DE4012663C2 - Zündeinleitungszusammensetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinleitungszusammensetzung, die bei hohen Tempe­ raturen bis zu 100°C und darüber stabil ist, eine "all-fire" Aufschlagempfindlichkeit von 0,1 Joule oder darunter und eine hohe Zuverlässigkeit hat.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Zündeinleitungszusammensetzung, die mit außerordentlich großer Zuverlässigkeit sowohl bei Temperaturen von -40°C und von +100°C und darüber sowie bei Raumtemperaturen funktioniert und eine "all-fire" Aufschlagempfindlichkeit von 0,1 Joule oder darunter in diesem Tempe­ raturbereich hat. Mit "all-fire" Aufschlagempfindlichkeit ist der Punkt gemeint, ober­ halb welchem die Zündung zu 100% auftritt.

Die Sprengstoffindustrie verwendet eine Vielfalt von Zünd- bzw. Sprengkap­ seln. Grundsätzlich bestehen diese Vorrichtungen aus einer primären Spreng­ stoffkomponente, die durch "stab" (Reibung) oder Aufschlag ausgelöst wird, eine Zwischen-Sprengstoff-Zusammensetzung, die von der primären Sprengstoffkompo­ nente gezündet wird, und eine Grundladung eines zweiten Sprengstoffes wie RDX oder HMX, um die benötigte Energie zu liefern für eine Arbeit, die eine weitere Sprengvorrichtung in der Zündfolge zündet. Eine der üblichen Zünd- bzw. Spreng­ kapseln mit niedriger Auslöseenergie ist eine M55 Kapsel, die in großen Umfang in der Wehrtechnik für Munition gegen Personen und Fahrzeuge verwendet wird. Diese Kapseln bestehen aus

• a) einer primären Sprengstoff-Zusammensetzung, enthaltend basisches Blei­ styphnat, dextriniertes Bleiazid, Antimonsulfid, Bariumnitrat und Tetrazen,
• b) einer Zwischensprengstoffcharge aus RD 1333 Bleiazid (RD 1333 Bleiazid ist ein Versuchssprengstoff, der in Großbritannien entwickelt wurde, um Bleiazide zu ersetzen) und
• c) RDX als sekundären Sprengstoff

Diese Zünd- bzw. Sprengkapseln werden durch "Stab-Action" mittels einer Zündnadel ausgelöst und zeigen eine Empfindlichkeit von etwa 0,08 Joule bei 99.9% Zuverlässigkeit und 95% statistischer Sicherheit (confidence level). In diesem Zündsystem erfüllen das basische Bleistyphnat und das dextrinierte Bleiazid ihre Rolle als hauptsächliche Primärsprengstoffe, das Bariumnitrat dient als Sauerstoff-Lieferant und das Antimonsulfid dient als Brennstoff und mechanischer Sensibilisator wegen seines hohen Schmelzpunktes. Es ist jedoch das Tetrazen, das eine einzigartige und wichtige Rolle spielt. Es ist ein chemischer Sensibilisator mit der einzigartigen Eigenschaft, das Funktionieren des Systems bei einer Auslöse­ empfindlichkeit oder -energie unter 0,1 Joule zu ermöglichen.

Obgleich Tetrazen ein hervorragender Sensibilisator und einer der besten ist, den Sprengstoff-Chemiker entwickelt haben, besteht seine Schwäche darin, daß bei Temperaturen über 85°C die Zünder zu versagen beginnen. Bei Temperaturen über 85°C über einen längeren Zeitraum beginnt sich das Tetrazen zu zersetzen und leckt aus dem Zünder. Die Empfindlichkeit beginnt bei 95°C abzunehmen und nach 100 Stunden ist die benötigte Aufschlagenergie zumindest um den Faktor 3 erhöht.

Während es viele militärische Anwendungsgebiete für Zünd- bzw. Sprengkap­ seln gibt, die bei Temperaturen über 100°C zuverlässig funktionieren (wie z. B. bei Schnellfeuer-Maschinengewehren), besteht eine zivile Anwendung bei Kraftfahr­ zeug-Luftsäcken (Air bags), die zum Schutz von Insassen bei Unfällen dienen. Bei in sich abgeschlossenen Luftsack-Einheiten mit mechanischen Sensoren werden die Zünder dazu verwendet, ein Treibmittel zu entzünden, welches das Gas erzeugt, das den Luftsack aufbläst. Die Industrienormen verlangen, daß das Luftsack-System zu­ verlässig sowohl bei +100°C als auch bei -40°C funktioniert. Es wird außerdem ver­ langt, daß die Systeme mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit arbeiten und über einen langen Zeitraum gelagert werden können.

