DE3523580C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Treibsätzen für Base-Bleed-Gasgeneratoren zur Reichweitensteigerung von Geschossen, indem ein als Binder und Brennstoff dienendes thermoplastisch verformbares Elastomer, z. B. ein Dreiblock-Copolymer in regelmäßiger Anordnung auf der Basis von Styrol, mit einer Erweichungstemperatur zwischen 100 und 150 Grad Celsius verwendet, das Elastomer in den weichplastischen Zustand übergeführt und mit einem Oxidator und gegebenenfalls energiereichen Zusatzbrennstoffen sowie Weichmachern und Stabilisatoren durch Kneten gemischt wird.

Bei Base-Bleed-Gasgeneratoren handelt es sich um Ladungen, die am Boden des Geschosses angebracht werden und während des Flugs abbrennen, um das sich üblicherweise hinter dem Geschoßboden bildende Vakuum mit den Verbrennungsgasen aufzufüllen und die dadurch verursachten Rückhaltekräfte zu kompensieren. Es handelt sich somit nicht um aktive Treibsätze, die der weiteren Beschleunigung des Geschosses dienen, sondern im wesentlichen die negativen aerodynamischen Effekte am Geschoßheck aufheben sollen. Es tritt deshalb beim Abbrand des Gasgenerators auch nur ein leichter Überdruck von 0,01 bis 2 MPa auf. Ebenso liegt die Abbrandgeschwindigkeit relativ niedrig, nämlich bei 0,5 bis 5 mm/s, gleichwohl wird eine beachtliche Steigerung der Reichweite im Bereich von 30% erreicht. Gegenüber aktiven Treibsätzen ergibt sich ein geringerer Aufwand im Materialeinsatz und den Herstellungskosten. Ferner wird das ballistische Verhalten des Geschosses weniger stark verändert, so daß ein besseres Trefferbild erhalten wird.

Die Herstellung solcher Treibsätze erfolgt beispielsweise im Lösungsmittelverfahren (DE-OS 30 06 475) indem der Oxidator, z. B. Ammoniumperchlorat, und gegebenenfalls ein Zusatzbrennstoff, z. B. Nitroguanidin miteinander vermischt werden. Dieser Feststoffmischung wird dann eine 10%ige Lösung von Styrol-Butadien-Styrol-Copolymeren in Trichlorethan zugegeben und wiederum intensiv gemischt. Gegebenenfalls werden noch Weichmacher, z. B. Trioctylphosphat, und Stabilisatoren zugegeben und die erhaltene Mischung bei erhöhter Temperatur von ca. 50 Grad Celsius weitergemischt. Das Lösungsmittel wird durch Vakuum abgezogen. Es entsteht ein Granulat, bei dem die festen Ausgangsstoffe, wie Ammoniumperchlorat und Nigu von einer Binderschicht überzogen sind. Alternativ zum Abziehen des Lösungsmittels kann auch ein Nichtlösungsmittel, z. B. Azeton, zugegeben werden, wodurch das gelöste Copolymer aus der Suspension ausfällt und sich auf den Feststoffen anlagert. Das Trichlorethan-Azeton-Gemisch kann dann mechanisch durch Pressen abgetrennt werden. Abschließend wird das Granulat bei leicht erhöhter Temperatur getrocknet. Aus dem lagerfähigen Granulat können die Base-Bleed-Treibsätze durch satzweises Pressen, gegebenenfalls gleich durch Einpressen in eine Isolationshülle, die ausschließlich oder vorwiegend aus dem als Binder und Brennstoff wirksamen Elastomer besteht, hergestellt werden (DE-OS 30 06 418).

