EP1321505A2 - Gelled propellant, process for the preparation of a gelled propellant and its use - Google Patents
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- EP1321505A2 EP1321505A2 EP20020027115 EP02027115A EP1321505A2 EP 1321505 A2 EP1321505 A2 EP 1321505A2 EP 20020027115 EP20020027115 EP 20020027115 EP 02027115 A EP02027115 A EP 02027115A EP 1321505 A2 EP1321505 A2 EP 1321505A2
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B47/00—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06D—MEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
- C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
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- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L7/00—Fuels produced by solidifying fluid fuels
- C10L7/02—Fuels produced by solidifying fluid fuels liquid fuels
Definitions
- the invention relates to a method for producing a gel-like fuel based on a liquid from liquid or dissolved in organic solvents, solid fuels, fuels and / or explosives, such Fuel and its use.
- Gel-shaped fuels are known and are mainly used for rocket propulsion in space missiles and tactical weapons used.
- US 6 013 143 A describes one of these Fuel based on tertiary amine azides and these added oxidizers.
- the fuel is said to be an alternative among the most widely used toxic liquid fuels based on hydrazine serve.
- Gelling agents in the form of Silicon dioxide, alumina, carbon or polymers added to give it a viscous, gel-like character to lend.
- the gel-like consistency is supposed to be a compromise regarding the general disadvantages of liquid and solid fuels can be achieved.
- the invention has for its object a method for Production of a gel fuel of the type mentioned Propose a type whose viscosity is independent of its composition is changeable. It is also open such a fuel and its use.
- this object is achieved according to the invention by a process for producing a pseudoplastic gel fuel on the basis of a Liquid from liquid or in organic solvents dissolved, solid fuels, fuels and / or explosives solved by solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm in the liquid essentially be dispersed homogeneously.
- a pseudoplastic gel-like fuel on the Base of a liquid from liquid or in organic Solids, solid fuels, fuels and / or explosives with dispersed essentially homogeneously Solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm are provided.
- the Viscosity due to mechanical energy input such as stirring energy, Ultrasound or the like
- the viscosity of the from the source liquid and the dispersed nanoparticles Fuel takes here due to mechanical input Energy is rapidly decreasing so that the gel-like fuel is up to a fluid state, as in conventional liquid fuels is known can be liquefied.
- the viscosity of the stationary fuel due to lack of agitation increase again until the fuel runs out original gel-like character. in the viscous state the fuel can have material properties similar to solids, such as high elasticity.
- Fuels, fuels and / or explosives should therefore be solid particles also used with a hydrophobic character be while in a polar organic solvent dissolved fuel, fuel and / or explosive Solid particles with an essentially hydrophilic character should be used.
- the solid particles can in particular be stirred and / or dispersed into the liquid by means of ultrasound become. Research has shown that the proportion of solid particles between 0.5 and 25% by mass to be adjusted to the mass of the liquid a pseudoplastic fuel with a wide range to obtain variable viscosity.
- a preferred embodiment provides that a fuel, propellant and / or explosive based on liquid hydrocarbons which optionally contain oxygen and / or nitrogen containing functional groups is used.
- the hydrocarbon is preferably selected from the group nC 5 -C 9 alkanes, nitromethane (NM), n-propyl nitrate, isopropyl nitrate, ethylene oxide, ethylene glycol dinitrate (EGDN), methyl trimethylol methane trinitrate (metriol trinitrate, MTN), 1,2,4-butanetriol trinitrate (BTTN ), Bis-dinitropropylacetal (BDNPA), bis-dinitropropyl formal (BDNPF), 2,4-dinitroethylbenzene, 2,4,6-trinitroethylbenzene, alkylnitratoethylnitramine (NENAs), kerosene and mixtures thereof.
- NM nitromethane
- EGDN ethylene glycol dinitrate
- MTN methyl trimethylol methane trinitrate
- BTTN 1,2,4-butanetriol trinitrate
- NENAs Alkylnitratoethylnitraminen
- Fuel, fuel and / or explosive used is preferably crystalline burning, propellant and / or explosive from the group 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), 1,3,5-trimamino-2,4,6-trinitrobenzene (TATNB), 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one (NTO), hexanitrostilbene (HNS), Cyclotrimethylene trinitramine (Hexogen, RDX), cyclotetramethylene tetranitramine (Octogen, HMX), 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitan (HNIW, CL20), pentaerythritol tetranitrate (Nitropenta, PETN), hexanitrodiphenylamine (Hexyl), tetranitromethylaniline (tetryl), nitroguanidine (N
- the same can also be salt-like Intermediate products of fuels, fuels and / or explosives, e.g. Alkyl ammonium nitrates, guanidinium ammonium nitrates, Triaminoguanidine nitrate, triethylammonium nitrate, triethanolammonium nitrate etc. or oxidizer salts such as ammonium nitrate (AN), ammonium dinitramide (ADN) etc., in an organic Solvent dissolved and mixed homogeneously with the nanoparticles become.
