöhung der mecha-
nischen Widerstandsfähigkeit der Zusammensetzung verwendet. Man wählt hierfür vorzugsweise macromolekulare Verbindungen des fluorierten Typs aus, die an der Verbrennungsreaktion durch die Beisteuerung von stark oxidierenden Fluormolekülen teilnehmen, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid, aber man kann auch andere Bindemittel wie Acetat-Copolymere, Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymer, Polystyrol, vernetzbar oder unvernetzbar, Methylmethacrylat-Styrol-Copolymer und Neopren nennen. Bindemittel kann IQ in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-Teilen verwendet werden, wobei der Anteil 25 Teile nicht übersteigen sollte.
Für jede nachfolgend angegebene Zusammensetzung hat man die Verbrennungsgeschwindigkeit, die mechanische Wider-Standsfähigkeit, das Deckvermögen, den Absorptionskoeffizienten sowie die Alterung gemessen.
Die Verbrennungsgeschwindigkeit wird bei einer zylindrischen Probe von 3 cm Länge und 3 cm Durchmesser gemessen,
7
die unter einem Druck von 6·10 Pa hergestellt wurde.
Das Deckvermögen wird mit Hilfe einer thermischen Kamera gemessen, die im Bereich von 0,3 bis 5,6 μπι arbeitet und in einer Entfernung von 4,5 m von einem Emitter aufgestellt ist, der von einer Quelle mit einer Seitenausdehnung von 20 cm gebildet wird, die auf 2000C in einem Tunnel erhitzt ist. Das Deckvermögen des Rauchs kann als die Zeit definiert werden, während der das Bild der ausgedehnten Quelle ganz oder teilweise durch das Vorbeiziehen dieses Rauchs zwischen der Kamera und der Quelle ausgelöscht wird.
Der Absorptionskoeffizient A., (m ) wird auf einem Band der .Wellenlänge von 0,3 bis 6 μπι unter Anwendung des Beer'sehen Gesetzes gemessen.
In Tabelle I sind die Ergebnisse der Messungen der Verbrennungsgeschwindigkeit und der mechanischen Widerstandsfähigkeit gemäß der nachfolgenden Definitionen wiedergegeben.
- Verbrennung:
Man mißt die Verbrennungsgeschwindigkeit in freier Luft V (1 atm) sowie die Verbrennungsgeschwindigkeit unter dem im Inneren einer gebrauchsfertigen Nebelmunition V(P) herrschenden Druck; d.h. gebildet von einem Nebeltopf von 36 cm Länge und 8 cm Durchmesser;
- Mechanische Widerstandsfähigkeit:
Man mißt Smc (maximale Belastung unter uniaxialem Druck) und emc (Deformation bei maximaler Belastung);
- Alterungsbeständigkeit:
1. Man unterwirft die pyr ο technischen Zusammensetzungen Temperaturen von -400C sowie +510C während eines Monats und man mißt die zuvor herrschenden mechanischen Eigenschaften.
2. Man mißt einerseits den Masseverlust durch Sublimation der Bestandteile der Zusammensetzung nach der Alterung und andererseits die Ausdehnung des Preßlings.
- Reibungsempfindlichkeitskoeffizient (csF) und Reibungskoeffizient (csi) (gemäß den Arbeitsvorschriften
GEMO EMD-44OA und GEMO FHD-410-B1). 30
Man stellt die verschiedenen nachfolgend aufgeführten Zusammensetzungen in Form von Preßlingen entsprechend den obigen Angaben her, die, wie vorstehend erläutert, geprüft werden:
35
Zusammensetzung 1
20 Teile Magnesiumpulver 80 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin 10 Teile Polyvinylidenfluorid
Zusammensetzung 2
20 Teile Magnesiumpulver 70 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin 5 Teile Neopren
Zusammensetzung 3
20 Teile Magnesiumpulver 70 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin 5 Teile Polyvinylidenfluorid
Zusammensetzung 4
18,5 Teile Magnesiumpulver 61,5 Teile Hexachloräthan 30 Teile Naphthalin 20 Teile chloriertes Paraffin 20 Teile Polyvinylidenfluorid
^O Zusammensetzung 5
20 Teile Magnesiumpulver 80 Teile Hexachlorbenzol
5 Teile Polyvinylacetat 35
Zusammensetzung
20 Teile Magnesiumpulver 80 Teile Hexachlorbenzol 20 Teile Polyvinylidenfluorid
Zusammensetzung
20 Teile Magnesiumpulver 80 Teile Pentachlornaphthol 10 Teile Naphthalin 10 Teile Polyvinylidenfluorid
Zusammensetzung 15 20 Teile Magnesiumpulver
90 Teile eines Gemischs aus Trichlornaphthalin und Tetrachlornaphthalin (50-50)
10 Teile Polyvinylidenfluorid 20
y -
TABELLE I
V 1 atm (mm/s) VP (mm/s) Smc (105 Pa) emc %
0,57 0,1 178 0,87
Smc (105 Pa)
nach 1 Monat		 : -400C
: +510C		 175
144
emc (%)
nach 1 Monat :		 : -400C
+ 510C		 1 ,01
0,77
Masseverlust (%)
nach 7 Tagen		 : -400C
: +510C		 -0,7
1,8
Masseverlust (%)
nach 1 Monat		 : -400C
: +510C		 -0,8
4
Ausdehnung (%) danach
1 Monat		 : -400C
: +510C		 + 0,2
csF (%) unter 353 N 0
csi (%) unter 100 J 0
Die Ergebnisse zeigen, daß die physikalischen und chemisehen Eigenschaften der Preßlinge aus der gemäß der Erfindung hergestellten Zusammensetzung sich im Verlauf der Zeit nicht ändern.
