EP2695870B1 - Pyrotechnische Wirkmasse mit einem Abbrandbeschleunigungsmittel - Google Patents

Pyrotechnische Wirkmasse mit einem Abbrandbeschleunigungsmittel Download PDF

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EP2695870B1
EP2695870B1 EP13003891.2A EP13003891A EP2695870B1 EP 2695870 B1 EP2695870 B1 EP 2695870B1 EP 13003891 A EP13003891 A EP 13003891A EP 2695870 B1 EP2695870 B1 EP 2695870B1
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EP
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composition according
mixture
alloy
active
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Arno Hahma
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Diehl Defence GmbH and Co KG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
    • C06B23/007—Ballistic modifiers, burning rate catalysts, burning rate depressing agents, e.g. for gas generating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B27/00—Compositions containing a metal, boron, silicon, selenium or tellurium or mixtures, intercompounds or hydrides thereof, and hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C15/00—Pyrophoric compositions; Flints

Definitions

  • the invention relates to a pyrotechnic active mass according to claim 1, comprising a fuel, an oxidizing agent for the fuel, a combustion accelerator and optionally a binding agent.
  • Ferrocene is known in the art as a catalyst in rocket propellants. However, ferrocene accelerates the combustion of the rocket propellant by a maximum of around 20%.
  • high-performance active compounds for pyrotechnic infrared targets are known.
  • the high-performance active compounds described there each comprise two different fuels.
  • From the DE 43 37 071 C1 a continuously burning pyrotechnic smoke set is known in which compounds of graphite serve as additional set components.
  • a high-intensity pyrotechnic infrared deception flare is known with a region of separate pieces of a pyrotechnic composition pressed in a compact, bubble-free manner.
  • a gas developing composition which contains, as main components, hydrazodicarbonamide as an oxidizable substance and an oxy acid salt as an oxidizing agent.
  • Kinematic pyrotechnic decoy targets are usually constructed in such a way that the active material is burned off inside the active material.
  • a combustion channel is usually arranged in the middle of the active material. The amount of active mass that can be provided in a certain volume is reduced by the combustion channel.
  • More advantageous for a kinematic pyrotechnic decoy is a structure in which the active mass burns from one end face, because such a structure is simpler and more active mass can be accommodated per unit volume by eliminating the combustion channel.
  • Such a so-called forehead burner works more reliably and is easier and faster to light than an indoor burner designed effective mass. So far, however, there is no active material that burns off quickly enough to function as a decoy in such a structure.
  • a decoy is usually around 150 mm long and should burn for a maximum of 5 seconds. If the decoy target is designed as a forehead burner, the burn rate would therefore have to be at least 30 mm / s in order to maintain the desired burn time. However, conventional effective masses for decoy targets burn at a maximum speed of 12 mm / s. So-called burn-up catalysts can be used to accelerate the burn-up. However, the known burn-up catalyst ferrocene only accelerates the burn-up by about 20%. The object of the present invention is therefore to provide a pyrotechnic active material with a combustion accelerator which enables the active material to burn more quickly than the known ferrocene.
  • a pyrotechnic active mass comprising a fuel, an oxidizing agent for the fuel, a burn-off accelerator and optionally a binding agent.
  • a binder can be omitted if another component of the active composition has a binding property.
  • the burn-off accelerator is in the form of particles which are distributed in the active material, the burn-off accelerator being a solid which can be expanded by at least a factor of 2 by supplying heat. The expansion of the solid does not change the chemical reaction of the active compound when it is burned off, but rather the structure of the active compound when it burns off, in a purely physical manner. By expanding the solid with the supply of heat, the active mass on the burning surface is crumbled, so that the burning area is enlarged.
  • the burn-off accelerator means that considerably higher burn-up rates can be achieved than with known chemical burn-up catalysts. Chemical modifications of the active compound are not necessary for the introduction of the purely physically acting burn-off accelerator. The burn-off accelerator can thus be combined with all known active compounds.
  • the active compound according to the invention can be an active compound for a decoy target or a fuel.
  • the combustion accelerator can also be used in combination with chemical or any other catalysts. This enables even higher burn rates to be achieved.
