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Detonationssichere Zündkomposition Die vorliegende Erfindung betrifft
eine detonationssichere Zündkomposition jener Art, welche ein Gemisch feinverteilter
anorganischer Oxydations-und Reduktionsmittel enthält, z. B. fürZündschnüre für
Spreng- oder militärische Zwecke.
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Mit Hilfe von Schwarzpulver hergestellte Zündschnüre unterliegen je
nach den jeweiligen atmosphärischen Verhältnissen großen Schwankungen in ihren Verbrennungseigenschaften,
woraus sich häufig ein großer Übelstand beim Sprengen auf großer Höhe über _leer
sowie im Funktionieren militärischer Zündschnüre ergibt. Mischungen von Oxydations-
und Reduktionsmitteln, hei deren Reaktion nur wenig oder gar keine gasförmigen Izückstände
auftreten, sind in dieser Beziehung einwandfrei,.und man hat deshalb vorgeschlagen,
aus 131eimeniiige und Silicium bestehende Mischungen als Zündkompositionen zu verwenden.
Die, eintretende Reaktion geht nach folgender Formel vor sich: Pl>304+2Si=2Si02+3P1>.
Unglücklicherweise ist der Zündgeschwindigkeitsbe"reich, welcher durch Änderung
des Mischungsverhältnisses von Bleimennige und Silicium erzielt werden kann, sehr
begrenzt, und die Verbrennungsgeschwindigkeit bei Atmospärendruck von 7iitrd:c'hniiren,
welche selbst aus den am langsamsten brennenden Mischungen von Bleimennige und Silicium
hergestellt sind, ist wesentlich größer als jene gewöhnlicher Schwarzpulverzündschnüre.
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Es ist bekannt, daß Mischungen aus Silicium und Kaliumnitrat hei starker
Erwärmung exothermisch reagieren können; indessen können dieselben nicht als Zündkompositionen
verwendet werden, da sie nicht imstande sind, die Reaktion
progressiv
durch einen Strang von kleiner Querschnittsfläche weiterzuleiten. Das Fortschreiten
dieser Reaktion geht 'unter Gaserzeugung und Bildung glühender Rückstände vor sich
und kann folgendermaßen dargestellt werden: 4KN03+.5Si=2K20+5Si02+2N2. Es hat sich
nun gezeigt, daß durch Benutzung von Kaliumnitrat und Bleimennige zusammen als Oxydationsmittel
für Silicium Zündkompositionen erzeugt werden können, mit welchen die erhaltenen
Zünder über einen größeren Verbrennungsgeschwindigkeitsbereich stark brennen, und
insbesondere i wird die Herstellung von Zündern erleichtert, welche mit geringeren
Geschwindigkeiten stärker brennen als jene, welche aus einem Gemisch von Bleimennige
und Silicium allein hergestellt werden. Die Zündkomposition gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält ein feinverteiltes Gemisch von Kaliumnitrat, Bleimennige und Silicium.
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Das Mischungsverhältnis von Kaliumnitrat, Bleimennige und Silicium
kann zwischen 5o und 15%, 30 und 60% und 1o und 40% betragen und beträgt vorzugsweise
40 bis 20%, 4o bis 50% und 2o bis 300/0.
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Die Verbrennungsgeschwindigkeiten der erhaltenen Zündpulver hängen
sowohl von den in der Oxydationskomponente des Gemisches enthaltenen Anteilen an
Kaliumnitrat und Bleimennige als auch vom Siliciumgehalt der Komposition ab. Die
minimalen Zündgeschwindigkeiten, welche erzielt werden können, werden progressiv
geringer, wenn der Kaliumnitratgehalt der Oxydationskomponente bis zu jener Grenze
erhöht wird, welche noch zulässig ist, ohne daß die Komposition unfähig wird, die
Reaktion längs der Zündschnur weiterzuleiten. Bis zu einem gewissen Punkt bewirkt
der überschuß von Silicium über den nach den vorstehenden Formeln berechneten stöchiometrischen
Anteil eine Erhöhung der Zündgeschwindigkeit, aber bei weiterer Erhöhung des Siliciumüberschusses
nähert sich die resultierende Zündgeschwindigkeit einem Maximum und kann geringer
werden, bis schließlich der Komposition genügend Silicium zugesetzt worden ist,
um ein ständiges Verbrennen der,Zündschnur unmöglich zu machen.
