EP2695871A2 - Hochleistungswirkmasse für ein pyrotechnisches Scheinziel mit einer fluorierten Kohlenstoffverbindung - Google Patents
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Classifications
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- 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
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- C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
- C06C15/00—Pyrophoric compositions; Flints
Definitions
- the invention relates to a high-performance active mass for a pyrotechnic decoy with a fuel, an oxidant for the fuel and optionally a binder, wherein the oxidant is a fluorinated carbon compound.
- the object of an active mass for decoy targets is to emulate the infrared radiation of an exhaust plume of a jet aircraft during a burnup for a seeker head, for example a missile.
- the wavelength range detected by conventional seekers is between 2 and 5 ⁇ m. So far, this is achieved, for example, with the known black body active material magnesium Teflon-Viton (MTV), in which polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon®) serves as an oxidizing agent. Up to 250% of the power of MTV can be achieved when graphite fluoride is used as the oxidant. Graphite fluoride, however, is relatively expensive and may be difficult to obtain.
- the object of the invention is therefore to provide an active mass for decoys, which has a higher radiation power than MTV during combustion, especially at high airspeed, and must contain no graphite fluoride.
- the object is solved by the features of claim 1.
- Advantageous embodiments emerge from the features of claims 2 to 11.
- a high performance pumice pyrotechnic target comprising a fuel, an oxidant for the fuel, and optionally a binder, wherein the oxidizer is a fluorinated carbon compound having a carbon chain of at least 100 carbon atoms or repeating carbon-containing polymer forming units; wherein in the carbon chain or per unit at least one of the carbon atoms has at least one bonding site occupied by a moiety or atom other than fluorine or carbon.
- the oxidizing agent is not a graphite fluoride.
- the binder can be omitted if another component of the high performance active material has a binding property.
- the oxidant contained in the high-performance active composition according to the invention is therefore not completely fluorinated like PTFE but only partially. So far, it has been assumed that those fluorocarbons are most suitable for Schwarz stresseswirkmassen that contain a maximum possible amount of fluorine and thereby act as efficiently as an oxidizing agent and provide the highest combustion enthalpy.
- the inventor of the present invention has recognized that not only the enthalpy of combustion is crucial but also the heat released during combustion must be efficiently radiated and therefore high emissivity of the burn-up products is just as important. Furthermore, he has recognized that the soot generated from fully fluorinated fluorocarbon compounds is too fine-grained to radiate in the desired wavelength range of 2 to 5 ⁇ m. The released energy is emitted in these active masses in shorter wavelength ranges or removed convectively. Furthermore, the inventor has recognized that fine soot also burns very quickly and thus quickly lost as an emitter of radiation.
- the oxidizing agent Teflon is therefore unfavorable for fake target materials.
- the oxidizing agent graphite fluoride has a much higher emissivity in the desired wavelength range of 2 to 5 microns than Teflon when burned, but has the above-mentioned disadvantages of the high price and the possibly limited Beschaffberry.
- the oxidizing agent contained in the high-performance active composition of the present invention is a fluorinated carbon compound having a carbon chain or carbon atoms repeating at least 100 carbon atoms Units that form a polymer.
- the carbon chain or each of the units at least one of the carbon atoms has at least one non occupied by another carbon atom binding site, said binding site is occupied by a residue of molecules or an atom other than fluorine.
- Such an oxidizing agent generates during combustion of the active mass soot particles with aromatic rings or double bonds and an average particle size of at least 1 micron. These soot particles efficiently generate radiation in the desired wavelength range of 2 to 5 ⁇ m.
- the amount of carbon compound in the high-performance active mass may be relatively high, although this reduces the temperature of the high-efficiency active-mass flame produced during combustion by reducing the enthalpy of combustion. This is compensated for by the carbon compound's increased emissivity and better utilization of the available energy.
- the burning rate of the high-performance active material according to the invention is increased by the oxidizing agent, because more heat is radiated back to the burning surface due to the increase in the radiant power caused by the oxidizing agent.
- the burnup is further accelerated by the fact that a flame produced during combustion is optically relatively dense and thus heat is held back relatively long within the flame.
- Teflon as an oxidant fine-grained soot burning from the oxidizing agent contained in the high-performance active material according to the invention burns off more slowly. He can thereby radiate the released energy longer.
