EP2698362B1 - Wirkmasse für ein beim Abbrand der Wirkmasse spektral strahlendes Scheinziel - Google Patents

Wirkmasse für ein beim Abbrand der Wirkmasse spektral strahlendes Scheinziel Download PDF

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EP2698362B1
EP2698362B1 EP13004006.6A EP13004006A EP2698362B1 EP 2698362 B1 EP2698362 B1 EP 2698362B1 EP 13004006 A EP13004006 A EP 13004006A EP 2698362 B1 EP2698362 B1 EP 2698362B1
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EP
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fuel
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active
flame
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EP2698362A3 (de
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Arno Hahma
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Diehl Defence GmbH and Co KG
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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
    • C06B29/00—Compositions containing an inorganic oxygen-halogen salt, e.g. chlorate, perchlorate
    • C06B29/22—Compositions containing an inorganic oxygen-halogen salt, e.g. chlorate, perchlorate the salt being ammonium perchlorate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/04—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive
    • C06B45/06—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component
    • C06B45/10—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component the organic component containing a resin
    • C06B45/105—The resin being a polymer bearing energetic groups or containing a soluble organic explosive
    • 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 an active mass for a spectrally radiating decay target during burnup of the active substance with a radiation emitted during the burnup in the wavelength range from 3.7 to 5.1 ⁇ m (B-band), which is at least a factor of 15 stronger than one emitted during the burnup Radiation in the wavelength range from 1.9 to 2.3 ⁇ m (A band).
  • B-band 3.7 to 5.1 ⁇ m
  • a band 1.9 to 2.3 ⁇ m
  • a pyrotechnic composition for an infrared target which contains an extrudable and energetic nitrocellulose-containing binder, an oxidizing agent, a pyrotechnic fuel and a carbon source.
  • the oxidizing agent may be KClO 4 , KClO 3 or NH 4 ClO 4 and the carbon source may be lamp black, carbon black, graphite, charcoal, carbon or a functionally similar material.
  • the object of the present invention is to provide a fake target effective mass which emits a radiation in the wavelength range of 3.7 to 5.1 microns when burned, which is at least a factor of 15 stronger than a radiation emitted in the burn in the wavelength range from 1.9 to 2.3 microns and at the same time is very powerful.
  • the object is solved by the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments emerge from the features of claims 2 to 11.
  • an effective mass for a spectrally radiating decay target when the active mass burns off is radiation in the wavelength range of 3.7 to 5.1 ⁇ m, which is at least a factor of 15 stronger than a radiation emitted during combustion of the active mass Wavelength range of 1.9 to 2.3 microns provided.
  • the active material comprises as fuel containing carbon atoms and hydrogen atoms at least one nitrate ester and / or a nitrosamine and as the oxidizing agent ammonium perchlorate, wherein the amount of ammonium perchlorate is such that it is not sufficient for a complete oxidation of the fuel, wherein the active material either the nitrate ester in the form a polymeric solid or a binder.
  • the active material contains substantially no elemental carbon-containing carbon source.
  • the active mass contains at least substantially no elemental carbon during combustion, for example, in the form of soot, generating substance.
  • substantially here means that none of the selected constituents of the active material according to the invention contains such a carbon source or substance or contains the active material at least not more than 0.2 wt .-% of such a carbon source or substance. An unintentional presence of traces of such a carbon source or substance can not be completely excluded by nature.
  • the active material according to the invention should not generate more than 1% by weight of the active material on solid particles in the flame during combustion.
  • Such particles and elemental carbon or soot generate blackbody radiation upon annealing in the flame and thereby produce radiation in the A-band.
  • Even the ammonium perchlorate contained in the active material as an oxidizing agent leaves only gaseous residues during combustion and thus does not contribute to the formation of black body radiation.
  • the polymeric solid also takes on the function of a binder in the active mass. Therefore, no further binder is required.
  • the solid may also be a viscoelastic material. The viscoelasticity can be improved by other components of the active material, such. As an ionic liquid, causes or modulated.
  • the peculiarity of the invention is that the nitrate ester and / or the nitrosamine serve not only as a fuel and in the case of the nitrate ester optionally as a binder, but also to broaden the primary flame produced during combustion.
  • a primary flame is understood to mean a flame which is formed by reaction of gas formed from the fuel with gas produced from the oxidizing agent.
  • the broadening of the primary flame takes place in that the nitrate ester and nitrosamine decompose exothermically during combustion already at a temperature between 150 ° C and 250 ° C and thereby generate combustible gases. The temperature of the primary flame is thereby relatively low.