  • Another advantage of the active composition according to the invention is that the combustion accelerator contained therein does not react with conventional fuels, oxidizing agents and binders at the usual storage temperatures and thus does not impair the shelf life of the active composition.
  • Black body targets can be designed as forehead burners with the active compound according to the invention. This means that the entire available volume of a decoy target can be used because no recess is required in the active material for the active material to burn off as an internal burner and for ignition. A firing paste required in previous decoy active masses is not required for the active mass according to the invention.
  • the particles are evenly distributed in the active composition: this results in a more even and predictable, rapid burn-off.
  • the particles can have an average grain size in the range from 0.01 mm to 6 mm, in particular 0.1 mm to 5 mm.
  • the combustion accelerator can be a solid which can be expanded by at least a factor of 5, 10, 20, 50, 100, 200 or 500 by supplying heat.
  • the erosion accelerator can be contained in the active composition in a proportion of 0.1 to 10% by weight, in particular 1 to 5% by weight.
  • the combustion accelerator is an expandable graphite or a sodium silicate.
  • Expanded graphite that has not yet expanded has, in addition to its expanding effect, especially when it is coarse-grained expandable graphite, a heat-conducting effect. It can conduct heat from the flame into the still unburned active material and thereby further accelerate the burn-off.
  • Another effect of expanded graphite is that expanded graphite forms a heat-insulating layer on the surface of the active material. This layer lasts the heat returns to the surface and at the same time glows in a flame burning above the surface. Both effects and the thermal conduction of the expanded graphite that has not yet expanded lead back heat from the flame to the surface of the active material. This further accelerates the burning of the active material.
  • the active composition contains a heat-conducting additive. It can also contain a porous additive.
  • Heat-conducting additives accelerate combustion by conducting heat from the flame into the active material.
  • the additive comprises carbon fibers.
  • the carbon fibers are preferably bundled.
  • the additive preferably comprises charcoal and / or activated charcoal. Carbon fibers conduct heat with their first end into the active material while their second end is in the flame.
  • a pore is created in the active mass in the area of the first ends of the carbon fibers, since the active mass surrounding the respective carbon fiber is gasified by the introduced heat.
  • the pores formed in the active material enlarge its surface and thereby accelerate its burn-off.
  • pore-like cavities are present as a result of the bundling, since the fibers each have a round cross section and therefore cannot lie completely flush with one another.
  • the porosity of the additive further accelerates the burn-off.
  • the fuel can comprise a metal, a semimetal or a mixture or alloy of metals and / or semimetals or a mixture or alloy of at least one metal and at least one semimetal.
  • the fuel can be aluminum, magnesium, titanium, zirconium, hafnium, calcium, lithium, niobium, tungsten, Manganese, iron, nickel, cobalt, zinc, tin, lead, bismuth, tantalum, molybdenum, vanadium, boron, silicon, an alloy or mixture of at least two of these metals or semi-metals, a zirconium-nickel alloy or mixture, an aluminum -Magnesium alloy or mixture, a lithium-aluminum alloy or mixture, a calcium-aluminum alloy or mixture, an iron-titanium alloy or mixture, a zirconium-titanium alloy or mixture, or a Lithium-silicon alloy or mixture include.
  • Titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and vanadium can form carbides with the carbon particles or the resulting soot particles.
  • the carbon serves as an oxidizing agent or a further oxidizing agent for the metals mentioned.
  • the resulting carbides are present as solids at the temperatures that arise when the active composition is burned off and emit radiation as carbide particles.
  • the binder can be a fluoroelastomer, in particular a fluororubber, such as Viton® from "DuPont Performance Elastomers".
  • the oxidizing agent can be a halogen-containing polymer, in particular polytetrafluoroethylene (PTFE) or polychloroprene.
  • the active composition can contain a burn-off catalyst, in particular ferrocene, iron acetonylacetate or copper phthalocyanine, to accelerate the burn-off.
  • compositions of Examples 1 to 10 given below were prepared as follows: The dry components and 5 conductive rubber cubes were mixed in a 250 ml mixing container for one hour using a mixer at 120 revolutions / minute. The resulting mixture was emptied into a stainless steel bowl, the rubber cubes removed, and 3M Fluorel FC-2175 fluororubber as a 10% solution in acetone was added as a binder. The mass was stirred into a homogeneous dough and mixed until the acetone had evaporated to such an extent that the mass became granular. The resulting granules were dried at 50.degree.