- the chemical energy contained in the high-performance active mass is converted into radiation with a higher efficiency.
- the slow-burning soot produces a uniform and dense Space effect. Due to the space effect can be mimicked very well by means of the high-performance active mass according to the invention an exhaust plume of a jet plane.
- the carbon black or carbon contained therein may also form carbides with titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and vanadium, which may be included as fuel in the high performance active mass.
- the carbon serves as a further oxidizing agent for the metals mentioned.
- the resulting carbides do not melt in the flame produced during combustion and, as carbide particles, emit radiation to the environment.
- the re-radiation to the burning surface also makes it possible to provide a relatively high proportion of fuel in the high-performance active mass in relation to the oxidizing agent.
- the active material may have a higher energy content than with any other than the oxidant contained therein.
- the ratio of the number of fluorine atoms to the number of other atoms in the oxidant is less than 3 when all other atoms are hydrogen atoms.
- the other atom may be a hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, chlorine, bromine or iodine atom. If the other atom is a hydrogen atom and a fluorine atom is bonded to an adjacent carbon atom, it is possible during the combustion of the high-performance active substance HF to split off with formation of a double bond between the adjacent carbon atoms.
- more than one binding site of the carbon atom or a plurality of carbon atoms are occupied by one or more molecular residues and / or another atom or atoms other than fluorine and carbon, these binding sites are each occupied differently.
- the differently occupied binding sites may each be located at adjacent carbon atoms.
- the other atoms may comprise at least one halogen atom, in particular a chlorine, bromine or iodine atom, and at least one hydrogen atom at bonding sites of adjacent carbon atoms.
- a hydrogen halide can be split off to form a double bond.
- a chlorine, bromine or iodine atom is attached to one carbon atom and hydrogen is attached to an adjacent carbon atom
- HCl high performance active mass
- HBr or HI can be cleaved to form a double bond between the adjacent carbon atoms.
- the fuel may be, for example, magnesium in the elimination of HCl, HBr or HI.
- the formation of double bonds by elimination reactions in halogenated polymers can be carried out as follows when a high-performance active composition according to the invention burns off:
- the elimination reactions can take place thermally or by a base.
- a base can z.
- a metal oxide may function from the fuel in the mixture, or a base may be incorporated into the active mass.
- the oxidizing agent may be poly (ethylene tetrafluoroethylene) (ETFE), poly (chlorotrifluoroethylene) (PCTFE), poly (ethylene chlorotrifluoroethylene) (ECTFE), Perfluoroalkoxy polymer (PFA), polyvinylidene fluoride (PVDF) or a partially fluorinated pyrene act.
- ETFE ethylene tetrafluoroethylene
- PCTFE poly (chlorotrifluoroethylene)
- ECTFE poly (ethylene chlorotrifluoroethylene)
- PFA Perfluoroalkoxy polymer
- PVDF polyvinylidene fluoride
- the unit comprises at least one aromatic structure or polyaromatic structure.
- the fuel may be a metal, a semi-metal or a mixture or alloy of metals and / or semimetals or a mixture or alloy of at least a metal and at least one semimetal.
- the fuel may 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, a Iron-titanium alloy or blend, a zirconium-titanium alloy or blend, or a lithium-silicon alloy or blend.
- Titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, molybdenum and vanadium can form carbides with the carbon particles or resulting carbon black particles.
- the carbon serves as a further oxidizing agent for the metals mentioned.
- the resulting carbides are present as solids in the temperatures which arise when the high-performance active composition burns off and emit radiation as the carbide particles.
- the binder may be a fluoroelastomer, especially a fluororubber such as Viton® from DuPont Performance Elastomers.
- the active material for accelerating the burn-up can contain a combustion catalyst, in particular ferrocene, iron acetonyl acetate or copper phthalocyanine.
- the dry components and 5 conductive rubber cubes were mixed in a 250 ml mixing container for one hour by means of a tumble mixer at 120 revolutions / minute.
- the resulting mixture was dumped into a stainless steel bowl, the rubber cubes removed, and the binder added was 3M Fluorel FC-2175 fluororubber as a 10% solution in acetone.
- the carbon nanotubes were not mixed directly with the other constituents but were previously dispersed in the 10% strength solution of the binder in acetone by means of ultrasound in order to ensure the most uniform possible distribution in the active material.
