EP0068528A1 - Kalt formbarer, kunststoffgebundener Hochleistungssprengstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Kalt formbarer, kunststoffgebundener Hochleistungssprengstoff und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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EP0068528A1
EP0068528A1 EP82200629A EP82200629A EP0068528A1 EP 0068528 A1 EP0068528 A1 EP 0068528A1 EP 82200629 A EP82200629 A EP 82200629A EP 82200629 A EP82200629 A EP 82200629A EP 0068528 A1 EP0068528 A1 EP 0068528A1
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EP
European Patent Office
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weight
desensitizing
binding agent
dispersion
poly
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EP82200629A
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Paul Arni
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SM Schweizerische Munitionsunternehmung AG
Original Assignee
EIDGENOESS MUNITIONSFAB THUN
Schweizerische Eidgenossenschaft
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    • Y10S149/11—Particle size of a component
    • Y10S149/115—Organic fuel

Definitions

  • a high-performance explosive such as cyclotetramethylene tetranitramine or cyclotrimethylene trinitramine
  • a desensitizing and binding agent which contains an organic polymer
  • the invention also relates to a plastic-bound high-performance explosive containing at least 90% by weight of a high-performance explosive such as cyclotetramethylene tetranitramine or cyclotrimethylene trinitramine and a maximum of 10% by weight (based in each case on the weight of the plastic-bound high-performance explosive) of a desensitizing and binding agent made from an organic polymer with additives like wax and paraffin.
  • a high-performance explosive such as cyclotetramethylene tetranitramine or cyclotrimethylene trinitramine
  • a desensitizing and binding agent made from an organic polymer with additives like wax and paraffin.
  • the invention further relates to a method for producing a shaped body from the high-performance explosive in a mold by applying pressure.
  • a high-performance explosive is obtained by dispersing a high-performance explosive such as octogen (in the following used trivial name for cyclotetramethylene tetranitramine) in a rubber-like two-component binder which is made from a prepolymer two preferably terminal carboxyl groups and an epoxy-based crosslinking agent.
  • a Desensitizing agents such as wax are added, as well as other auxiliaries such as catalysts for crosslinking the desensitizing and binding agent, antioxidants and wetting agents.
  • the known method is cumbersome in that the desensitizing and binding agent and the octogen have to be mixed under vacuum at elevated temperature in a kneading device and the subsequent casting process must also be carried out under vacuum. In addition, vibrations must be brought into effect in order to achieve the desired homogeneity.
  • the hardening times of several days for the desensitizing and binding agent additionally make the whole process time-consuming.
  • the high-performance explosive molded article thus obtained still contains more than 10% foreign matter, and its explosive power is therefore considerably reduced compared to that of the pure octogen.
  • the object of the invention is to provide a high-performance explosive of the aforementioned type, the effectiveness of which is close to that of the pure octogen and which has high mechanical strength with high safety in handling, and to provide a process which can be carried out with simple means for its production and processing.
  • Handling safety is understood to mean, among other things, both the harmlessness during manufacture and processing, as well as the insensitivity to external influences in use, such as the dimensional stability (e.g. under the effects of shocks when fired) and mechanical strength of molded articles made therefrom.
  • an aqueous polymer dispersion in Anwe The mixture of auxiliaries and additives is mixed with a lubricant, with an aqueous paraffin dispersion and with a filler, such that the aqueous dispersion of the desensitizing and binding agent thus obtained is mixed with the dry explosive and that the mixture obtained is dried warm.
  • the process according to the invention uses aqueous dispersions of the polymer and other constituents of the desensitizing and binding agent, so that these can be completely mixed with one another and with further constituents of the desensitizing and binding agent in a very short time using simple means at room temperature and under normal pressure.
  • the aqueous dispersion of the desensitizing and binding agent is then effectively combined with the octogen in a mixing drum in a very short time, also at room temperature and under normal pressure; the product thus obtained is dried in a very simple manner by a warm air stream.
  • the dry product is very safe to use.
  • the aqueous polymer dispersion can be prepared by mixing an aqueous dispersion of poly-O-butyl acrylate (a butyl polyacrylic acid) with an aqueous dispersion of polyethylene and 5 to 15% by weight of polyethylene (based on the weight of the poly-O butyl acrylate) with an average particle size of 0.1 to 0.3 pm are added; polytetrafluoroethylene as a lubricant, highly disperse silica gel, paraffin and calcium carbonate with a particle size of approximately 1 pm can be added in succession as filler.
  • poly-O-butyl acrylate a butyl polyacrylic acid
  • polyethylene based on the weight of the poly-O butyl acrylate
  • polytetrafluoroethylene as a lubricant
  • highly disperse silica gel, paraffin and calcium carbonate with a particle size of approximately 1 pm can be added in succession as filler.
  • Poorly soluble compounds of the alkaline earth group such as magnesium pyrophosphate, calcium carbonate, calcium sulfate and barium sulfate, are added as fillers.
  • the aqueous polymer dispersion can be prepared from poly-O-alkyl acrylate or poly-0-alkyl methacrylate (polymethacrylic acid alkyl ester) with an alkyl group of at least 3 carbon atoms and preferably poly-O- contain butyl acrylate or isobutylacrylate.
  • a first component containing part of the polymer, graphite as a lubricant and part of the paraffin and a second component containing calcium sulfate as a filler, the highly disperse silica gel and the rest of the paraffin can be used together and then with a third component of the aqueous dispersion of the desensitization - And binder are mixed, which contains cyclohexanone and the rest of the polymer in an isopropanol-water mixture.
  • the plastic-bound high-performance explosive according to the invention achieves the aforementioned object in that the desensitizing and binding agent contains a polymer based on polyacrylate or polymethacrylate, a lubricant and a filler.
  • the filler in the desensitization and binder of the plastic-bound high-performance explosive according to the invention is selected from poorly soluble compounds of the alkaline earth group and is preferably magnesium pyrophosphate, calcium carbonate, calcium sulfate or barium sulfate.
  • the polymer can be a poly-O-alkyl acrylate or poly-O-alkyl methacrylate, preferably poly-O-butyl acrylate or isobutylacrylate, and the high-performance explosive with a desensitizing and binding agent composed of 18 to 50% by weight of poly-O- butyl acrylate, 0.9 to 8% by weight of polyethylene, 2 to 7% by weight of polytetrafluoroethylene, 20 to 65% by weight of calcium carbonate, 0.3 to 2.3% by weight of silica gel and 3.2 to 20% by weight .-% paraffin.
  • a desensitizing and binding agent composed of 18 to 50% by weight of poly-O- butyl acrylate, 0.9 to 8% by weight of polyethylene, 2 to 7% by weight of polytetrafluoroethylene, 20 to 65% by weight of calcium carbonate, 0.3 to 2.3% by weight of silica gel and 3.2 to 20% by weight .-% paraffin.
  • An antistatic variant of the high-performance explosive according to the invention can be made with a desensitizing and binding agent composed of 18 to 50% by weight of poly-O-butyl acrylate, 25 to 65% by weight of graphite with an average grain size of 2.5 ⁇ m and a grain size distribution corresponding to 95% less than 5 ⁇ m, 12 to 25% by weight calcium sulfate, 0.3 to 2.3% by weight silica gel and 3.5 to 20% by weight paraffin.
  • a desensitizing and binding agent composed of 18 to 50% by weight of poly-O-butyl acrylate, 25 to 65% by weight of graphite with an average grain size of 2.5 ⁇ m and a grain size distribution corresponding to 95% less than 5 ⁇ m, 12 to 25% by weight calcium sulfate, 0.3 to 2.3% by weight silica gel and 3.5 to 20% by weight paraffin.