  • Examples 11 and 12 relate to cast active compositions and were prepared as follows: All components, a total of 50 g, were made into a uniform dough in a stainless steel bowl with the addition of 10 g of dichloromethane and then sprinkled on a PTFE film and dried at 50 ° C. for one hour in order to remove the dichloromethane. The resulting granules were manually compressed in the compression tool with an inner diameter of 16.8 mm and ejected. This produced a cylindrical body about 35 mm long. This body was cured for 48 hours at 60 ° C. and then coated with polychloroprene lacquer on its cylinder surface in order to inhibit ignition on this surface.
  • the body was glued to an 80 ⁇ 80 ⁇ 5 mm steel plate so that the cylinder could not move during the burn time measurement.
  • the steel plates with the tablets and the cylindrical bodies were each attached to a tripod and ignited on the respective end face.
  • the burn was recorded with a video camera.
  • the burn times were determined from the recordings.
  • the burn rates were then calculated from the tablet or cylinder length and the burn time.
  • Example 1 (not according to the invention):
  • Fast-burning black body set according to the invention with expanded graphite as a burn-off accelerator, carbon fibers as a heat-conducting additive and ferrocene as a burn-up catalyst: material Type Wt% miscellaneous magnesium SFM MGP-325 48.0 Expanded graphite NGS ExEF-80 5.0 Graphite fluoride Edelgraphit GmbH white CF 1.1 22.0 TMD 1970 boron 1 ⁇ m 4.0 titanium Svenska kemi 7.9 0-100 ⁇ m Carbon fiber chips Furthfil 150 3 mm 8.0 Ferrocene Arapahoe Chemicals 1.0 Viton 3M Fluorel FC-2175 5.0 Burn rate 100 mm / s at normal pressure.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Wirkmasse gemäß Anspruch 1, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel für den Brennstoff, ein Abbrandbeschleunigungsmittel und optional ein Bindemittel. Im Stand der Technik ist Ferrocen als Katalysator in Raketentreibmitteln bekannt. Ferrocen beschleunigt den Abbrand der Raketentreibmittel jedoch nur um maximal etwa 20%. Aus der DE 10 2010 053783 A1 und aus der EP 2 463 259 A2 sind Hochleistungswirkmassen für pyrotechnische Infrarotscheinziele bekannt. Die dort beschriebenen Hochleistungswirkmassen umfassen jeweils zwei verschiedene Brennstoffe. Aus der DE 43 37 071 C1 ist ein kontinuierlich abbrennender pyrotechnischer Nebelsatz bekannt, bei dem Verbindungen von Graphit als zusätzliche Satzkomponenten dienen. Aus der DE 42 44 682 A1 ist eine hochintensive pyrotechnische Infrarot-Täuschungsfackel mit einem Bereich kompakt blasenfrei gepresster separater Stücke einer pyrotechnischen Zusammensetzung bekannt. Aus der DE 195 16 818 A1 ist eine Gasentwickler-Zusammensetzung bekannt, welche als Hauptkomponenten Hydrazodicarbonamid als oxidierbare Substanz und ein Sauerstoffsäure-Salz als Oxidationsmittel enthält.
  • Kinematische pyrotechnische Scheinziele sind üblicherweise so aufgebaut, dass der Abbrand der Wirkmasse im Inneren der Wirkmasse erfolgt. Dazu ist üblicherweise in der Mitte der Wirkmasse ein Brennkanal angeordnet. Durch den Brennkanal wird die in einem bestimmten Volumen bereitstellbare Wirkmassenmenge reduziert. Vorteilhafter für ein kinematisches pyrotechnisches Scheinziel ist ein Aufbau, bei dem die Wirkmasse von einer Stirnseite her abbrennt, weil ein solcher Aufbau einfacher ist und durch ein Entfallen des Brennkanals pro Volumeneinheit mehr Wirkmasse untergebracht werden kann. Ein solcher sogenannter Stirnbrenner funktioniert zuverlässiger und lässt sich leichter und schneller anzünden als eine als Innenbrenner ausgelegte Wirkmasse. Bisher gibt es jedoch keine Wirkmasse, die schnell genug abbrennt um bei einem solchen Aufbau als Scheinziel zu funktionieren.