Es sind ferner allgemein Treibsätze bekannt (DE-AS 17 71 158), bei denen als Brennstoffbinder thermoplastische Dreiblock-Copolymere Verwendung finden, die mit dem Oxidator und Metallpulvern sowie Abbrandmoderatoren bei Temperaturen oberhalb 70 Grad Celsius, vorzugsweise bei 80 bis 120 Grad Celsius, geknetet und durch Formpressen, Strangpressen oder Spritzgießen zu Treibsätzen geformt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zu vereinfachen und insbesondere eine kontinuierliche Herstellung von Treibsätzen für Base-Bleed-Gasgeneratoren zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Elastomer mit dem Oxidator und den übrigen Zusätzen durch Kneten in einem Mischextruder bei geringem Materialeinsatz gemischt wird, daß die Mischung zu einem dünnen Strang ausgepreßt, dieser auf kurze Länge zu einem Granulat geschnitten und aus dem Granulat der Treibsatz geformt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert - wie an sich bekannt (DE-AS 17 71 158) - keinen Lösungsmittelprozeß, da das Einmischen der Feststoffe in den Binder bzw. Brennstoff sowie das innige Vermischen durch Kneten im plastifizierten Zustand des Elastomers geschieht. Dabei wird die Eigenschaft einer Reihe von Elastomeren, insbesondere von Dreiblock-Copolymeren in regelmäßiger Anordnung auf der Basis von Styrol genutzt, die bei Erwärmen auf über 100 Grad Celsius ein thermoplastisches Verhalten zeigen, das dadurch zustande kommt, daß die als konkrete Partikel vorliegenden Polystyrol-Blöcke am Glasumwandlungspunkt erweichen. Damit findet in den Vernetzungspunkten, die von den Polystyrol-Blöcken gebildet werden, eine Lockerung des Blockverbandes statt und das Elastomer geht in den plastischen Zustand über. Dieser Vorgang ist reversibel, so daß nach Abkühlung wieder die kautschukelastischen Eigenschaften zurückgebildet werden. Bei einer industriellen Verarbeitung mit Einsatzmassen von 50 bis 100 kg ergeben sich bei der erhöhten Temperatur zwischen 100 und 150 Grad Celsius erhebliche Sicherheitsrisiken, da es zum Abbrand des thermisch empfindlichen Materials kommen kann. Insbesondere läßt sich bei einem satzweisen Mischen solcher Mengen eine präzise Temperaturführung und Temperaturüberwachung nicht gewährleisten. Dieses Sicherheitsrisiko wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch einen kontinuierlichen Knetvorgang in einem Mischextruder so weit reduziert, daß eine Verarbeitung im industriellen Maßstab möglich ist, weil einerseits in einem Mischextruder die Temperaturführung und Überwachung der Einsatzmasse weit besser erfolgen kann als beim satzweisen Mischen und ferner die kontinuierliche Verarbeitung es gestattet, den Materialeinsatz innerhalb des Mischers erheblich zu reduzieren, ohne dadurch die Stunden- bzw. Tagesleistung wesentlich herabzusetzen. Die solchermaßen erhaltene Mischung kann unmittelbar als dünner Strang mit einem Durchmesser ausgepreßt werden, aus dem durch kurzes Schneiden im noch nicht ausgehärteten Zustand ein Granulat erhalten wird, das in wiederum bekannter Weise (DE-OS 30 064 418) zu einem Treibsatz verarbeitet werden kann.

Als plastisch verformbare Elastomere haben sich insbesondere Dreiblock-Copolymere als geeignet erwiesen, die sich einerseits in der erfindungsgemäßen Art und Weise besonders vorteilhaft verarbeiten lassen, andererseits die gewünschten Abbrandeigenschaften für den Base-Bleed-Gasgenerator zeigen. Dabei kann es sich um Styrol-Butadien-Styrol, Styrol-Isopren-Styrol oder auch STyrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Dreiblock-Copolymere handeln.

Als Oxidatoren werden zweckmäßigerweise Ammoniumperchlorat oder Ammoniumnitrat, gegebenenfalls auch in Mischung, eingesetzt, während sich als Zusatzbrennstoffe Nitroguanidin, Guanidinnitrat, Triaminoguanidinnitrat, Hexogen oder Oktogen sowie auch Mischungen dieser Stoffe als verarbeitungsfähig und für den Einsatzzweck geeignet gezeigt haben.

Als Weichmacher kommen alle Stoffe in Frage, die mit Dreiblock-Copolymeren verträglich sind, insbesondere naphthenische Öle, Polybutadienöle oder Trioctylphosphorsäureester.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Haftung der Feststoff-Komponenten am Binder durch Zusatz von Harzen verbessert werden, wie beispielsweise Hydroabiethylalkohol, aromatische oder alkylaromatische, thermoplastische Polymerharze oder Terpen-Hydrocarbonharze.

