EP0404853B1 - Verfahren zur herstellung von explosiven ladungen aus nicht giessfähigen mischungen - Google Patents

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EP0404853B1
EP0404853B1 EP89907738A EP89907738A EP0404853B1 EP 0404853 B1 EP0404853 B1 EP 0404853B1 EP 89907738 A EP89907738 A EP 89907738A EP 89907738 A EP89907738 A EP 89907738A EP 0404853 B1 EP0404853 B1 EP 0404853B1
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explosive
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fusible
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Benjamin Furch
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Rheinmetall GmbH
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    • C06B21/0041—Shaping the mixture by compression
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    • C06B21/0033—Shaping the mixture
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    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0083—Treatment of solid structures, e.g. for coating or impregnating with a modifier

Definitions

  • the invention relates to a method as defined in more detail by the features of the preamble of claim 1.
  • DE-B-1 186 383 discloses a method in which a mixture of a highly explosive solid and a lower-melting explosive is pressed at a temperature at which the latter has completely or partially melted.
  • this method is only promising if the proportion of the explosive with a lower melting point is below 10%.
  • the form in which the explosive is located is then cooled under pressure to reduce the voids associated with the shrinkage.
  • the risk of void formation is greater the higher the proportion of the melted desensitizing agent and, above all, the larger the geometrical dimensions of the compact.
  • a generic die casting method is finally known. Thereafter, a highly explosive solid explosive component with a less explosive and a lower melting point is mixed and heated to a temperature which corresponds approximately to the melting temperature of the less explosive explosive component. The pressure subsequently exerted on the explosive mixture is then selected such that the (pressure-dependent) melting point of the molten explosive component is so high that the melt solidifies in the entire volume at the moment. Since the solidification process is a volume process, voids cannot form in the explosive structure. This process was assumed that it can only be used when pourable explosive mixtures are used to produce high-performance loads.
  • the invention is based on the object of specifying a method for producing explosive charges of high explosive power from non-pourable explosive mixtures.
  • the charges produced according to the invention are at the upper limit of the performance of technically producible explosives in terms of explosive power and charge density.
  • the cargo owes this performance to the high proportion of highly explosive HE explosives (HMX, RDX, PETN).
  • the load must contain at least 7.5% TNT, TNB or TNCB.
  • the load to reduce the vulnerability must contain care-enhancing additives in order to guarantee safe processing and to be able to improve the load properties against external influences of a dangerous nature.
  • TNT has a thickening property.
  • An addition of around 7.5% significantly reduces the sensitivity of the load.
  • a plastic content of 0.5 to 2.5%, for example, further improves the nourishing properties because it exceeds the effectiveness of the TNT. This plastic content in particular reduces the sensitivity to shocks and the sensitivity to shards.
  • the commercially available explosive mixture used as the starting substance, the z. B. consists of 90% HMX as a solid component and 10% TNT as a fusible component, is first brought to the processing temperature of about 80 ° C in a heatable mixer (block 1 in Fig. 1). Since the mass has a very poor thermal conductivity, water is added to improve the heat transfer and thus to shorten the heating-up time, thereby simultaneously passivating or desensitizing the explosive mixture.
  • a heatable mixer block 1 in Fig. 1
  • water is added to improve the heat transfer and thus to shorten the heating-up time, thereby simultaneously passivating or desensitizing the explosive mixture.
  • nitroguanidine or plasticizing granules can be added as a binder or desensitizing and plasticizing agent.
  • detonation speed is selected as a measure of the performance, particularly high values for RDX / TNT: 90/10 (detonator speed: 8620 m / s) and 92.5 / 7.5 (detonation speed: 8660 m / s) are achieved.
  • the explosive mixture is heated to just below the melting point of the meltable component, so that the mixture just remains free-flowing.
  • This procedure offers the advantage that the still free-flowing explosive mixture can be metered very easily, so that reproducible charge weights (coarse shape accuracy and shape stability) can be produced in a simple manner.
  • the further heating necessary for the pressing then takes place in the heated pressing tool itself.
  • the individual HE explosive grains are first coated directly with the thermoplastic binder and only then is the fusible component (e.g. TNT) added.
  • the fusible component e.g. TNT
  • the layering of the HE body with the binder can be carried out, for example, using the so-called slurry process.
  • an aqueous suspension of the HE particles is prepared by vigorous stirring.