Die Parameter, die von Zünd- bzw. Sprengkapseln erwartet werden, um die vorgenannten sowie ähnliche Erfordernisse zu erfüllen, können wie folgt zusammen­ gefaßt werden:

• 1. Das chemische Produkt, das im Zünder verwendet wird, sollte einfach herzustellen und zum Einfüllen in den automatischen Anlagen zur Herstellung der Zünd- bzw. Sprengkapseln geeignet sein.
• 2. Die Kapseln sollten sicher zu handhaben sein, insbesondere, wenn Bleisty­ phnat verwendet wird, bei dem Schutz gegen statische Elektrizität ein wichtiger Si­ cherheitsaspekt sein kann.
• 3. Die Kapseln sollten bei Temperaturen von bis zu 100°C durchwegs stabil sein und auch bei tiefen Temperaturen von -40°C zuverlässig funktionieren.

US-A-4,247,494 beschreibt primäre Sprengstoffzusammensetzungen, in denen beispielsweise 3 bis 4 Gew.-%. Tetrazen als Sensibilisator verwendet wird. US-A- 3,634,155 betrifft explosive Zusammensetzungen, die ein Gemisch von Bleiazid mit Bleitrinitroresorcinat enthalten. US-A-3,293,091 beschreibt inter alia primäre Spreng­ stoffzusammensetzungen, die unter anderem zwei bis fünf Gew.-%. Tetrazen sowie ferner monobasische Bleipikrat-Bleinitrat-Bleiacetatkomplexsalze enthalten. US-A- 2,377,670 beschreibt primäre Sprengstoffzusammensetzungen, die unter anderem 2 Gew.-%. Tetrazen enthalten. US-A-2,341,262 beschreibt ein Zündgemisch, das 30,0 Gew.-Teile Bleistyphnat, 20,0 Gew.-Teile Bleihypophosphit, 10,0 Gew.-Teile Bleini­ trat, 20,0 Gew.-Teile Bariumnitrat, 20,0 Gew.-Teile Glas und 0,2 Gew.-Teile Po­ lyvinylalkohol enthält. US-A-2,177,657 beschreibt Explosionsstoffe und insbesondere Nitrosoderivate von Resorcin und Verbindungen davon. US-A-2,156,942 beschreibt primäre Sprengstoffzusammensetzungen, die Tetrazen umfassen.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist es, Voraussetzungen für den Zusammen­ bau und die Zusammensetzung von Zündern für die Herstellung von Zünd- bzw. Sprengkapseln zu schaffen, die eine hohe Empfindlichkeit gegen Aufschlag und ei­ nen hohen Grad an Zuverlässigkeit haben.

Eine weitere Aufgabe ist die Vermeidung von Tetrazen mit seiner ihm eigenen Beschränkung, sich bei Temperaturen über 85°C zu zersetzen. Dies wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß mechanische Sensibilisatoren, wie Sand, Glaspulver oder Karborundum® verwendet werden, um sowohl die Aufschlag- Empfindlichkeit als auch die Temperaturbeständigkeit zu verbessern. Dies kann da­ mit kombiniert werden, daß der mechanische Sensibilisator zusammen mit einem Sprengstoff ausgefällt oder niedergeschlagen wird, um die Homogenität und die Empfindlichkeit zu verbessern.

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinleitungszusammensetzung bereitzustellen, die einen hohen Grad an Zuver­ lässigkeit, nämlich 90% bis 99.99% bei einer statistischer Sicherheit von 95%, und eine Empfindlichkeit von etwa 0,08 Joule-0,3 Joule aufweist, wobei eine Temperaturbeständigkeit erreicht wird, die die Empfindlichkeit zwischen -40°C und +200°C aufrechterhält und die Kapseln in der Lage sind, Tem­ peraturzyklen und Feuchtigkeit von 95% RH (Relative Feuchtigkeit) bei 95°C bis - 40°C zu ertragen.