- the mass was stirred to a homogeneous dough and mixed until the acetone was far enough has evaporated, that the mass became granular.
- the resulting granules were dried at 50 ° C.
- the finished tablets were burned off and their radiant power determined by means of a radiometer.
- the performance is hereinafter referred to as a percentage of a corresponding Basiswirkmasse, z. MTV.
- Standard MTV active material with graphite burning rate 3.0 mm / s: material Type Wt .-% miscellaneous magnesium powder LNR 61 60.0 Teflon powder Hoechst TF 9205 25.0 Viton 3M Fluorel FC-2175 10.0 graphite Merck 5.0 lubricant
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Hochleistungswirkmasse für ein pyrotechnisches Scheinziel mit einem Brennstoff, einem Oxidationsmittel für den Brennstoff und optional einem Bindemittel, wobei das Oxidationsmittel eine fluorierte Kohlenstoffverbindung ist.
- Aufgabe einer Wirkmasse für Scheinziele ist es, beim Abbrand die Infrarotstrahlung einer Abgasfahne eines Düsenflugzeugs für einen Suchkopf, beispielsweise einer Lenkwaffe, nachzubilden. Der von üblichen Suchköpfen detektierte Wellenlängenbereich liegt zwischen 2 und 5 µm. Bisher wird dies beispielsweise mit der bekannten Schwarzkörperwirkmasse Magnesium-Teflon-Viton (MTV) erreicht, bei der Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon®) als Oxidationsmittel dient. Bis zu 250% der Leistung von MTV kann erreicht werden, wenn Grafitfluorid als Oxidationsmittel eingesetzt wird. Grafitfluorid ist jedoch verhältnismäßig teuer und unter Umständen schwer zu beschaffen. Um dieselbe Leistung ohne Grafitfluorid zu erreichen, kann mehr Wirkmasse in einem Scheinziel eines größeren Kalibers eingesetzt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei begrenzter Ladekapazität, wie sie in Flugzeugen im Allgemeinen gegeben ist, weniger Scheinzielladungen aufgenommen werden können. Weiterhin ist es dann erforderlich, Abschussgeräte für ein größeres Kaliber bereitzustellen.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Wirkmasse für Scheinziele bereitzustellen, die beim Abbrand, insbesondere auch bei hoher Luftgeschwindigkeit, eine höhere Strahlungsleistung als MTV aufweist und dazu kein Grafitfluorid enthalten muss. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11. Erfindungsgemäß ist eine Hochleistungswirkmasse für ein pyrotechnisches Scheinziel, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel für den Brennstoff und optional ein Bindemittel vorgesehen, wobei das Oxidationsmittel eine fluorierte Kohlenstoffverbindung mit einer mindestens 100 Kohlenstoffatome langen Kohlenstoffkette oder sich wiederholenden, Kohlenstoffatome enthaltenden, ein Polymer bildenden Einheiten ist, wobei in der Kohlenstoffkette oder pro Einheit mindestens eines der Kohlenstoffatome mindestens eine durch einen Molekülrest oder ein anderes Atom als Fluor oder Kohlenstoff besetzte Bindungsstelle aufweist. Das Oxidationsmittel ist dabei kein Grafitfluorid. Das Bindemittel kann entfallen, wenn eine andere Komponente der Hochleistungswirkmasse eine bindende Eigenschaft aufweist.
- Das in der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse enthaltene Oxidationsmittel ist also nicht wie PTFE vollständig sondern nur teilweise fluoriert. Bisher wurde angenommen, dass für Schwarzkörperwirkmassen solche Fluorkohlenstoffe am besten geeignet sind, die eine maximal mögliche Menge an Fluor enthalten und dadurch möglichst effizient als Oxidationsmittel wirken und die höchste Verbrennungsenthalpie liefern.
- Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat jedoch erkannt, dass nicht allein die Verbrennungsenthalpie entscheidend ist sondern die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme auch effizient abgestrahlt werden muss und daher eine hohe Emissivität der Abbrandprodukte ebenso wichtig ist. Weiterhin hat er erkannt, dass der aus vollständig fluorierten Fluorkohlenstoffverbindungen generierte Ruß zu feinkörnig ist, um in dem gewünschten Wellenlängenbereich von 2. bis 5 µm abzustrahlen. Die freigesetzte Energie wird bei diesen Wirkmassen in kürzeren Wellenlängenbereichen abstrahlt oder konvektiv abgeführt. Weiterhin hat der Erfinder erkannt, dass feiner Ruß auch sehr schnell abbrennt und dadurch auch schnell als Emittent von Strahlung verloren geht.