  • the active material is oxygen-undersaturated by the lack of oxidizing agent. During combustion, therefore, the atmospheric oxygen serves as a further oxidant. Compared to an active mass with balanced oxygen balance, more fuel can be contained in relation to the oxidizing agent in a given amount of the active mass.
  • ammonium perchlorate generates a heterogeneous flame structure during combustion and thereby ensures that the flame does not extinguish even at high wind speeds, as is the case with a flying decoy in use.
  • the active material according to the invention can be produced very inexpensively.
  • the volume of the active mass decreases when it is heated. This increases the safety of the active mass in the event of a fire and a concomitant rapid strong warming or slow heating, for example, when stored in the sun.
  • the decoy created by the decrease in volume of the active mass is a void and if it should come to an accidental ignition of the pressure in the decoy does not rise as suddenly as in effective masses in which there is no decrease in volume with a warming. The reaction in these situations is therefore less severe than in known active compounds.
  • the active material according to the invention does not expand by 0.2 to 2% after pressing, in contrast to known apparent target active compositions. A pressing tool can therefore be made so that it specifies exactly the desired nominal size. The production of an active mass with a desired nominal size is thereby considerably simplified.
  • the binder comprises starch, a polybutadiene, a gaseous decomposition product on combustion of the active mass-producing polymer, such as polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate, or a polymer with nitrate ester groups, in particular nitrocellulose, polyvinyl nitrate, polyglycidyl nitrate or GAP (glycidyl azide polymer).
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • polyvinyl butyral polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate
  • a polymer with nitrate ester groups in particular nitrocellulose, polyvinyl nitrate, polyglycidyl nitrate or GAP (glycidyl azide polymer).
  • the nitrate ester can be liquid. It may comprise glyceryl trinitrate, ethylene glycol dinitrate, diethylene glycol dinitrate, triethylene glycol dinitrate or methriol trinitrate.
  • the liquid nitrate ester can also serve as a plasticizer for the binder and thereby phlegmatize the active material and thus make impact and friction insensitive.
  • the active mass is thereby self-lubricating, so that the friction is reduced, facilitates a pressing of the active mass and the sensitivity of the active mass is reduced.
  • the nitrate ester may also comprise as polymeric solid nitrocellulose, polyvinyl nitrate or polyglycidyl nitrate.
  • the nitrosamine may include 1,3,5-trinitroso-1,3,5-hexahydrotriazine. All of these nitrate esters and said nitrosamine have proven to be very efficient primary flame broadeners.
  • the active material according to the invention is much easier to mix and process than curing resins or curing polymers containing active compositions. They can simply be mixed and pressed directly afterwards. A solvent is not required. Nevertheless, the active materials have proved to be more mechanically stable than conventional spectral active compounds. A mechanical resistance can be increased by a subsequent sintering of the active material according to the invention.
  • the liquid nitrate esters can act particularly well as a plasticizer for nitrocellulose. They swell the nitrocellulose and convert it to an elastomer.
  • the active material can be mixed and pressed without further solvent.
  • the binders can also be gasified endothermically during combustion to form exclusively gaseous decomposition products.
  • the decomposition products may then generate a secondary flame burning outside of the broadened primary flame with the atmospheric oxygen, thereby further broadening the flame.
  • the active compound according to the invention comprises at least one at a higher temperature than a decomposition temperature of the nitrate ester and / or nitrosamine to form at least one combustible gas endothermic decomposing further fuel, the further fuel dicyandiamide, azodicarbonamide, dinitrosopentamethylenetetramine (DNPT), glyoxime, oxamide, Acetamide, carbazide, or semicarbazide or a dust-like further fuel or in a burnup of the active mass by spraying a mist forming further fuel comprises.
  • Endothermic decomposition means that with increasing temperature, at least initially, there is a temperature range in which the decay is endothermic.
  • the temperature of the flame is thereby effectively limited in the area of endothermic decay.
  • decaying is meant here also boiling or gasification.
  • the surface of the burning active mass should be as little or not cooled by the other fuel.
  • the boiling point or the decomposition temperature of the further fuel should therefore be as high as possible.
  • the further fuel should, if possible, have a negative oxygen balance, but still form soot during combustion.
  • the additional fuel should generate the highest possible heat of combustion, d. H. the additional fuel should be as energy-efficient as possible.
