DE4318922A1

DE4318922A1 - Neuartige Verbundsprengstoffe auf der Basis von zwei Zusammensetzungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE4318922A1
Application number: DE4318922A
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Cabrol; Bernard Dubocage; Jean-Pierre Mazer
Original assignee: Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Current assignee: Societe Nationale des Poudres et Explosifs
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 2010-04-29
Also published as: GB2466236B; ITTO930395A1; ITTO930395A0; GB2466236A; GB9310404D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundsprengstoffs aus zwei Zusammensetzungen, der aus einer inneren Schicht, die mit einer ihr benachbart angeordneten peripheren Schicht umgeben ist, besteht, wobei die innere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, und die periphere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oderthält, darstellen, durch Gießen verschiedener pastoser pyrotechnischer Zusammensetzungen in eine Form und anschließende Polymerisation der Zusammensetzungen durch Härten. Die Zusammensetzungen bestehen aus einem nichtpolymerisierten, mit Füllstoff gefüllten Bindemittel, wobei der Füllstoff der Zusammensetzung für die innere Schicht mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff und der Füllstoff der Zusammensetzung für die periphere Schicht mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff und/oder mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel enthalten. Vor der Polymerisation der Zusammensetzungen wird ein steifer Film aus Kunststoff am Ort der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten in die Form eingesetzt, worauf die Zusammensetzungen zugleich polymerisiert werden. Die Erfindung betrifft ferner neuartige Verbundsprengstoffe aus zwei Zusammensetzungen, die in dieser Weise erhältlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet herkömmlicher Munition oder von Munition mit verringertem Explosionsrisiko, insbesondere für militärische Zwecke. Die Erfindung betrifft dabei die Sprengladung derartiger Munition und insbesondere ein neues Verfahren zur Herstellung eines Verbundsprengstoffs auf der Basis von zwei Zusammensetzungen sowie entsprechende neuartige Verbundsprengstoffe auf der Basis von zwei Zusammensetzungen.
Ladungen aus einem Verbundsprengstoff auf der Basis von zwei Zusammensetzungen sowie der entsprechende Behälter oder die entsprechende Umhüllung besitzen im allgemeinen eine axiale Symmetrie, um so symmetrische Wirkungen erzielen zu können.
Ein bedeutender Vorteil von aus zwei Zusammensetzungen aufgebauten Systemen besteht darin, daß die Empfindlichkeit der Ladung gegenüber einer Detonationswelle, wie sie beispielsweise zufällig durch eine in der Nähe erfolgende Detonation von benachbarter Munition hervorgerufen werden kann, verringert werden kann, indem ein empfindlicher Verbundsprengstoff mit einem weniger empfindlichen Verbundsprengstoff oder einer weniger empfindlichen pyrotechnischen Zusammensetzung ummantelt wird.
Unter einem Verbundsprengstoff wird in herkömmlicher Weise eine in funktioneller Hinsicht detonierbare pyrotechnische Zusammensetzung verstanden, die aus einer festen, mit Füllstoff gefüllten Polymermatrix besteht, im allgemeinen aus Polyurethan oder Polyester, wobei der Füllstoff pulverförmig ist und eine organische, Nitrogruppen enthaltende Sprengladung, beispielsweise Hexogen (RDX), Octogen (HMX), Pentrit, 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol (ONTA) oder ein Gemisch von mindestens zwei dieser Verbindungen, enthält. Diese Zusammensetzung wird durch Gießen und anschließende Polymerisation einer Paste erhalten, die aus einem mit einem entsprechenden Füllstoff gefüllten polymerisierbaren Bindemittel besteht.
Verbundsprengstoffe und ihre Herstellung sind beispielsweise in US 4 115 167 und US 5 067 996 beschrieben.
Der Hauptnachteil von Verbundsprengstoffen aus mehreren Zusammensetzungen besteht darin, daß die bisher angewandten Herstellungsverfahren, die auf dem Übergießen oder einer Bearbeitung beruhen, langwierig, kompliziert und sehr kostenintensiv sind. Sie erfordern mehrere Härtungszyklen, das Einsetzen und Herausnehmen von Kernen sowie den Einsatz zahlreicher Werkzeuge. Die Bearbeitungsschritte bergen ferner insbesondere hohe pyrotechnische Risiken und verlangen entsprechend spezielle Ausrüstungen. Das Übergießen erfordert andererseits ebensoviele Här tungszyklen, wie Schichten aufzubringen sind. So ist es z. B. nach diesem Verfahren möglich, in eine Form, im allgemeinen die Hülle einer Sprengladung, die einen herausnehmbaren Kernstift enthält, eine erste pastenförmige pyrotechnische Zusammensetzung einzugießen, die aus einem mit Füllstoff gefüllten, nichtpolymerisierten Bindemittel besteht, dessen Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, diese erste Zusammensetzung durch Härtung zu polymerisieren, dann den Kernstift herauszuziehen, eine zweite pastenförmige pyrotechnische Zusammensetzung in den vom Kernstift freigehaltenen Raum einzugießen und anschließend diese zweite Zusammensetzung durch Härten zu polymerisieren.
Die oben genannten Nachteile begrenzen die industrielle Entwicklung und Serienherstellung von Ladungen aus Verbundsprengstoffen aus mehreren Zusammensetzungen, insbesondere aus zwei Zusammensetzungen in der Praxis.
Es bestand daher ein Bedürfnis nach einem einfachen und billigen Verfahren zur Herstellung von Verbundsprengstoffen auf der Basis mehrerer Zusammensetzungen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist und nicht zu einer Eigenschaftsverschlechterung und/oder einer größeren Empfindlichkeit der Ladung führt.