- Das Oxidationsmittel Teflon ist daher für Scheinzielwirkmassen ungünstig. Das Oxidationsmittel Grafitfluorid weist beim Abbrand eine wesentlich höhere Emissivität in dem gewünschten Wellenlängenbereich von 2 bis 5 µm als Teflon auf, hat jedoch die oben genannten Nachteile des hohen Preises und der unter Umständen eingeschränkten Beschaffbarkeit.
- Das in der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse enthaltene Oxidationsmittel ist eine fluorierte Kohlenstoffverbindung mit einer mindestens 100 Kohlenstoffatome langen Kohlenstoffkette oder sich wiederholenden Kohlenstoffatome enthaltenden Einheiten, die ein Polymer bilden. Dabei weist in der Kohlenstoffkette oder jeder der Einheiten mindestens eines der Kohlenstoffatome mindestens eine nicht durch ein anderes Kohlenstoffatom besetzte Bindungsstelle auf, wobei diese Bindungsstelle durch einen Molekülrest oder ein anderes Atom als Fluor besetzt ist. Ein solches Oxidationsmittel erzeugt beim Abbrand der Wirkmasse Rußteilchen mit aromatischen Ringen oder Doppelbindungen und einer mittleren Korngröße von mindestens 1 µm. Diese Rußteilchen erzeugen effizient Strahlung in dem gewünschten Wellenlängenbereich von 2 bis 5 µm. Es wird vermutet, dass dies daran liegt, dass durch den Molekülrest oder das andere Atom als Fluor oder Kohlenstoff Stellen in der Kohlenstoffkette oder den Einheiten bereitgestellt werden, an denen beim Abbrand Doppelbindungen oder aromatische Strukturen entstehen können, die die entstehenden Moleküle so stabilisieren, dass beim weiteren Abbrand keine allzu kleinen Rußpartikel entstehen. Der bei der erfindungsgemäßen Wirkmasse entstehende grobe Ruß brennt auch länger als feiner Ruß und strahlt daher auch länger. Es hat sich gezeigt, dass die Emissivität der Abbrandprodukte und der Anteil der in Strahlung umgesetzten Energie von der insgesamt freigesetzten Energie und somit auch die spezifische Strahlungsleistung bei der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse gegenüber Wirkmassen mit dem vollständig fluorierten Oxidationsmittel PTFE erhöht ist. Die Menge der Kohlenstoffverbindung in der Hochleistungswirkmasse kann verhältnismäßig hoch sein, obwohl dadurch die Temperatur der beim Abbrand entstehenden Flamme der Hochleistungswirkmasse durch eine Reduktion der Verbrennungsenthalpie reduziert wird. Dies wird kompensiert durch die durch die Kohlenstoffverbindung gesteigerte Emissivität und die bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie.
- Weiterhin wird die Abbrandrate der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse durch das Oxidationsmittel erhöht, weil durch die durch das Oxidationsmittel bewirkte Erhöhung der Strahlungsleistung auch mehr Wärme auf die brennende Oberfläche zurückgestrahlt wird. Weiter beschleunigt wird der Abbrand dadurch, dass eine beim Abbrand entstehende Flamme optisch verhältnismäßig dicht ist und dadurch Hitze verhältnismäßig lange innerhalb der Flamme zurückgehalten wird. Gegenüber dem bei der Verwendung von Teflon als Oxidationsmittel entstehenden feinkörnigen Ruß brennt der aus dem in der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse enthaltenen Oxidationsmittel entstehende Ruß langsamer ab. Er kann dadurch die freigesetzte Energie länger abstrahlen. Dadurch wird die in der Hochleistungswirkmasse enthaltene chemische Energie mit einem höheren Wirkungsgrad in Strahlung umgesetzt. Darüber hinaus erzeugt der langsam abbrennende Ruß einen gleichmäßigen und dichten Raumeffekt. Durch den Raumeffekt kann mittels der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse sehr gut eine Abgasfahne eines Düsenflugzeugs nachgeahmt werden.