  • the aforementioned object is achieved with regard to the method for further processing according to the invention in that the high-performance explosive is pressed in the mold at room temperature with a pressure in the range above 1.5 kbar.
  • the high-performance explosive manufactured according to the invention can thus be processed by cold pressing to give shaped articles, for example also shaped charges. This particularly simple method has not yet been used successfully with explosives with high proportions of octogen.
  • the molded articles produced according to the invention have densities above 1.8 g / cm 3 and detonation speeds above 8.6 km / s. They have improved mechanical strength and homogeneity and are less sensitive to impact or friction than expected; they are also thermally stable and, to a particular extent, are pressure-resistant and bulletproof.
  • the poly-O-butyl acrylate increases the adhesion between the explosive particles in a sufficient manner for further processing and for the dimensional stability of the molded article ultimately produced.
  • the polyethylene improves the mechanical properties of the plastic film with regard to its desensitizing effect.
  • Neither polymer is known to date as a binding agent for octogen.
  • the polytetrafluoroethylene known per se as a lubricant, is present in a proportion which is matched to the abovementioned constituents and is chosen so high that the dimensional stability of the ultimately produced shaped body is not impaired, but the shaped body is removed from the mold smoothly and without damage after shaping can be.
  • Graphite especially with average particle sizes of 2.5 ⁇ m and particle size distributions corresponding to 95% below 5 ⁇ m, supports the desensitizing effect of the paraffin and prevents electrostatic charging of the explosive particles; it also acts as a lubricant and its amount is chosen so that the dimensional stability of the molded article ultimately produced is only insignificantly impaired, but the molded article can be removed from the mold smoothly and without damage after shaping.
  • the octogen has a particle size of less than 1.68 mm, preferably less than 0.5 mm.
  • the filler selected from poorly soluble compounds of the alkaline earth group is first added in order to increase the flowability of the particles of the high-performance explosive and to reduce their mutual adhesion through the binder coating.
  • a filler has a considerable desensitizing effect which, in conjunction with the aforementioned polymers, enables safe handling of high-performance explosives with octogen proportions of more than 90% by weight.
  • this addition unexpectedly increases the mechanical strength of the molded articles made from the high-performance explosive.
  • the plastic-bound high-performance explosive with polytetrafluoroethylene as a lubricant contains 3 to 10% by weight of the desensitizing and binding agent, which essentially consists of 20 to 50% by weight of poly-O-alkyl acrylate, 0.9 to 8% by weight of polyethylene, 2 up to 7% by weight of polytetrafluoroethylene, up to 65% by weight of filler, at least 0.3% by weight of silica gel and 8 to 20% by weight of paraffin.
  • the filler consists of a poorly soluble alkaline earth compound such as magnesium pyrophosphate, calcium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate.
  • the magnesium pyrophosphate is precipitated from aqueous solution by combining stoichiometric amounts of sodium pyrophosphate and magnesium sulfate, filtered off and ge dries, the rest are commercially available products.
  • a preferred embodiment with 4% by weight of desensitizing and binding agent is obtained as follows:
  • 39 kg of a commercially available aqueous dispersion of poly-O-butyl acrylate (24% by weight corresponding to 9.3 kg of poly-O-butyl acrylate) are diluted with 8 l of water with stirring and initially with 0.7 kg of a silicone-based defoamer (10 % By weight corresponding to 0.07 kg) and 0.3 kg of an alkanol polyglycol ether-based wetting agent.
  • the mixture is stirred until it is homogeneous; 3.4 kg of a commercially available aqueous polyethylene dispersion (35% by weight, corresponding to 1.2 kg of polyethylene) are then added with further stirring.
  • stirring speed is sufficiently low (to avoid flocculation)
  • 2.5 kg of a commercially available aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene (60% by weight corresponding to 1.5 kg of polytetrafluoroethylene; particle size 0.05 to 0.5 nm) are added.
  • 0.5 kg of a commercially available colloidal silica gel (average particle size 12 nm) is added, in portions and at a low stirring speed until it is completely wetted and then at a high stirring speed until the complete formation of any lumps that may have formed.
  • the first step is to work with a slow stirring speed and then to increase the viscosity of the initially pulpy mass until the mixture is thin.
  • the high-performance explosive obtained in accordance with point 2 is cold-pressed in molds of conventional design under a pressure in the range from 1.5 to 4.2 kbar.
  • a pressure of approx. 3.5 kbar gives optimal results, especially with regard to the safety and performance achieved.
  • the moldings have a density of 1.81 g / cm 3 and above. Detonation speed: 8.6 km / s.
  • the impact sensitivity was examined with the drop hammer method n-ch Koenen and Ide. With a 2 kg drop hammer and 10 mm 3 samples, only isolated, weak reactions were observed at a drop height of 25 cm and less than 30% or 50% reactions at 30 or 35 cm drop height. With a 5 kg drop hammer and 40 mm 3 samples, no reactions were observed at a fall height of 30 cm, only occasional reactions occurred at 35 cm and 0 - 20% reactions occurred at 40 cm.
  • the antistatic plastic-bound high-performance explosive with graphite as a lubricant contains 3 to 10% by weight of the desensitizing and binding agent, which essentially consists of 18 to 40% by weight of poly-O-butyl acrylate, 25 to 65% by weight of graphite, 12 to 25% by weight of filler, at least 0.3% by weight of silica gel and 7 to 17% by weight of paraffin is composed.
  • the filler consists of a poorly soluble alkaline earth compound such as magnesium pyrophosphate, calcium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate.
  • the magnesium pyrophosphate is precipitated from an aqueous solution by combining stoichiometric amounts of sodium pyrophosphate and magnesium sulfate, filtered off and dried, the rest are commercially available products.
  • a preferred embodiment with 4.3% by weight of desensitizing and binding agent is obtained as follows:
  • the desensitizing and binding agent can also be a prepared third component of the desensitizing and binding agent, which consists of 0.6 kg of cyclohexanone and 8.3 kg of a commercially available dispersion of poly-O-butyl acrylate (40% by weight corresponding to 3.3 kg of poly-O-butyl acrylate ) in isopropanol-water (mixing ratio 2: 1), the mixture of the first and second components of the desensitizing and binding agent are dispersed with an intensive stirrer. The stirring process is ended after 3 hours and repeated for 1 hour after one day. The desensitization and binder dispersion is then ready for use, but must be stirred before use.
  • aqueous desensitization and binder dispersion 1.015 kg of the aqueous desensitization and binder dispersion are mixed with 7 kg of dry octogen and evenly distributed over the explosive.
  • the mixture is then circulated in a mixing drum of the usual type, and after 10 minutes the desensitizing and binding agent is homogeneously distributed over the explosive.
  • the mixture is removed from the mixing drum, spread out flat and with occasional stirring pre-dried by passing a warm air stream.
  • the predried material is mixed in a rotating drum with 290 g of isopropanol-water (mixing ratio 1: 1) corresponding to about 4% by weight and the mixture is circulated for 15 to 30 minutes.
  • the mixture is then removed from the mixing drum, spread out flat and, with occasional circulation, dried by passing a warm air stream over it.
  • the last-mentioned processes can also be carried out using a fluidized bed method, if necessary, taking into account relevant safety measures.
  • the high-performance explosive obtained in accordance with point 5 is cold-pressed in molds of conventional design under a pressure in the range from 1.5 to 4.2 kbar. Pressures of 2.2 to 3.5 kbar are usually sufficient, but the pressures can be increased for special requirements, even for shaped loads, high-performance loads.
  • the compacts have densities above 1.80 g / cm 3 .
  • the measured detonation speeds are 8.6 km / s and above.
  • the impact sensitivity was examined with the monkey method according to Koenen and Ide.