- organic solvents polar representatives, such as alcohols, ketones, carboxylic acids, Dimethylformamide (DMF) and the like, in question.
- the solid particles are preferably selected from the group consisting of metals, metal oxides, metal hydroxides and mixtures thereof, preferably aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr) and / or oxides and / or hydroxides thereof are used.
- Al, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 , Fe, Ni, Zn, Mn, Cu oxides and / or hydroxides are suitable.
- a suitable hydrophobizing agent or hydrophilizing agent in order to ensure complete wetting of the particles with the liquid used in each case.
- polar liquids and nanoparticles made of silicon dioxide are used, they must be made hydrophobic, which can be done by surface modification, ie by introducing polar functional groups, eg hydroxyl groups, onto the surface.
- surfactant additives such as Surfactants, emulsifiers or the like can be added, which is the interaction between the liquid component and affect the nanoparticles.
- oxidizers such as ammonium nitrate (AN), ammonium dinitramide (ADN), ammonium perchlorate (APC), alkali perchlorates, -Nitrate etc., and explosives in question.
- the other explosives or energy sources and / or Oxidators can be found in both particulate and be used in liquid form, in the latter Case can be provided that the liquid explosives and / or oxidizers can in turn be retaliated by with solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm, preferably between 5 and 500 nm, in particular between 10 and 300 nm, are mixed homogeneously and the mixture is added to the fuel. It exists also the possibility of the obtained in this way gel-like oxidizer or explosive separated from the gel-like fuel and both components only in a combustion chamber to ignite the mixture, causing the amount of oxidizer or explosive and fuel depending on the power required can be controlled.
- the fuel according to the invention is especially as a rocket fuel, e.g. for spacecraft or strategic or tactical weapons. It is suitable also for gas generators, in particular for airbags, or for explosive systems, such as explosive charges, detonators Etc.
- the invention is based on exemplary embodiments explained in more detail.
- NM nitromethane
- SiO 2 hydrophobized silicon dioxide
- a propeller stirrer is used as an agitator, which ensures axial mixing of the components with moderate shear forces.
- 20 g of fine particulate ammonium dinitramide (ADN) are added to the fuel in order to increase its specific impulse while maintaining the rheological properties of the fuel. After stirring again for 30 minutes, the finished fuel is obtained.
- ADN fine particulate ammonium dinitramide
- a pseudoplastic gel-like fuel is produced according to Example 1 from 71.8 g NM and 6.2 g hydrophobized SiO 2 with an average particle diameter of about 25 nm. 22 g of ammonium perchlorate (APC) in fine particulate form are then added as the oxidizer and the mixture is homogenized for 30 minutes.
- APC ammonium perchlorate
- a pseudoplastic gel-like fuel is produced according to Example 3 from 81.0 g of NM and 7.0 g of hydrophobized SiO 2 with an average particle diameter of about 25 nm.
- 11.0 g of nitric acid (HNO 3 ) and 1 g of hydrophobic SiO 2 according to Example 3 are mixed homogeneously and stored separately from the latter and added to the fuel as needed during the combustion.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gelförmigen Treibstoffes auf der Basis einer Flüssigkeit aus flüssigen oder in organischen Lösungsmitteln gelösten, festen Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoffen, einen solchen Treibstoff und seine Verwendung.The invention relates to a method for producing a gel-like fuel based on a liquid from liquid or dissolved in organic solvents, solid fuels, fuels and / or explosives, such Fuel and its use.