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Für jeden besonderen Anteil Kaliumnitrat in der Oxydationskomponente
ist es zweckmäßig, eine Komposition zu verwenden, welche den kleineren von je zwei
Siliciumüberschüssen enthält, die zur Erzielung einer Zündschnur mit der gewünschten
Verbrennungsgeschwindigkeit führen, da die hieraus sich ergebende Zündkomposition
die lebhafter verbrennende von den beiden sein wird.
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Indessen ermöglicht das Vorhandensein von progressiv zunehmenden Anteilen
Kaliumnitrat die Zugabe progressiv größerer Mengen Silicium in das Gemisch. Wenn
das Verhältnis des Kaliumnitratanteils zu jenem von Bleimennige gering ist, darf
kein Siliciumübersc.huß über den stöchiom-etrischen Anteil verwendet werden, oder
es kann sogar etwas weniger als die stöchiometrische Menge an Silicium zulässig
sein, aber wenn der Kaliumnitratgehalt der Oxydationskomponente erhöht wird, muß
ein progressiv zunehmender überschuß an Silicium verwendet werden, damit das Zündpulver
zur Weiterleitung der Reaktion fähig wird. Auch der maximale Siliciumüberschuß,
welcher verwendet werden kann, ohne die Zündschnur zur Weiterleitung der Reaktion
unfähig zu machen, ist im letzteren Fall größer.
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Die erfindungsgemäßen Zündkompositionen liefern Verbrennungsprodukte,
die eine gewisse Menge Gas enthalten, aber dank der Erfindung ist die Herstellung
von Zündkompositionen möglich, welche im Vergleich zu jenen der Schwarzpulverzündkompositionen
mit Geschwindigkeiten brennen, welche in bezug auf ihre Verbrennungseigenschaften
weit weniger durch Schwankungen d-es Luftdruckes beeinflußt werden.
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Bei Ausführung der Erfindung können die pulverförmigen Bestandteile
in beliebiger Reihenfolge miteinander gemischt werden; indessen wird die pulverförmige
Mischung zweckmäßigerweise hergestellt, indem zuerst das Kaliumnitrat mit Bleimennige
gemischt und hierauf dieser Mischung Silicium beigemischt wird. Die Zündschnüre
können mit einem Kern aus der pulverisierten Zündkomposition in pulverförmigem Zustand
hergestellt werden; zweckmäßigerweise werden dieselben aber mit einer feinkörnigen
Masse, welche Nitrocellulos-eleim oder ein Kunstharz enthält, in der üblichen Weise
,hergestellt. Das pulverförmigeGemisch kann aber auch mittels eines Bindemittels
in Strangform gebunden werden und könnte auch mittels eines thermoplastischen Bindemittels,
z. B. einer gelatinierten Nitrocellulosekömposition, in Form einer umporösen Masse
hergestellt werden, um bei entsprechend erhöhter Temperatur in Form eines Kernes
herausgepreßt werden zu können, auf welchen eine Hülle aufgebracht wird. Es ist
klar, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit einer auf diese Weise erzeugten Zündschnur
beträchtlich von jener einer Zündschnur mit einem Kern aus der pulverisierten oder
körnigen Zündkomposition abweichen kann.
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Zwecks Untersuchung und Vergleichs der Verbrennungsgeschwindigkeiten
dieser Kompositionen kann eine als Bleizündschnurversuch bekannte Prüfmethode angewandt
werden. Bei diesem Versuch werden Bleiröhren bestimmter Größe und Gewichtsverhältnisse
mit dem zu prüfenden Zündpulver gefüllt, . verschlossen und dann durch Formen gezogen,
bis sie auf einen bestimmten Normaldurchmesser reduziert sind. Aus dem Mittelteil
des gefüllten und gezogenen Rohres werden dann Abschnitte bestimmter Länge herausgeschnitten,
und die Verbrennungsgeschwindigkeit dieser Abschnitte für jeden gewünschten Druck
wird dann gemessen.