Ferner werden der Mischung vorzugsweise Benetzungsmittel zugegeben, wie Lecithin, Polyethylenoxid-Stearinsäureester, Sorbinsäuremonolaurat, Sorbinsäuremonopalmitat, Sorbinsäuremonostearat oder Sorbinsäuretrioleat.

Zum Schutz der Polymeren empfiehlt sich der Einsatz von Antioxidantien, z. B. 2,4-Bis-(n-octylthio)-6-(4-hydroxi-3,5-tert.-butylanilino)-1,3,5-tri-azin.

Die Prozeßtemperatur, die im Plastifizierungsbereich des Elastomers liegen muß, beträgt vorzugsweise zwischen 120°C und 140°C. Ferner wird die Mischung während des Knet- und Förderprozesses vorzugsweise unter Vakuum entgast.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das gemäß dem vorgenannten Verfahren hergestellte Granulat zur Herstellung des Treibsatzes wiederum auf die Erweichungstemperatur des Elastomers von 100 bis 150°C gebracht und in einem Schneckenextruder unter Entlüften plastifiziert, verdichtet und als Treibstoffstrang ausgepreßt. Der Treibstoffstrang wird unmittelbar in eine den Treibsatz bildende Form gepreßt, wobei diese Form mit Vorteil auf Temperaturen zwischen 80 und 120°C vorgewärmt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Treibstoffgranulates besteht aus einem kontinuierlich arbeitenden, einwelligen Misch- und Knetextruder, der neben der Drehbewegung eine Hubbewegung ausführt. Solche Vorrichtungen weisen neben den Schneckenflügeln an der Gehäuse-Innenwand Knetbolzen auf, die eine intensive Vermischung der festen Füllstoffe mit den plastifizierten Bindern ermöglichen. An diesen Mischextruder kann eine Austragschnecke angeschlossen werden, die das aufgrund der Hubbewegung stoßweise austretende Material in einen gleichmäßigen Materialfluß überführt und diesen aus gegebenenfalls mehreren Düsen als Stränge auspreßt.

Beispiel

Zur Herstellung eines Granulats für einen Base-Bleed-Treibsatz wurde von folgender Zusammensetzung ausgegangen:

Ammoniumperchlorat76,0% Naphthenische Öle 6,1% Terpenhydrocarbonharz 0,5% Lecithin 0,2% Antioxidant 0,2% Styrol-Isopren-Styrol
Dreiblock-Copolymer17,0%

Zunächst wurde auf das feste Ausgangsgranulat des Dreiblock-Copolymers das Antioxidant aufgetragen und dieses sowie die Hälfte des Ammoniumperchlorats von zwei Dosierwaagen in den ersten Einlauftrichter eines Mischextruders eingegeben. Die Vorlauftemperatur des Knetergehäuses und der Schnecke wurden auf 120°C eingestellt, so daß das Polymer in den plastischen Zustand überging und mit dem Ammoniumperchlorat innig vermischt werden konnte. Die Temperatur steigt aufgrund der Friktion auf 134°C. Über einen zweiten, stromabwärts liegenden Einlauftrichter wurde dann der Rest des Ammoniumperchlorats mit einer weiteren Dosierwaage sowie der Weichmacher mit einer Dosierpumpe zugegeben. Zuvor wurden im Weichmacher als Haftvermittler ein Harz und das Lecithin gelöst. Im folgenden Abschnitt des Kneters wird die endgültige Mischung hergestellt. Diese Mischung wandert dann unter intensiver Umwälzung stromabwärts und läuft dabei an Entgasungsöffnungen vorbei, über die Lufteinschlüsse unter Vakuum entfernt werden. An den Mischextruder schließt sich eine Austragschnecke an, die das stoßweise austretende Produkt in einen kontinuierlichen Produktstrang umformt. Auch die Austragschnecke war auf 120°C vorgewärmt. Das Produkt wird mittels der Austragschnecke komprimiert und durch eine Düse von ca. 4 mm Durchmesser ausgepreßt. Der ausgepreßte dünne Strang wird mittels einer Unterlage, z. B. einem Förderband, abgezogen und von der Austrittstemperatur von ca. 120°C auf wenigstens 90°C heruntergekühlt, anschließend in einen Stranggranulator übergeführt und dort zu einem Granulat von 5 mm Länge geschnitten.