Gelförmige Treibstoffe sind bekannt und werden vornehmlich für Raketenantriebe in Raumflugkörpern und taktischen Waffen eingesetzt. Die US 6 013 143 A beschreibt einen solchen Treibstoff auf der Basis von tertiären Aminaziden und diesen zugesetzten Oxidatoren. Der Treibstoff soll als Alternative zu den gegenwärtig am verbreitetsten eingesetzten, toxischen Flüssigtreibstoffen auf der Basis von Hydrazin dienen. Dem Treibstoff können Gelierungsmittel in Form von Siliciumdioxid, Tonerde, Kohlenstoff oder Polymeren zugesetzt sein, um ihm einen viskosen, gelartigen Charakter zu verleihen. Durch die gelförmige Konsistenz soll ein Kompromiß hinsichtlich der generellen Nachteile von flüssigen und festen Treibstoffen erreicht werden. Während flüssige Treibstoffe schlecht handhabbar sind und infolge ihrer Flüchtigkeit ein erhebliches sicherheitstechnisches und gesundheitliches Gefährdungspotential darstellen, besteht der Nachteil von Festtreibstoffen vornehmlich in einer mangelnden Kontrollierbarkeit, da ihr Abbrand nach dem Zündvorgang nicht mehr gestoppt werden kann und im Überschuß erzeugtes Druckgas abgeführt werden muß.Gel-shaped fuels are known and are mainly used for rocket propulsion in space missiles and tactical weapons used. US 6 013 143 A describes one of these Fuel based on tertiary amine azides and these added oxidizers. The fuel is said to be an alternative among the most widely used toxic liquid fuels based on hydrazine serve. Gelling agents in the form of Silicon dioxide, alumina, carbon or polymers added to give it a viscous, gel-like character to lend. The gel-like consistency is supposed to be a compromise regarding the general disadvantages of liquid and solid fuels can be achieved. While fluid Fuels are difficult to handle and as a result of their Volatility a significant safety and health Represent hazard potential exists Disadvantage of solid fuels mainly in a lack Controllability, since they burn up after the ignition process can no longer be stopped and generated in excess Compressed gas must be removed.
Auch bei gelförmigen Treibstoffen ist eine kontrollierte Verbrennung jedoch nur schwer realisierbar. Einerseits lassen sich solche Treibstoffe nicht oder nur schlecht zerstäuben, so daß eine für einen kontrollierten Abbrand notwendige exakte Dosierung kaum möglich ist. Andererseits bestehen aufgrund der hohen Viskosität erhebliche Probleme bei der Überführung der Treibstoffe von ihrem Bevorratungsort an den Zünder, wobei es zu einem Verstopfen von Leitungen und/oder Fördereinrichtungen, wie Pumpen oder dergleichen, kommen kann. Wird hingegen der Treibsatz als ganzes gezündet, so ergeben sich dieselben Nachteile wie bei Festtreibstoffen.Even with gel-like fuels is a controlled one However, combustion is difficult to achieve. Leave on the one hand such fuels do not or only poorly atomize, so that one necessary for a controlled burn exact dosage is hardly possible. On the other hand, exist considerable problems due to the high viscosity when the fuels are transferred from their storage location to the igniter, causing clogging of lines and / or conveying devices, such as pumps or the like, can come. However, the propellant as a whole ignited, there are the same disadvantages as in Solid propellants.
Gelänge es nun, einen gelförmigen Treibstoff zu generieren, dessen Fließeigenschaften zwischen gelförmig viskos und praktisch flüssig veränderbar sind, ergäbe sich die Möglichkeit einer kombinatorischen Nutzung der jeweils günstigen Eigenschaften von Fest- und Flüssigtreibstoffen.If we were able to generate a gel fuel, whose flow properties between gel-like viscous and could be changed practically smoothly a combinatorial use of the cheap Properties of solid and liquid fuels.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines gelförmigen Treibstoffes der eingangs genannten Art vorzuschlagen, dessen Viskosität unabhängig von seiner Zusammensetzung veränderbar ist. Sie ist ferner auf einen solchen Treibstoff sowie auf dessen Verwendung gerichtet. The invention has for its object a method for Production of a gel fuel of the type mentioned Propose a type whose viscosity is independent of its composition is changeable. It is also open such a fuel and its use.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines strukturviskosen gelförmigen Treibstoffes auf der Basis einer Flüssigkeit aus flüssigen oder in organischen Lösungsmitteln gelösten, festen Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoffen gelöst, indem Feststoffpartikel mit einem Partikeldurchmesser zwischen 1 und 800 nm in die Flüssigkeit im wesentlichen homogen eindispergiert werden.In procedural terms, this object is achieved according to the invention by a process for producing a pseudoplastic gel fuel on the basis of a Liquid from liquid or in organic solvents dissolved, solid fuels, fuels and / or explosives solved by solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm in the liquid essentially be dispersed homogeneously.