  • the additional fuel should not be able to react with the nitrate ester and / or the nitrosamine. Due to the associated compatibility a long shelf life is achieved.
  • the further fuel serves as a flame broadening agent, is achieved by the higher decomposition temperature, that a further flame zone is formed during combustion, because within the primary flame no ignition of the gasified further fuel takes place.
  • nitrogen excited in the flame can transmit its energy with high yield of carbon monoxide or carbon dioxide and thereby excite it.
  • the carbon monoxide or carbon dioxide then releases the energy absorbed as infrared radiation in the B-band.
  • the energy transfer is particularly effective and the radiation yield is increased.
  • An oxygen bridge between nitrogen and carbon atoms is not contrary to this, because the energy can also be transferred via the oxygen atom to the carbon atom.
  • the active composition comprises dicyandiamide, azodicarbonamide, dinitrosopentamethylenetetramine (DNPT), glyoxime, oxamide, acetamide, carbazide, or semicarbazide as another fuel.
  • DNPT dinitrosopentamethylenetetramine
  • the active mass comprises a plurality of further fuels having different decomposition temperatures.
  • the further fuel or the plurality of further fuels may be a dust-like further fuel, in particular a cyano compound, in particular paracyan, or a further fuel which forms a mist during atomization of the active mass by atomizing, in particular an ionic liquid, in particular one an ionic liquid comprising imidazole, pyridine, diazine or other heterocycle structure, especially 1-butyl-3-methylimidazolium perchlorate (BMIM-ClO 4 ).
  • BMIM-ClO 4 1-butyl-3-methylimidazolium perchlorate
  • An advantage associated with the ionic liquid is that the active mass thereby becomes electrically conductive and thus insensitive to electrostatic discharge. Furthermore, ionic liquids have a phlegmatizing effect in the active mass, so that reduces the sensitivity of the active mass against friction, shock and shock.
  • the active compound of the invention can be a stabilizer from the group of Akardite or Centralite, in particular N, N-diphenylurea (Arkadit I), N-methyl-N, N-diphenylurea (Akardit II), 1,3-diethyl, 1 ', 3'-diphenylurea (Centralit I), 1,3-dimethyl-1'3'-diphenylurea (Centralit II) or N-methyl-N'-ethyl-N , N'-diphenylurea (Centralit III).
  • N N-diphenylurea
  • Akardit II N-methyl-N, N-diphenylurea
  • 1 ', 3'-diphenylurea Centralit I
  • 1,3-dimethyl-1'3'-diphenylurea Centralit II
  • N'-diphenylurea Centralit III
  • the active material may contain a copper or iron atom-containing catalyst, in particular iron oxide, ferrocene, iron acetonyl acetate or copper phthalocyanine.
  • the catalyst facilitates the reaction of ammonium perchlorate at a relatively low temperature and thereby stabilizes the burnup.
  • the active mass in the active mass essentially (except for the catalysts) contain no substances that contain atoms other than carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, sulfur, chlorine and bromine. This avoids the formation of burn-off products which shift the spectrum in the direction of the A-band. "Substantially" means that none of the selected constituents of the active material according to the invention contains these substances. However, naturally, the presence of traces of substances containing such atoms can not be completely ruled out.
  • Fig. 1 left shows a schematic representation of the burnup of a conventional active mass and to the right thereof a profile of the temperature T of the flame generated during their combustion as a function of the distance d from the burning surface 1 of the active mass.
  • the temperature of the burning surface 1 of the effective mass is at the decomposition temperature of that component of the active mass which decomposes at the lowest temperature.
  • oxidizing gases from an oxidant contained in the active mass and combustible gases mix from a fuel contained in the active mass and begin to react with each other in a flame.
  • the temperature rises rapidly up to a maximum value in the reaction zone 3.
  • the gases react quickly at high temperature, which rapidly cools back to ambient temperature in an area 4 outside the flame.
  • the flame is very hot inside, but cools down quickly at the edges.
  • the radiation yield is low and all solid particles and water vapor radiate in the very hot flame in the A band.
  • the spectral ratio ie the ratio of the intensity of the radiation in the B-band to the ratio of the radiation in the A-band, is thereby generally not more than 10.
  • Fig. 2 left shows a schematic representation of the heterogeneous burnup of an active material according to the invention with a plurality of other fuels for flame broadening and right next to a profile of the temperature T of the flame arising during combustion depending on the distance d from the burning surface 1 of the active mass.