  • the results were particularly favorable for particle sizes below 0.5 mm: with a 2 kg drop hammer with an explosive volume of 10 mm 3 and with a 5 kg drop hammer with an explosive volume of 40 mm 3 , even with drop heights of 40 or 60 cm no reactions observed.
  • the compressive strength was on explosive compacts (Pressing pressure 1.9 to 4.2 t / cm 2 ) measured with the shape of an equilateral cylinder at room temperature. With decreasing particle size and increasing pressure, increasing values for the compressive strength are obtained, which can be more than twice as high as the compressive strength of known wax-containing pressed bodies made of octogen. The compressive strength increases again by up to 30% as the compacts age (1 to 2 weeks at room temperature, 3 to 4 days at + 50 ° C).
  • explosives with the desired high density are obtained from fine-grained material using fine press material, which have the additional advantage of increased strength and reduced impact sensitivity. For this reason, such explosives are particularly safe to handle, to which their surface conductivity also makes an important contribution (surface resistance, measured according to DIN 53482, at a measuring voltage of 6 V: a few kilo-ohms).

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Abstract

Ein kunststoffgebundener Hochleistungssprengstoff enthält 90 bis 97 Gew.-% eines hochbrisanten Sprengstoffs, z.B. Octogen, und 3 bis 10 Gew.-% eines neuen Phlegmatisierungs- und Bindemittels (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Hochleistungssprengstoffs = 100). Dieses wird auf der Basis wässriger Dispersionen hergestellt und enthält im wesentlichen (bezogen auf den Feststoffanteil) 18 bis 50 Gew.-% Poly-O-butylacrylat und 3,7 bis 20 Gew.-% Paraffin, sowie 2 bis 7 Gew.-% Polytetrafluorethylen als Gleitmittel, 20 bis 65 Gew.-% Calciumcarbonat als Füllstoff und 0.9 bis 7,5 Gew.-% Polyethylen oder, für einen antistatischen Hochleistungssprengstoff, 25 bis 65 Gew.-% Graphit als Gleitmittel und 15 bis 25 Gew.-% Calciumsulfat als Füllstoff. Zusätzlich werden Hilfs- und Zusatzstoffe wie Emulgatoren, Dispergiermittel, Entschäumer, Benetzungsmittel, Verdicker und kleine Mengen Kieselgel zugefügt. Das in wässriger Dispersion zübereitete Phlegmatisierungs- und Bindemittel wird mit dem Octogen in einer Mischtrommel vermischt und getrocknet oder vorgetrocknet und anschliessend nach Behandlung mit Isopropanol-Wasser (1 : 1) getrocknet. Bei Drücken im Bereich von 2,2 bis 4,2 t/cm² daraus kalt gepresste, homogene Formkörper haben Dichten über 1,8 g/cm³ und Detonationsgeschwindigkeiten von 8.6 km/s und mehr.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochleistungssprengstoffs enthaltend mindestens 90 Gew.-% eines leistungsstarken Sprengstoffs wie Cyclotetramethylentetranitramin oder Cyclotrimethylentrinitramin und maximal 10 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht = 100) eines Phlegmatisierungs- und Bindemittels, das ein organisches Polymer enthält, bei welchem Verfahren zunächst die Bestandteile des Phlegmatisierungs- und Bindemittels vermischt und dann das so erhaltene Gemisch mit dem leistungsstarken Sprengstoff vermengt wird.
  • Die Erfindung betrifft auch einen kunststoffgebundenen Hochleistungssprengstoff, enthaltend mindestens 90 Gew.-% eines leistungsstarken Sprengstoffs wie Cyclotetramethylentetranitramin oder Cyclotrimethylentrinitramin und maximal 10 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gewicht des kunststoffgebundenen Hochleistungssprengstoffs) eines Phlegmatisierungs-und Bindemittels aus einem organischen Polymeren mit Zusatzstoffen wie Wachs und Paraffin.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus dem Hochleistungssprengstoff in einer Form durch Anwendung von Druck.
  • Nach einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 3 839 106) wird ein Hochleistungssprengstoff dadurch erhalten, dass ein leistungsstarker Sprengstoff wie Octogen (im folgenden verwendeter Trivialname für Cyclotetramethylentetranitramin) in einem gummiartigen Zweikomponenten-Bindemittel dispergiert wird, das aus einem Präpolymer mit zwei vorzugsweise endständigen Carboxylgruppen und einem Vernetzungsmittel auf Epoxidbasis besteht. Zusätzlich werden ein Phlegmatisierungsmittel wie Wachs hinzugegeben, sowie weitere Hilfsstoffe wie Katalysatoren für die Vernetzung des Phlegmatisierungs- und Bindemittels, Antioxidantien und Netzmittel. Im einzelnen werden dabei zunächst die Bindemittelkomponenten in einer Kneteinrichtung bei erhöhten Temperaturen unter Vakuum vermengt; anschliessend wird das Phleg- matisierungs- und Bindemittel unter gleichen Bedingungen mit dem Octogen gemischt. Dabei wird eine giessfähige Masse erhalten, die unter Vakuum und unter Einwirkung von Vibrationen in Formen gegossen wird, in denen die Masse im Verlaufe einiger Tage durchhärtet. Auf diese Weise drucklos herstellbare Hochleistungssprengstoff-Formkörper enthalten bis zu 90 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht = 100) Octogen.
  • Ein ähnliches Verfahren (FR-Veröffentlichung Nr. 2 225 979) verwendet ein Zweikomponenten-Bindemittel aus Diisocyanaten und Polyolen; jedoch liegen bei den erhaltenen Hochleistungssprengstoff-Formkörpern die Mengenanteile von Octogen unter 90 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht = 100).
  • Das bekannte Verfahren ist dadurch umständlich, dass das Phlegmatisierungs- und Bindemittel und das Octogen unter Vakuum bei erhöhter Temperatur in einer Kneteinrichtung gemischt werden müssen und der anschliessende Giessvorgang ebenfalls unter Vakuum durchgeführt werden muss. Dabei müssen zusätzlich Vibrationen zur Einwirkung gebracht werden, um die gewünschte Homogenität zu erreichen. Die Härtezeiten von mehreren Tagen für das Phlegmatisierungs- und Bindemittel machen das ganze Verfahren zusätzlich zeitaufwendig. Der so schliesslich erhaltene Hochleistungssprengstoff-Formkörper enthält aber immer noch mehr als 10 % Fremdstoffe, und seine Sprengkraft ist daher gegenüber der des reinen Octogens erheblich vermindert.
  • Es ist bekannt, Hexogen (Cyclotrimethylentrinitramin) mit einer wässrigen Suspension von Polytetrafluorethylen umzusetzen; das warm getrocknete Umsetzungsprodukt besteht aus 97 Gew.-% Cyclotrimethylentrinitramin und 3 Gew.-% Polytetrafluorethylen (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht = 100) und ist bereits unter geringem Druck plastisch verformbar (DE-AS 1 571 227). Die Wirkung des Polytetrafluorethylens wird auf die niedrige Reibung zwischen den damit überzogenen Sprengstoffpartikeln zurückgeführt. Die geringe Haftung zwischen den Sprengstoffpartikeln bewirkt jedoch, dass daraus hergestellte Formkörper keine hinreichende Formbeständigkeit aufweisen.
  • Es ist weiterhin bekannt, Graphit oder Talkum als Gleitmittel für Nitropentaerythrit (PETN) in Anteilen von 0,3 bis 5 % zu verwenden, wobei die Mischung auch in wässriger Suspension erfolgen kann. Zur Beseitigung elektrostatischer Aufladungen, u.a. bei Octogen, werden jedoch Spezialrusse mit einem spezifischen Widerstand unter 1 Ohm cm und einer spezifischen Oberfläche über 20 m2/g empfohlen, die in Anteilen von bis zu 0,5 % auf die Oberfläche der Sprengstoffe aufgebracht werden (DE-OS 14 46 875).