  • Ein Scheinziel ist üblicherweise circa 150 mm lang und soll maximal 5 Sekunden brennen. Bei einer Auslegung des Scheinziels als Stirnbrenner müsste daher die Abbrandrate mindestens 30 mm/s sein, um die gewünschte Abbrandzeit einzuhalten. Herkömmliche Wirkmassen für Scheinziele brennen jedoch maximal mit einer Geschwindigkeit von 12 mm/s. Zur Beschleunigung des Abbrands können sogenannte Abbrandkatalysatoren eingesetzt werden. Der bekannte Abbrandkatalysator Ferrocen beschleunigt jedoch den Abbrand lediglich um etwa 20%. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine pyrotechnische Wirkmasse mit einem Abbrandbeschleunigungsmittel bereitzustellen, welches einen schnelleren Abbrand der Wirkmasse ermöglicht als das bekannte Ferrocen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.
  • Erfindungsgemäß ist eine pyrotechnische Wirkmasse gemäß Anspruch 1, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel für den Brennstoff, ein Abbrandbeschleunigungsmittel und optional ein Bindemittel vorgesehen. Ein Bindemittel kann entfallen, wenn eine andere Komponente der Wirkmasse eine bindende Eigenschaft aufweist. Das Abbrandbeschleunigungsmittel liegt dabei in Form von Partikeln vor, die in der Wirkmasse verteilt sind, wobei das Abbrandbeschleuniguhgsmittel ein durch Zufuhr von Wärme mindestens um einen Faktor 2 expandierbarer Feststoff ist. Durch das Expandieren des Feststoffs wird nicht die chemische Reaktion der Wirkmasse bei deren Abbrand, sondern die Struktur der Wirkmasse bei deren Abbrand rein physikalisch geändert. Durch das Expandieren des Feststoffs unter Wärmezufuhr wird die Wirkmasse an der brennenden Oberfläche zerkrümelt, so dass die brennende Fläche vergrößert wird. Je größer die brennende Fläche ist, desto höher ist der Massendurchsatz der brennenden Wirkmasse. Durch das Abbrandbeschleunigungsmittel können erheblich höhere Abbrandraten erreicht werden als mit bekannten chemischen Abbrandkatalysatoren. Chemische Modifikationen der Wirkmasse sind zum Einbringen des rein physikalisch wirkenden Abbrandbeschleunigungsmittels nicht erforderlich. Das Abbrandbeschleunigungsmittel kann dadurch mit allen bekannten Wirkmassen kombiniert werden. Bei der erfindungsgemäßen Wirkmasse kann es sich um eine Wirkmasse für ein Scheinziel oder einen Treibstoff handeln.
  • Das Abbrandbeschleunigungsmittel kann auch mit chemischen oder beliebigen anderen Katalysatoren kombiniert eingesetzt werden. Dadurch können noch höhere Abbrandraten erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass das darin enthaltene Abbrandbeschleunigungsmittel mit üblichen Brennstoffen, Oxidationsmitteln und Bindemitteln bei den üblichen Lagerungstemperaturen nicht reagiert und somit die Lagerfähigkeit der Wirkmasse nicht beeinträchtigt. Schwarzkörperscheinziele können mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse als Stirnbrenner ausgelegt werden. Damit kann das gesamte zur Verfügung stehende Volumen eines Scheinziels ausgenutzt werden, weil keine Ausnehmung in der Wirkmasse für den Abbrand der Wirkmasse als Innenbrenner und zur Anzündung erforderlich sind. Eine bei bisherigen Scheinzielwirkmassen erforderliche Anfeuerungspaste ist bei der erfindungsgemäßen Wirkmasse nicht erforderlich. Dadurch wird die Sicherheit eines mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse ausgestatteten Scheinziels erhöht und die Fertigung eines die Wirkmasse enthaltenden Scheinziels vereinfacht. Weiterhin ist ein bei bisherigen Scheinzielwirkmassen üblicher Anfeuerungsverzug erheblich verkürzt, weil nur eine kleine Fläche angezündet werden muss. Darüber hinaus sind expandierbare Feststoffe im Allgemeinen preisgünstig und leicht gewerblich erhältlich.
  • Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirkmasse sind die Partikel in der Wirkmasse gleichmäßig verteilt: Dadurch wird ein gleichmäßiger und vorhersehbarer schneller Abbrand erreicht.
  • Die Partikel können eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,01 mm bis 6 mm, insbesondere 0,1 mm bis 5 mm, aufweisen. Bei dem Abbrandbeschleunigungsmittel kann es sich um einen durch Zufuhr von Wärme mindestens um einen Faktor 5, 10, 20, 50, 100, 200 oder 500 expandierbaren Feststoff handeln. In der Wirkmasse kann das Abbrandbeschleunigungsmittel mit einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, enthalten sein.
  • Bei dem Abbrandbeschleunigungsmittel handelt es sich erfindungsgemäß um einen Blähgrafit oder ein Natriumsilikat. Noch nicht expandierter Blähgrafit hat neben seiner expandierenden Wirkung, insbesondere wenn es sich dabei um grobkörnigen Blähgrafit handelt, eine wärmeleitende Wirkung. Er kann Wärme aus der Flamme in die noch unverbrannte Wirkmasse leiten und dadurch den Abbrand weiter beschleunigen. Eine weitere Wirkung des Blähgrafits besteht darin, dass expandierter Blähgrafit eine wärmeisolierende Schicht an der Oberfläche der Wirkmasse bildet. Diese Schicht hält die Hitze an der Oberfläche zurück und glüht gleichzeitig in einer oberhalb der Oberfläche brennenden Flamme. Beide Effekte und die Wärmeleitung des noch nicht expandierten Blähgrafits führen Hitze aus der Flamme auf die Oberfläche der Wirkmasse zurück. Dadurch wird der Abbrand der Wirkmasse weiter beschleunigt.
  • Die Wirkmasse enthält erfindungsgemäß einen wärmeleitenden Zusatzstoff. Sie kann auch einen porösen Zusatzstoff enthalten. Wärmeleitende Zusatzstoffe beschleunigen die Verbrennung, indem sie Wärme aus der Flamme in die Wirkmasse leiten. Der Zusatzstoff umfasst erfindungsgemäß Kohlefasern. Vorzugsweise sind die Kohlefasern gebündelt. Vorzugsweise umfasst der Zusatzstoff Holzkohle und/oder Aktivkohle. Kohlefasern leiten jeweils mit ihrem ersten Ende Wärme in die Wirkmasse während sich deren zweites Ende in der Flamme befindet. Gleichzeitig entsteht im Bereich der ersten Enden der Kohlefasern in der Wirkmasse jeweils eine Pore, da die die jeweilige Kohlefaser umgebende Wirkmasse durch die eingeleitete Wärme vergast wird. Die in der Wirkmasse gebildeten Poren vergrößern deren Oberfläche und beschleunigen dadurch deren Abbrand. Bei gebündelten Kohlefasern sind durch die Bündelung porenartige Hohlräume vorhanden, da die Fasern jeweils einen runden Querschnitt aufweisen und dadurch nicht vollständig bündig aneinanderliegen können. Die Porosität des Zusatzstoffs bewirkt eine weitere Beschleunigung des Abbrands.
  • Der Abbrand der erfindungsgemäßen Wirkmasse kann durch die folgenden 4 Effekte beschleunigt werden:
    1. 1. Mechanische Zerkleinerung der brennenden Oberfläche,
    2. 2. Wärmeisolierung der Oberfläche und somit höhere Oberflächentemperatur an der abbrennenden Wirkmasse,
    3. 3. stärkere Rückstrahlung auf die Oberfläche der Wirkmasse von glühendem Abbrandbeschleunigungsmittel und
    4. 4. Wärmeleitung aus der Flamme in die Wirkmasse.