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist ferner ein strukturviskoser gelförmiger Treibstoff auf der Basis einer Flüssigkeit aus flüssigen oder in organischen Lösungsmitteln gelösten, festen Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoffen mit im wesentlichen homogen eindispergierten Feststoffpartikeln mit einem Partikeldurchmesser zwischen 1 und 800 nm vorgesehen.To solve the problem on which the invention is based also a pseudoplastic gel-like fuel on the Base of a liquid from liquid or in organic Solids, solid fuels, fuels and / or explosives with dispersed essentially homogeneously Solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm are provided.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch Eindispergieren von Feststoffpartikeln mit einem Partikeldurchmesser zwischen 1 und 800 nm, vorzugsweise zwischen 5 und 500 nm, insbesondere zwischen 10 und 300 nm, in die Flüssigkeit ein strukturviskoses Treibstoffsystem erhalten wird, dessen Viskosität durch Eintrag mechanischer Energie, wie Rührenergie, Ultraschall oder dergleichen, in breiten Bereichen von praktisch flüssig bis hochviskos bzw. gelförmig verändert werden kann. Die Viskosität des aus der Ausgangsflüssigkeit und den eindispergierten Nanopartikeln gebildeten Treibstoffs nimmt hierbei infolge Eintrag mechanischer Energie rapide ab, so daß der gelartige Treibstoff bis zu einem dünnflüssigen Zustand, wie er bei herkömmlichen Flüssigtreibstoffen bekannt ist, verflüssigt werden kann. Nach einiger Zeit kann die Viskosität des ruhenden Treibstoffes mangels Agitation wieder zunehmen, bis der Treibstoff seinen ursprünglichen gelartigen Charakter zurückerhält. Im viskosen Zustand kann der Treibstoff festkörperähnliche Materialeigenschaften, wie eine hohe Elastizität, aufweisen.Surprisingly, it was found that by dispersing of solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm, preferably between 5 and 500 nm, in particular between 10 and 300 nm into the liquid pseudoplastic fuel system is obtained, the Viscosity due to mechanical energy input, such as stirring energy, Ultrasound or the like, in a wide range changed from practically liquid to highly viscous or gel-like can be. The viscosity of the from the source liquid and the dispersed nanoparticles Fuel takes here due to mechanical input Energy is rapidly decreasing so that the gel-like fuel is up to a fluid state, as in conventional liquid fuels is known can be liquefied. To some time the viscosity of the stationary fuel due to lack of agitation, increase again until the fuel runs out original gel-like character. in the viscous state the fuel can have material properties similar to solids, such as high elasticity.
Es wird vermutet, daß sich in dem aus der Flüssigkeit und den Nanopartikeln bestehenden Treibstoffsystem im Ruhezustand infolge Wechselwirkungen der genannten Komponenten eine kristallähnliche Orientierung der Molekühle des flüssigen Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoffs bzw. des organischen Lösungsmittels um die Nanopartikel aufbaut, die dem System eine gelartig viskose Konsistenz verleiht und die mit wachsender Schergeschwindigkeit infolge eines Eintrags mechanischer Energie zerstört wird, wodurch der Treibstoff verflüssigt wird. Diese mit "Strukturviskosität" bezeichnete Eigenschaft, bei der die Viskosität bzw. der Fließwiderstand des Systems mit wachsendem Geschwindigkeitsgradienten abnimmt und gegebenenfalls umgekehrt wieder zunimmt, verleiht dem Treibstoff die jeweils günstigen Eigenschaften bekannter Flüssig- und Festtreibstoffe. Im gelartig viskosen Zustand ist der Treibstoff leicht handhabbar, insbesondere sicher transportier- und lagerfähig. Eine kontrollierte und insbesondere regelbare Verbrennung ist dadurch möglich, indem der Treibstoff mittels mechanischer Energie verflüssigt und der Verbrennung zugeführt wird. Dabei kann der erfindungsgemäße Treibstoff wie auch bekannte Flüssigtreibstoffe mittels einfacher Pumpen gefördert und, falls gewünscht, auch zerstäubt werden.It is believed that in the liquid and the nanoparticle fuel system at rest due to interactions of the components mentioned a crystal-like orientation of the molecules of the liquid Fuel, propellant and / or explosive or the organic Solvent builds up around the nanoparticles that the System gives a gel-like viscous consistency and the with increasing shear rate due to an entry mechanical energy is destroyed, causing the fuel is liquefied. This designated with "structural viscosity" Property with which the viscosity or the flow resistance of the system with increasing speed gradient decreases and, if necessary, increases again, gives the fuel has the most favorable properties known liquid and solid fuels. Im viscous like a gel Condition, the fuel is easy to handle, especially can be transported and stored safely. A controlled one and in particular controllable combustion is possible by the fuel by means of mechanical energy liquefied and fed to combustion. It can the fuel according to the invention as well as known liquid fuels promoted by simple pumps and, if desired to be atomized too.