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hochleistungssprengstoff der vorgenannten Art zu schaffen, dessen Wirksamkeit an die des reinen Octogens heranreicht und der bei hoher mechanischer Festigkeit hohe Sicherheit in der Handhabung besitzt, und ein mit einfacher Mitteln durchführbares Verfahren zu seiner Herstellung und Verarbeitung anzugeben.
  • Unter Handhabungssicherheit wird dabei unter anderem sowohl die Gefahrlosigkeit bei der Herstellung und Verarbeitung, als auch die Unempfindlichkeit gegen äussere Einwirkungen im Gebrauch, wie die Formbeständigkeit (z.B. unter Schockeinwirkungen beim Abschuss) und mechanische Festigkeit daraus hergestellter Formkörper, verstanden.
  • Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass eine wässrige Polymerdispersion in Anwesenheit von Hilfs- und Zusatzstoffen mit einem Gleitmittel, mit einer wässrigen Paraffindispersion und mit einem Füllstoff gemischt wird, dass die so erhaltene wässrige Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels mit dem trockenen Sprengstoff vermengt und dass das so erhaltene Gemenge warm getrocknet wird.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren benutzt wässrige Dispersionen des Polymeren und anderer Bestandteile des Phlegmatisierungs- und Bindemittels, so dass diese mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur und unter Normaldruck in kürzester Zeit untereinander und mit weiteren Bestandteilen des Phlegmatisierungs- und Bindemittels vollständig durchmischt werden können. Die wässrige Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels wird anschliessend mit dem Octogen in einer Mischtrommel in sehr kurzer Zeit, ebenfalls bei Raumtemperatur und unter Normaldruck, wirksam verbunden; das so erhaltene Produkt wird auf ebenfalls sehr einfache Weise durch einen warmen Luftstrom getrocknet. Das trockene Produkt ist trotz seines hohen Mengenanteils an Octogen (97 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht = 100) in hohem Masse handhabungssicher.
  • Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens sind in abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
  • In einer Variante des erfindungsgemässen Verfahrens kann die wässrige Polymerdispersion durch Vermischen einer wässrigen Dispersion von Poly-O-butylacrylat (ein Polyacrylsäurebutylester) mit einer wässrigen Dispersion von Polyethylen hergestellt und 5 bis 15 Gew.-% Polyethylen (bezogen auf das Gewicht des Poly-O-butylacrylats) mit einer mittleren Teilchengrösse von 0,1 bis 0,3 pm zugegeben werden; dabei können nacheinander Polytetrafluorethylen als Gleitmittel, hochdisperses Kieselgel, Paraffin und Calciumcarbonat einer Teilchengrösse von annähernd 1 pm als Füllstoff zugegeben werden.
  • Als Füllstoff werden dabei schwerlösliche Verbindungen der Erdalkaligruppe wie Magnesiumpyrophosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat und Bariumsulfat zugesetzt.
  • In einer zweiten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens, nach der ein antistatischer Hochleistungssprengstoff erhalten wird, kann die wässrige Polymerdispersion aus Poly-O-alkylacrylat oder Poly-0-alkylmethacrylat (Polymethacrylsäurealkylester) mit einer Alkylgruppe von wenigstens 3 Kohlenstoffatomen hergestellt werden und vorzugsweise Poly-O-butylacrylat oder -isobutylacrylat enthalten. Dabei können eine erste, einen Teil des Polymers, Graphit als Gleitmittel und einen Teil des Paraffins enthaltende Komponente und eine zweite, Calciumsulfat als Füllstoff, das hochdisperse Kieselgel und den Rest des Paraffins enthaltende Komponente miteinander und dann mit einer dritten Komponente der wässrigen Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels vermischt werden, die Cyclohexanon und den Rest des Polymers in einer Isopropanol-Wasser-Mischung enthält.
  • Bei der zweiten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich in der Praxis überraschenderweise herausgestellt, dass unabhängig von der Partikelgrösse des verwendeten Octogens eine völlig gleichmässige Verteilung des Phlegmatisierungs- und Bindemittels über die Octogenpartikel dadurch erzielt werden kann, dass das Gemenge aus Phlegmatisierungs-und Bindemittel mit Octogen unter Umwälzung vorgetrocknet, anschliessend in einer Mischtrommel mit 2 bis 10 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Gemenges = 100) Alkanol-Wasser bevorzugt Isopropanol-Wasser (1 : 1-Gemisch) nachbehandelt und danach unter Umwälzen getrocknet wird.
  • Der kunststoffgebundene Hochleistungssprengstoff nach der Erfindung löst die vorgenannte Aufgabe dadurch, dass das Phlegmatisierungs- und Bindemittel ein Polymer auf Polyacrylat- oder Polymethacrylatbasis, ein Gleitmittel und einen Füllstoff enthält. Der Füllstoff in dem Phlegmatisierungs-und Bindemittel des erfindungsgemässen kunststoffgebunden Hochleistungssprengstoffs ist aus schwerlöslichen Verbindungen der Erdalkaligruppe ausgewählt und ist vorzugsweise Magnesiumpyrophosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat oder Bariumsulfat.
  • Dabei kann das Polymer ein Poly-O-alkylacrylat oder Poly-O-alkylmethacrylat,-vorzugsweise Poly-O-butylacrylat oder -isobutylacrylat, sein und der Hochleistungssprengstoff mit einem Phlegmatisierungs- und Bindemittel aus 18 bis 50 Gew.-% Poly-O-butylacrylat, 0,9 bis 8 Gew.-% Polyethylen, 2 bis 7 Gew.-% Polytetrafluorethylen, 20 bis 65 Gew.-% Calciumcarbonat, 0,3 bis 2,3 Gew.-% Kieselgel und 3,2 bis 20 Gew.-% Paraffin versehen sein.
  • Eine antistatische Variante des erfindungsgemässen Hochleistungssprengstoffs kann mit einem Phlegmatisierungs- und Bindemittel aus 18 bis 50 Gew.-% Poly-O-butylacrylat, 25 bis 65 Gew.-% Graphit einer mittleren Korngrösse von 2,5 ,um und einer Korngrössenverteilung entsprechend 95 % unter 5 um, 12 bis 25 Gew.-% Calciumsulfat, 0,3 bis 2,3 Gew.-% Kieselgel und 3,5 bis 20 Gew.-% Paraffin versehen sein.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zur Weiterverarbeitung nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Hochleistungssprengstoff in der Form bei Raumtemperatur mit einem Druck im Bereich über 1,5 kbar gepresst wird. Der nach der Erfindung hergestellte Hochleistungssprengstoff kann somit durch Kaltpressen zu Formkörpern, beispielsweise auch Hohlladungen, verarbeitet werden. Dieses besonders einfache Verfahren ist bisher bei Sprengstoffen mit hohen Mengenanteilen an Octogen noch nicht mit Erfolg angewendet worden.
  • Es ist bekannt, aus einem Sprengstoff, der 95 Gew.-% Cyclotrimethylentrinitramin und 5 Gew.-% Wachs (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht = 100) enthält, Presskörper unter einem Pressdruck von 1,2 kbar herzustellen (DE-OS 24 34 252).
  • Die nach der Erfindung hergestellten Formkörper haben Dichten über 1,8 g/cm3 und Detonationsgeschwindigkeiten über 8,6 km/s. Sie haben eine verbesserte mechanische Festigkeit und Homogenität und sind in weiteren Grenzen als erwartet schlag- oder reibungsunempfindlich; sie sind auch thermisch stabil und in besonderem Umfang druckfest und beschusssicher.
