DE3804396C1

DE3804396C1 - Process for producing plastic-bonded explosives

Info

Publication number: DE3804396C1
Application number: DE19883804396
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Chem. Dr. Kleinschmidt; Heinrich 8898 Schrobenhausen De Lechner; Richard Dipl.-Ing. 8859 Karlshuld De Wild
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1988-02-12
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1989-05-18

Abstract

In order to enhance the solids content and hence the power of a plastic-bonded cast explosive, the plastic binder is mixed with a solid which contains a small proportion of fines having a mean grain size of less than 25 mu m.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von kunststoffgebundenen Sprengstoffen, bei dem ein Feststoff mit einem aushärtbaren Kunststoffbinder vermischt wird, worauf das Gemisch gegossen oder extrudiert und der Kunststoffbinder ausgehärtet wird.The invention relates to a method for producing plastic-bound explosives, in which a solid with a curable plastic binder is mixed, after which the mixture cast or extruded and the plastic binder is cured.

Solche kunststoffgebundenen, gegossenen oder extrudierten Sprengstoffe sind bekannt. Als Feststoff wird dabei der hochbrisante Explosivstoff, wie Oktogen oder Hexogen, in einem aushärtbaren Kunststoff, beispielsweise Polybutadien oder Polyurethan, eingebettet. Auch weitere Feststoffe, wie Aluminiumpulver, lassen sich in solche Mischungen einbeziehen.Such plastic-bound, cast or extruded explosives are known. The explosive explosive, like octogen or hexogen, in a curable plastic, for example, polybutadiene or polyurethane. Others too Solids, such as aluminum powder, can be mixed into such mixtures include.

Um die Leistung kunststoffgebundener Sprengstoffe zu steigern, ist man bestrebt, den Anteil des festen Explosivstoffs und ggf. der weiteren Feststoffe gegenüber dem Kunststoffbinder zu erhöhen.To increase the performance of plastic-bound explosives, one is endeavors to determine the proportion of the solid explosive and possibly the further Increase solids compared to the plastic binder.

Zu diesem Zweck werden bimodale oder mehrmodale, d. h. aus einer Grobkornfraktion und einer Feinkornfraktion bzw. mehreren unterschiedlichen Kornfraktionen zusammengesetzte Körnung verwendet, und zwar bei bimodalen Körnungen üblicherweise eine Grobkornfraktion mit einer Korngröße zwischen 200 und 800 µm und eine Feinkornfraktion mit einer Korngröße zwischen 30 und 160 µm. Auf diese Weise wird eine höhere Packungsdichte des Explosivstoffs erzielt.For this purpose, bimodal or multimodal, i.e. H. from one Coarse grain fraction and one fine grain fraction or several different grain fractions are used, with bimodal grains usually a coarse grain fraction a grain size between 200 and 800 microns and a fine grain fraction with a grain size between 30 and 160 microns. This way, a higher one Packing density of the explosive achieved.

Mit zunehmendem Anteil des Feststoffs erhöht sich die Viskosität des Gemischs aus Feststoff und Kunststoffbinder. Dies hat zur Folge, daß sich bei hohem Feststoffgehalt homogene Mischungen erst nach sehr langer Mischzeit oder überhaupt nicht mehr erhalten lassen. With increasing proportion of the solid the viscosity of the Mixture of solid and plastic binder. This has the consequence that homogeneous mixtures only take a very long time if the solids content is high Allow mixing time or not at all.

Auch muß das Gießgemisch vor dem Aushärten entgast werden, um Luft- und andere Gaseinschlüsse zu beseitigen, die zu Fehlstellen im ausgehärteten Sprengstoff führen würden. Bei einer hohen Viskosität ist es jedoch schwierig, das Gießgemisch vollständig zu entgasen. Ferner läßt die Gießfähigkeit hochviskoser Gießgemische zu wünschen übrig. So ist z. B. nicht mehr sichergestellt, daß Hinterschneidungen im Inneren der Hülle oder der Gießform gefüllt werden.Also, the casting mixture must be degassed before curing to air and Eliminate other gas inclusions that lead to defects in the hardened Would carry explosives. With a high viscosity, however, it is difficult to completely degas the casting mixture. Furthermore, the Pourability of highly viscous casting mixtures left something to be desired. So z. B. no longer ensures that there are undercuts inside the shell or the mold.