  • the diffusion zone is heterogeneous here by ammonium perchlorate as the oxidant, also strongly under-oxygenated and cold.
  • the fuel which simultaneously acts as a flame spreading means for the primary flame, is decomposed at a relatively low temperature, whereby the temperature at the surface of the active mass is limited to this decomposition temperature.
  • the gases mixed in the diffusion zone 2 react from the oxidizer and the fuel.
  • zone 3 further fuels from the active mass can not yet react, because the temperature in the primary flame 3 is still too low.
  • the temperature of zone 4 is limited by the decomposition temperature of one of the other fuels.
  • zone 5 a secondary flame is formed by burning off the further fuel decomposed in zone 4 and decomposing another of the further fuels, preferably into a mist. This results in a further increase in temperature, which is not sufficient to bring the other of the other fuels to react.
  • the temperature in the zone 5 is limited by the decomposition temperature of further of the other fuels. This additional fuel begins to absorb the thermal energy efficiently only at the temperature in zone 5.
  • zone 6 the decomposed further fuel reacts with the atmospheric oxygen.
  • the temperature can rise to the adiabatic maximum.
  • the temperature above the flame in the aerobic region 7 does not decrease as rapidly as in the active mass according to Fig. 1 ,
  • the flame becomes very large and is very hot only on the outer surface of zone 6, with much of the radiation being able to flow out without being absorbed in the flame.
  • Water and solid particles remain relatively cold up to the aerobic region 7, so that only small amounts of radiation in the A-band, while carbon dioxide in the outer region of the zone 6 radiates strongly in the B-band.
  • particles burning off in the air are very short-lived in the hot and therefore radiating state and thus shift the spectrum of the emitted radiation only insignificantly in the direction of the A-band.
  • BMIM-ClO 4 200 g of the ionic liquid BMIM-ClO 4 used in some of the following active compositions were synthesized as follows: 150 g of BMIM-CI were dissolved in about 600 ml of dry methanol at 25 ° C in a 2 liter one-necked flask. A stoichiometric amount of dry sodium perchlorate was also separately dissolved in 600 ml of dry methanol in a 2 liter one-necked flask. Then all the perchlorate solution was added all at once to the BMIM chloride solution. The bottle containing the perchlorate solution was washed 3 times with 50 ml of dry methanol and the methanol was added to the BMIM chloride solution. The resulting solution became cloudy and yellow after several minutes as the resulting sodium chloride began to precipitate.
  • the one-necked flask was then connected to a rotary evaporator and the methanol distilled off under about 500 mbar pressure, the water bath was heated to 90 ° C in the evaporator.
  • the warm crude BMIM-ClO 4 from the flask was again filtered through the frit into a 250 ml separatory funnel, because even more common salt had precipitated upon evaporation of the methanol.
  • the final BMIM-ClO 4 (a yellowish, viscous oil) was filled from the separating funnel into a laboratory flask and weighed. The yield was almost quantitative.
  • Active composition according to the invention with nitrocellulose as binder and flame spreading agent and dioctyl adipate as plasticizer.
  • This active material has the same oxygen balance as the active composition according to Examples 2 and 3, but about twice the energy and the double spectral ratio and thereby shows the effect of the nitrate ester nitrocellulose as a flame broadening agent.
  • Active compound according to the invention with nitrocellulose as binder and fuel, diethylene glycol dinitrate (DEGDN) as fuel and plasticizer, and oxamide as further fuel and flame spreading agent, and acardite II as stabilizer and flame spreading agent.
  • DEGDN diethylene glycol dinitrate
  • oxamide as further fuel and flame spreading agent
  • acardite II as stabilizer and flame spreading agent.
  • the effective mass is significantly more efficient than the active mass according to Example 4.
  • This active mass shows the overall effect of the nitrate ester nitrocellulose, the other fuel and the negative oxygen balance without soot formation.
  • the spectral ratio is also improved since this rate burns about 700 K colder than the effective mass according to Example 4.
  • Active compound according to the invention with nitrocellulose as fuel, diethylene glycol dinitrate as fuel and plasticizer, BMIM-ClO 4 as further fuel and flame spreading agent and additional plasticizer and paracyan as further further fuel and flame spreading agent in dust form.
  • This active material has an extremely high specific energy and an extremely high spectral ratio.
  • DEGDN self-synthesized 11,80 TMD 1702 BMIM-ClO 4 self-synthesized 5.9 paracyanogen powder 20.20 Akardite II 0.10
  • Active compound according to the invention with nitrocellulose as fuel, diethylene glycol dinitrate as fuel and plasticizer, dicyandiamide as further fuel and flame broadening agent and BMIM-ClO 4 as further further fuel, flame propagating agent in mist form and additional plasticizer.