  • Für die Zusammensetzung des Bindemittels ist von wesentlicher Bedeutung, dass das Poly-O-butylacrylat die Haftung zwischen den Sprengstoffpartikeln in für die Weiterverarbeitung und für die Formbeständigkeit des letztlich hergestellten Formkörpers ausreichender Weise erhöht. Das Polyethylen verbessert die mechanischen Eigenschaften des Kunststoff-Films bezüglich seiner phlegmatisierenden Wirkung. Beide Polymeren sind bisher nicht als Bindemittel für Octogen bekannt. Das an sich als Gleitmittel bekannte Polytetrafluorethylen ist in einem auf die vorgenannten Bestandteile abgestimmten Mengenanteil vorhanden, der gerade so hoch gewählt ist, dass die Formbeständigkeit des letztlich hergestellten Formkörpers nicht beeinträchtigt wird, der Formkörper aber glatt und ohne Beschädigungen nach der Formgebung aus der Form entnommen werden kann.
  • Graphit, insbesondere bei mittleren Partikelgrössen von 2,5 µm und Partikelgrössenverteilungen entsprechend 95 % unter 5 ,um, unterstützt die phlegmatisierende Wirkung des Paraffins und verhindert die elektrostatische Aufladung der Sprengstoffpartikel; dabei wirkt er auch als Gleitmittel und ist in seiner Menge gerade so gewählt, dass die Formbeständigkeit des letztlich hergestellten Formkörpers nur unwesentlich beeinträchtigt wird, der Formkörper aber glatt und ohne Beschädigungen nach der Formgebung aus der Form entnommen werden kann.
  • Auch hat sich in der Praxis unerwarteterweise ergeben, dass besonders formbeständige Formkörper und insbesondere verhältnismässig wenig schlagempfindliche Formkörper dadurch erhalten werden, dass das Octogen eine Partikelgrösse von weniger als 1,68 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, hat.
  • Der aus schwerlöslichen Verbindungen der Erdalkaligruppe ausgewählte Füllstoff wird zunächst zugesetzt, um die Rieselfähigkeit der Partikeln des Hochleistungssprengstoffs zu erhöhen und deren gegenseitige Haftung durch den Bindemittelüberzug zu erniedrigen. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass ein solcher Füllstoff im Gegensatz zu anderen Weisspigmenten eine erhebliche phlegmatisierende Wirkung hat, die in Verbindung mit den vorgenannten Polymeren erst die sichere Handhabung von Hochleistungssprengstoffen mit Octogen-Mengenanteilen über 90 Gew.-% ermöglicht. Darüberhinaus wird durch diesen Zusatz unerwarteterweise auch die mechanische Festigkeit der aus dem Hochleistungssprengstoff hergestellten Formkörper vergrössert.
  • Nachfolgend werden die Herstellung eines erfindungsgemässen Hochleistungssprengstoffs und die Eigenschaften daraus hergestellter Formkörper anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert und beschrieben.
  • Der kunststoffgebundene Hochleistungssprengstoff mit Polytetrafluorethylen als Gleitmittel enthält 3 bis 10 Gew.-% des Phlegmatisierungs- und Bindemittels, das im wesentlichen aus 20 bis 50 Gew.-% Poly-O-alkylacrylat, 0,9 bis 8 Gew.-% Polyethylen, 2 bis 7 Gew.-% Polytetrafluorethylen, bis zu 65 Gew.-% Füllstoff, mindestens 0,3 Gew.-% Kieselgel und 8 bis 20 Gew.-% Paraffin zusammengesetzt ist. Der Füllstoff besteht aus einer schwerlöslichen Erdalkaliverbindung wie Magnesiumpyrophosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat. Das Magnesiumpyrophosphat wird aus wässriger Lösung durch Zusammengeben stöchiometrischer Mengen Natriumpyrophosphat und Magnesiumsulfat gefällt, abfiltriert und getrocknet, die übrigen sind handelsübliche Produkte. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit 4 Gew.-% Phlegmatisierungs- und Bindemittel wird folgendermassen erhalten:
    • 1. Herstellung von 100 kg einer Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels 1a. Herstellung der wässrigen Polymerdispersion.
  • 39 kg einer handelsüblichen wässrigen Dispersion von Poly-O-butylacrylat (24 Gew.-% entsprechend 9,3 kg Poly-O-butylacrylat) werden unter Rühren mit 8 1 Wasser verdünnt und zunächst mit 0,7 kg eines Entschäumers auf Silikonbasis (10 Gew.-% entsprechend 0,07 kg) und 0,3 kg eines Netzmittels auf Alkanolpolyglykoletherbasis versetzt. Es wird bis zur Homogenität der Mischung gerührt; dann werden 3,4 kg einer handelsüblichen wässrigen Polyethylendispersion (35 Gew.-% entsprechend 1,2 kg Polyethylen) unter weiterem Rühren zugefügt.
    • 1b. Zugabe der weiteren Bestandteile.
  • Bei hinreichend niedriger Rührgeschwindigkeit (zur Vermeidung des Ausflockens) werden 2,5 kg einer handelsüblichen wässrigen Dispersion von Polytetrafluorethylen (60 Gew.-% entsprechend 1,5 kg Polytetrafluorethylen; Teilchengrösse 0,05 bis 0,5 nm) zugegeben. Anschliessend wird mit 0,5 kg eines handelsüblichen kolloiden Kieselgels (mittlere Teilchengrösse 12 nm) versetzt, und zwar portionsweise und bei niedriger Rührgeschwindigkeit bis zu dessen völliger Benetzung und dann bei hoher Rührgeschwindigkeit bis zur völligen Verteilung eventuell gebildeter Klumpen.
  • Nach Zusatz des Kieselgels werden unter starkem Rühren, aber unter Vermeidung von Schaumbildung, 15 kg einer wässrigen Paraffindispersion zugesetzt (s.w.u.; 24 Gew.-% entsprechend 3,6 kg Paraffin (handelsüblich, Fp. ca. 52 °C) und 6 Gew.-% entsprechend 0,9 kg eines handelsüblichen Emulgiermittels auf Alkylpolyglykoletherbasis).
  • Der so erhaltenen Mischung werden 25 kg Calciumcarbonat (Teilchengrösse i ,um, entsprechend der österreichischen oder belgischen Pharmakopoe ÖAB9 bzw. Ph.Belg.V) zugegeben; dabei wird zunächst mit geringer Rührgeschwindigkeit gearbeitet und diese dann mit abnehmender Viskosität der anfangs breiartigen Masse zunehmend erhöht, bis eine dünnflüssige Mischung erhalten wird.
  • Schliesslich werden der Dispersion noch 1,1 kg handelsüblicher Natriumcarboxymethylcellulose und 4,5 1 destilliertes Wasser hinzugefügt, und es wird dann weiter bis zur völligen Homogenität gerührt. Die ganze Mischung lässt man vorteilhafterweise noch ein Drei-Walzen-Mischwerk passieren, wodurch die Viskosität und die Schaumbildung günstig beeinflusst werden. Danach ist die Bindemitteldispersion nach weiteren 24 Stunden "Reifezeit" gebrauchsfertig.
    • 1c. Herstellung der wässrigen Paraffindispersion.
  • 6 kg handelsüblichen Paraffins (Fp. ca. 52 °C) werden unter Zugabe von 1,5 kg eines handelsüblichen Emulgiermittels auf Aklkylpolyglykoletherbasis geschmolzen, die Schmelze wird gut durchmischt und auf 95 °C erwärmt. Diese Mischung wird anschliessend portionenweise in 17,5 kg destilliertes Wasser von 85 °C eingerührt. Es wird bis zur Bildung einer homogenen Dispersion gerührt und danach erfolgt unter weiterem Rühren ein Abkühlen auf unterhalb 40 °C. Nach einem Tag weiterer "Reife" ist die wässrige Paraffindispersion gebrauchsfertig.