Der Erfindung liegt eine entsprechende Aufgabe zugrunde.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß vor der Polymerisation der pastenförmigen pyrotechni schen Zusammensetzungen ein starrer Film aus Kunststoff an der für die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten vorgesehenen Stelle eingesetzt werden kann, ohne daß das Vorliegen dieses eingeschalteten Materials in der erhaltenen Ladung auf der Basis mehrerer Zusammensetzungen den angestrebten Zersplitterungseffekt und die angestrebte Druckstoßwirkung nachteilig beeinflußt, obgleich der Fachmann erwarten mußte, daß durch diese Maßnahme das Detonationsverhalten in erheblichem Maße gestört werden würde oder sogar die periphere Zusammensetzung dann, wenn sie sehr unempfindlich wäre, überhaupt nicht detonieren würde, beispielsweise bei Detonierbarkeitswerten nach dem Card-Gap-Test von weniger als 20 bis 25 Karten. Das Vorliegen dieses eingeschalteten Materials erlaubt es, daß die Verfahrensschritte des Einsetzens und Herausnehmens von Formkernen oder Formstiften entfallen können, die Anzahl von Werkzeugen verringert werden kann und die Anzahl der Härtungszyklen zu verringern ist, da sämtliche Zusammensetzungen gleichzeitig durch Härtung polymerisiert werden können. Dieses eingeschaltete Material aus einem steifen Kunststoff, das vorteilhaft in einer becherartigen Form oder in Form eines Fingerhutrohrs vorliegt, kann sehr leicht und bei geringen Gestehungskosten beispielsweise nach der Blasformtechnik, wie sie zur Herstellung von Kunststoffflaschen gut bekannt und in breitem Maße angewandt wird, oder auch durch Extrusion hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundsprengstoffs auf der Basis von zwei Zusammensetzungen, der aus einer inneren Schicht, die mit einer ihr benachbart angeordneten peripheren Schicht umgeben ist, besteht oder solche Schichtkombinationen aufweist, wobei die innere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren pulverförmiger Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, und die periphere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren pulverförmiger Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oder mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, darstellen, beruht auf dem Gießen unterschiedlicher pastoser pyrotechnischer Zusammensetzungen in eine Form durch eine Öffnung, die sich im allgemeinen im oberen Teil befindet, wobei die Zusammensetzung für die innere Schicht aus einem nichtpolymerisierten, mit Füllstoff gefüllten Bindemittel, dessen pulverförmiger Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, und die Zusammensetzung für die periphere Schicht aus einem nichtpolymerisierten, mit Füllstoff gefüllten Bindemittel, dessen pulverförmiger Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oder mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, bestehen, und der anschließenden Polymerisation der pastosen Zusammensetzungen durch Härten. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß vor der Polymerisation der pastosen Zusammensetzungen ein steifer Film aus Kunststoff am Ort der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten in die Form eingesetzt wird und anschließend die pastosen Zusammensetzungen gleichzeitig durch Härten polymerisiert werden.
Dabei wird unter einem steifen Film ein Film verstanden, der befähigt ist, dem Druck der pastenförmigen pyrotechnischen Zusammensetzungen zu widerstehen, wenn diese in die Form eingebracht werden, oder wenn der Film in die Form eingesetzt wird, die schon eine pastenförmige pyrotechnische Zusammensetzung enthält.
Die Form ist im allgemeinen und vorzugsweise die Hülle der Ladung aus dem Verbundsprengstoff auf der Basis von zwei Zusammensetzungen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die Ausdrücke ”aus zwei Zusammensetzungen” bzw. ”auf der Basis von zwei Zusammensetzungen” nicht eng und einschränkend zu interpretieren. Die Erfindungskonzeption beruht allgemein darauf, daß zwischen zwei aneinandergrenzenden Schichten aus vorzugsweise unterschiedlichen Sprengstoffzusammensetzungen eine an deren Grenzfläche angeordnete Trennschicht aus dem steifen Film aus Kunststoff vorgesehen wird, wobei im Prinzip eine beliebige Anzahl solcher gewissermaßen binärer Struktureinheiten aufeinanderfolgend vorgesehen sein kann.
Im Hinblick auf die obige Definition bestehen die erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß herstellbaren Verbundsprengstoffe aus zwei oder mehr Zusammensetzungen, die jeweils durch einen an ihrer Grenzfläche eingeschalteten steifen Film aus Kunststoff voneinander getrennt sind, wobei die Gesamtzahl der Zusammensetzungen eine gerade oder ungerade Zahl sein kann.
Der festgestellte technische Effekt und die daraus resultierenden vorteilhaften Ergebnisse bleiben erhalten, wenn die innere Schicht und/oder die periphere Schicht ihrerseits aus zwei oder mehr als zwei Zusammensentzungen bestehen. Es können entsprechend mehrere Materialien unterschiedlichen Profils als Trennmaterialien am Ort von mehreren oder sämtlichen Grenzflächen zwischen den Schichten in die Form eingesetzt werden, ohne daß hierdurch irgendwelche besonderen Probleme entstehen.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner auch möglich, die oben erläuterte herkömmliche Verfahrensweise der Erzeugung von Verbundsprengstoffen aus mehreren Zusammensetzungen unter Verwendung eines Kerns als Platzhalter mit dem er findungsgemäßen Verfahren zu kombinieren, nach dem zusätzliche Schichten oder Schichten nach Entnahme des Kerns unter Verwendung des Trennfilms erzeugt werden können.
Die oben erläuterte Erfindungskonzeption ist entsprechend in sehr weitem Maße mit besonderen Vorteilen in wirtschaftlicher wie auch funktioneller Hinsicht anwendbar.
Die innere Schicht stellt vorzugsweise ein Vollmaterial dar; sie kann jedoch auch eine oder mehrere Ausnehmungen oder Hohlräume aufweisen, beispielsweise eine axiale Ausnehmung, die sich über einen Teil oder über die gesamte Länge der Ladung erstrecken kann. Eine derartige Ausnehmung erlaubt es beispielsweise, ein Zündsystem darin einzusetzen.