Bei der Auswahl der Nanopartikel ist darauf zu achten, daß sie eine hinreichende Benetzbarkeit mit der Flüssigkeit aufweisen, um Entmischungen oder gar eine Phasentrennung zu vermeiden. Im Falle vornehmlich hydrophober, flüssiger Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoffe sollten daher Feststoffpartikel mit ebenfalls hydrophobem Charakter eingesetzt werden, während bei einem in polaren organischen Lösungsmitteln gelösten Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoff Feststoffpartikel mit im wesentlichen hydrophilem Charakter eingesetzt werden sollten.When selecting the nanoparticles, care must be taken that they have adequate wettability with the liquid have to segregation or even a phase separation avoid. In the case of primarily hydrophobic, more liquid Fuels, fuels and / or explosives should therefore be solid particles also used with a hydrophobic character be while in a polar organic solvent dissolved fuel, fuel and / or explosive Solid particles with an essentially hydrophilic character should be used.
Die Feststoffpartikel können insbesondere mittels Rühren und/oder mittels Ultraschall in die Flüssigkeit eindispergiert werden. Untersuchungen haben gezeigt, daß der Anteil von Feststoffpartikeln zwischen 0,5 und 25 Mass.-% bezogen auf die Masse der Flüssigkeit eingestellt werden sollte, um einen strukturviskosen Treibstoff mit in weiten Bereichen veränderbarer Viskosität zu erhalten.The solid particles can in particular be stirred and / or dispersed into the liquid by means of ultrasound become. Research has shown that the proportion of solid particles between 0.5 and 25% by mass to be adjusted to the mass of the liquid a pseudoplastic fuel with a wide range to obtain variable viscosity.
Um für bestimmte mechanische Eigenschaften des Treibstoffs und für einen vollständigen und gleichmäßigen Abbrand zu sorgen, ist bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Treibstoffes dafür Sorge zu tragen, daß beim Eindispergieren der Feststoffpartikel keine Luft- oder Gasbläschen in den Treibstoff eingetragen werden. Die Feststoffpartikel werden daher bevorzugt unter Ausschluß von Gasen in die Flüssigkeit eindispergiert, was beispielsweise durch vollständige Befüllung eines geschlossenen Rührkessels geschehen kann.In order for certain mechanical properties of the fuel and for a complete and even burn care is in the manufacture of the invention Fuel to ensure that when dispersing the solid particle has no air or gas bubbles in it the fuel are entered. The solid particles are therefore preferred with the exclusion of gases in the Liquid dispersed, for example by complete Filling a closed stirred tank can.
Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, daß ein Brenn-,
Treib- und/oder Explosivstoff auf der Basis von gegebenenfalls
Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltende funktionelle
Gruppen aufweisenden, flüssigen Kohlenwasserstoffen
eingesetzt wird. Der Treibstoff auf der Basis flüssiger
Kohlenwasserstoffe, die gegebenenfalls Sauerstoff und/oder
Stickstoff enthaltende funktionelle Gruppen, z.B. Amin-,
Amino-, Amido-, Nitro-, Nitrat-, Hydroxy-, Ether-, Estergruppen
oder dergleichen enthalten, weist überdies eine gegenüber
bekannten Treibstoffen auf der Basis von Hydrazin
erheblich geringere Toxizität und folglich eine höhere Umweltverträglichkeit
auf. Der Kohlenwasserstoff wird dabei
vorzugsweise aus der Gruppe n-C5-C9-Alkane, Nitromethan
(NM), n-Propylnitrat, Isopropylnitrat, Ethylenoxid, Ethylenglykoldinitrat
(EGDN), Methyltrimethylolmethantrinitrat
(Metrioltrinitrat, MTN), 1,2,4-Butantrioltrinitrat (BTTN),
Bis-Dinitropropylacetal (BDNPA), Bis-Dinitropropylformal
(BDNPF), 2,4-Dinitroethylbenzol, 2,4,6-Trinitroethylbenzol,
Alkylnitratoethylnitramine (NENAs), Kerosin und Mischungen
hieraus gewählt. Als Mischungen bieten sich z.B. Mischungen
aus 2,4-Dinitroethylbenzol und 2,4,6-Trinitroethylbenzol
(K10) oder aus BDNPA und BDNPF (BDNPA/F) oder beliebige andere
Mischungen der vorgenannten Kohlenwasserstoffe an. Mit
Alkylnitratoethylnitraminen (NENAs) sind flüssige Substanzen
der allgemeinen chemischen Formel