  • a polymer solution is metered into this suspension.
  • the polymers are coated by affinity forces for the solid particles.
  • the solvent is then removed by distillation.
  • the entire suspension (slurry) must be brought to ⁇ 80 ° C.
  • the suspension is filtered and the residue is dried in vacuo at temperatures of 40.degree. Particles of any grain size can be coated.
  • a corresponding grain is shown in Fig. 2a.
  • the grain of the solid explosive component is denoted by 5 and the shell of the thermoplastic binder (polymer) by 6.
  • an HMX explosive granulate was suspended in distilled water with stirring.
  • the solvent content can be kept low, since a sufficiently good solvation is achieved quickly. After the evaporation of the solvent, the filtration and the drying, an explosive granulate resulted which was evenly coated with polyurethane.
  • the HE particles were first coated with TNT in an upstream process step. For this, a suspension of the HE particles in water was created.
  • the TNT amount of 1 to 2% based on the explosive is dissolved in a solvent.
  • the solvent should not or only slightly dissolve the solid explosive particles.
  • This TNT solution is added to the suspension and the solvent is drawn off again by heating the slurry to 80 ° C. and distilling it.
  • the TNT envelops the solid grain.
  • the coated material is then cooled and filtered.
  • This pretreated, TNT-coated explosive material is then - as described above - further treated and provided with a binder layer.
  • a corresponding layer structure of such particles is shown in FIG. 2b.
  • the HE grain is denoted by 5, the TNT coating by 7 and the binder layer by 8.
  • the particular advantage of the particle structure shown in FIG. 2b is that the TNT explosive component is initially liquefied by the processing temperature. Due to its easy mobility, all cracks, gaps, holes etc. on the solid HE explosive grain are completely filled. This effect is desirable because an explosive charge structure that is as compact as possible makes a decisive contribution to reducing the sensitivity to dangerous external influences.
  • TNT and polymer solution are processed together. Processing takes place by preparing the polymer solution in which the desired TNT content (1 to 2%) is introduced and dissolved. The further process sequence takes place according to the example in FIG. 2a.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von explosiven Ladungen hoher Sprengleistung aus nicht gießfähigen Mischungen beschrieben. Dazu wird zunächst eine Sprengstoffmischung aus 85 bis 92,5 % eines hochexplosiven Sprengstoffes (HMX, RDX, TRTB etc.) als feste Komponente und 7,5 bis 15 % einer schmelzbaren Komponente (TNT, TNB, TNCB) auf eine um den Schmelzpunkt der schmelzbaren Komponente liegende Verarbeitungstemperatur gebracht. Anschließend wird die temperierte und gleichmäßig durchmischte Sprengstoffmischung in ein beheiztes Preßwerkzeug eingefüllt und die Ladung nach dem Druckgußverfahren hergestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es durch die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 näher definiert wird.
  • Es ist bereits bekannt, explosive Ladungen durch Gießen oder Pressen herzustellen. Übliche Gießvorgänge führen in der Regel infolge von Sedimentationsvorgängen zu einer inhomogenen Zusammensetzung der explosiven Ladung. Durch die stets erforderliche mechanische Nachbearbeitung entstehen vergleichsweise hohe Herstellkosten; schließlich muß mit Verlusten an Sprengstoff durch den verlorenen Kopf gerechnet werden.
  • Bekannte Preßverfahren haben eine relativ geringe Dichte der explosiven Ladung zur Folge, die eine minimal erreichbare Leistung ausschließt. Zur Vergrößerung der mechanischen Stabilität der explosiven Ladung ist es bei Preßverfahren weiterhin notwendig, einen bestimmten Prozentsatz inerter Stoffe zuzusetzen, wodurch ebenfalls die Leistung reduziert wird.