  • Der Brennstoff kann ein Metall, ein Halbmetall oder eine Mischung oder Legierung aus Metallen und/oder Halbmetallen oder eine Mischung oder Legierung aus mindestens einem Metall und mindestens einem Halbmetall umfassen. Der Brennstoff kann Aluminium, Magnesium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Calcium, Lithium, Niob, Wolfram, Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt, Zink, Zinn, Blei, Bismut, Tantal, Molybdän, Vanadium, Bor, Silizium, eine Legierung oder Mischung aus mindestens zwei dieser Metalle oder Halbmetalle, eine Zirkonium-Nickel-Legierung oder -Mischung, eine Aluminium-Magnesium-Legierung oder -Mischung, eine Lithium-Aluminium-Legierung oder -Mischung, eine Calcium-Aluminium-Legierung oder -Mischung, eine Eisen-Titan-Legierung oder -Mischung, eine Zirkonium-Titan-Legierung oder -Mischung, oder eine Lithium-Silizium-Legierung oder -Mischung umfassen.
  • Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Molybdän und Vanadium können mit den Kohlestoffpartikeln oder daraus entstehenden Rußpartikeln Carbide bilden. Der Kohlenstoff dient dabei als Oxidationsmittel oder weiteres Oxidationsmittel für die genannten Metalle. Die resultierenden Carbide liegen bei den beim Abbrand der Wirkmasse entstehenden Temperaturen als Feststoffe vor und emittieren als Carbidpartikel Strahlung.
  • Bei dem Bindemittel kann es sich um ein Fluorelastomer, insbesondere ein Fluorkautschuk, wie beispielsweise Viton® der Firma "DuPont Performance Elastomers", handeln. Das Oxidationsmittel kann ein halogenhaltiges Polymer, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polychloropren, sein. Weiterhin kann die Wirkmasse zur Beschleunigung des Abbrands einen Abbrandkatalysator, insbesondere Ferrocen, Eisenacetonylacetat oder Kupferphtalocyanin, enthalten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Die im Folgenden angegebenen Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 10 wurden wie folgt hergestellt:
    Die trockenen Komponenten und 5 leitfähige Gummiwürfel wurden in einem 250 ml Mischgebinde für eine Stunde mittels eines Mischers bei 120 Umdrehungen/Minute gemischt. Die resultierende Mischung wurde in eine Edelstahlschüssel entleert, die Gummiwürfel entfernt und als Bindemittel 3M Fluorel FC-2175 Fluorkautschuk als 10%-ige Lösung in Aceton zugegeben. Die Masse wurde zu einem homogenen Teig verrührt und solange gemischt, bis das Aceton soweit verdunstet ist, dass die Masse granulär wurde. Das entstandene Granulat wurde bei 50°C getrocknet.
  • 10 g des Granulats wurden jeweils zu Tabletten gepresst. Das Presswerkzeug hatte dabei einen Innendurchmesser von 16,8 mm. Der Pressdruck betrug 1500 bar. Die Dichten der Tabletten lagen zwischen 85 und 95% der theoretischen maximalen Dichte (TMD). Alle Tabletten wurden auf ihren Zylinderflächen mit Polychloropren (Macroplast) lackiert und mit Polychloropren auf 80 × 80 × 5 mm Stahlplatten geklebt, um deren Abbrand auf eine freie Stirnfläche zu begrenzen. Die Tabletten wurden über Nacht bei Raumtemperatur trocknen gelassen.
  • Die Beispiele 11 und 12 betreffen gegossene Wirkmassen und wurden wie folgt hergestellt:
    Alle Komponenten, insgesamt 50 g, wurden in einer Edelstahlschüssel unter Zusatz von 10 g Dichlormethan zu einem gleichmäßigen Teig verarbeitet und anschließend auf eine PTFE-Folie gestreut und bei 50°C für eine Stunde getrocknet, um das Dichlormethan zu entfernen. Das entstandene Granulat wurde in dem Presswerkzeug mit 16,8 mm Innendurchmesser händisch zusammengedrückt und ausgestoßen. Dadurch wurde ein circa 35 mm langer zylindrischer Körper hergestellt. Dieser Körper wurde 48 Stunden bei 60°C ausgehärtet und anschließend auf seiner Zylinderfläche mit Polychloroprenlack lackiert, um die Anzündung auf dieser Fläche zu hemmen. Dann wurde der Körper auf eine 80 × 80 × 5 mm Stahlplatte geklebt, damit sich der Zylinder während der Abbrandzeitmessung nicht bewegen kann. Die Stahlplatten mit den Tabletten und den zylindrischen Körpern wurden jeweils auf einem Stativ befestigt und auf der jeweiligen Stirnfläche gezündet. Der Abbrand wurde mit einer Videokamera aufgezeichnet. Aus den Aufzeichnungen wurden die Abbrandzeiten ermittelt. Die Abbrandraten wurden anschließend aus der Tabletten- bzw. Zylinderlänge und der Abbrandzeit berechnet.
    • Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß):
  • Standard-MTV(Magnesium-Teflon®-Viton)-Wirkmasse nach dem Stand der Technik:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium LNR 61 60,0
    Teflonpulver Dyneon TF 9205 35,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1881
    Abbrandrate 3,0 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 2 (nicht erfindungsgemäß):
  • Standard-MTV-Wirkmasse mit Grafitpulver:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium Ecka Non-ferrum LNR 61 60,0
    Teflonpulver Dyneon TF 9205 30,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1852
    Grafitpulver Merck 1.04206.2500 5,0
    Abbrandrate 3,0 mm/s bei normalem Druck. Der Grafit hat keinen Einfluss auf die Abbrandrate.
    • Beispiel 3 (nicht erfindungsgemäß):
  • Standard-MTV-Wirkmasse mit Kupferphtalocyanin als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium Ecka Non-ferrum LNR 61 60,0
    Teflonpulver Dyneon TF 9205 34,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1861
    Kupferphtalocyanin BASF Vossenblau 1,0
    Abbrandrate 3,2 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 4 (nicht erfindungsgemäß):
  • Standard-MTV-Wirkmasse mit Ferrocen als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium Ecka Non-ferrum LNR 61 60,0
    Teflonpulver Dyneon TF 9205 34,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1859
    Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0
    Abbrandrate 3,5 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 5 (nicht erfindungsgemäß):
  • MTV-Wirkmasse mit Blähgrafit als Abbrandbeschleunigungsmittel:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium Ecka Non-ferrum LNR 61 60,0
    Teflonpulver Dyneon TF 9205 30,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1852
    Blähgrafit NGS ExEF-80 5,0
    Abbrandrate 8,0 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 6 (nicht erfindungsgemäß):
  • MTV-Wirkmasse mit Blähgrafit als Abbrandbeschleunigungsmittel und Ferrocen als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium Ecka Non-ferrum LNR 61 60,0
    Teflonpulver Dyneon TF 9205 30,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1850
    Blähgrafit NGS ExEF-80 4,0
    Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0
    Abbrandrate 10,0 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 7 (nicht erfindungsgemäß):
  • Schnell abbrennender Standard-Schwarzköpersatz mit Ferrocen als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium SFM MGP-325 55,0
    Teflon Fluon G163 18,0 TMD = 1844
    Bor 1 µm 8,0
    Titan Chemetall Typ E µm 6,0
    Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 12,0
    Abbrandrate 11,0 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 8 (nicht erfindungsgemäß):
  • Schnell abbrennender Schwarzkörpersatz mit Blähgrafit als Abbrandbeschleunigungsmittel und Ferrocen als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium SFM MGP-325 50,0
    Blähgrafit NGS ExEF-150 5,0
    Teflon Fluon G163 18,0 TMD = 1867
    Bor 1 µm 8,0
    Titan Chemetall Typ E 6,0
    Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 12,0
    Abbrandrate 24 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 9 (nicht erfindungsgemäß):
  • Schnell abbrennender Schwarzkörpersatz mit Ferrocen als Abbrandkatalysator und Kohlefasern als wärmeleitenden Zusatzstoff:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium SFM MGP-325 53,0
    Grafitfluorid Edelgraphit GmbH weiss CF1.1 22,0 TMD = 1963
    Bor 1 µm 4,0
    Titan Svenska kemi 7,0
    0 - 100 µm
    Kohlefaserschnitzel Furthfil 150 3 mm 8,0
    Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0
    Abbrandrate 16,0 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 10:
  • Erfindungsgemäßer schnell abbrennender Schwarzkörpersatz mit Blähgrafit als Abbrandbeschleunigungsmittel, Kohlefasern als wärmeleitenden Zusatzstoff und Ferrocen als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesium SFM MGP-325 48,0
    Blähgrafit NGS ExEF-80 5,0
    Grafitfluorid Edelgraphit GmbH weiss CF1.1 22,0 TMD = 1970
    Bor 1 µm 4,0
    Titan Svenska kemi 7,9
    0 - 100 µm
    Kohlefaserschnitzel Furthfil 150 3 mm 8,0
    Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0
    Abbrandrate 100 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 11 (nicht erfindungsgemäß):
  • Herkömmliches Raketentreibmittel mit Eisenacetonylacetat als Abbrandkatalysator:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat 100 µm 85,50
    HTPB R45HT-M M = 2800 13,47
    IPDI 1,01 TMD = 1678
    Eisenacetonylacetat 0,02
    HTPB = Hydroxyl-terminiertes Polybutadien
    IPDI = Isophorondiisocyanat
    Abbrandrate 1,6 mm/s bei normalem Druck.