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß ein in einem organischen Lösungsmittel gelöster, kristalliner Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoff eingesetzt wird, wobei vorzugsweise kristalline Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoff aus der Gruppe 2,4,6-Trinitrotoluol (TNT), 1,3,5-Trimamino-2,4,6-trinitrobenzol (TATNB), 3-Nitro-1,2,4-triazol-5-on (NTO), Hexanitrostilben (HNS), Cyclotrimethylentrinitramin (Hexogen, RDX), Cyclotetramethylentetranitramin (Oktogen, HMX), 2,4,6,8,10,12-Hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitan (HNIW, CL20), Pentaerythritoltetranitrat (Nitropenta, PETN), Hexanitrodiphenylamin (Hexyl), Tetranitromethylanilin (Tetryl), Nitroguanidin (NQ), Triaminoguanidinnitrat (TAGN) und Mischungen hieraus gewählt werden. Desgleichen können auch salzartige Vorprodukte von Brenn-, Treib- und/oder Explosivstoffen, z.B. Alkylammoniumnitrate, Guanidiniumammoniumnitrate, Triaminoguanidinnitrat, Triethylammoniumnitrat, Triethanolammoniumnitrat etc. oder Oxidatorsalze, wie Ammoniumnitrat (AN), Ammoniumdinitramid (ADN) etc., in einem organischen Lösungsmittel gelöst und mit den Nanopartikeln homogen vermischt werden. Als organische Lösungsmittel kommen insbesondere polare Vertreter, wie Alkohole, Ketone, Carbonsäuren, Dimethylformamid (DMF) und dergleichen, in Frage.According to another preferred embodiment, that a crystalline dissolved in an organic solvent Fuel, fuel and / or explosive used is preferably crystalline burning, propellant and / or explosive from the group 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), 1,3,5-trimamino-2,4,6-trinitrobenzene (TATNB), 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one (NTO), hexanitrostilbene (HNS), Cyclotrimethylene trinitramine (Hexogen, RDX), cyclotetramethylene tetranitramine (Octogen, HMX), 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazaisowurtzitan (HNIW, CL20), pentaerythritol tetranitrate (Nitropenta, PETN), hexanitrodiphenylamine (Hexyl), tetranitromethylaniline (tetryl), nitroguanidine (NQ), triaminoguanidine nitrate (TAGN) and mixtures can be selected from this. The same can also be salt-like Intermediate products of fuels, fuels and / or explosives, e.g. Alkyl ammonium nitrates, guanidinium ammonium nitrates, Triaminoguanidine nitrate, triethylammonium nitrate, triethanolammonium nitrate etc. or oxidizer salts such as ammonium nitrate (AN), ammonium dinitramide (ADN) etc., in an organic Solvent dissolved and mixed homogeneously with the nanoparticles become. In particular come as organic solvents polar representatives, such as alcohols, ketones, carboxylic acids, Dimethylformamide (DMF) and the like, in question.
Die Feststoffpartikel werden vorzugsweise aus der Gruppe Metalle, Metalloxide, Metallhydroxide und Mischungen hieraus gewählt, wobei vorzugsweise Aluminium (Al), Silicium (Si), Titan (Ti), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Zirkonium (Zr) und/oder Oxide und/oder Hydroxide hiervon eingesetzt werden. So kommen z.B. Nanopartikel aus Al, ZrO2, TiO2, SiO2, Fe-, Ni-, Zn-, Mn-, Cu-Oxiden und/oder -Hydroxiden in Frage. Je nach eingesetzter Flüssigkeit ist es von Vorteil, ein geeignetes Hydrophobierungsmittel oder Hydrophilierungsmittel zuzusetzen, um eine vollständige Benetzung der Partikel mit der jeweils verwendeten Flüssigkeit sicherzustellen. So müssen z.B. im Falle des Einsatzes polarer Flüssigkeiten und Nanopartikel aus Siliciumdioxid diese hydrophobiert werden, was durch Oberflächenmodifikation, d.h. durch oberflächiges Einführen polarer funktioneller Gruppen, z.B. Hydroxygruppen, geschehen kann.The solid particles are preferably selected from the group consisting of metals, metal oxides, metal hydroxides and mixtures thereof, preferably aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr) and / or oxides and / or hydroxides thereof are used. For example, nanoparticles made of Al, ZrO 2 , TiO 2 , SiO 2 , Fe, Ni, Zn, Mn, Cu oxides and / or hydroxides are suitable. Depending on the liquid used, it is advantageous to add a suitable hydrophobizing agent or hydrophilizing agent in order to ensure complete wetting of the particles with the liquid used in each case. For example, if polar liquids and nanoparticles made of silicon dioxide are used, they must be made hydrophobic, which can be done by surface modification, ie by introducing polar functional groups, eg hydroxyl groups, onto the surface.