Die Viskosität wird dabei auch von der Korngröße des Explosivstoffs bzw. der übrigen Feststoffe beeinflußt, und zwar wird sie bei gleichem Feststoffgehalt um so höher, je geringer die Korngröße ist.The viscosity is also determined by the grain size of the explosive or of the other solids, and it is the same The lower the grain size, the higher the solids content.

Wird zur Herstellung des Sprengstoffs ein kontinuierliches Verfahren, also z. B. ein Extrudierverfahren, verwendet, so ist, wie beim Gießen, ebenfalls ein gut fließfähiges Gemisch erforderlich. Um Störungen im Verfahrensablauf zu vermeiden, muß ferner das Verhältnis der Spaltbreite im Extruder, d. h. der Abstand der Extruderschnecke von der Extruderinnenwand, zu dem maximalen Korndurchmesser der verwendeten Feststoffe möglichst groß gehalten werden. Das heißt, die geringen Spaltbreiten im Extruder lassen eine Verwendung von Grobkorn mit mehreren 100 µm Durchmesser nicht zu. Mit anderen Worten, die Korngröße des Explosivstoffs und der anderen Feststoffe muß zum Extrudieren generell gesenkt werden, mit der Folge, daß ein zu extrudierendes Gemisch bei gleichem Feststoffanteil eine noch höhere Viskosität aufweist, d. h. der Feststoffanteil muß auf Kosten der Leistung des Sprengstoffs gesenkt werden.If a continuous process is used to manufacture the explosives, so z. B. an extrusion process is used, as with casting, a well flowable mixture is also required. To disturbances in To avoid the process, the ratio of the gap width must also in the extruder, d. H. the distance of the extruder screw from the Extruder inner wall, to the maximum grain diameter of the used Solids are kept as large as possible. That is, the minor ones Gap widths in the extruder allow the use of coarse grain several 100 µm in diameter. In other words, the grain size the explosive and other solids must be extruded are generally reduced, with the result that an extrusion Mixture with the same solids content an even higher viscosity has, d. H. the solids content must be at the expense of the performance of the Explosives are lowered.

Eine feine Körnung des Explosivstoffs und der übrigen Feststoffe ist jedoch auch noch aus anderen Gründen unerwünscht. So nimmt mit abnehmender Korngröße der Aufwand für die Herstellung überproportional zu. Ferner erhöht sich bei brennbaren Stoffen die Neigung zur Explosion, insbesondere zu Staubexplosionen. Dies stellt bei Explosivstoffen natürlich ein besonderes Risiko dar, so daß erhöhte Sicherheits maßnahmen erforderlich werden. Die erhöhte Neigung sehr feiner Teilchen zur Bildung von Agglomeraten wirkt sich zudem bei der Verarbeitung störend aus. Es sind eingeschränkte Lagerzeiten oder der Einsatz von Stabilisatoren erforderlich, um die Verarbeitbarkeit derartiger Produkte zu ermöglichen.A fine grain of the explosive and the other solids is however undesirable for other reasons. So take it with you decreasing grain size disproportionately high the effort for the production to. Furthermore, the tendency to explode increases with flammable substances, especially dust explosions. This represents explosives course poses a special risk, so increased security measures are required. The increased tendency of very fine particles the formation of agglomerates also has an effect on processing annoying. There are limited storage times or the use of Stabilizers are required to ensure the processability of such products to enable.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Feststoffanteil und damit die Leistung eines kunststoffgebundenen, gegossenen oder extrudierten Sprengstoffs zu erhöhen, und zwar ohne Viskositätszunahme des Gieß- bzw. zu extrudierenden Gemischs.The object of the invention is the solids content and thus the performance a plastic-bound, cast or extruded explosive increase, without increasing the viscosity of the pouring or extruding mixture.

Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This is according to the invention by the method specified in claim 1 reached. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Erfindungsgemäß wird also dem Gemisch aus Explosivstoff und weiteren Feststoffen sowie dem aushärtbaren Kunststoff vor oder während des Mischvorgangs ein geringer Anteil eines Feinstkorns zugesetzt.According to the invention, the mixture of explosive and others Solids and the curable plastic before or during the A small proportion of a fine grain was added to the mixing process.

Überraschenderweise wird dadurch die Viskosität des Gemischs nicht erhöht, wie es von der Verwendung von Feinstkorn an sich bekannt ist, sondern erniedrigt.Surprisingly, this does not change the viscosity of the mixture increased, as is known per se from the use of fine grain, but humiliated.

Zwar kann dieses Phänomen nicht erschöpfend erklärt werden. Jedoch könnte dies mit folgendem zusammenhängen:This phenomenon cannot be explained exhaustively. However this could be related to the following:

Beim Mischen der Feststoffe und des Kunststoffbinders kommt es zu einem Abrieb der Feststoffe und damit zur Bildung feinster Feststoffteilchen, die, wie erwähnt, eine Viskositätserhöhung bewirken. Andererseits nimmt beim Mischen die Viskosität zunächst ab, bevor es zu dieser Viskositätserhöhung aufgrund der Bildung einzelner Teilchen kommt. Für diese zunächst stattfindende Viskositätsabnahme dürfte möglicherweise ausschlaggebend sein, daß die feinsten Teilchen auch einen Schmiereffekt zwischen den (übrigen) Feststoffteilchen bzw. zwischen den Feststoffteilchen und dem Kunststoffbinder bewirken. Das heißt, erst wenn der Anteil der feinsten Teilchen durch Abrieb während des Mischvorgangs mehr und mehr zunimmt, wird dieser viskositäts herabsetzende Schmiereffekt der feinsten Teilchen durch die durch feinste Teilchen allgemein bewirkte Viskositätserhöhung überlagert.Mixing the solids and the plastic binder results in one Abrasion of the solids and thus the formation of very fine solid particles, which, as mentioned, cause an increase in viscosity. On the other hand, takes when mixing the viscosity first off before it gets to this Viscosity increase comes due to the formation of individual particles. For this initial decrease in viscosity is likely crucial that the finest particles also have a smear effect between the (remaining) solid particles or between the Solid particles and the plastic binder cause. That is, first if the proportion of the finest particles is caused by abrasion during the Mixing process increases more and more, this becomes viscosity degrading smear effect of the finest particles through the finest particles superimposed viscosity increase.

Die durch die Erfindung erzielte Viskositätsherabsetzung dürfte also damit im Zusammenhang stehen, daß durch Zusatz eines geringen, dosierten Feinstkornanteils dieser Schmiereffekt gefördert wird. Jedenfalls ist damit erklärbar, daß durch den Feinstkornzusatz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Mischzeiten herabgesetzt werden können, d. h. der Zeitraum zwischen dem Beginn des Mischvorgangs bis zum Erreichen des Viskositätsminimums.The viscosity reduction achieved by the invention is therefore likely related to that by adding a small, metered Fine grain fraction this lubrication effect is promoted. Anyway is this can be explained by the fact that the fine grain additive after process according to the invention the mixing times can be reduced, d. H. the period between the start of the mixing process and Reaching the minimum viscosity.

Die mittlere Korngröße des Feinstkorns beträgt erfindungsgemäß weniger als 25 µm, vorzugsweise weniger als 8 µm.The average grain size of the fine grain is less according to the invention than 25 µm, preferably less than 8 µm.

Die Angaben über die Korngröße beziehen sich dabei auf Messungen, die mit der Laserstreumethode durchgeführt werden.The information about the grain size refers to measurements that with the laser scattering method.