  • This active material also has an extremely high specific energy and an extremely high spectral ratio.
  • DEGDN self-synthesized 10,80 TMD 1583 BMIM-ClO 4 self-synthesized 5.40 dicyandiamide crystalline 24.00 Akardite II 0.10
  • Active compound according to the invention with nitrocellulose as fuel, diethylene glycol dinitrate as fuel and plasticizer, azodicarbonamide as further fuel and flame spreading agent and BMIM-ClO 4 as further further fuel, flame propagating agent in mist form and additional plasticizer.
  • This active material has a very high specific energy and an extremely high spectral ratio.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wirkmasse für ein beim Abbrand der Wirkmasse spektral strahlendes Scheinziel mit einer beim Abbrand emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,7 bis 5,1 µm (B-Band), die mindestens um einen Faktor 15 stärker ist als eine beim Abbrand emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,9 bis 2,3 µm (A-Band). Unter Stärke der Strahlung wird deren Intensität, d. h. deren Leistung pro Raumwinkelelement, gemessen in J/sr, verstanden.
  • Aus Koch, E. C., Propellants Explos. Pyrotech. 2009, 34, Seiten 6 bis 12, ist eine Scheinzielwirkmasse mit Nitrocellulose und Kaliumperchlorat bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die beim Abbrand dieser Wirkmasse emittierte Strahlung im B-Band nur etwa um den Faktor 5 stärker ist als die beim Abbrand emittierte Strahlung im A-Band.
  • Aus der WO 2007/004871 ist eine pyrotechnische Zusammensetzung für ein Infrarotscheinziel bekannt, welches einen extrudierbaren und energetischen Nitrocellulose enthaltenden Binder, ein Oxidationsmittel, einen pyrotechnischen Brennstoff und eine Kohlenstoffquelle enthält. Bei dem Oxidationsmittel kann es sich um KClO4, KClO3 oder NH4ClO4 und bei der Kohlenstoffquelle um Lampenruß, Ruß, Grafit, Holzkohle, Kohle oder ein funktionell gleiches Material handeln. Mit der Wirkmasse ist beim Abbrand keine beim Abbrand emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,7 bis 5,1 µm zu erreichen, die mindestens um den Faktor 15 stärker ist als eine beim Abbrand emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,9 bis 2,3 µm. Um einem Zweifarbensuchkopf mit einem pyrotechnischen Scheinziel effektiv ein Flugzeug von vorderen Sichtwinkeln vortäuschen zu können, ist aber beim Abbrand der Scheinzielwirkmasse ein möglichst hohes Spektralverhältnis, d. h. das Verhältnis der Strahlungsstärke im B-Band zum Verhältnis der Strahlungsstärke im A-Band, günstig. Um gebräuchliche Scheinzielkaliber zum Vortäuschen großer Flugzeuge verwenden zu können, muss die Wirkmasse beim Abbrand, insbesondere bei hoher Luftgeschwindigkeit, darüber hinaus sehr leistungsfähig sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Scheinzielwirkmasse bereitzustellen, welche beim Abbrand eine Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,7 bis 5,1 µm emittiert, die mindestens um einen Faktor 15 stärker ist als eine beim Abbrand emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,9 bis 2,3 µm und die gleichzeitig sehr leistungsstark ist. 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 Wirkmasse für ein beim Abbrand der Wirkmasse spektral strahlendes Scheinziel mit einer beim Abbrand der Wirkmasse emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,7 bis 5,1 µm, die mindestens um einen Faktor 15 stärker ist als eine beim Abbrand der Wirkmasse emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,9 bis 2,3 µm vorgesehen. Die Wirkmasse umfasst als Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome enthaltenden Brennstoff mindestens einen Nitratester und/oder ein Nitrosamin und als Oxidationsmittel Ammoniumperchlorat, wobei die Menge des Ammoniumperchlorats so bemessen ist, dass sie nicht für eine vollständige Oxidation des Brennstoffs ausreicht, wobei die Wirkmasse entweder den Nitratester in Form eines polymeren Feststoffs oder ein Bindemittel umfasst. In dem Brennstoff sind maximal 5 Kohlenstoffatome durch direkte Bindung miteinander verbunden. Mindestens jedes sechste Atom ist also ein Heteroatom, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel. Dadurch wird das Entstehen von Ruß, der beim Glühen ein sehr effizienter Schwarzkörperstrahler ist, zumindest weitgehend verhindert. Sobald 6 Kohlenstoffatome durch direkte Bindung miteinander verbunden sind, kann es bei einer Pyrolyse zu einem Ringschluss und damit zur Bildung einer aromatischen Struktur kommen. Dies führt dann zur Bildung von Ruß als polyaromatischem Stoff, der das Spektrum der emittierten Strahlung in Richtung des A-Bandes verschiebt. Bei höchstens 5 durch direkte Bindung miteinander verbundenen C-Atomen ist die Entstehung aromatischer Strukturen sehr unwahrscheinlich und die Rußbildung stark unterdrückt.