Zur Modifikation bzw. Optimierung der rheologischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Treibstoffes für den jeweiligen Verwendungszweck können der Flüssigkeit bzw. dem fertigen Treibstoff ferner oberflächenaktive Additive, wie Tenside, Emulgatoren oder dergleichen, zugesetzt werden, welche die Wechselwirkung zwischen der flüssigen Komponente und den Nanopartikeln beeinflussen. For modification or optimization of the rheological properties of the fuel according to the invention for the respective Can use the liquid or the finished Fuel also surfactant additives such as Surfactants, emulsifiers or the like can be added, which is the interaction between the liquid component and affect the nanoparticles.
Zur Erhöhung der Leistung bzw. des spezifischen Impulses ist in Weiterbildung vorgesehen, daß dem Treibstoff weitere Explosivstoffe und/oder Oxidatoren zugesetzt werden, wobei diese dem Treibstoff entweder unmittelbar zugesetzt oder getrennt von dem Treibstoff bevorratet und erst bei der Verbrennung desselben einer Brennkammer zugesetzt werden können. Grundsätzlich kommen hierfür beliebige bekannte Vertreter von Oxidatoren, wie Ammoniumnitrat (AN), Ammoniumdinitramid (ADN), Ammoniumperchlorat (APC), Alkaliperchlorate, -nitrate etc., und von Explosivstoffen in Frage.To increase the power or the specific impulse is provided in training that the fuel more Explosives and / or oxidizers are added, wherein these either added directly to the fuel or stored separately from the fuel and only at the Combustion can be added to a combustion chamber can. In principle, any known ones come for this Representatives of oxidizers, such as ammonium nitrate (AN), ammonium dinitramide (ADN), ammonium perchlorate (APC), alkali perchlorates, -Nitrate etc., and explosives in question.
Die weiteren Explosivstoffe bzw. Energieträger und/oder Oxidatoren können sowohl in feinpartikulärer als auch in flüssiger Form eingesetzt werden, wobei in letztgenanntem Fall vorgesehen sein kann, daß die flüssigen Explosivstoffe und/oder Oxidatoren ihrerseits vergelt werden, indem sie mit Feststoffpartikeln mit einem Partikeldurchmesser zwischen 1 und 800 nm, vorzugsweise zwischen 5 und 500 nm, insbesondere zwischen 10 und 300 nm, homogen vermischt werden und die Mischung dem Treibstoff zugesetzt wird. Es besteht auch die Möglichkeit, den auf diese Weise erhaltenen gelförmigen Oxidator bzw. Explosivstoff getrennt von dem gelförmigen Treibstoff bereitzuhalten und beide Komponenten erst in einer Brennkammer zum Zünden des Gemischs zusammenzuführen, wodurch die Menge von Oxidator bzw. Explosivstoff und Treibstoff in Abhängigkeit der erforderlichen Leistung gesteuert werden kann.The other explosives or energy sources and / or Oxidators can be found in both particulate and be used in liquid form, in the latter Case can be provided that the liquid explosives and / or oxidizers can in turn be retaliated by with solid particles with a particle diameter between 1 and 800 nm, preferably between 5 and 500 nm, in particular between 10 and 300 nm, are mixed homogeneously and the mixture is added to the fuel. It exists also the possibility of the obtained in this way gel-like oxidizer or explosive separated from the gel-like fuel and both components only in a combustion chamber to ignite the mixture, causing the amount of oxidizer or explosive and fuel depending on the power required can be controlled.
Wie bereits erwähnt, ist der erfindungsgemäße Treibstoff insbesondere als Raketentreibstoff, z.B. für Raumflugkörper oder strategische bzw. taktische Waffen geeignet. Er eignet sich ferner für Gasgeneratoren, insbesondere für Airbags, oder für Sprengstoffsysteme, wie Sprengladungen, Sprengkapseln etc. As already mentioned, the fuel according to the invention is especially as a rocket fuel, e.g. for spacecraft or strategic or tactical weapons. It is suitable also for gas generators, in particular for airbags, or for explosive systems, such as explosive charges, detonators Etc.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments explained in more detail.