Aufgrund des Umstands, daß aliphatische Nitroderivate bisher keine größere industrielle Anwendung als Sprengstoffe gefunden haben, werden in der herkömmlichen Weise unter organischen Nitro-Sprengstoffen Sprengstoffe verstanden, die aus der Gruppe von Sprengstoffen ausgewählt sind, die aus den aromatischen nitrierten Sprengstoffverbindungen (die mindestens eine Gruppe C-NO₂ enthalten, deren Kohlenstoffatom Teil eines aromatischen Ring ist), den Salpetersäureester-Sprengstoffen (die mindestens eine Gruppe C-O-NO₂ aufweisen) und den Nitramin-Sprengstoffen (die mindestens eine Gruppe C-N-NO₂ aufweisen) besteht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Innenschicht und die periphere Schicht koaxial angeordnet und besitzen vorzugsweise zylindrische Form.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt das Massenverhältnis von innerer Schicht zu peripherer Schicht im Bereich von 0,1 bis 2.
Der Kunststoff, aus dem der steife Film besteht, kann ein thermoplastischer oder ein wärmehärtbarer Kunststoff sein, beispielsweise ein Elastomer vom Polyurethan- oder Silicontyp. Der Kunststoff kann ferner Verstärkungsbestandteile und/oder Füllstoffe, wie Graphit, Kohlenstoff oder Glas, als Pulver oder in Form von Fasern enthalten.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der steife Kunststoff ein Polyalken, vorzugsweise ein Niederdruck- oder ein Hochdruck-Polyethylen.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform besitzt die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten einen kreisförmigen oder sternförmigen Querschnitt. Der steife Film aus Kunststoff besitzt dann entsprechend ebenfalls einen kreisförmigen oder sternförmigen Querschnitt. Ein solcher Stern weist im allgemeinen 6 bis 24 Zacken auf. Die Enden der Sternzacken können dabei beliebige Form aufweisen und beispielsweise flach sein, eine Spitze aufweisen oder gerundet sein. Der Stern kann ferner streng polygonale Form besitzen oder zwischen seinen Zacken verbindende Ausrundungen aufweisen. Die Zacken der Sterne sind ferner vorzugsweise identisch und besitzen eine Symmetrieachse, die durch den Mittelpunkt des Sterns hindurchgeht.
Der steife Film aus Kunststoff weist ferner in sehr vorteilhafter Weise aus den oben erwähnten Gründen die Form eines Behälters auf, der mit einer einzigen Öffnung versehen ist, beispielsweise die Form einer Hülse, einer Flasche, einer Geschoßspitze, eines Bechers oder eines Fingerhutrohrs. Beim Einsetzen des Films in die Form wird diese Öffnung in Bezug auf die Öffnung der Form, die sich im allgemeinen im oberen Teil der Form befindet, so angeordnet, daß das Innere des Behälters durch die Öffnung der Form zugänglich wird.
Wenn der Film die Form eines Behälters aufweist, der mit einer einzigen Öffnung versehen ist, ist es dann auch möglich, die pastose Zusammensetzung für die periphere Schicht vor dem Einsetzen des Films in die Form einzugießen. Beim Einführen des Films in die Form drückt dieser die Paste in den Raum zwischen dem Film und den Wänden der Form zurück. Man kann dann anschließend in den durch den Film abgegrenzten Raum die pastose Zusammensetzung für die innere Schicht eingießen. Es ist ferner auch möglich, den Behälter aus dem Film vor seinem Einsetzen in die Form zu füllen.
Unabhängig von der Form des zwischengeschalteten Materials kann das Gießen der beiden pastosen Zusammensetzungen allgemein gleichzeitig oder nacheinander bei Atmosphärendruck oder durch Einspritzen unter Druck erfolgen, nachdem der steife Film aus Kunststoff in die Form eingesetzt wurde.
Nach einer anderen Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung der Form kleiner als das Profil des steifen Films aus Kunststoff. In diesem Fall muß das Kunststoffmaterial, das aus den oben angeführten Gründen ausreichend steif sein muß, ferner auch ausreichende Flexibilität und Elastizität aufweisen, damit der Film ohne Zerstörung zusammengedrückt und anschließend in die Öffnung der Form eingeführt werden kann. Wenn der Film sich dann in der Form befindet, nimmt er seine ursprüngliche Form und sein ursprüngliches Profil wieder an. Filme aus Polyethylen weisen beispielsweise derartige Eigenschaften auf und eignen sich sehr günstig für diese Anwendung.
Allgemein und vorzugsweise gilt, daß die Dicke des steifen Films aus Kunststoff etwa 1 und etwa 5 mm beträgt. Diese Dicke muß nicht notwendigerweise gleichmäßig sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Polymermatrices der inneren Schicht und der peripheren Schicht, die gleich oder verschieden sein können, gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung aus Polyurethanen oder Polyestern, die inert oder aktiv sind, d. h. energetische Gruppen, wie Fluorgruppen, Nitrogruppen und/oder Azidgruppen, aufweisen.
Die Polyurethanmatrices werden allgemein durch Umsetzung eines Polymers mit Hydroxyendgruppen mit einem Polyisocyanat hergestellt.
Beispiele für Präpolymere mit Hydroxyendgruppen sind etwa Präpolymere, deren Gerüst ein Polyisobuten, ein Polybutadien, ein Polyether, ein Polyester oder ein Polysiloxan ist. Vorzugsweise werden Polybutadiene mit Hydroxyendgruppen verwendet.
Zu den Beispielen für Polyisocyanate gehören Isophorondiisocyanat (IPDI), Toluoldiisocyanat (TDI), Dicyclohexylmethylendiisocyanat (Hylène W), Hexamethylendiisocyanat (HMDI) und Biurettrihexanisocyanat (BTHI) sowie deren Gemische.
Wenn die Polymermatrix eine Polyestermatrix ist, wird diese allgemein durch Umsetzung eines Präpolymers mit Carboxyendgruppen, vorzugsweise eines Polybutadiens mit Carboxyendgruppen (PBCT) oder eines Polyesters mit Carboxyendgruppen, mit einem Polyepoxid, beispielsweise einem Kondensationsprodukt von Epichlorhydrin mit Glycerin, oder einem Polyaziridin, beispielsweise Trimethylaziridinylphosphinoxid (MAPO), hergestellt.