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Da die Bleihülle durch die Verbrennungswärme des Zündpulvers geschmolzen
wird, sind die gasförmigen Verbrennungsrückstände nicht eingeschlossen, und die
Verbrennung geht unter d.em jeweiligen Barometerdruck vor sich.
Die
Verbrennungsgeschwindigkeiten der so hergestellten Zündschnüre können etwas erhöht
werden, indem man in den Kern einen Weichmetalldraht, z. B. aus Kupfer; einbettet.
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Im nachstehenden seien einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
beschrieben, wobei die Zahlenangaben sich auf Gewichtsteile beziehen.
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Beispiel i Das Zündpulver wird hergestellt durch Mischung von gewöhnlichem
Bleimennigepulver,wie es beim Anstreichen benutzt wird, mit durch ein Sieb mit einer
Maschenweite von
0,0152 mm passiertem Kaliumnitrat und durch ein Sieb mit
einer Maschenweite von o,0076 mm passiertem Silicium. In der Oxydationskomponente
sind die Bleimennige und das Kaliumnitrat in den Anteilen 78,5 :2i,5 und das Silicium
in verschiedenen Verhältnissen vom stöchiometrischen Anteil ab aufwärts vorhanden.
Die Verbrennungsgeschwindigkeiten der erhaltenen Zündpulver, bestimmt mit dem Bleizündschnurversuch,
unter 1 atü sind ungefähr wie folgt:
| SiliciumüberschuB Sekunden pro Meter |
| in Prozent |
| O 120 |
| 8 94 |
| 12 68 |
| 20 45 |
| 30 36 |
| 40 28,5 |
| 6o 30 |
| 80 33 |
| ioo 36 |
Beispiele Die benutzten Bestandteile sind die gleichen wie im Beispiel i, jedoch
ist das Mischungsverhältnis von Bleimennige und Kaliumnitrat 71,4 : 28,6. Die Verbrennungsgeschwindigkeiten
der erhaltenen Zündpulver, bestimmt mit dem Bleizündschnurversuch, waren bei i at
ungefähr folgende:
| SiliciumüberschuB Sekunden pro Meter |
| in Prozent |
| 4 131 |
| 6 125 |
| 8 121 |
| 12 114 |
| 20 93 |
| 30 74 |
| 40 58 |
| 50 49 |
| 6o 46 |
| 80 45 |
| foo 47 |
| 120 48 |
| 140 55 |
| 16o 66 |
Beim Fehlen eines Siliciumüberschusses wird die Verbrennung im Bleiprobestück gar
nicht weitergeleitet.
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Beispiel 3 Die benutzten Bestandteile sind die gleichen wie im Beispiel
1, jedoch mit einem Mischungsverhältnis von Bleimennige zu Kaliumnitrat wie 55,5
: 44,5. Die Verbrennungsgeschwindigkeiten der erhaltenen Zündpulver, bestimmt mit
dem Bleizizndschnurversuch, waren bei 1 at ungefähr folgende:
| SiliciumüberschuB Sekunden pro Meter |
| in Prozent |
| 20 fehlt |
| 30 166 |
| 40 107 |
| 50 foo |
| 6o 95 |
| 70 91 |
| 8o 86 |
| go 79 |
| ZOO 8o |
| 120 79 |
| 16o 60,5 |
Vergleichsweise liegen die Verbrennungsgeschwindigkeiten von nur aus Bleimennige
und Silicium hergestellten Zündkompositionen, bestimmt nach dem Bleizündschnurversuch,
zwischen ungefähr 62 Sekunden pro Meter ohne Siliciumüberschuß bis ungefähr 15,3
Sekunden pro Meter bei einem Siliciumüberschuß von 350/0, und zwar betrug der Durchmesser
in allen Fällen etwa 2,1 mm.