Der Anteil des Feststoffs, der als Feinstkorn erfindungsgemäß zugesetzt wird, beträgt 0,1 bis 10%, vorzugsweise 0,3 bis 6%, besonders bevorzugt weniger als 3%, bezogen auf das Gewicht sämtlicher Feststoffe des Sprengstoffs. Unter 0,1 bzw. 0,3 Gew.-% ist die Viskositätsherabsetzung praktisch nicht spürbar, jedenfalls nur sehr geringfügig. Gleiches gilt bei einem Feinstkornanteil von mehr als 10 Gew.-%.The proportion of the solid added as a fine grain according to the invention is 0.1 to 10%, preferably 0.3 to 6%, particularly preferably less than 3% based on the weight of all solids of the explosives. The is below 0.1 or 0.3% by weight Viscosity reduction practically not noticeable, at least only very much marginally. The same applies to a fine grain fraction of more than 10 % By weight.

Der Feinstkornanteil kann dabei aus dem Explosivstoff selbst bestehen oder aus einem Sauerstoffträger oder Brennstoffen.The fine grain fraction can consist of the explosive itself or from an oxygen carrier or fuels.

Als Explosivstoffe werden dabei erfindungsgemäß vorzugsweise Nitramine, wie Oktogen oder Hexogen, oder Nitratester verwendet. Als Sauerstoffträger kommen z. B. Nitrate oder Chlorate in Frage und als Brennstoff insbesondere Aluminiumpulver. According to the invention, explosives are preferably nitramines, such as octogen or hexogen, or nitrate ester. As Oxygen carriers come e.g. B. nitrates or chlorates in question and as Fuel especially aluminum powder.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung und der Beispiele näher erläutert.The invention is based on the drawing and the Examples explained in more detail.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei ein Diagramm, das für verschiedene Gemische die Abhängigkeit der Viskosität von der Mischzeit wiedergibt.The only figure of the drawing shows a diagram that for different mixtures the dependence of the viscosity on the mixing time reproduces.

Comparative example

Es wird ein herkömmlicher kunststoffgebundener Sprengstoff hergestellt, der einen Oktogen-Anteil von 85 Gew.-% aufweist.A conventional plastic-bound explosive is made which has an octogen fraction of 85% by weight.

Dazu werden das Oktogen und ein Gemisch aus flüssigem HTPB(hydroxylterminiertes Polybutadien), üblichen Gießhilfsmitteln und üblichem Weichmacher in einen 5-Liter-Kneter gegeben. Das Oktogen weist eine bimodale Körnung aus einem Grobkorn mit einer Korngröße zwischen 200 und 800 µm und einem Feinkorn mit einer Korngröße zwischen 30 und 160 µm auf, wobei der Anteil des Grobkorns zu dem Feinkorn 2 : 1 beträgt.For this, the octogen and a mixture of liquid HTPB (hydroxyl-terminated polybutadiene), conventional casting aids and usual plasticizer placed in a 5 liter kneader. The octogen points a bimodal grain from a coarse grain with a grain size between 200 and 800 µm and a fine grain with a grain size between 30 and 160 µm, the proportion of coarse grain to fine grain being 2: 1.

Das Gemisch wird bei einer Temperatur von 60°C mit einer Geschwindigkeit von 40 Umdrehungen/Min. im Kneter gemischt. Dabei wird ein Vakuum von 20 hPa angewandt, um das Gemisch zu entgasen. In Abständen von 5 Min. wird die Viskosität des Gemischs gemessen. Die Abhängigkeit der Viskosität von der Mischzeit wird durch die Kurve A der Zeichnung veranschaulicht. Danach nimmt die Viskosität zunächst ab und steigt nach dem Durchlaufen des Viskositätsminimums von ca. 3000 Pas nach einer Mischzeit von etwa 50 Min. wieder an. Der Anstieg ist auf eine Kornzerkleinerung während des Mischens zurückzuführen. Es ist jedoch anzunehmen, daß die Kornzerkleinerung auch bei Beginn des Mischvorgangs stattfindet und zur Bildung des Viskositätsminimums beiträgt, wie vorstehend geschildert.The mixture is at a temperature of 60 ° C at a speed of 40 revolutions / min. mixed in the kneader. A vacuum of 20 hPa is applied to degas the mixture. The viscosity of the mixture is measured at intervals of 5 minutes. The dependence of the viscosity on the mixing time is illustrated by curve A of the drawing. Then the viscosity first decreases and after passing through the viscosity minimum of approx. 3000 Pas increases again after a mixing time of approx. 50 min. The increase is due to grain crushing during mixing. However, it can be assumed that the grain size reduction also takes place at the beginning of the mixing process and contributes to the formation of the minimum viscosity, as described above.