Zur diskontinuierlichen Herstellung eines strukturviskosen gelförmigen Treibstoffes werden 73,6 g Nitromethan (NM) und 6,4 g hydrophobiertes Siliciumdioxid (SiO2) mit einem Partikeldurchmesser zwischen 50 und 300 nm in einen geschlossenen Rührbehälter überführt und 30 min gerührt. Als Rührwerk wird ein Propellerrührer eingesetzt, der für eine axiale Vermischung der Komponenten bei moderaten Scherkräften sorgt. Die Drehzahl des Rührwerks wird auf n = 300 min-1 eingestellt. Nach homogener Vermischung werden dem Treibstoff 20 g feinpartikuläres Ammoniumdinitramid (ADN) zugesetzt, um unter Aufrechterhaltung der rheologischen Eigenschaften des Treibstoffes seinen spezifischen Impuls zu erhöhen. Nach nochmaligem 30minütigen Rühren wird der fertige Treibstoff erhalten.For the discontinuous production of a pseudoplastic gel-like fuel, 73.6 g of nitromethane (NM) and 6.4 g of hydrophobized silicon dioxide (SiO 2 ) with a particle diameter between 50 and 300 nm are transferred to a closed stirred tank and stirred for 30 minutes. A propeller stirrer is used as an agitator, which ensures axial mixing of the components with moderate shear forces. The speed of the agitator is set to n = 300 min -1 . After homogeneous mixing, 20 g of fine particulate ammonium dinitramide (ADN) are added to the fuel in order to increase its specific impulse while maintaining the rheological properties of the fuel. After stirring again for 30 minutes, the finished fuel is obtained.
Ein strukturviskoser gelförmiger Treibstoff wird gemäß Beispiel 1 aus 71,8 g NM und 6,2 g hydrophobiertem SiO2 mit einem mittleren Partikeldurchmesser von etwa 25 nm hergestellt. Anschließend werden als Oxidator 22 g Ammoniumperchlorat (APC) in feinpartikulärer Form zugesetzt und die Mischung 30 min homogenisiert.A pseudoplastic gel-like fuel is produced according to Example 1 from 71.8 g NM and 6.2 g hydrophobized SiO 2 with an average particle diameter of about 25 nm. 22 g of ammonium perchlorate (APC) in fine particulate form are then added as the oxidizer and the mixture is homogenized for 30 minutes.
Zur Herstellung eines strukturviskosen gelförmigen Treibstoffes werden 75,5 g NM und 6,5 g hydrophobiertes SiO2 mit einem mittleren Partikeldurchmesser von etwa 200 nm in einen geschlossenen Rührbehälter mit einem Propellerrührwerk überführt und bei einer Drehzahl von n = 300 min-1 30 min gerührt. Zur Herstellung eines gelförmigen Oxidators für den derart erhaltenen Treibstoff werden in einem zweiten Rührbehälter 14,3 g Wasserstoffperoxid (H2O2), 2,7 g Wasser (H2O) und 1 g hydrophobiertes SiO2 mit einem mittleren Partikeldurchmesser von etwa 200 nm homogen vermischt. Der Treibstoff und der Oxidator werden getrennt voneinander bevorratet und erst in einer Brennkammer zum Zünden des Gemischs zusammengeführt, um die Oxidatormenge in Abhängigkeit der erforderlichen Leistung steuern zu können.To produce a pseudoplastic gel-like fuel, 75.5 g of NM and 6.5 g of hydrophobized SiO 2 with an average particle diameter of about 200 nm are transferred to a closed stirred tank with a propeller stirrer and stirred at a speed of n = 300 min -1 30 min , To produce a gel-like oxidizer for the fuel thus obtained, 14.3 g of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), 2.7 g of water (H 2 O) and 1 g of hydrophobized SiO 2 with an average particle diameter of about 200 are placed in a second stirred tank nm homogeneously mixed. The fuel and the oxidizer are stored separately from each other and first brought together in a combustion chamber to ignite the mixture in order to be able to control the amount of oxidizer as a function of the required power.
Ein strukturviskoser gelförmiger Treibstoff wird gemäß Beispiel 3 aus 81,0 g NM und 7,0 g hydrophobiertem SiO2 mit einem mittleren Partikeldurchmesser von etwa 25 nm hergestellt. Zur Herstellung eines gelförmigen Oxidators für den derart erhaltenen Treibstoff werden 11,0 g Salpetersäure (HNO3) und 1 g hydrophobiertes SiO2 gemäß Beispiel 3 homogen vermischt und getrennt von diesem bevorratet und dem Treibstoff während der Verbrennung bedarfsweise zugesetzt.A pseudoplastic gel-like fuel is produced according to Example 3 from 81.0 g of NM and 7.0 g of hydrophobized SiO 2 with an average particle diameter of about 25 nm. To produce a gel-type oxidizer for the fuel obtained in this way, 11.0 g of nitric acid (HNO 3 ) and 1 g of hydrophobic SiO 2 according to Example 3 are mixed homogeneously and stored separately from the latter and added to the fuel as needed during the combustion.
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