Die Polymermatrices können ggfs. einen inerten oder aktiven Weichmacher enthalten, beispielsweise Weichmacher, wie sie gewöhnlich bei der Herstellung von Verbundsprengstoffen und festen Verbundtreibstoffen eingesetzt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform ist die innere Schicht ein Verbundsprengstoff, der aus einer mit einem Füllstoff gefüllten Polyurethanmatrix oder Polyestermatrix besteht, wobei der Füllstoff mindestens 15 Masse-%, ggfs. mindestens 40 Masse-%, mindestens 60 Masse-% oder mindestens 80 Masse-%, an organischem Nitro-Sprengstoff enthält, der vorzugsweise unter Hexogen, Octogen, 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol und deren Gemischen ausgewählt ist, wobei die angegebenen Prozentsätze auf die Gesamtmasse des Verbundsprengstoffs bezogen sind. Der Füllstoff kann ferner beispielsweise ein anorganisches Oxidationsmittel, wie Ammoniumperchlorat, und/oder ein reduzierendes Metall, wie Aluminium, enthalten.
Nach einer anderen Ausführungsform ist die periphere Schicht eine pyrotechnische Zusammensetzung, die unter den Verbundsprengstoffen und den pyrotechnischen Zusammensetzungen ausgewählt ist, die aus einer mit Füllstoff gefüllten Polymermatrix bestehen, deren pulverförmiger Füllstoff ein anorganisches Oxidationsmittel enthält.
Wenn die periphere Schicht ein Verbundsprengstoff ist, besteht dieser vorzugsweise aus einer mit Füllstoff gefüllten Polyurethan- oder Polyestermatrix, deren Füllstoff mindestens 15 Masse-%, ggfs. mindestens 40 Masse-%, mindestens 60 Masse-% oder mindestens 80 Masse-%, an organischem Nitro-Sprengstoff enthält, der vorzugsweise unter Hexogen, Octogen, 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol, Pentrit, Triaminotrinitrobenzol und Nitroguanidin sowie deren Ge mischen ausgewählt ist, wobei die angegebenen Prozentsätze auf die Gesamtmasse des Verbundsprengstoffs bezogen sind.
Der Füllstoff kann ferner auch beispielsweise ein anorganisches Oxidationsmittel, wie Ammoniumperchlorat, und/oder ein reduzierendes Metall, wie Aluminium, enthalten.
Wenn die periphere Schicht eine pyrotechnische Zusammensetzung ist, die aus einer mit einem Füllstoff gefüllten Polymermatrix besteht, deren pulverförmiger Füllstoff ein anorganisches Oxidationsmittel enthält, ist die Polymermatrix vorzugsweise eine Polyurethan- oder Polyestermatrix. Darüber hinaus enthält dann der Füllstoff vorzugsweise keinen organischen Nitro-Sprengstoff. Der Füllstoff besteht beispielsweise lediglich aus dem anorganische Oxidationsmittel oder einem Gemisch aus anorganischem Oxidationsmittel und einem reduzierenden Metall, wie Aluminium, Zirkonium, Magnesium, Bor und deren Gemischen. Der Füllstoff kann allerdings auch andere Füllstoffe, wie organische, nichtexplosive Füllstoffe, beispielsweise Oxamid, umfassen.
Beispiele für das für die periphere Schicht verwendete anorganische Oxidationsmittel sind Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat, Ammoniumnitrat und Natriumnitrat sowie deren Gemische.
Die Erfindung betrifft ferner auch neuartige Verbundsprengstoffe aus zwei Zusammensetzungen, d. h. Verbundsprengstoffe, die nach dem oben angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich sind. Diese neuartigen Verbundsprengstoffe auf der Basis von zwei Zusammensetzungen bestehen aus einer inneren Schicht, die mit einer ihr benachbarten peripheren Schicht überzogen ist, oder enthalten solche binären Schichtkombinationen. Die innere Schicht ist eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, während die periphere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix ist, deren Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oder mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält. Diese Verbundsprengstoffe sind gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten einen dazwischen eingeschalteten steifen Film aus Kunststoff aufweisen.
Verschiedene Ausführungsweisen und bevorzugte Formen dieser neuartigen Verbundsprengstoffe wurden oben erläutert. Eine andere, besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die periphere Schicht gegenüber einer Detonationswelle weniger empfindlich ist als die innere Schicht. Diese Ausführungsform wird insbesondere bei der Herstellung von Munition mit verringertem Risiko eingesetzt.
Der Ausdruck ”gegenüber einer Detonationswelle weniger empfindlich” bedeutet in der Praxis, daß der nach dem Detonationsübertragungstest hinter einer Barriere (Card-Gap-Test) ermittelte Detonationsübertragungsindex (IAD im französischen Sprachbereich, DV-detonability value im angelsächsischen Sprachbereich) kleiner ist. Dieser entweder für einen Durchmesser von 40 mm oder einen Durchmesser von 75 mm standardisierte Test ist dem Fachmann des vorliegenden Gebiets geläufig.
Die nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutern die Erfindung und die damit erzielten Vorteile.
Beispiel 1: Verbundsprengstoff aus zwei Zusammensetzungen mit einem Trennmaterial aus Polyethylen in Form eines zylindrischen Behälters mit kreisförmigem Querschnitt
Ein steifer zylindrischer Behälter von kreisförmigem Querschnitt mit flachem Boden, der aus Niederdruck-Polyethylen besteht und eine Dicke von 2 mm, einen Innendurchmesser von 128 mm und eine Länge von 450 mm aufweist, wird in eine zylindrische Struktur von kreisförmigem Querschnitt und mit flachem Boden, die aus Stahl besteht und eine Länge von 462 mm, einen Außendurchmesser von 273 mm und eine Dicke von 12,5 mm aufweist, durch die vollständig offene, dem Boden gegenüberliegende Seite so eingesetzt, daß er auf dem flachen Boden ruht. Der Behälter wird in der Struktur koaxial angeordnet, wobei der Boden des Behälters auf dem Boden der Struktur aufliegt. Die Fläche des Behälters am anderen, dem Boden gegenüberliegenden Ende ist vollständig offen.
In den Polyethylenbehälter werden 9,96 kg einer pastenförmigen pyrotechnischen Zusammensetzung bei einer Temperatur von 60°C eingebracht, die ein mit Füllstoff gefülltes nichtpolymerisiertes Bindemittel folgender Zusammensetzung darstellt:

– 12 Masse-% eines Bindemittels auf der Basis eines Polybutadiens mit Hydroxyendgruppen und einer Molekülmasse von etwa 2000 und von Isophorondiisocyanat (IPDI),
– 88 Masse-% pulverförmige Füllstoffe:
– 20 Masse-% RDX,
– 43 Masse-% Ammoniumperchlorat,
– 25 Masse-% Aluminium.

In den Raum zwischen dem Polyethylenbehälter und der Außenstruktur werden dann 29,0 kg einer pastenförmigen pyrotechnischen Zusammensetzung bei einer Temperatur von 60°C eingebracht, die ein mit Füllstoff gefülltes nichtpolymerisiertes Bindemittel folgender Zusammensetzung darstellt:

– 12 Masse-% des gleichen Bindemittels, das auch für die Füllung des Polyethylenbehälters verwendet wurde,
– 88 Masse-% pulverförmige Füllstoffe:
– 51 Masse-% Ammoniumperchlorat,
– 5 Masse-% Oxamid,
– 32 Masse-% Aluminium.

Die beiden pastenförmigen Zusammensetzungen werden dann durch 7 d Erhitzen bei 60°C polymerisiert.
Die innere Schicht besitzt einen DV-Wert von 80 Karten nach dem Card-Gap-Test, während die periphere Schicht, die noch weniger empfindlich ist, einen DV-Wert < 1 Karte aufweist.
Parallel dazu wird ein Vergleichsbeispiel 1, das nicht unter die vorliegende Erfindung fällt und den am nächsten kommenden Stand der Technik repräsentiert, hergestellt, um damit den erfindungsgemäß erzielten technischen Effekt und die daraus resultierenden Vorteile nachzuweisen.
Für dieses Vergleichsbeispiel 1 werden die gleichen pastenförmigen Zusammensetzungen wie für Beispiel 1 sowie eine streng gleiche Metallstruktur verwendet.
In die Metallstruktur wird ein massiver, zylindrischer Kernstift mit kreisförmigem Querschnitt, einem Durchmesser von 128 mm und einer Länge von 450 mm koaxial eingesetzt. Der Kernstift ruht auf dem Boden der Struktur. Anschließend wird die pastenförmige Zusammensetzung für die periphere Schicht (29,5 kg) bei einer Temperatur von 60°C in den freien Raum zwischen dem Kernstift und der Außenstruktur eingegossen. Anschließend wird diese Zusammensetzung 7 d bei 60°C polymerisiert.
Danach wird der Kernstift entnommen, worauf die pastenförmige Zusammensetzung für die innere Schicht (9,96 kg) bei einer Temperatur von 60°C in den entsprechenden freigehaltenen Raum eingegossen wird. Dann wird diese Zusammensetzung 7 d bei 60°C polymerisiert.
Danach werden die Eigenschaften der beiden Ladungen (erfindungsgemäßes Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1) ermittelt, wobei die Detonation durch einen Detonationswellengenerator für ebene Wellen mit einem Durchmesser von 76 mm initiiert wird, der aus einer zylindrisch-konischen Kalotte aus einem Verbundsprengstoff besteht, der aus 14 Masse-% eines durch Umsetzung eines Polyesterdiols mit IPDI erhaltenen Polyurethan-Bindemittels und 96 Masse-% Octogen zusammengesetzt ist. Der Hohlraum der Kalotte wird mit einem Verbundsprengstoff gefüllt, der aus 11,5 Masse-% des gleichen Bindemittels, das für die Kalotte verwendet wurde, 17 Masse-% Pentrit und 71,5 Masse-% Mennige besteht. Die zylindrisch-konische Kalotte setzt sich in einen Booster von gleichem Durchmesser von 76 mm und einer Dicke von 45 mm fort, der aus dem gleichen Verbundsprengstoff besteht, wie er in der Kalotte enthalten ist. Der Booster steht mit der inneren Schicht in Kontakt, und der Detonationswellengenerator ist koaxial mit der Ladung an geordnet. Dieser Detonationswellengenerator wird seinerseits durch eine Hexowax-Tablette gezündet, die in Kombination mit einer herkömmlichen Sprengkapsel verwendet wird.
Die gemessenen Eigenschaften sind zum einen die Ausbauchgeschwindigkeit und die Bruchstückgeschwindigkeit und zum anderen die Druckstoßwirkung.
Die Ausbauchgeschwindigkeit der metallischen Umhüllung in Abhängigkeit von der radialen Ausdehnung und die Geschwindigkeit der infolge des Bruchs der Umhüllung gebildeten Bruchstücke werden mit Hilfe einer Schlitzkamera entsprechend dem Standardexperiment bezüglich der Zylinderausbauchung, das dem Fachmann dieses Gebiets geläufig ist, aufgezeichnet.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt: Tabelle 1

