EP1241150A2 - Verfahren zur Herstellung giessfähiger kunststoffgebundener Sprengladungen oder Raketentreibstoffe - Google Patents

Verfahren zur Herstellung giessfähiger kunststoffgebundener Sprengladungen oder Raketentreibstoffe Download PDF

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Rainer Böhm
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Rheinmetall W&M GmbH
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    • C06B21/0008—Compounding the ingredient
    • C06B21/0025—Compounding the ingredient the ingredient being a polymer bonded explosive or thermic component

Definitions

  • the invention relates to a method for producing castable plastic-bound Explosive charges or rocket fuels according to the preamble of claim 1.
  • Plastic-bound explosive charges have a high active power relatively high insensitivity. They consist of reaction polymers in the front curing crystalline explosives, such as octogen, hexogen, pentaerythritol tetranitrate etc., can be incorporated. The polymer content is about 10 to 20 Wt .-%.
  • a problem with the manufacture of plastic explosive charges is that with increasing solids content, i.e. with increasing proportion of explosive, the viscosity of the mixture can increase so that pouring of this mixture becomes impossible.
  • the theoretical limit for a flowable mixture is 92 Wt .-%.
  • the practical limit for flowable Mixtures is approx. 90% by weight.
  • explosive charges with one high solid content can only be poured if the grain sizes are suitable for the explosive charge explosive crystals used within a predetermined diameter interval lie, so that a relatively costly screening of grain fractions is required.
  • the respective explosive charge 0.1 to 10% by weight of fine-grained vanadium, Niobium, tantalum, chromium, molybdenum or tungsten powder or a mixture from two or more such powders, the powder grains being one should have a substantially spherical shape.
  • this metal powder which due to the spherical shape of the powder grains a very small specific Surprisingly, surface has been shown to be like liquid Lubricants act between the coarser-grained explosive particles (tribological Effect), so that relatively low viscosities result.
  • the invention has for its object a method for producing less sensitive pourable plastic-bound explosive charges or rocket fuels with a high (e.g. 90%) solid content, with which an increase the viscosity due to polar deposits on the metal surface of the metal powder Groups is avoided.
  • the polar groups can no longer react with the isocyanates and the specific surface area of the respective metal powder is reduced.
  • the viscosity of the explosive charge also drops.
  • All alkyl and aryl radicals are suitable as organic radicals, the alkyl radicals being more reactive.
  • tungsten powder (grain size between 3 and 5 ⁇ m) was placed in a solution of 900 g of pentane and 20 g of trimethylchlorosilane and stirred for 5 minutes. The tungsten powder was then filtered off and dried in a drying cabinet. While the specific surface area before the treatment with Me3SiCl was 0.1978 m 2 / g, it was only 0.1880 m 2 / g after the treatment, which subsequently reduced the viscosity of the explosive mixture from approx. 600 - 800 Pas to approx 400 Pas led.
  • the grain size of the respective metal powder should be between 0.1 and 5 ⁇ m lie.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gießfähiger kunststoffgebundener Sprengladungen oder Raketentreibstoffen, denen ein Metallpulver zugesetzt wird, deren Pulverkörner eine im wesentlichen sphärische Form aufweisen.
Um zu vermeiden, daß die Viskosität der Sprengladung oder des Raketentreibstoffes durch an der Oberfläche der Metallpulver angelagerte polare Gruppen zunimmt, schlägt die Erfindung vor, vor dem Einbringen des Metallpulvers in die Sprengstoffmischung ein Absättigen der polaren Gruppen des Metallpulvers durch SiR3-Gruppen (Si = Silane; R = organischer Rest) vorzunehmen. Dadurch können die polaren Gruppen nicht mehr mit den Isocyanaten der Sprengladung bzw. des Raketentreibstoffes reagieren und die spezifische Oberfläche des jeweiligen Metallpulvers sowie die Viskosität der Ladungen verringert sich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gießfähiger kunststoffgebundener Sprengladungen oder Raketentreibstoffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kunststoffgebundene Sprengladungen weisen trotz einer hohen Wirkleistung eine relativ hohe Unempfindlichkeit auf. Sie bestehen aus Reaktionspolymeren, in die vor der Aushärtung kristalline Explosivstoffe, wie Octogen, Hexogen, Pentaerythrittetranitrat etc., eingearbeitet werden. Dabei beträgt der Polymeranteil etwa 10 bis 20 Gew.-%.