- Der Ruß bzw. der darin enthaltene Kohlenstoff kann auch mit Titan, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal, Molybdän und Vanadium, welches als Brennstoff in der Hochleistungswirkmasse enthalten sein kann, Carbide bilden. Der Kohlenstoff dient dabei als weiteres Oxidationsmittel für die genannten Metalle. Die resultierenden Carbide schmelzen in der beim Abbrand entstehenden Flamme nicht und geben als Carbidpartikel Strahlung an die Umgebung ab.
- Die Rückstrahlung auf die brennende Oberfläche ermöglicht es weiterhin, im Verhältnis zum Oxidationsmittel einen relativ hohen Anteil an Brennstoff in der Hochleistungswirkmasse vorzusehen. Dadurch kann die Wirkmasse einen höheren Energieinhalt aufweisen als mit einem anderen als dem darin enthaltenen Oxidationsmittel.
- Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verhältnis der Anzahl der Fluoratome zur Anzahl der anderen Atome in dem Oxidationsmittel kleiner als 3, wenn alle anderen Atome Wasserstoffatome sind.
- Das andere Atom kann ein Wasserstoff-, Sauerstoff-, Stickstoff-, Schwefel-, Chlor-, Brom-, oder lodatom sein. Wenn das andere Atom ein Wasserstoffatom ist und an einem benachbarten Kohlenstoffatom ein Fluoratom gebunden ist, kann beim Abbrand der Hochleistungswirkmasse HF unter Ausbildung einer Doppelbindung zwischen den benachbarten C-Atomen abgespalten werden. Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse sind mehr als eine Bindungsstelle des Kohlenstoffatoms oder einer Mehrzahl der Kohlenstoffatome durch einen Molekülrest oder mehrere Molekülreste und/oder ein anderes Atom oder andere Atome als Fluor und als Kohlenstoff besetzt, wobei diese Bindungsstellen jeweils verschieden besetzt sind. Die verschieden besetzten Bindungsstellen können jeweils an benachbarten Kohlenstoffatomen lokalisiert sein. Die anderen Atome können mindestens ein Halogenatom, insbesondere ein Chlor-, Brom- oder lodatom, und mindestens ein Wasserstoffatom an Bindungsstellen benachbarter Kohlenstoffatome umfassen. Dadurch kann ein Wasserstoffhalogen unter Ausbildung einer Doppelbindung abgespaltet werden.
- Wenn ein Chlor-, Brom- oder lodatom an einem Kohlenstoffatom gebunden ist und an einem benachbarten Kohlenstoffatom Wasserstoff gebunden ist, kann beim Abbrand der Hochleistungswirkmasse HCl, HBr oder HI unter Bildung einer Doppelbindung zwischen den benachbarten Kohlenstoffatomen abgespaltet werden. Der Brennstoff kann bei der Abspaltung von HCl, HBr oder HI beispielsweise Magnesium sein. Die Entstehung von Doppelbindungen durch Eliminationsreaktionen bei halogenierten Polymeren kann beim Abbrand einer erfindungsgemäßen Hochleistungswirkmasse wie folgt erfolgen:
- Die Eliminationsreaktionen können thermisch oder durch eine Base stattfinden. Als eine Base kann z. B. ein Metalloxid aus dem Brennstoff in der Mischung funktionieren oder eine Base kann in die Wirkmasse beigemischt werden.
- Bei dem Oxidationsmittel kann es sich um Poly(ethylentetrafluorethylen) (ETFE), Poly(chlortrifluorethylen) (PCTFE), Poly(ethylenchlortrifluorethylen) (ECTFE), Perfluoroalkoxy-Polymer (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein teilfluoriertes Pyren handeln.
-
- Bei einer Ausgestaltung der Hochleistungswirkmasse umfasst die Einheit mindestens eine aromatische Struktur oder polyaromatische Struktur.
- 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 weiteres Oxidationsmittel für die genannten Metalle. Die resultierenden Carbide liegen bei den beim Abbrand der Hochleistungswirkmasse 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. 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.