  • Zur Erhöhung der Dichte der explosiven Ladung ist aus der DE-B-1 186 383 ein Verfahren bekannt, bei dem eine Mischung eines hochbrisanten festen und eines niedriger schmelzenden Sprengstoffes bei einer Temperatur verpreßt wird, bei welcher letzterer ganz oder teilweise geschmolzen ist. Dieses Verfahren ist allerdings nur dann erfolgversprechend, wenn der Anteil des Sprengstoffes mit niedrigerem Schmelzpunkt unter 10% liegt. Die Form, in dem sich der Sprengstoff befindet, wird dann unter Druck abgekühlt, um die mit dem Schwund verbundene Lunkerbildung zu verringern. Die Gefahr der Lunkerbildung ist um so größer, je höher der Anteil des geschmolzenen Phlegmatisierungsmittels und vor allem, je größer die geometrischen Abmessungen des Preßlings sind. Bei der Laborierung großkalibriger Geschosse war es daher bisher stets erforderlich, das Sprengstoffgemisch in einer auf die spezielle Geschoßform abgestimmten Weise behutsam unter seinen Schmelzpunkt abzukühlen, um sicherzustellen, daß in die wegen der von außen nach innen fortschreitenden Erstarrung der schmelzenden Komponente vorzugsweise in der Mitte des Preßlings entstehenden Hohlräume noch flüssiges Sprengstoffgemisch nachfließen kann.
  • Aus der DE-PS 21 31 282 ist schließlich ein gattungsgemäßes Druckgußverfahren bekannt. Danach wird ebenfalls eine hochbrisante feste mit einer weniger brisanten und einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisenden Sprengstoffkomponente gemischt und auf eine Temperatur erwärmt, die etwa der Schmelztemperatur der weniger brisanten Sprengstoffkomponente entspricht. Der anschließend auf die Sprengstoffmischung ausgeübte Druck wird dann derart gewählt, daß der (druckabhängige) Schmelzpunkt der geschmolzenen Sprengstoffkomponente so hoch liegt, daß die Schmelze momentan im gesamten Volumen erstarrt. Da der Erstarrungsprozeß ein Volumenprozeß ist, können Lunker im Sprengstoffgefüge nicht entstehen. Von diesem Verfahren wurde angenommen, daß es lediglich bei Verwendung gießfähiger Sprengstoffmischungen zur Herstellung von Ladungen hoher Leistungen einsetzbar ist .
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von explosiven Ladungen hoher Sprengleistung aus nicht gießfähigen Sprengstoffmischungen anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen zur Durchführung des Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die erfindungagemäß hergestellten Ladungen liegen hinsichtlich der Sprengleistung und der Ladungsdichte an der oberen Grenze der Leistungsfähigkeit technisch herstellbarer Sprengstoffe. Die Ladung verdankt diese Leistung dem hohen Anteil an hochbrisantem HE-Sprengstoff (HMX, RDX, PETN). Um die Druckgußtechnologie durchführen zu können, muß die Ladung mindestens 7,5 % TNT , TNB oder TNCB enthalten. Außerdem muß die Ladung zur Reduzierung der Verwundbarkeit pflegmatisierende Zusätze enthalten, um eine sichere Verarbeitung garantieren zu können und die Ladungseigenschaft gegen äußere Einwirkungen gefährlicher Art verbessern zu können. Diebe pflegmatisierende Eigenschaft weist beispielsweise TNT auf. Ein Zusatz von etwa 7,5 % setzt die Empfindlichkeit der Ladung entscheidend herab. Ein Kunststoffanteil von beispielsweise 0,5 bis 2,5 % verbessert die pflegmatisierenden Eigenschaften nochmals, da es die Wirksamkeit des TNT übertrifft. Durch diesen Kunststoffanteil wird insbesondere eine Verringerung der Schockempfindlichkeit und Beschußempfindlichkeit gegen Splitter erreicht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
    • Fig. 1:
    anhand eines Blockdiagramms den Verfahrensablauf;
    Fig. 2a:
    und 2b:
    die Umschichtung des hochexplosiven (HE-) Festkorns
  • Die als Ausgangssubstanz verwendete handelsübliche Sprengstoffmischung, die z. B. aus 90 % HMX als feste Komponente und 10 % TNT als schmelzbare Komponente besteht, wird zunächst in einem beheizbaren Mischer auf die Verarbeitungstemperatur von ca. 80°C gebracht (Block 1 in Fig. 1). Da die Masse eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, wird zur Verbesserung der Wärmeübertragung und damit auch zur Verkürzung der Aufheizzeit Wasser hinzugefügt, wodurch gleichzeitig eine Passivierung oder Phlegmatisierung der Sprengstoffmischung erzielt wird. In dieser Verarbeitungsphase können - falls erforderlich - noch Zusätze, wie z. B. Nitroguanidin oder plastifizeirendes Kunststoffgranulat als Binder bzw. Phlegmatisierungs- und Plastifizierungsmittel hinzugefügt werden.