    • Beispiel 12 (nicht erfindungsgemäß):
  • Raketentreibmittel mit Eisenacetonylacetat als Abbrandkatalysator und Blähgrafit als Abbrandbeschleunigungsmittel:
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat 100 µm 84,50
    HTPB R45HT-M M = 2800 11,63
    IPDI 0,87 TMD = 1711
    Blähgrafit NGS Ex 150 SC 3,0
    Eisenacetonylacetat 0,02
    Abbrandrate 4,5 mm/s bei normalem Druck.

Claims (13)

  1. Pyrotechnische Wirkmasse, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel für den Brennstoff, ein Abbrandbeschleunigungsmittel und optional ein Bindemittel,
    wobei das Abbrandbeschleunigungsmittel in Form von Partikeln vorliegt, die in der Wirkmasse verteilt sind, wobei das Abbrandbeschleunigungsmittel ein durch Zufuhr von Wärme mindestens um einen Faktor 2 expandierbarer Feststoff ist, wobei das Abbrandbeschleunigungsmittel ein Blähgrafit oder ein Natriumsilikat ist, wobei ein wärmeleitender Zusatzstoff in der Wirkmasse enthalten ist, wobei der Zusatzstoff Kohlefasern umfasst.
  2. Wirkmasse nach Anspruch 1,
    wobei die Partikel in der Wirkmasse gleichmäßig verteilt sind.
  3. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Partikel eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,01 mm bis 6 mm, insbesondere 0,1 mm bis 5 mm, aufweisen.
  4. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Abbrandbeschleunigungsmittel ein durch Zufuhr von Wärme mindestens um einen Faktor 5, 10, 20, 50, 100, 200 oder 500 expandierbarer Feststoff ist.
  5. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Abbrandbeschleunigungsmittel in der Wirkmasse mit einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, enthalten ist.
  6. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei ein poröser Zusatzstoff in der Wirkmasse enthalten ist.
  7. Wirkmasse nach Anspruch 6,
    wobei der poröse Zusatzstoff Holzkohle und/oder Aktivkohle umfasst.
  8. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Kohlefasern gebündelt sind.
  9. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Brennstoff ein Metall, ein Halbmetall, oder eine Mischung oder Legierung aus Metallen und/oder Halbmetallen oder eine Mischung oder Legierung aus mindestens einem Metall und mindestens einem Halbmetall umfasst.
  10. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Brennstoff Aluminium, Magnesium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Calcium, Lithium, Niob, Wolfram, Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt, Zink, Zinn, Blei, Bismut, Tantal, Molybdän, Vanadium, Bor, Silizium, eine Legierung oder Mischung aus mindestens zwei dieser Metalle oder Halbmetalle, eine Zirkonium-Nickel-Legierung oder -Mischung, eine Aluminium-Magnesium-Legierung oder -Mischung, eine Lithium-Aluminium-Legierung oder -Mischung, eine Calcium-Aluminium-Legierung oder -Mischung, eine Eisen-Titan-Legierung oder -Mischung, eine Zirkonium-Titan-Legierung oder -Mischung, oder eine Lithium-Silizium-Legierung oder -Mischung umfasst.
  11. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bindemittel ein Fluorelastomer, insbesondere ein Fluorkautschuk, ist.
  12. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Oxidationsmittel ein halogenhaltiges Polymer, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polychloropren, ist.
  13. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei darin weiterhin ein Abbrandkatalysator, insbesondere Ferrocen, Eisenacetonylacetat oder Kupferphtalocyanin, enthalten ist.
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