Die vorstehenden Aufgaben werden durch den Gegenstand des Anspruchs gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zündeinleitungszusammenset­ zung bereitgestellt, bestehend aus
40 bis 42 Gew.-% basischem Bleistyphnat,
20 bis 22 Gew.-% Bleiazid,
15 bis 20 Gew.-% Antimonsulfid,
15 bis 20 Gew.-% Bariumnitrat
und 1 bis 3 Gew.-% eines Sensibilisators, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Karborundum®, Glaspulver und Quarzsand.

Diese obengenannten Parameter konnten erreicht werden durch den Ersatz des Tetrazens mit seinen Einschränkungen durch Zersetzung bei Temperaturen über 85°C durch mechanische Sensibilisatoren und indem die erfindungsgemäße Zündeinleitungszusammensetzung bereitgestellt wird, bei dem Bestandteile verwen­ det werden, die höchst stabil bei den Temperaturen sind, für die das System be­ stimmt ist.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Efin­ dungsbeispielen.

BEISPIEL I Zünder-Auslöse-Zusammensetzung

Basisches Bleistyphnat	40-42%
Bleiazid	20-22%
Antimonsulfid	15-20%
Bariumnitrat	15-20%
Karborundum®	1-3%

Es wurden 15 bis 25 mg benutzt und bei 10,8-15,5 kg/cm² konsolidiert.

Zündkapsel mit der obigen Zusammensetzung, die durch eine übliche Zündna­ del gezündet wurden, waren bei 100°C beständig und hatten eine Empfindlichkeit von 0,2-0,3 Joule und eine Zuverlässigkeit von 99% bei einer statisti­ schen Sicherheit von 95%.

BEISPIEL II

Entspricht Beispiel I, jedoch wurde das Karborundum® durch gemahlenes Glaspulver oder reinen sandartigen Ottawa-Quarzsand mit der gleichen Korngröße ersetzt. Mit dem gleichen Chargengewicht und den gleichen Konsolidierungsdrücken wie im Beispiel I ergeben sich Zünder mit einer Empfindlichkeit von 0,2-0,3 Joule und eine Zuverlässigkeit von 90% bei einer statistischen Sicherheit von 95%.

BEISPIEL III

Die Zuverlässigkeit des Mischens von mechanischen Sensibilisatoren wie Kar­ borundum®, Sand und Glaspulver und damit die Gesamtzuverlässigkeit kann be­ deutend verbessert werden, indem der Stabilisator in den Primärsprengstoff einge­ kapselt wird, wenn der Primärsprengstoff und der mechanische Sensibilisator gleich­ zeitig oder gemeinsam in der Proportion, in der sie im Fertigprodukt vorliegen sollen, niedergeschlagen oder abgeschieden werden. Das Herstellungsverfahren wäre fol­ gendes:

Eine Lösung aus Magnesiumstyphnat wird hergestellt durch Neutralisieren von Styphninsäure mit Magnesiumoxid und Abfiltern des überschüssigen Magnesiu­ moxids. Der mechanische Sensibilisator wird in die Magnesiumstyphnatlösung eingetaucht, und zwar in der Proportion, in der er in der Fertigungsmischung vorliegt. Bleinitrat oder Bleiazetatlösung wird in die Mischung aus Magnesiumstyphnat und mechanischem Sensibilisator eingeführt, welche bei 50°C gerührt gehalten wird. Die zusammen abgeschiedenen Bleistyphnat und mechanischer Sensibilisator werden bei 50°C für weitere 10 Minuten gekocht, filtriert, mit destilliertem Wasser gewaschen und zur Herstellung der primären Zusammensetzung verwendet.

Zünd- bzw. Sprengkapseln, die mit dem vorstehend beschriebenen, gemein­ sam abgeschiedenen Gemisch entsprechend Beispiel I hergestellt wurden, hatten eine verbesserte Gleichförmigkeit und eine Empfindlichkeit von 0,3-0,35 Joule sowie eine Zuverlässigkeit von 99,99% bei einer statistischen Sicherheit von 95%.

Claims (1)

1. Zündeinleitungszusammensetzung, bestehend aus
40 bis 42 Gew.-% basischem Bleistyphnat,
20 bis 22 Gew.-% Bleiazid,
15 bis 20 Gew.-% Antimonsulfid,
15 bis 20 Gew.-% Bariumnitrat
und 1 bis 3 Gew.-% eines Sensibilisators, ausgewählt aus der Gruppe, beste­ hend aus Karborundum®, Glaspulver und Quarzsand.