  • Das für die weiteren Verarbeitungsstufen nicht mehr notwendige Wasser entweicht in kurzer Zeit leicht wieder (Block 2), so daß anschließend die temperierte und gleichmäßig durchmischte Sprengstoffmischung in ein beheiztes Preßwerkzeug eingefüllt (Block 3), evakuiert und unter einen so hohen Druck gesetzt wird, daß die schmelzbare Komponente augenblicklich erstarrt (Block 4). Nach dem Abkühlen unter den Erstarrungspunkt kann dann der Sprengstoffkörper entformt werden.
  • Bei weiteren Ausführungsbeispielen wurden als feste Komponenten statt HMX Hexogen (RDX) und statt TNT TNB oder TNCB verwendet, und zwar mit den Gewichtsverhältnissen:
    • RDX/TNT:
    85/12; 90/10; 92,5/7,5,
    RDX/TNCB:
    90/10.
  • Wählt man als Maß für das Leistungsvermögen die Detonationsgeschwindigkeit so werden besonders hohe Werte für RDX/TNT: 90/10 (Detonatiorsgeschwindigkeit: 8620 m/s) und 92,5/7,5 (Detonationsgeschwindigkeit: 8660 m/s) erreicht.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Sprengstoffmischung knapp unter dem Schmelzpunkt der schmelzbaren Komponente aufgeheizt, so daß die Mischung gerade rieselfähig bleibt.
  • Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, daß die noch rieselfähige Sprengstoffmischung sehr leicht dosierbar ist, so daß sich auf einfache Weise reproduzierbare Ladungsgewichte (grobe Formgenauigkeit und Formstabilität) herstellen lassen. Die für das Pressen notwendige weitere Aufheizung erfolgt dann im beheizten Preßwerkzeug selbst.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zunächst die einzelnen HE-Sprengstoffkörner direkt mit dem thermoplastischen Binder umhüllt werden und erst dann anschließend die schmelzbare Komponente (z. B. TNT) zugegeben wird.
  • Die Umschichtung der HE-Körper mit dem Binder kann beispielsweise mit Hilfe des sogenannten Slurry-Verfahrens durchgeführt werden. Hierzu wird eine wässrige Suspension der HE-Partikel durch kräftiges Rühren hergestellt. Dieser Suspension wird eine Polymerlösung dosiert zugefügt. Durch Affinitätskräfte der Polymere zum Festpartikel erfolgt deren Umhüllung. Anschließend wird durch Destillation das Lösungsmittel abgezogen. Zu diesem Zweck muß die gesamte Suspension (Slurry) auf ≧ 80°C gebracht werden. Nach Abzug des Lösungsmittels und damit Beendigung des Kornbeschichtungsvorganges wird die Suspension filtriert und der Rückstand im Vakuum bei Temperaturen von 40°C getrocknet. Es können Partikel jeder Korngröße beschichtet werden. Ein entsprechendes Korn zeigt Fig. 2a. Dabei ist das Korn der festen Sprengstoffkomponente mit 5 und die Hülle des thermoplastischen Binders (Polymer) mit 6 bezeichnet.
  • Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde ein HMX-Sprengstoffgranulat in destilliertem Wasser unter Rühren suspendiert. Dieser Suspension wurde als Polymerlösung ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer, in Cyclohexanon solvertisiert, zugeführt. Der Lösungsmittelanteil kann gering gehalten werden, da eine hinreichend gute Solvatation schnell erreicht wird. Nach der Verdampfung des Lösungsmittels, der Filtration und der Trocknung ergab sich ein Sprengstoffgranulat, das gleichmäßig mit Polyurethan überzogen war.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurden die HE-Partikel in einem vorgeschalteter Verfahrensschritt zurächst mit TNT umhüllt. Dazu wurde eine Suspension der HE-Partikel in Wasser erzeugt.