  • Weiterhin enthält die Wirkmasse im Wesentlichen keine elementaren Kohlenstoff enthaltende Kohlenstoffquelle. Bei einer Ausgestaltung enthält die Wirkmasse zumindest im Wesentlichen auch keinen beim Abbrand elementaren Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Ruß, erzeugende Substanz. "Im Wesentlichen" bedeutet dabei, dass keine der gewählten Bestandteile der erfindungsgemäßen Wirkmasse eine solche Kohlenstoffquelle oder Substanz enthält oder die Wirkmasse zumindest nicht mehr als 0,2 Gew.-% einer solchen Kohlenstoffquelle oder Substanz enthält. Ein unbeabsichtigtes Vorhandensein von Spuren einer solchen Kohlenstoffquelle oder Substanz kann naturgemäß nicht ganz ausgeschlossen werden. Die erfindungsgemäße Wirkmasse sollte beim Abbrand nicht mehr als 1 Gew.-% der Wirkmasse an festen Partikeln in der Flamme erzeugen. Solche Partikel und elementarer Kohlenstoff bzw. Ruß erzeugen beim Glühen in der Flamme Schwarzkörperstrahlung und erzeugen dadurch Strahlung im A-Band. Auch das in der Wirkmasse als Oxidationsmittel enthaltene Ammoniumperchlorat hinterlässt beim Abbrand ausschließlich gasförmige Rückstände und trägt somit nicht zur Entstehung von Schwarzkörperstrahlung bei.
  • Der polymere Feststoff übernimmt in der Wirkmasse auch die Funktion eines Bindemittels. Es ist daher kein weiteres Bindemittel erforderlich. Der Feststoff kann dabei auch ein viskoelastisches Material sein. Die Viskoelastizität kann durch weitere Komponenten der Wirkmasse, wie z. B. eine ionische Flüssigkeit, bewirkt oder moduliert werden.
  • Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass der Nitratester und/oder das Nitrosamin nicht nur als Brennstoff und im Falle des Nitratesters gegebenenfalls als Bindemittel dienen, sondern auch dazu, die beim Abbrand entstehende Primärflamme zu verbreitern. Unter einer Primärflamme wird eine Flamme verstanden, die durch Reaktion von aus dem Brennstoff entstandenem Gas mit aus dem Oxidationsmittel entstandenem Gas entsteht. Die Verbreiterung der Primärflamme erfolgt dadurch, dass der Nitratester und das Nitrosamin bei der Verbrennung bereits bei einer Temperatur zwischen 150°C und 250°C exotherm zerfallen und dabei brennbare Gase erzeugen. Die Temperatur der Primärflamme ist dadurch verhältnismäßig gering. Da die Menge des Oxidationsmittels in der Wirkmasse für eine vollständige Oxidation nicht ausreichend ist, verbleiben brennbare Gase, die mit Luftsauerstoff reagieren können. Da jedoch die Primärflamme eine verhältnismäßig niedrige Temperatur aufweist, beginnt die Umsetzung mit dem Luftsauerstoff verhältnismäßig langsam, so dass die Flamme dadurch eine größere Fläche einnimmt. Die entstandenen Gase verbrennen am äußeren Flammenrand mit dem dort zur Verfügung stehenden Luftsauerstoff. Dadurch wird ein Großteil der Strahlung emittiert und nicht in der Flamme absorbiert. Die heißeste Fläche der Flamme wird dabei im Bereich der Verbrennung mit dem Luftsauerstoff erzeugt. Dadurch bleiben Wasser und gegebenenfalls enthaltene feste Teilchen bis zu dieser Zone verhältnismäßig kalt, wobei nur geringfügige Strahlung im A-Band entsteht. Entstehendes oder entstandenes Kohlendioxid wird dagegen in der äußersten Zone der Flamme sehr heiß und emittiert viel Strahlung im B-Band. Gegebenenfalls entstandene Rußpartikel brennen an der Luft schnell ab oder kühlen rasch ab, so dass sie kaum Strahlung im A-Band emittieren. Durch die Unterstützung der Verbrennung durch Luft bleibt die Temperatur in der Flamme relativ lange erhalten und die für die Emission der Strahlung wesentliche Oberfläche der Flamme wird verhältnismäßig groß. Gleichzeitig wird die Feststoffreaktion an der brennenden Oberfläche durch die Flamme bei verhältnismäßig niedriger Temperatur in Gang gehalten. Es entsteht insgesamt eine Flamme mit verhältnismäßig niedriger Temperatur, hoher Leistung und zum B-Band hin verschobenem Strahlungsspektrum.