Radiale Dehnung (mm) Ausbauchgeschwindigkeit (m/s)

Beispiel 1 Vergleichsbeispiel 1

10 388 439

20 684 694

40 857 826

120 1250 1250

Fragmentierung 1500 1570
Die bei der Bruchstückbildung gemessene Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit der gebildeten Bruchstücke.
Die Gesamtheit der Ergebnisse von Tabelle 1 zeigt, daß zwischen dem Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 kein signifikanter Unterschied besteht, was bedeutet, daß das Vorliegen des zwischen die Schichten eingeschalteten Materials den angestrebten Fragmentierungseffekt nicht signifikant beeinflußt.
Die Druckstoßwirkung wird mit piezoresistiven Sensoren gemessen, die 10 bis 35 m von der Ladung und etwa 1,25 m vom Boden angeordnet sind und den Druck in Abhängigkeit von der Zeit erfassen. Die Analyse dieser Kurven erlaubt anschließend beispielsweise die Ermittlung der Maximaldruckkurve in Abhängigkeit vom Abstand von der Ladung.
Bei gleichem Abstand von der Ladung zeigen die von den Sensoren für Beispiel 1 und für Vergleichsbeispiel 1 aufgenommenen Kurven keinen signifikanten Unterschied, und die daraus resultierenden Maximaldruckkurven in Abhängigkeit vom Abstand sind praktisch deckungsgleich. Bei einem Abstand von 15 m von der Ladung beträgt der maximale Druck 410 + 10 mbar, und die Ankunftszeit der Luft-Stoßwelle beträgt 24,5 + 0,5 ms. In einem Abstand von 23 m von der Ladung beträgt der gemessene Maximaldruck 215 mbar für Beispiel 1 und 190 mbar für Vergleichsbeispiel 1, und die zugehörigen Ankunftszeiten für die Luft-Stoßwelle betragen 43 ms für Beispiel 1 und 45 ms für Vergleichsbeispiel 1.
Diese Druckstoßwirkungseigenschaften sind von gleicher Größenordnung wie die mit einer Ladung aus einer einzigen Zusammensetzung aus Hexolit 60/40 erhaltenen Druckstoßwirkungseigenschaften. Das Vorliegen des Trennmaterials zwischen den Schichten beeinflußt entsprechend die angestrebte Druckstoßwirkung nicht in signifikanter Weise.
Beispiel 2: Verbundsprengstoff aus zwei Zusammensetzungen mit einem Trennmaterial aus Polyethylen in Form eines zylindrischen Behälters mit kreisförmigem Querschnitt
Ein steifer zylindrischer Behälter von kreisförmigem Querschnitt mit flachem Boden, der aus Niederdruck-Polyethylen besteht und eine Dicke von 2 mm, einen Innendurchmesser von 128 mm und eine Länge von 300 mm aufweist, wird in eine zylindrische Struktur von sternförmigem Querschnitt und mit flachem Boden, die aus Stahl besteht und eine Länge von 312,5 mm, einen Außendurchmesser von 115 mm und eine Dicke von 12,5 mm aufweist, durch die vollständig offene, dem Boden gegenüberliegende Seite so eingesetzt, daß er auf dem flachen Boden ruht. Der Behälter wird in der Struktur koaxial angeordnet, wobei der Boden des Behälters auf dem Boden der Struktur aufliegt. Die Fläche des Behälters am anderen, dem Boden gegenüberliegenden Ende ist vollständig offen. Der Stern umfaßt 12 gleiche Zacken und besitzt eine Symmetrieachse, die durch den Mittelpunkt des Sterns hindurchgeht. Jede Zacke des Sterns ist entsprechend von den Nachbarzacken durch einen Winkel von π/5 getrennt. Der einbeschriebene Kreis des Sterns besitzt einen Durchmesser von 34 mm, der umbeschriebene Kreis einen Durchmesser von 54 mm.
Der Behälter wird in die Außenumhüllung koaxial eingesetzt, wobei der Boden des Behälters auf dem Boden der äußeren Umhüllung ruht. Die dem Boden gegenüberliegende Seite des Behälters ist vollkommen offen.
Der Behälter aus Polyethylen wird dann bei 60°C mit einer pastenförmigen pyrotechnischen Zusammensetzung gefüllt, die ein mit Füllstoff gefülltes nichtpolymerisiertes Bindemittel folgender Zusammensetzung darstellt:

– 14 Masse-% eines durch Umsetzung eines Polyethers mit Hydroxyendgruppen mit IPDI erhaltenen Polyurethan-Bindemittels,
– 86 Masse-% pulverförmiges Octogen.

Der zwischen dem Behälter aus Polyethylen und der Außenumhüllung vorliegende Raum wird anschließend bei 60°C mit einer pastenförmigen pyrotechnischen Zusammensetzung gefüllt, die ein mit Füllstoff gefülltes nichtpolymerisiertes Bindemittel folgender Zusammensetzung darstellt:

– 16 Masse-% eines durch Umsetzung eines Polybutadiens mit Hydroxyendgruppen mit IPDI erhaltenen Polyurethan-Bindemittels,
– 84 Masse-% pulverförmige Füllstoffe:
– 72 Masse-% 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol (ONTA),
– 12 Masse-% Octogen.

Die beiden pastenförmigen Zusammensetzungen werden dann durch 7 d Erhitzen auf 60°C gleichzeitig polymerisiert.
Die innere Schicht besitzt einen nach dem Card-Gap-Test bestimmten DV-Wert der Detonationsübertragung von 150 Karten, während die periphere Schicht, die erheblich geringere Empfindlichkeit besitzt, einen DV-Wert von 25 Karten aufweist.
Parallel dazu wird ein nicht unter den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallendes Vergleichsbeispiel 2 durchgeführt, um den erfindungsgemäß erzielten technischen Effekt und die daraus resultierenden Vorteile nachzuweisen.
Für das Vergleichsbeispiel 2 werden die gleichen pastenförmigen Zusammensetzungen wie für Beispiel 2 sowie eine streng identische metallische Außenstruktur verwendet.
In diese Außenumhüllung wird ein massiver, zylindrischer Kernstift mit sternförmigem Querschnitt und einer Länge von 300 mm koaxial eingesetzt. Der Stern ist dabei mit dem Stern von Beispiel 2 identisch (10 gleiche Zacken, Durchmesser des einbeschriebenen Kreises 34 mm, Durchmesser des umbeschriebenen Kreises 54 mm). Der Kernstift ruht dabei auf dem Boden der Außenstruktur. Danach wird die pastenförmige Zusammensetzung für die periphere Schicht bei einer Temperatur von 60°C in den Raum zwischen dem Kernstift und der Außenumhüllung eingegossen. Danach wird diese Zusammensetzung 7 d bei 60°C polymerisiert.
Anschließend wird der Kernstift entnommen, worauf die pastenförmige Zusammensetzung für die innere Schicht bei einer Temperatur von 60°C in den entsprechenden freigewordenen Raum eingegossen wird. Dann wird diese Zusammensetzung 7 d bei 60°C polymerisiert.
Im Anschluß daran werden für die beiden Ladungen (erfindungsgemäßes Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2) die Ausbauchgeschwindigkeit der metallischen Umhüllung in Abhängigkeit von der radialen Dehnung und die Geschwindigkeit der gebildeten Bruchstücke nach dem gleichen Verfahren wie für Beispiel 1 ermittelt, wobei die Detonation mit einem Generator für ebene Stoßwellen mit einem Durchmesser von 90 mm initiiert wird, der aus einer zylindrisch-konischen Kalotte aufgebaut ist, die aus dem gleichen Verbundsprengstoff besteht, wie er für die innere Schicht der Ladung verwendet ist, und der Hohlraum der Kalotte mit einem Verbundsprengstoff gefüllt ist, der aus 22,5 Masse-% eines durch Umsetzung eines Polyetherdiols mit IPDI erhaltenen Polyurethan-Bindemittels, 29,5 Masse-% Pentrit und 48 Masse-% Mennige besteht. Die zylindrisch-konische Kalotte setzt sich in einen Booster vom gleichen Durchmesser von 90 mm und einer Dicke von 30 mm fort, der aus dem gleichen Verbundsprengstoff besteht, wie er in der Kalotte enthalten ist. Der Booster steht in Kontakt mit der inneren Schicht der Ladung, und der Stoßwellengenerator für ebene Stoßwellen ist koaxial mit der Ladung angeordnet. Der Stoßwellengenerator selbst wird durch eine Hexowax-Tablette gezündet, die mit einer herkömmlichen Sprengkapsel kombiniert ist.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefaßt: Tabelle 2