  • Die auf den Sprengstoff bezogene TNT-Menge von 1 bis 2 % wird in einem Lösungsmittel gelöst. Das Lösungsmittel soll die festen Sprengstoffpartikel nicht oder nur wenig lösen. Diese TNT-Lösung wird der Suspension zugegeben und das Lösungsmittel wieder abgezogen, indem der Slurry auf 80°C erwärmt und destilliert wird. Dabei umhüllt das TNT das Festkorn. Anschließend wird das beschichtete Material gekühlt und filtriert. Dieses vorbehandelte, mit TNT beschichtete Sprengstoffmaterial wird anschließend - wie oben beschrieben - weiterbehandelt und mit einer Binderschicht versehen. Ein entsprechender Schichtaufbau derartiger Partikel ist in Fig. 2b wiedergegeben. Dabei ist das HE-Korn mit 5, die TNT-Umhüllung mit 7 und die Binderschicht mit 8 bezeichnet.
  • Der besondere Vorteil des in Fig. 2b dargestellten Partikelaufbaues besteht darin, daß der TNT-Sprengstoffanteil durch die Verarbeitungstemperatur zunächst verflüssigt wird. Durch seine Leichtbeweglichkeit werden alle Risse, Lücken, Löcher etc. am festen HE-Sprengstoffkorn vollständig ausgefüllt. Dieser Effekt ist erwünscht, weil eine möglichst kompakte Sprengladungsstruktur entscheidend zur Reduzierung der Empfindlichkeit gegen gefährliche äußere Einwirkungen beiträgt.
  • Schließlich ist es auch denkbar, eine sogenannte Mischbeschichtung von TNT und Polymer um das HE-Korn vorzunehmen. Hierzu wird eine gemeinsame Verarbeitung von TNT und Polymerlösung vorgenommen. Die Verarbeitung erfolgt durch Ansetzen der Polymerlösung, in der der gewünschte TNT-Anteil (1 bis 2 %) eingebracht und aufgelöst wird. Der weitere Verfahrensablauf erfolgt gemäß dem Beispiel zu Fig. 2a.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von explosiven Ladungen aus einer Sprengstoffmischung mit einer hochbrisanten festen und einer einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisenden Sprengstoffkomponente (schmelzbare Komponente), wobei die Sprengstoffmischung zunächst auf eine um den Schmelzpunkt der schmelzbaren Sprengstoffkomponente liegende Temperatur erhitzt, anschließend in ein beheiztes Preßwerkzeug eingefüllt und schließlich unter Druck zum Erstarren gebracht wird, wobei der Druck derart gewählt wird, daß die Schmelztemperatur der schmelzbaren Sprengstoffkomponente auf einem Wert oberhalb ihrer Augenblickstemperatur liegt, und wobei die Sprengstoffmischung bei beibehaltenem Druck auf eine unterhalb der Schmelztemperatur der schmelzbaren Sprengstoffkomponente bei Atmosphärendruck liegende Temperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sprengstoffmischung 85 - 92,5 % einer hochbrisanten festen Sprengstoffkomponente und 7,5 - 15 % einer schmelzbaren Sprengstoffkomponente verwendet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als feste Komponente ein sehr explosiver Sprengstoff, wie HMX, NQ, PETN, RDX, TATB und als schmelzbare Komponente TNT, TNB oder TNCB verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis RDX/TNT < 90/10 oder 92,5/7,5 beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß des Gewichtsverhältnis HMX/TNT = 85/15 beträgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstoffmischung Kunststoffe als Binder, Phlegmatisierungsmittel, Plastifizierungsmittel und/oder Wandhaftungsmittel beigefügt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengstoffmischung lediglich auf eine knapp unter dem Schmelzpunkt der schmelzbaren Komponenten liegende Temperatur aufgeheizt wird, daß die Sprengstoffmischung anschließend vermittels einer Dosiervorrichtung in ein beheiztes Preßwerkzeug eingefüllt, dort auf eine um den Schmelzpunkt der schmelzbaren Komponente liegende Verarbeitungstemperatur aufgeheizt und anschließend verpreßt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Korn (5) der festen Sprengstoffkomponente zunächst mit einer dünnen Hülle (6) eines thermoplastischen oder reaktiven Binders umhüllt wird, und daß dann dieses Korn mit dem schmelzfähigen Sprengstoff umhüllt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Korn (5) der festen Sprengstoffkomponente zunächst mit einer dünnen Hülle (7) des schmelzfähigen zunächst mit einer dünnen Hülle (7) des schmelzfähigen Sprengstoffes versehen wird, daß dann der Binder (8) aufgebracht wird und anschließend dieses Korn mit dem schmelzfähigen Sprengstoff umhüllt wird.
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