  • Die Wirkmasse ist durch den Mangel an Oxidationsmittel sauerstoffunterbilanziert. Beim Abbrand dient daher der Luftsauerstoff als weiteres Oxidationsmittel. Im Vergleich zu einer Wirkmasse mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz kann mehr Brennstoff im Verhältnis zum Oxidationsmittel in einer vorgegebenen Menge der Wirkmasse enthalten sein.
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt des hier verwendeten Oxidationsmittels Ammoniumperchlorat besteht darin, dass Ammoniumperchlorat beim Abbrand eine heterogene Flammenstruktur erzeugt und dadurch gewährleistet, dass die Flamme auch bei hoher Windgeschwindigkeit, wie sie bei einem fliegenden Scheinziel im Einsatz vorliegt, nicht erlischt.
  • Weiterhin erfolgt der Abbrand der Wirkmasse durch die durch die Ammoniumperchlorat erzeugte heterogene Flammenstruktur auch bei niedrigem Luftdruck, wie er bei einem in großer Höhe fliegenden Scheinziel herrscht. Weder bei reduziertem Druck noch bei starkem Wind sind zur Verhinderung eines Erlöschens der Flamme weitere Maßnahmen erforderlich, wie dies teilweise bei bekannten Nitrocellulose enthaltenden Scheinzielwirkmassen der Fall ist.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht darin, dass diese sehr kostengünstig hergestellt werden kann. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass das Volumen der Wirkmasse beim Erhitzen derselben abnimmt. Dadurch erhöht sich die Sicherheit der Wirkmasse im Falle eines Brandes und einer damit einhergehenden schnellen starken Erwärmung oder beim langsamen Erhitzen, beispielsweise bei einer Lagerung in der Sonne. In dem Scheinziel entsteht durch die Volumenabnahme der Wirkmasse ein Leerraum und falls es zu einer unbeabsichtigten Anzündung kommen sollte steigt der Druck in dem Scheinziel nicht so schlagartig an wie bei Wirkmassen, bei denen mit einer Erwärmung keine Volumenabnahme erfolgt. Die Reaktion bei diesen Situationen ist daher weniger heftig als bei bekannten Wirkmassen. Weiterhin hat es sich gezeigt, dass sich die erfindungsgemäße Wirkmasse nach einem Pressen im Gegensatz zu bekannten Scheinzielwirkmassen nicht um 0,2 bis 2% ausdehnt. Ein Presswerkzeug kann daher so hergestellt werden, dass es genau das gewünschte Nennmaß vorgibt. Die Herstellung einer Wirkmasse mit einem gewünschten Nennmaß wird dadurch wesentlich vereinfacht.
  • Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirkmasse umfasst das Bindemittel Stärke, ein Polybutadien, ein beim Abbrand der Wirkmasse nur gasförmige Zerfallsprodukte erzeugendes Polymer, wie beispielsweise Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat, oder ein Polymer mit Nitratestergruppen, insbesondere Nitrocellulose, Polyvinylnitrat, Polyglycidylnitrat oder GAP (Glycidylazidpolymer).