    • 2. Herstellung des Hochleistungssprengstoffs.
  • 10 kg trockenes Octogen werden mit 1 kg der wässrigen Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels versetzt. Die Masse wird zunächst von Hand umgewälzt und dann 10 min in einer Mischtrommel üblicher Bauart durchmischt. Die Mischung wird der Mischtrommel entnommen, flach ausgebreitet und unter gelegentlichem Umwälzen durch Überleiten eines warmen Luftstroms getrocknet.
    • 3a. Herstellung von Hochleistungssprengstoff-Formkörpern
  • Der gemäss Punkt 2. erhaltene Hochleistungssprengstoff wird in Formen üblicher Bauart unter einem Druck im Bereich von 1,5 bis 4,2 kbar kalt gepresst. Ein Druck von ca. 3,5 kbar ergibt dabei optimale Ergebnisse, insbesondere in bezug auf die erzielte Sicherheit und Leistung.
    • 3b. Eigenschaften der Hochleistungssprengstoff-Formkörper
  • Die Formkörper haben eine Dichte von 1,81 g/cm3 und darüber. Detonationsgeschwindigkeit: 8,6 km/s.
  • Die Schlagempfindlichkeit wurde mit der Fallhammer-Methode n-ch Koenen und Ide untersucht. Mit einem 2 kg-Fallhammer und 10 mm3-Proben wurden nur vereinzelte, schwache Reaktionen bei einer Fallhöhe von 25 cm und weniger als 30 % bzw. 50 % Reaktionen bei 30 bzw. 35 cm Fallhöhe beobachtet. Mit einem 5 kg-Fallhammer und 40 mm3 Proben wurden keine Reaktionen bei 30 cm Fallhöhe beobachtet, bei 35 cm traten nur vereinzelt Reaktionen auf und bei 40 cm traten 0 - 20 % Reaktionen auf.
  • Bei der Prüfung der Reibungsempfindlichkeit mit dem Peters-Apparat wurden keine Reaktionen bei Reibstiftbelastungen von 12 kg beobachtet, und zwischen 14 - 16 kg traten nur vereinzelt Anbrennreaktionen auf.
  • Die Druckfestigkeit wurde an Sprengstoffpresskörpern mit der Form eines gleichseitigen Zylinders (Durchmesser = Höhe) von 20 mm , 40 mm und 60 mm gemessen und ist mit über 100 kg/cm2 mindestens doppelt so hoch wie bei Formkörpern aus herkömmlichen Sprengstoffen.
  • Der antistatische kunststoffgebundene Hochleistungssprengstoff mit Graphit als Gleitmittel enthält 3 bis 10 Gew.-% des Phlegmatisierungs- und Bindemittels, das im wesentlichen aus 18 bis 40 Gew.-% Poly-O-butylacrylat, 25 bis 65 Gew.-% Graphit, 12 bis 25 Gew.-% Füllstoff, mindestens 0,3 Gew.-% Kieselgel und 7 bis 17 Gew.-% Paraffin zusammengesetzt ist. Der Füllstoff besteht aus einer schwerlöslichen Erdalkaliverbindung wie Magnesiumpyrophosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat. Das Magnesiumpyrophosphat wird aus wässriger Lösung durch Zusammengeben stöchiometrischer Mengen Natriumpyrophosphat und Magnesiumsulfat gefällt, abfiltriert und getrocknet, die übrigen sind handelsübliche Produkte. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit 4,3 Gew.-% Phlegmatisierungs- und Bindemittel wird folgendermassen erhalten:
    • 4. Herstellung von 100 kg einer Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels 4a. Herstellung der ersten Komponente der Phlegmatisierungs-und Bindemitteldispersion.
  • 24,2 kg Wasser werden mit 0,5 kg eines Entschäumers auf Silikonbasis (10 Gew.-% entsprechend 0,05 kg) und danach mit 15 kg einer handelsüblichen wässrigen Dispersion von Poly-O-butylacrylat (24 Gew.-% entsprechend 3,6 kg Poly-O-butylacrylat) mit einem Intensivrührer bis zur Homogenität der Mischung dispergiert. Dann werden unter zusätzlicher Einwirkung von Ultraschall (Eintauchen eines an sich bekannten Ultraschallgerätes) 12,5 kg Graphit (K 2,5; Lonza; mittlere Teilchengrösse 2,5 µm; Teilchengrösseverteilung: 95 % < 5 pm), danach 2 kg einer wässrigen Paraffindispersion (s.w.u.) und schliesslich 0,3 kg handelsüblicher Natriumcarboxymethylcellulose unter gleichen Umständen der Dispersion zugefügt. Ungefähr 1 Stunde nach Zusatz des letzten Bestandteils liegt eine homogene Dispersion vor.
    • 4b. Herstellung der zweiten Komponente der Phlegmatisierungs- und Bindemitteldispersion.
  • In 16,7 kg Wasser werden nacheinander unter Einwirkung eines eingetauchten Ultraschallgerätes und unter Anwendung eines Intensivrührers 0,03 kg eines Netzmittels auf Alkanolpolyglykoletherbasis, 0,2 kg eines Dispergiermittels z.B. auf Polyalkylenglykolbasis und 0,6 kg des unter Punkt 4a. genannten Entschäumers dispergiert. Anschliessend werden unter den gleichen Bedingungen nacheinander die folgenden Bestandteile zudispergiert: 5 kg Calciumsulfat (gefälltes Calciumsulfat purum oder p.a.; Fluka AG), 0,4 kg eines handelsüblichen kolloiden Kieselgels (mittlere Teilchengrösse 12 nm), 13,35 kg der unter Punkt 4a. genannten wässrigen Paraffindispersion (s.w.u.) und schliesslich 0,4 kg der handelsüblichen Natriumcarboxymethylcellulose. Ungefähr 1 Stunde nach Zusatz des letzten Bestandteils liegt eine homogene Dispersion vor.
    • 4c. Herstellung der eigentlichen Phlegmatisierungs- und Bindemitteldispersion.
  • Die nach Punkt 4a. und 4b. erhaltenen Komponenten werden zusammengegeben, auf ca. 35 °C erwärmt und miteinander vermischt. Diese Operation kann wegen der Zähigkeit des Produktes auch mit einer Knetvorrichtung ausgeführt werden. In der so erhaltenen Dispersion werden 0,4 kg der handelsüblichen Natriumcarboxymethylcellulose durch einen Intensivrührer homogen dispergiert, was nach ca. 1 Stunde der Fall ist.
  • Es werden dann nacheinander 0,6 kg Cyclohexanon und 8,3 kg einer handelsüblichen Dispersion von Poly-O-butylacrylat (40 Gew.-% entsprechend 3,3 kg Poly-O-butylacrylat) in Isopropanol-Nasser (Mischungsverhältnis 2 : 1) mit einem Intensivrührer zudispergiert. Stattdessen. kann aber auch eine vorbereitete dritte Komponente des Phlegmatisierungs- und Bindemittels, die aus 0,6 kg Cyclohexanon und 8,3 kg einer handelsüblichen Dispersion von Poly-O-butylacrylat (40 Gew.-% entsprechend 3,3 kg Poly-O-butylacrylat) in Isopropanol-Wasser (Mischungsverhältnis 2 : 1) besteht, dem Gemisch aus der ersten und zweiten Komponente des Phlegmatisierungs- und Bindemittels mit einem Intensivrührer zudispergiert werden. Der Rührvorgang wird nach 3 Stunden beendet und nach einem Tag für 1 Stunde wiederholt. Die Phlegmatisierungs-und Bindemitteldispersion ist dann gebrauchsfertig, muss aber vor dem Gebrauch gerührt werden.