- Alle im Folgenden angegebenen Zusammensetzungen wurden wie folgt hergestellt:
- Die trockenen Komponenten und 5 leitfähige Gummiwürfel wurden in einem 250 ml Mischgebinde für eine Stunde mittels eines Taumel-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. Bei Kohlenstoffnanoröhren enthaltenden Wirkmassen wurden die Kohlenstoffnanoröhren nicht direkt mit den sonstigen Bestandteilen gemischt, sondern zuvor in der 10%-igen Lösung des Bindemittels in Aceton mittels Ultraschall dispergiert, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung in der Wirkmasse zu gewährleisten. 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 86 und 94% der theoretischen maximalen Dichte (TMD). Alle Tabletten wurden auf ihren Zylinderflächen mit Polychloropren (Macroplast) lackiert und mit Polychloropren auf 80 x 80 x 5 mm Stahlplatten geklebt, um deren Abbrand auf eine freie Stirnfläche zu begrenzen. Die Tabletten wurden über Nacht bei Raumtemperatur trocknen gelassen.
- Die fertigen Tabletten wurden abgebrannt und dabei deren Strahlungsleistung mittels eines Radiometers bestimmt. Die Leistung wird im Folgenden als Prozentsatz einer entsprechenden Basiswirkmasse, z. B. MTV, angegeben.
- Bei Wirkmassen mit einem Raumeffekt wurden die entsprechenden Wirkmassen ohne den Zusatzstoff in Form von Kohlenstoffpartikeln als Referenz verwendet. In Tabelle 1 entspricht dies jeweils dem mit 100% angegebenen Referenzwert vor dem nachfolgend angegebenen Wert der erfindungsgemäßen Wirkmasse.
- Standard-MTV(Magnesium-Teflon-Viton)-Wirkmasse nach dem Stand der Technik (Abbrandrate 3,0 mm/s):
Stoff Typ Gew.-% Sonstiges Magnesium LNR 61 60,0 Teflonpulver Dyneon TF 9205 35,0 Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1881 TMD = Theoretische maximale Dichte -
Standard-MTV-Wirkmasse mit Grafit (Abbrandrate 3,0 mm/s): Stoff Typ Gew.-% Sonstiges Magnesiumpulver LNR 61 60,0 Teflonpulver Hoechst TF 9205 25,0 Viton 3M Fluorel FC-2175 10,0 Grafit Merck 5,0 Gleitmittel -
Schwarzkörperwirkmasse auf Basis von PVDF mit in Zonen verteilter Verbrennung (Abbrandrate 4,1 mm/s; sehr dichter und gleichmäßiger Raumeffekt): Stoff Typ Gew.-% Sonstige Magnesium LNR 61 41,0 Steinkohle fein gemahlen 3,0 PVDF Solvay 80 µm 14,4 TMD = 2041 Bor 1 µm 8,0 Titan Svenska kemi < 100 µm 10,0 Zirkonium Chemetall Typ GH 8,6 Viton 3M Fluorel FC-2175 15,0 -
Erfindungsgemäße Schwarzkörperwirkmasse auf Basis von PVDF mit in Zonen verteilter Verbrennung (Abbrandrate: 3,3 mm/s): Stoff Typ Gew.-% Sonstige Magnesium LNR 61 50 Steinkohle fein gemahlen 5,0 PVDF Solvay 20,0 TMD = 1882 Bor 1 µm 7,0 Titan Chemetall Typ E 6,0 Zirkonium Chemetall Typ FA 1,0 Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0 Viton 3M Fluorel FC-2175 10,0 -
Erfindungsgemäße Schwarzkörperwirkmasse auf Basis von PVDF (erzeugt einen dichten und gleichmäßigen Raumeffekt; Abbrandrate: 9,6 mm/s): Stoff Typ Gew.-% Sonstige Magnesium LNR 61 60,0 PVDF Hylar 301F 35,0 Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1745 -
Erfindungsgemäße Schwarzkörperwirkmasse auf Basis von ECTFE (erzeugt einen dichten und langen Raumeffekt; Abbrandrate: 4,1 mm/s): Stoff Typ Gew.-% Sonstige Magnesium LNR 61 60,0 ECTFE Solvay Halar 6014 35,0 Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1721 -