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Die Kompositionen nach Beispiel 1 mit o bis 40 0/0 Siliciumüberschuß,
die Kompositionen nach Beispiel 2 mit bis zu 60% Siliciumüberschuß und jene nach
Beispiel 3 mit bis zu ioo% Siliciumüberschuß ergeben ausgezeichnete Zündschnüre,
wenn die mit Gummi gebundenen gekörnten Kompositionen mit wasserdichten Textilhüllen
jener Art versehen werden, wie sie gewöhnlich bei der Fabrikation der aus Schwarzpulver
hergestellten Sicherheitszündschnüre verwendet werden. Der minimale Siliciumüberschuß,
welcher hier beigegeben werden kann, ist niedriger als bei bleiüberzogenen Zündschnüren.
Wenn also z. B. das Mischungsverhältnis von Bleimennige zuKaliumnitrat 55,5 : 45,5
ist, kann durch Verwendung von 3% Siliciumüberschuß eineZündschnur erhalten werden,
welche konstant mit ungefähr 492 Sekunden pro Meter brennt.
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Beispiel 4 Ein thermoplastisches Nitrocellulosebindemittel, welches
aus industrieller Halbsekundennitrocellulose ;mit 12% Stickstoffgehalt und mit ihrem
eigenen Gewicht an Dibutylphthalat gelatiniert besteht, wird mit Bleimennige, Kaliumnitrat
und Silicium bei erhöhter Temperatur vermischt und
die Mischung
bei einer Temperatur von ungefähr ioo° C aus einer geeigneten Vorrichtung herausgepreßt,
um einen Zündschnurkern zu bilden. Der Anteil an Bleimennige und Kaliumnitrat steht
im Verhältnis von 55#5:44,5. Das Verhältnis der pulverigen Bestandteile zum Bindemittel
ist 70 : 20 und der ungefähre Durchmesser des herausgepreßten Zündschnurkerns 453
mm. Die pulverförmigen Bestandteile enthalten einen Überschuß an Silicium von 12,5
% über den theoretischen Wert. Die herausgepreßte Kernkomposition wird mit einer
Textilhülle umsponnen und .dieselbe wasserdicht imprägniert. Die sich ergebende
Zündschnur hat eine Verbrennungsgeschwindigkeit von ungefähr 350 Sekunden pro Meter
bei einem Druck von i at. Beispiel 5 Eine Zündschnur wird in gleicher Weise hergestellt
wie im Beispiel 4, aber mit einem Durchmesser des herausgepreßten Kerns von 2,1
mm. Die gegenseitigen Anteile an Bleimennige und Kaliumnitrat und das Verhältnis
von Pulver zu Bindemittel sind die gleichen wie im Beispiel 4, aber mit einem Siliciumüberschuß
von ungefähr 8%. Die Verbrennungsgeschwindigkeit der erhaltenen Zündschnur ist ungefähr
520 Sekunden pro Meter.
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Beispie16 Die Zusammensetzung der Zündkomposition ist die gleiche
wie im Beispiel 4. Der Durchmesser des Kerns ist 2,1 mm, und die Verhältnisse von
Bleimennige und Kaliumnitrat sowie Bindemittel sind die gleichen wie im Beispiel
4 aber der Siliciumüberschuß beträgt 4%. Die Verbrennungsgeschwindigkeit der erhaltenen
Zündschnur ist ungefähr 720 Sekunden pro Meter. Beispie17 Die Zusammensetzung
der Zündkomposition ist die gleiche, jedoch erfolgt das Herauspressen des Kerns
um einen zentral eingelegten, durch die Form hindurchgeführten Kupferdraht. Der
Durchmesser des Kerns ist 1,2,5 mm, das Verhältnis von Bleimennige und Kaliumnitrat
beträgt 71,4 :28,6 und der Siliciumüberschuß 23%. Das Verhältnis der Pulvermasse
zum Bindemittel beträgt 76 :20. Die erhaltene Zündschnur hat eine Verbrennungsgeschwindigkeit
von ungefähr 36 Sekunden pro Meter bei einem Druck von i at und 41,5 Sekunden pro
Meter bei einem Druck von 1/3 at.