    • 4d. Herstellung der wässrigen Paraffindispersion.
  • 3,7 kg handelsüblichen Paraffins (Fp. ca. 52 °C) werden unter Zugabe von 0,9 kg eines handelsüblichen Emulgiermittels auf Alkylpolyglykoletherbasis geschmolzen, die Schmelze wird gut durchmischt und auf 95 °C erwärmt. Diese Mischung wird anschliessend portionsweise in 10,5 kg destilliertes Wasser von 85 °C eingerührt. Es wird bis zur Bildung einer homogenen Dispersion gerührt und danach erfolgt unter weiterem Rühren ein Abkühlen auf unterhalb 40 °C. Nach einem Tag weiterer "Reife" ist die wässrige Paraffindispersion gebrauchsfertig.
    • 5. Herstellung des Hochleistungssprengstoffs
  • 1,015 kg der wässrigen Phlegmatisierungs- und Bindemitteldispersion werden mit 7 kg trockenem Octogen versetzt und gleichmässig über den Sprengstoff verteilt. Anschliessend wird das Gemisch in einer Mischtrommel üblicher Bauart umgewälzt, und nach 10 min ist das Phlegmatisierungs- und Bindemittel homogen über den Sprengstoff verteilt. Die Mischung wird der Mischtrommel entnommen, flach ausgebreitet und unter gelegentlichem Umwälzen durch Überleiten eines warmen Luftstroms vorgetrocknet.
  • Das vorgetrocknete Material wird in einer rotierenden Trommel mit 290 g Isopropanol-Wasser (Mischungsverhältnis 1 : 1) entsprechend ca. 4 Gew.-% versetzt und die Mischung 15 bis 30 min umgewälzt. Anschliessend wird die Mischung der Mischtrommel entnommen, flach ausgebreitet und unter gelegentlichem Umwälzen durch Überleiten eines warmen Luftstroms getrocknet.
  • Die zuletzt genannten Vorgänge können gegebenenfalls und unter Beachtung einschlägiger Sicherheitsmassnahmen auch nach einem Fliessbettverfahren durchgeführt werden.
    • 6a. Herstellung von Hochleistungssprengstoff-Presskörpern
  • Der nach Punkt 5. erhaltene Hochleistungssprengstoff wird in Formen üblicher Bauart unter einem Druck im Bereich von 1,5 bis 4,2 kbar kalt gepresst. Drücke von 2,2 bis 3,5 kbar reichen normalerweise aus, doch können die Pressdrücke bei speziellen Anforderungen auch bei geformten Ladungen, Hochleistungsladungen, gesteigert werden.
    • 6b. Eigenschaften der Hochleistungssprengstoff-Presskör er
  • Die Presskörper haben Dichten über 1,80 g/cm3. Die gemessenen Detonationsgeschwindigkeiten liegen bei 8,6 km/s und darüber.
  • Die Schlagempfindlichkeit wurde mit der Fallhammer-Methode nach Koenen und Ide untersucht. Dabei waren die Ergebnisse bei Partikelgrössen unter 0,5 mm besonders günstig: Mit einem 2 kg-Fallhammer bei einem Sprengstoffvolumen von 10 mm3 und mit einem 5 kg-Fallhammer bei einem Sprengstoffvolumen von 40 mm3 wurden auch bei Fallhöhen von 40 bzw. 60 cm keine Reaktionen beobachtet.
  • Die Druckfestigkeit wurde an Sprengstoffpresskörpern (Pressdruck 1,9 bis 4,2 t/cm2) mit der Form eines gleichseitigen Zylinders bei Raumtemperatur gemessen. Dabei werden mit abnehmender Partikelgrösse und zunehmendem Pressdruck zunehmende Werte für die Druckfestigkeit erhalten, die mehr als doppelt so hoch sein können wie die Druckfestigkeit bekannter wachshaltiger Presskörper aus Octogen. Die Druckfestigkeit erfährt nochmals eine Erhöhung um bis zu 30 %, wenn die Presskörper altern (1 bis 2 Wochen bei Raumtemperatur, 3 bis 4 Tage bei + 50 °C).
  • Insgesamt werden nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren auch aus feinkörnigem Material bei Anwendung praktikabler Pressdrücke Sprengstoffe mit der erwünscht hohen Dichte erhalten, die den zusätzlichen Vorteil erhöhter Festigkeit und verringerter Schlagempfindlichkeit besitzen. Aus diesem Grunde sind solche Sprengstoffe besonders handhabungssicher, wozu auch ihre Oberflächenleitfähigkeit einen wichtigen Beitrag liefert (Oberflächenwiderstand, gemessen nach DIN 53482, bei einer Messpannung von 6 V: einige Kilo-Ohm).

Claims (38)

1. Verfahren zur Herstellung eines Hochleistungssprengstoffs enthaltend mindestens 90 Gew.-% eines leistungsstarken Sprengstoffs wie Cyclotetramethylentetranitramin oder Cyclotrimethylentrinitramin und maximal 10 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht = 100) eines Phlegmatisierungs- und Bindemittels, das ein organisches Polymer enthält, bei welchem Verfahren zunächst die Bestandteile des Phlegmatisierungs- und Bindemittels vermischt und dann das so erhaltene Gemisch mit dem leistungsstarken Sprengstoff vermengt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Polymerdispersion in Anwe- .senheit von Hilfs- und Zusatzstoffen mit einem Gleitmittel, mit einer wässrigen Paraffindispersion und mit einem Füllstoff gemischt wird, dass die so erhaltene wässrige Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels mit dem trockenen Sprengstoff vermengt und dass das so erhaltene Gemenge warm getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polymerdispersion aus Poly-O-alkylacrylat oder Poly-O-alkylmethacrylat mit einer Alkylgruppe von wenigstens 3 Kohlenstoffatomen hergestellt wird und mindestens 20 Gew.-% Polymer (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer Poly-O-butyl- oder Poly-O-isobutylacrylat ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff eine schwerlösliche Erdalkaliverbindung zugesetzt wird und dass die Erdalkaliverbindung vorzugsweise aus der Gruppe Magnesiumpyrophosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat und Bariumsulfat ausgewählt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polymerdispersion durch Vermischen einer wässrigen Dispersion von Poly-O-butylacrylat mit einer wässrigen Dispersion von Polyethylen hergestellt wird und 5 bis 15 Gew.-% Polyethylen (bezogen auf das Gewicht des Poly-O-butylacrylats) mit einer mittleren Teilchengrösse von 0,1 bis 0,3 pm zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels durch nacheinanderfolgende Zugabe der Bestandteile zu der wässrigen Polymerdispersion unter intensivem Rühren erhalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel Polytetrafluorethylen ist und dass der wässrigen Polymerdispersion 2 bis 7 Gew.-% Polytetrafluorethylen (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) in wässriger Dispersion zugegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der das Gleitmittel enthaltenen wässrigen Polymerdispersion 0,3 bis 2,3 Gew.-% hochdisperse Kieselgel (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) verteilt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitmittel und Kieselgel enthaltende wässrige Polymerdispersion bei hoher Rührgeschwindigkeit mit einer Dispersion von 10 bis 45 Gewichtsteilen Paraffin in 55 bis 90 Gewichtsteilen Wasser vermischt wird und 8 bis 20 Gew.-% Paraffin (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) zugesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitmittel, Kieselgel und Paraffin enthaltende wässrige Polymerdispersion unter dauerndem Rühren mit zunehmender Rührgeschwindigkeit mit dem festen Füllstoff versetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Calciumcarbonat einer Teilchengrösse von annähernd 1 pm ist und ca. 20 bis 65 Gew.-% Calciumcarbonat (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs-und Bindemittels) zugesetzt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Gleitmittel enthaltende erste Komponente und eine den Füllstoff enthaltende zweite Komponente der wässrigen Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels miteinander und anschliessend mit einer dritten Komponente vermischt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente eine wässrige Polymerdispersion bildet, in der nacheinander unter intensivem Rühren und gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall das Gleitmittel und eine Dispersion von 10 bis 45 Gewichtsteilen Paraffin in 55 bis 90 Gewichtsteilen Wasser dispergiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer Poly-O-butylacrylat ist und die Poly:nerdis- persion mindestens 9,4 Gew.