Radiale Dehnung (mm) Ausbauchgeschwindigkeit (m/s)

Beispiel 2 Vergleichsbeispiel 2

10 795 750

20 970 910

30 1060 1020

40 1150 1100

50 1210 1170

Fragmentierung 1220 1190
Die für die Erfindung festgestellten, leicht besseren Eigenschaften sind im Hinblick auf die Meßgenauigkeit an der Signifikanzgrenze. Die Ergebnisse von Tabelle 2 zeigen klar, daß das Vorliegen des zwischen den Schichten eingeschalteten Filmmaterials keine Eigenschaftsverschlechterung hervorruft.
Darüber hinaus wurde mit Hilfe einer dem Fachmann bekannten, herkömmlichen Einrichtung unter Verwendung einer Schlitzkamera die Form der Detonationswelle am Ende der Probe beobachtet. Dabei wurde in völlig unerwarteter Weise festgestellt, daß das Vorliegen des zwischen den Schichten eingeschalteten Materials das Detonationsverhalten praktisch nicht beeinflußt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4115167 [0005]
- US 5067996 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundsprengstoffs aus bzw. mit zwei Zusammensetzungen, der aus einer inneren Schicht besteht, die mit einer ihr benachbart angeordneten peripheren Schicht umgeben ist, bzw. solche Schichtkombinationen aufweist, wobei die innere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, und die periphere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oder mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, darstellen, durch Gießen unterschiedlicher pastoser pyrotechnischer Zusammensetzungen in eine Form, wobei die Zusammensetzung für die innere Schicht aus einem nichtpolymerisierten, mit Füllstoff gefüllten Bindemittel, dessen Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, und die Zusammensetzung für die periphere Schicht aus einem nichtpolymerisierten, mit Füllstoff gefüllten Bindemittel, dessen Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oder mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, bestehen, und anschließende Polymerisation der pastosen Zusammensetzungen durch Härten, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Polymerisation der pastosen Zusammensetzungen ein steifer Film am Ort der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten in die Form eingesetzt wird und anschließend die pastosen Zusammensetzungen gleichzeitig durch Härten polymerisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schichten koaxial und vorzugsweise zylindrisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Film aus Kunststoff aus einem Polyalken, vorzugsweise einem Polyethylen, besteht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des steifen Films aus Kunststoff etwa 1 bis etwa 5 mm beträgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Film aus Kunststoff einen kreisförmigen oder sternförmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Film aus Kunststoff die Form einer geschlossenen Hülle aufweist, die mit einer einzigen Öffnung versehen ist, die so angeordnet wird, daß das Innere der Hülle durch die Öffnung der Form hindurch zugänglich ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pastose Zusammensetzung für die periphere Schicht in die Form eingegossen wird, bevor der steife Film aus Kunststoff in Form einer geschlossenen Hülle eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pastose Zusammensetzung für die innere Schicht vor oder nach dem Einsetzen des steifen Films aus Kunststoff in Form einer geschlossenen Hülle in die Form in diese Hülle eingegossen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießen der beiden pastosen Zusammensetzungen gleichzeitig oder nacheinander nach dem Einsetzen des Films aus Kunststoff in die Form vorgenommen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung der Form kleiner ist als das Profil des steifen Films aus Kunststoff.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht ein Verbundsprengstoff ist, der aus einer mit Füllstoff gefüllten Matrix aus Polyurethan oder Polyester besteht, deren Füllstoff mindestens 15 Masse-% an einem organischen Nitro-Sprengstoff enthält, der vorzugsweise unter Hexogen, Octogen, 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol und deren Gemischen ausgewählt ist, wobei sich die Prozentangabe auf die Masse des Verbundsprengstoffs bezieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Schicht – ein Verbundsprengstoff ist, der aus einer mit Füllstoff gefüllten Matrix aus Polyurethan oder Polyester ist, deren Füllstoff mindestens 15 Masse-% an einem organischen Nitro-Sprengstoff enthält, der vorzugsweise unter Hexogen, Octogen, Pentrit, Triaminotrinitrobenzol, Nitroguanidin, 5-Oxo-3-nitro-1,2,4-triazol und deren Gemischen ausgewählt ist, wobei sich die Prozentangaben auf die Masse des Verbundsprengstoffs beziehen, oder – eine pyrotechnische Zusammensetzung ist, die aus einer mit einem Füllstoff gefüllten Matrix aus Polyurethan oder Polyester besteht, deren Füllstoff ein anorganisches Oxidationsmittel, jedoch keinen organischen Nitro-Sprengstoff enthält.
Verbundsprengstoff aus bzw. mit zwei Zusammensetzungen, der aus einer inneren Schicht, die mit einer ihr benachbart angeordneten peripheren Schicht umgeben ist, besteht, wobei die innere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, und die periphere Schicht eine mit Füllstoff gefüllte Polymermatrix, deren Füllstoff mindestens ein anorganisches Oxidationsmittel und/oder mindestens einen organischen Nitro-Sprengstoff enthält, darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß er an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten einen dazwischen eingeschalteten steifen Film aus Kunststoff aufweist.
Verbundsprengstoff aus zwei Zusammensetzungen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die periphere Schicht eine geringere Empfindlichkeit gegenüber einer Detonationswelle als die innere Schicht aufweist.