Ein Problem bei der Herstellung kunststoffgebundener Sprengladungen besteht darin, daß mit steigendem Feststoffanteil, d.h. mit zunehmendem Anteil an Explosivstoff, die Viskosität der Mischung so zunehmen kann, daß ein Gießen dieser Mischung unmöglich wird. Die theoretische Grenze für ein fließfähiges Gemisch liegt bei 92 Gew.-%. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die praktische Grenze für fließfähige Gemische bei ca. 90 Gew.-% liegt. Außerdem sind Sprengladungen mit einem derart hohen Feststoffanteil nur dann gießbar, wenn die Korngrößen der für die Sprengladung verwendeten Explosivstoffkristalle innerhalb eines vorgegebenen Durchmesserintervalles liegen, so daß ein relativ kostenintensives Aussieben von Kornfraktionen erforderlich ist.
Die Anmelderin hat in einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung bereits vorgeschlagen, der jeweiligen Sprengladung 0,1 bis 10 Gew.-% feinstkörniges Vanadin-, Niob-, Tantal-, Chrom-, Molybdän- oder Wolfram-Pulver oder eine Mischung aus zwei oder mehreren derartigen Pulvern zuzusetzen, wobei die Pulverkörner eine im wesentlichen sphärische Form aufweisen sollen. Bei Verwendung dieser Metallpulver, die aufgrund der sphärischen Form der Pulverkörner eine sehr kleine spezifische Oberfläche aufweisen, hat sich überraschenderweise gezeigt, daß sie wie flüssige Schmiermittel zwischen den grobkörnigeren Sprengstoffpartikeln wirken (Tribologischer Effekt), so daß sich relativ niedrige Viskositäten ergeben.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, daß beim Einbringen der Metallpulver in die kunststoffgebundenen Sprengladungen bzw. Raketentreibstoffe die Viskositätsverminderung noch nicht optimal ist. Denn an der Oberfläche der Metallpulver sind häufig polare Gruppen angelagert, die mit den Isocyanaten der kunststoffgebundenen Sprengladungen bzw. mit den Raketentreibstoffen reagieren, was dann zu einem Erhöhen der Viskosität der entsprechenden Mischung führen kann. Dieses gilt insbesondere für die an der Oberfläche durch Einwirkung von Luftfeuchtigkeit angelagerten OH-Gruppen. Aber auch andere an den Metalloberflächen angelagerte polare Gruppen (z.B. Carboxyl-Gruppen) können zu einer Erhöhung der Viskosität führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung unempfindlicher gießfähiger kunststoffgebundener Sprengladungen oder Raketentreibstoffe mit einem hohen (z.B. 90 %-igen) Feststoffanteil anzugeben, mit dem eine Erhöhung der Viskosität durch an der Metalloberfläche der Metallpulver angelagerte polare Gruppen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, vor dem Einbringen des Metallpulvers in die Sprengstoffmischung ein Absättigen der polaren Gruppen des Metallpulvers durch SiR3-Gruppen (Si = Silane; R = organischer Rest) vorzunehmen. Dadurch können die polaren Gruppen nicht mehr mit den Isocyanaten reagieren und die spezifische Oberfläche des jeweiligen Metallpulvers verringert sich. Ebenso sinkt die Viskosität der Sprengladung. Als organische Reste kommen alle Alkyl- und Arylreste in Betracht, wobei die Alkylreste reaktiver sind.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, zur Absättigung der polaren Gruppen des Metallpulvers Trimethylchlorsilan (Me3SiCl) zu verwenden. Dieses reagiert sofort mit den OH-Gruppen und bildet einen Silylether (-O-SiMe3).
Bei einem Ausführungsbeispiel wurden 100 g Wolframpulver (Korngröße zwischen 3 und 5 um) in eine Lösung aus 900 g Pentan und 20 g Trimethylchlorsilan eingebracht und 5 Minuten gerührt. Anschließend wurde das Wolframpulver abfiltriert und im Trockenschrank getrocknet. Während die spezifische Oberfläche vor der Behandlung mit Me3SiCl 0,1978 m2/g betrug, betrug sie nach der Behandlung lediglich 0,1880 m2/g, was anschließend zu einer Verringerung der Viskosität der Sprengstoffmischung von ca. 600 - 800 Pas auf ca. 400 Pas führte.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Sprengladungen kann beispielsweise mittels der nachfolgenden typischen Rezepturen erfolgen:
80-88 Gew.-%
Kristalliner Sprengstoff, z.B. RDX oder HMX
10-20 Gew.-%
Binder, z.B. HTPB
5-10 Gew.-%
Weichmacher
0,01-02 Gew.-%
Haftvermittler
0,05-05 Gew.-%
Gießhilfen
0,1-1,0 Gew.-%
Antioxidans
0,1-10 Gew.-%
Metallpulver
Dabei sollte die Körngröße des jeweiligen Metallpulvers zwischen 0,1 und 5 µm liegen.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung gießfähiger kunststoffgebundener Sprengladungen oder Raketentreibstoffen, denen ein Metallpulver zugesetzt wird, deren Pulverkörner eine im wesentlichen sphärische Form aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen des Metallpulvers in die Sprengstoffmischung ein Absättigen der polaren Gruppen des Metallpulvers durch SiR3-Gruppen (Si = Silane; R = organischer Rest) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem organischen Rest um einen Alkyl- oder Arylrest handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absättigung der polaren Gruppen des Metallpulvers Trimethylchlorsilan (Me3SiCl) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallpulver Pulver eines oder mehrerer der folgenden Metalle: Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän oder Wolfram zugesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des jeweiligen Metallpulvers derart gewählt wird, daß sie zwischen 0,1 bis 5 µm liegt.
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