-% Poly-O-butylacrylat (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) enthält, dass das Gleitmittel Graphit einer mittleren Teilchengrösse von 2,5 um und einer Teilchengrössenverteilung entsprechend 95 % unter einer Teilchengrösse von 5 υm ist und der Polymerdispersion 25 bis 65 Gew.-% Graphit (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) zugesetzt werden, und dass der graphithaltigen wässrigen Polymerdispersion 0,48 Gew.-% Paraffin (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) zugegeben werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente eine wässrige Dispersion des Füllstoffs bildet, in der unter intensivem Rühren und gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall hochdisperses Kieselgel eingerührt wird und dass anschliessend Paraffin in wässriger Dispersion, die 10 bis 45 Gewichtsteile Paraffin und 55 bis 90 Gewichtsteile Wasser enthält, zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Calciumsulfat ist und die wässrige Dispersion 12 bis 25 Gew.-% Calciumsulfat (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) enthält und dass 0,3 bis 2,3 Gew.-% hochdisperses Kieselgel und wenigstens 3,2 Gew.-% Paraffin (jeweils bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) zugesetzt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Komponente durch Kneten vermischt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente eine Dispersion von 8,6 bis 19,2 Gew.-% Poly-O-butylacrylat (bezogen auf das Gewicht des Phlegmatisierungs- und Bindemittels) in Isopropanol-Wasser (2 : 1) ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der dritten Komponente 7,2 Gew.-% Cyclohexanon (bezogen auf das Gewicht der dritten Komponente) zugesetzt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der ersten Komponente der wässrigen Dispersion des Phlegmatisierungs-und Bindemittels 6 Gewichtsteile einer wässrigen Dispersion von Poly-O-butylacrylat und 5 Gewichtsteile Graphit unter Einwirkung von Ultraschall in 9,7 Gewichtsteilen Wasser dispergiert und in Anwesenheit von Hilfs- und Zusatzstoffen mit 0,8 Gewichtsteilen der wässrigen Paraffindispersion vermischt werden, dass zur Herstellung der zweiten Komponente der wässrigen Disperson des Phlegmatisierungs- und Bindemittels 2 Gewichtsteile Calciumsulfat, 0,16 Gewichtsteile Kieselgel unter Einwirkung von Ultraschall und in Anwesenheit von Hilfs- und Zusatzstoffen in 6,7 Gewichtsteilen Wasser dispergiert und anschliessend 5,35 Gewichtsteile der wässrigen Paraffinemulsion unter Rühren zugeführt werden, dass die erste und zweite Komponente im Gewichtsverhältnis 3 : 2 bei 35 °C miteinander vermischt werden und dass 35 Gewichtsteile der so erhaltenen Mischung in Anwesenheit von Hilfs- und Zusatzstoffen mit 3,3 Gewichtsteilen einer Dispersion von 40 Gewichtsteilen Poly-O-butylacrylat in 60 Gewichtsteilen Isopropanol-Wasser (2 : 1) vermischt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass 1 bis 1,5 Gewichtsteile der wässrigen Dispersion des Phlegmatisierungs- und Bindemittels und 10 Gewichtsteile des leistungsstarken Sprengstoffs in einer Mischtrommel vermengt werden.
.22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der leistungsstarke Sprengstoff eine Partikelgrösse von weniger als 1,68 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm, hat.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene Gemenge in einer flachen Schicht ausgebreitet und in einem warmen Luftstrom unter Umwälzung getrochnet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge aus Phlegmatisierungs- und Bindemittel mit leistungsstarkem Sprengstoff unter Umwälzung vorgetrocknet, anschliessend in einer Mischtrommel mit 2 bis 10 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Gemenges = 100) Alkanol-Wasser, vorzugsweise Isopropanol-Wasser, nachbehandelt und danach unter Umwälzen getrocknet wird.
25. Kunststoffgebundener Hochleistungssprengstoff, enthaltend mindestens 90 Gew.-% eines leistungsstarken Sprengstoffs wie Cyclotetramethylentetranitramin oder Cyclotrimethylentrinitramin und maximal 10 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gewicht des kunststoffgebundenen Hochleistungssprengstoffs) eines Phlegmatisierungs- und Bindemittels aus einem organischen Polymeren mit Zusatzstoffen wie Wachs und Paraffin, dadurch gekennzeichnet, dass das Phlegmatisierungs- und Bindemittel ein Polymer auf Polyacrylat- oder Polymethacrylatbasis, ein Gleitmittel und einen Füllstoff enthält.
26. Hochleistungssprengstoff nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Poly-O-alkylacrylat oder Poly-O-alkylmethacrylat mit einer Alkylgruppe von wenigstens 3 Kohlenstoffatomen ist und sein Anteil an dem Phlegmatisierungs- und Bindemittel mindestens 18 Gew.-% beträgt.
27. Hochleistungssprengstoff nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Poly-O-alkylacrylat Poly-O-butyl-oder -iso-butylacrylat ist.
28. Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine schwerlösliche Erdalkaliverbindung und diese vorzugsweise aus der Gruppe Magnesiumpyrophosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat und Bariumsulfat ausgewält ist.
29. Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer 5 bis 15 Gew.-% Polyethylen (bezogen auf das Gewicht des Poly-0-alkylacrylats) mit einer mittleren Partikelgrösse von 0,1 bis 0,3 pm enthält.
30. Hochleistungssprengstoff nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel Polytetrafluorethylen ist und der Anteil des Polytetrafluorethylens am Phlegmatisierungs- und Bindemittel 2 bis 7 Gew.-% beträgt.
31. Hochleistungssprengstoff nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Calciumcarbonat einer Teilchengrösse von 1 pm ist und der Anteil des Calciumcarbonats an dem Phlegmatisierungs- und Bindemittel 20 bis 65 Gew.-% beträgt.
32. Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitmittel Graphit einer mittleren Teilchengrösse von 2,5 pm und einer Teilchengrössenverteilung entsprechend 95 % unter 5 µm ist und der Anteil des Graphits am Phlegmatisierungs-und Bindemittel 25 bis 65 Gew.-% beträgt.
33. Hochleistungssprengstoff nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Calciumsulfat ist und der Anteil des Calciumsulfats am Phlegmatisierungs- und Bindemittel 15 bis 25 Gew.-% beträgt.
34. Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Phlegmatisierungs-und Bindemittel 0,3 bis 2,3 Gew.-% hochdisperses Kieselgel (bezogen auf das Gesamtgewicht) enthält.
35. Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Phlegmatisierungs-und Bindemittel 3,7 bis 20 Gew.-% Paraffin enthält.
36. Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungssprengstoff 90 bis 97 Gew.-% des leistungsstarken Sprengstoffs mit einer Korngrösse von unter 1,68 mm, vorzugsweise unter 0,5 mm, enthält.
37. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus dem Hochleistungssprengstoff nach einem der Ansprüche 25 bis 36 in einer Form durch Anwendung von Druck, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochleistungssprengstoff in der Form bei Raumtemperatur mit einem Druck im Bereich über 1,5 kbar gepresst wird.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck 1,5 bis 4,2 kbar beträgt.
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