Zur Herstellung eines herkömmlichen gegossenen Sprengstoffs unterbricht man daher den Mischvorgang nach 50 Min. und mischt Isocyanat als Härter ein, bevor man das Gemisch z. B. in eine Munitionshülle gießt. Nach dem Eingießen in die Hülle wird nochmals Vakuum zum Entgasen angelegt und dann ausgehärtet. Interrupts to produce a conventional cast explosive therefore, the mixing process after 50 minutes and isocyanate mixed as hardener one before using the mixture e.g. B. pouring into an ammunition case. After this Pouring vacuum into the shell again and degassing then cured.

Examples 1 to 4

Es wird wie im vorstehenden Vergleichsbeispiel vorgegangen, außer daß das eingesetzte Oktogen zu 0,5; 1; 2 bzw. 10 Gew.-% aus Feinstkorn mit einer mittleren Korngröße von 3 µm besteht, d. h. der Rest des Explosivstoffs, also 99,5; 99; 98 bzw. 90 Gew.-% des Oktogens weisen die vorstehend erwähnte bimodale Körnung auf, wobei der Oktogen-Anteil insgesamt 85 Gew.-% beträgt.The procedure is the same as in the comparative example above, except that the octogen used to 0.5; 1; 2 or 10% by weight of fine grain with an average grain size of 3 microns, d. H. the rest of the Explosive, i.e. 99.5; 99; 98 and 90 wt .-% of the octogen have the the bimodal grain mentioned above, the octogen fraction is a total of 85% by weight.

Die Abhängigkeit der Viskosität von der Mischzeit wird durch die Kurven B (0,5 Gew.-% Feinstkorn), C (1%), D (2%) und E (10%) wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß in allen Fällen eine deutliche Herabsetzung des Viskositätsminimums erreicht wird, und zwar am stärksten bei einem Feinstanteil von 1% (Kurve C), wonach eine Viskositätsherabsetzung auf ca. 1000 Pas, also um das Dreifache gegenüber dem Vergleichsbeispiel erreicht wird. Auch hält das Viskositätsminimum länger an. Bei einem Feinstkorn-Zusatz von 10% (Kurve E) ist zwar die Viskositätsherabsetzung gegenüber dem Vergleichsbeispiel relativ gering, jedoch die Mischzeit erheblich reduziert, und zwar von 50 Min. auf weniger als 20 Min.The dependence of the viscosity on the mixing time is shown by the curves B (0.5% by weight of very fine grain), C (1%), D (2%) and E (10%). It can be seen that a significant reduction in the viscosity minimum is achieved in all cases, most particularly at a fine fraction of 1% (curve C) , after which a viscosity reduction to about 1000 Pas, that is three times as compared to the comparative example, is achieved. The viscosity minimum also lasts longer. With a fine grain addition of 10% (curve E) , the reduction in viscosity is relatively small compared to the comparative example, but the mixing time is considerably reduced, from 50 minutes to less than 20 minutes.

Example 5

Das Beispiel 2 (Feinstkorn-Anteil 1%) wurde wiederholt, außer daß ein Sprengstoff mit einem Oktogen-Anteil von 88 Gew.-% hergestellt wurde.Example 2 (fine grain fraction 1%) was repeated, except that a Explosives with an octogen content of 88 wt .-% was produced.