Erfindungsgemäße Schwarzkörperwirkmasse auf Basis von ECTFE mit in Zonen verteilter Verbrennung (sehr leistungsstarker Satz mit einem großen und dichten Raumeffekt; Abbrandrate: 3,8 mm/s): Stoff Typ Gew.-% Sonstige Magnesium LNR 61 42,0 Blähgrafit NGS fein 4,0 ECTFE Solvay Halar 6014 33,0 Titan Svenska kemi < 100 µm 10,0 Bor 1 µm 5,0 Ferrocen Arapahoe Chemicals 1,0 Viton 3M Fluorel FC-2175 5,0 TMD = 1885 Tabelle 1: Messergebnisse der Strahlungsmessungen. Alle Ergebnisse sind ein Durchschnitt aus 5 Parallelversuchen. Satz EKW[J/ (g sr)] EMW[J/ (g sr)] (EKW + EMW) [J/(g sr)] EMW/EKW % MTV KW % MTV MW % MTV KW + MW Beispiel 1 175 54 229 0.309 105 66 92 Beispiel 2 166 82 248 0.496 100 100 100 Beispiel 3 168 112 280 0.667 101 137 113 Beispiel 4 174 161 335 0.925 105 196 135 Beispiel 5 188 85 273 0.452 113 104 110 Beispiel 6 189 189 378 1.000 114 230 152 Beispiel 7 202 208 410 1.030 122 254 165 EKW = spezifische Leistung im Kurzwellenbereich (ca. 1,8 = 2,6 µm) in J/(g sr);
EMW = spezifische Leistung in Mittelwellenbereich (ca. 3,5 - 4,6 µm) in J/(g sr);
(EKW + EMW) in J/(g sr) = Summen der spezifischen Leistungen im KW- und MW-Bereich;
EMW/EKW = das Verhältnis der spezifischen Leistung im MW- zur spezifischen Leistung im KW-Bereich;
% MTV = Leistung als Prozentsatz der Leistung des Referenzsatzes MTV (in Beispiel 2).
Claims (11)
- Hochleistungswirkmasse für ein pyrotechnisches Scheinziel, umfassend einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel für den Brennstoff und optional ein Bindemittel, wobei das Oxidationsmittel eine fluorierte Kohlenstoffverbindung mit einer mindestens 100 Kohlenstoffatome langen Kohlenstoffkette oder sich wiederholenden, Kohlenstoffatome enthaltenden, ein Polymer bildenden Einheiten ist,
wobei in der Kohlenstoffkette oder jeder der Einheiten mindestens eines der Kohlenstoffatome mindestens eine durch einen Molekülrest oder ein anderes Atom als Fluor oder Kohlenstoff besetzte Bindungsstelle aufweist,
wobei das Oxidationsmittel kein Grafitfluorid ist. - Hochleistungswirkmasse nach Anspruch 1,
wobei ein Verhältnis der Anzahl der Fluoratome zur Anzahl der anderen Atome in dem Oxidationsmittel kleiner ist als 3, wenn alle der anderen Atome Wasserstoffatome sind. - Hochleistungswirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das andere Atom ein Wasserstoff-, Sauerstoff-, Stickstoff-, Schwefel-, Chlor-, Brom- oder lodatom ist. - Hochleistungswirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei mehr als eine Bindungsstelle des Kohlenstoffatoms oder einer Mehrzahl der Kohlenstoffatome durch einen Molekülrest oder mehrere Molekülreste und/oder ein anderes Atom oder andere Atome als Fluor und als Kohlenstoff besetzt sind, wobei diese Bindungsstellen jeweils verschieden besetzt sind. - Hochleistungswirkmasse nach Anspruch 4,
wobei die anderen Atome mindestens ein Halogenatom, insbesondere ein Chlor-, Brom- oder Iodatom, und mindestens ein Wasserstoffatom an Bindungsstellen benachbarter Kohlenstoffatome umfassen. - Hochleistungswirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Oxidationsmittel Poly(ethylentetrafluorethylen) (ETFE), Poly(chlortrifluorethylen) (PCTFE), Poly(ethylenchlortrifluorethylen) (ECTFE), Perfluoroalkoxy-Polymer (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein teilfluoriertes Pyren umfasst. - Hochleistungswirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einheit mindestens eine aromatische Struktur oder polyaromatische Struktur umfasst. - Hochleistungswirkmasse 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. - Hochleistungswirkmasse 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. - Hochleistungswirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel ein Fluorelastomer, insbesondere ein Fluorkautschuk, ist.
- Hochleistungswirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei darin weiterhin ein Abbrandkatalysator, insbesondere Ferrocen, Eisenacetonylacetat oder Kupferphtalocyanin, enthalten ist.
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