In Tabelle II sind die Werte für den Absorptionskoeffizienten A und die Deckkraft angegeben.
/ffr
TABELLE II
ΑΔλ
0,3 bis 6 pm		 Deckkraft Δλ 2 bis E j ,6 μπι
1 0,95 Dauer der vollständigen
Verdeckung in s		 Dauer der teilweisen
Verdeckung in s
2 8 45
3 0 50
4 0,92 7 60
5 0,76 2,5 20
6 1 ,03 0 5

Claims (15)

PRINZ, BUNKE" &:PARTNER Patentanwälte · European Patent Attorneys München Stutta=»-4· 3326883 25. Juli 1983 ETAT PRANGAIS represents par Ie Delegue General pour 1'Armement 14, rue Saint-Dominique 75997 PARIS / Frankreich Unser Zeichen: E 1191 Patentansprüche
1. Pyrotechnische rauch- bzw. nebelbildende Zusammensetzung für die Erzeugung einer Abschirmung aus Rauch bzw. Nebel, die den Durchtritt von Infrarotstrahlung, die von einem Zielobjekt in Richtung auf einen Sensor ausgestrahlt wird, unterbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung eine durch thermische Zersetzung Kohlenstoffteilchen mit einer Größe von zwischen etwa 1 und 14 μπι erzeugende Verbindung, ein Redoxsystem, das bei einer Temperatur von oberhalb 10000C reagiert, sowie ein Bindemittel enthält.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffteilchen erzeugende Verbindung Hexachloräthan, Hexachlorbenzol, Naphthalin, Anthracen, jeweils durch Chlor substituiert oder unsubstituiert, oder deren Gemisch ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel aus den Metallpulvern ausgewählt ist und daß das Oxidationsmittel Hexachlorbenzol, Hexachloräthan oder deren Gemisch ist.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie das folgende ternäre System enthält:
15 bis 25 Gew.-Teile Metallpulver, 50 bis 85 Gew.-Teile Hexachlorbenzol oder
Hexachloräthan, 0 bis 30 Teile Naphthalin.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver Magnesxumpulver ist.
6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
20 Teile Magnesxumpulver 80 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin 10 Teile Polyvinylidenfluorid als Bindemittel.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
20 Teile Magnesxumpulver 70 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin
5 Teile Neopren als Bindemittel.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält: 30
20 Teile Magnesxumpulver 70 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin
5 Teile Polyvinylidenfluorid als Bindemittel. 35
9. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
20 Teile Magnesiumpulver 70 Teile Hexachlorbenzol 10 Teile Naphthalin 10 Teile Polyvinylidenfluorid als Bindemittel.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
18,5 Teile Magnesiumpulver 61,5 Teile Hexachloräthan 30 Teile Naphthalin 20 Teile chloriertes Paraffin,
20 Teile Polyvinylidenfluorid als Bindemittel.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
20 Teile Magnesiumpulver
80 Teile Hexachlorbenzol
20 Teile Polyvinylacetat als Bindemittel.
12. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
20 Teile Magnesiumpulver 80 Teile Hexachlorbenzol 20 Teile Polyvinylidenfluorid.
13. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
. 20 Teile Magnesiumpulver
80 Teile Pentachlornaphthol
10 Teile Naphthalin
10 Teile Polyvinylidenfluorid.
1
14. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bestandteile enthält:
20 Teile Magnesiumpulver
5 90 Teile eines 50:50-Gemisches aus Trichlor-
naphthalin und Tetrachlornaphthalin.
15. Verwendung einer pyrotechnischen Zusammensetzung nach
einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung von 10 Nebelmunition.
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