Die Abhängigkeit der Viskosität von der Mischzeit wird durch die Kurve F der Zeichnung wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß trotz der Erhöhung des Feststoffanteils von 85 auf 88% das Gemisch ein Viskositätsminimum von etwa 2250 Pas aufweist, also ein deutlich geringeres Viskositätsminimum als bei dem Vergleichsbeispiel, und zwar bei einer Herabsetzung der Mischzeit von ca. 50 Min. auf 35 Min. Zugleich ist ein lang andauerndes Viskositätsminimum festzustellen. The dependence of the viscosity on the mixing time is shown by curve F of the drawing. It can be seen that despite the increase in the solids content from 85 to 88%, the mixture has a viscosity minimum of about 2250 Pas, i.e. a significantly lower viscosity minimum than in the comparative example, namely with a reduction in the mixing time from about 50 minutes to 35 Min. At the same time, a long-lasting minimum viscosity can be determined.

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß ein dosierter minimaler Feinstkornanteil zu einer Herabsetzung der Viskosität führt. Wird dieser Feinstkornanteil in der erfindungsgemäßen Menge vorgegeben, so läßt sich ein Kornabrieb weitgehend vermeiden. Dies ist auch von Vorteil beim Übergang von kleinen Technikumsmischern auf größere Fertigungsmischer. So liegt die erforderliche Mischzeit bei einem 5-Liter-Kneter nach dem Vergleichsbeispiel bei etwa 50 Min., bei einem 100-Liter-Kneter dagegen bei 240 Min. (Ursache dafür ist bei größeren Knetern oder Mischern der größere Abstand zwischen Rotor und Mischbehälter, der zwangsläufig zu geringerem Abrieb führt.) Durch Zugabe von Abrieb in Form dosierter Mengen von Feinstkornanteil sind auch bei Großmischern deutlich reduzierte Mischzeiten zu erwarten.The above results show that a minimal dose Fine grain content leads to a reduction in viscosity. Will this Fine grain fraction specified in the amount according to the invention, can be largely avoid grain abrasion. This is also an advantage when Transition from small pilot plant mixers to larger production mixers. The required mixing time for a 5 liter kneader is after Comparative example at about 50 minutes, in contrast with a 100 liter kneader at 240 min. (The reason for this is the larger kneaders or mixers greater distance between the rotor and the mixing tank, which inevitably increases less abrasion leads.) By adding abrasion in the form of dosed Quantities of fine grain are also evident in large mixers reduced mixing times to be expected.

Da erfindungsgemäß eine Viskositätsherabsetzung erzielt wird, können auch kunststoffgebundene, extrudierte Sprengstoffe mit einem relativ hohen Anteil an Feststoffen hergestellt werden. Um den geringen Spaltbreiten im Extruder, beispielsweise einem 2-Schnecken-Extruder, Rechnung zu tragen, wird dabei ein Grobkornanteil mit einer Korngröße von vorzugsweise höchstens 150 µm verwendet.Since a viscosity reduction is achieved according to the invention, also plastic-bound, extruded explosives with a relative high proportion of solids. To the minor Gap widths in the extruder, for example a 2-screw extruder, Taking into account is a coarse grain with a grain size of preferably at most 150 microns used.

Claims

1. A process for the production of plastic-bound explosives, in which at least one solid is mixed with a curable plastic binder, whereupon the mixture is poured or extruded and the plastic binder is cured, characterized in that 0.1 to 10 wt .-% of the solid during mixing with the hardenable plastic binder as fine grain with an average grain size smaller than 25 µm.

2. The method according to claim 1, characterized in that 0.3 to 6 % By weight of the solid are added as very fine particles.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a Very fine grain with an average grain size of less than 8 µm is used.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that an explosive, a solid oxygen carrier and / or a solid fuel is added as a fine grain.

5. The method according to claim 4, characterized in that as a solid Aluminum fuel is used.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that a polybutadiene or Polyurethane is used.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that octogen or hexogen is used as an explosive and the explosive becomes a bimodal in addition to the fine grain fraction Grain with a coarse grain fraction with a grain size between 200 and 800 µm and a fine grain fraction with a grain size between 30 and 160 µm.

8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized in that an explosive for extruding the mixture is used that has a maximum grain size that is smaller than half the distance between the extruder screw and the inner wall of the housing is.

9. The method according to claim 8, characterized in that the Explosive has a grain size of less than 150 microns.