Der Durchsatz innerhalb des Mischextruders und der Austragschnecke konnte im Labormaßstab zwischen 8 und 16 kg/h variiert werden.

Zur Herstellung des Treibsatzes wurde das Granulat in einen einwelligen Schneckenextruder aufgegeben, der wiederum auf die Plastifizierungstemperatur von ca. 120°C vorgewärmt war. Nach Durchwandern der Einzugszone des Extruders wurde die plastifizierte Masse in der nachfolgenden Zone bei abnehmendem Gangvolumen entlüftet und in der daran anschließenden Druckzone komprimiert. Der austretende Strang wurde in ein temperiertes Formwerkzeug eingedrückt, indem zuvor eine Isolationshülle eingelegt wurde. Nach ca. 2 Minuten war die Form mit der plastifizierten Treibstoffmasse gefüllt. Der Extruder wurde abgeschaltet. Nach dem Öffnen der Form wird der noch nicht abgekühlte Treibsatz mit Isolationshülle ausgestoßen, eine neue Isolationshülle in die Form eingesetzt, diese geschlossen und der Extruder wieder angefahren.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen von Treibsätzen für Base-Bleed-Gasgeneratoren zur Reichweitensteigerung von Geschossen, indem ein als Binder und Brennstoff dienendes thermoplastisch verformbares Elastomer, z. B. ein Dreiblock-Copolymer in regelmäßiger Anordnung auf der Basis von Styrol, mit einer Erweichungstemperatur zwischen 100 und 150 Grad Celsius verwendet, das Elastomer in den weichplastischen Zustand übergeführt und mit einem Oxidator und gegebenenfalls energiereichen Zusatzbrennstoffen sowie Weichmachern und Stabilisatoren durch Kneten gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer mit dem Oxidator und den übrigen Zusätzen durch Kneten in einem Mischextruder bei geringem Materialeinsatz gemischt wird, daß die Mischung zu einem dünnen Strang ausgepreßt, dieser auf kurze Länge zu einem Granulat geschnitten und aus dem Granulat der Treibsatz geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Styrol-Butadien-Styrol-Dreiblock-Copolymer ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Styrol-Isopren-Styrol-Dreiblock-Copolymer ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Dreiblock-Copolymer ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidator Ammoniumperchlorat, Ammoniumnitrat oder Mischungen derselben verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzbrennstoff Nitroguanidin, Guanidinnitrat, Triaminoguanidinnitrat, Hexogen, Oktogen oder Mischungen derselben verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher naphthenische Öle, Polybutadienöle oder Trioctylphosphorsäureester verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Haftvermittler zwischen den Feststoffen und dem Binder eingesetzt werden, z. B. Harze wie Hydroabiethylalkohol, aromatische oder alkylaromatische, thermoplastische Polymerharze, oder Terpen-Hydrocarbonharze.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Benetzungsmittel Lecithin, Polyethylenoxid-Stearinsäureester, Sorbinsäuremonolaurat, -monopalmitat, -monostearat oder -trioleat zugefügt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehr Antioxidantien, z. B. 2,4-Bis(n-octylthio)-6-(4-hydroxy-3,5-tert.-butyl-anilino)-1,3,5-tr-iazin zugegeben werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischprozeß bei einer Temperatur von 120 bis 140°C durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung während des Mischprozesses unter Vakuum entgast wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat auf die Erweichungstemperatur des Elastomers gebracht und in einem Schneckenextruder unter Entlüften plastifiziert, verdichtet und als Treibstoffstrang ausgepreßt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoffstrang unmittelbar in eine den Treibsatz bildende Form gepreßt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Form auf eine Temperatur zwischen 80°C und 120°C vorgewärmt wird.