  • Der Nitratester kann flüssig sein. Er kann Glyceryltrinitrat, Ethylenglykoldinitrat, Diethylenglykoldinitrat, Triethylenglykoldinitrat oder Methrioltrinitrat umfassen. In diesem Fall kann der flüssige Nitratester auch als Weichmacher für das Bindemittel dienen und die Wirkmasse dadurch phlegmatisieren und somit schlag- und reibunempfindlicher machen. Weiterhin wird die Wirkmasse dadurch selbstschmierend, so dass die Reibung reduziert, ein Pressen der Wirkmasse erleichtert und die Empfindlichkeit der Wirkmasse reduziert wird. Der Nitratester kann auch als polymerer Feststoff Nitrocellulose, Polyvinylnitrat oder Polyglycidylnitrat umfassen. Das Nitrosamin kann 1,3,5-trinitroso-1,3,5-hexahydrotriazin umfassen. Alle genannten Nitratester und das genannte Nitrosamin haben sich als sehr effiziente Primärflammenverbreiterungsmittel erwiesen. Die erfindungsgemäße Wirkmasse ist wesentlich einfacher zu mischen und zu bearbeiten als härtende Harze oder härtende Polymere enthaltende Wirkmassen. Sie können einfach gemischt und direkt danach gepresst werden. Ein Lösemittel ist nicht erforderlich. Dennoch haben sich die Wirkmassen als mechanisch stabiler als herkömmliche Spektralwirkmassen erwiesen. Gesteigert werden kann eine mechanische Beständigkeit noch durch ein nachträgliches sintern der erfindungsgemäßen Wirkmasse.
  • Die flüssigen Nitratester können für Nitrocellulose besonders gut als Weichmacher fungieren. Sie quellen die Nitrocellulose und wandeln sie zu einem Elastomer um. Die Wirkmasse kann dadurch ohne weiteres Lösungsmittel gemischt und gepresst werden.
  • Auch die Bindemittel können beim Abbrand zunächst endotherm unter Entstehung ausschließlich gasförmiger Zerfallsprodukte vergast werden. Die Zerfallsprodukte können dann eine außerhalb der verbreiterten Primärflamme mit dem Luftsauerstoff brennende Sekundärflamme erzeugen und dadurch die Flamme weiter verbreitern.
  • Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Wirkmasse mindestens einen bei einer höheren Temperatur als einer Zerfallstemperatur des Nitratesters und/oder des Nitrosamins unter Entstehung mindestens eines brennbaren Gases endotherm zerfallenden weiteren Brennstoff, wobei der weitere Brennstoff Dicyandiamid, Azodicarbonamid, Dinitrosopentamethylentetramin (DNPT), Glyoxim, Oxamid, Acetamid, Carbazid, oder Semicarbazid oder einen staubförmigen weiteren Brennstoff oder einen bei einem Abbrand der Wirkmasse durch Zerstäuben einen Nebel bildenden weiteren Brennstoff umfasst. "Endotherm Zerfallen" bedeutet, dass es bei zunehmender Temperatur zumindest anfänglich einen Temperaturbereich gibt, in welchem der Zerfall endotherm erfolgt. Die Temperatur der Flamme wird dadurch im Bereich des endothermen Zerfalls effektiv begrenzt. Unter "Zerfallen" wird hier auch ein Sieden bzw. Vergasen verstanden. Die Oberfläche der abbrennenden Wirkmasse sollte durch den weiteren Brennstoff jedoch möglichst wenig oder gar nicht abgekühlt werden. Der Siedepunkt oder die Zerfallstemperatur des weiteren Brennstoffs sollte daher möglichst hoch sein. Weiterhin sollte der weitere Brennstoff nach Möglichkeit eine negative Sauerstoffbilanz aufweisen, beim Abbrand aber dennoch keinen Ruß bilden. Beim Verbrennen sollte der weitere Brennstoff dagegen eine möglichst hohe Verbrennungswärme erzeugen, d. h. der weitere Brennstoff sollte möglichst energiehaltig sein.
  • Der weitere Brennstoff sollte nicht mit dem Nitratester und/oder dem Nitrosamin reagieren können. Durch die damit einhergehende Verträglichkeit wird eine lange Lagerfähigkeit erreicht. Der weitere Brennstoff dient als Flammenverbreiterungsmittel, indem durch die höhere Zerfallstemperatur erreicht wird, dass eine weitere Flammenzone beim Abbrand gebildet wird, weil innerhalb der Primärflamme keine Anzündung des vergasten weiteren Brennstoffs erfolgt.
  • Durch die Strukturmerkmale des weiteren Brennstoffs kann in der Flamme angeregter Stickstoff seine Energie mit hoher Ausbeute an Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid übermitteln und dieses dadurch anregen. Das Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid gibt die dadurch aufgenommene Energie dann als Infrarotstrahlung im B-Band ab. Durch eine Bindung von Stickstoff an Kohlenstoff ist die Energieübertragung besonders effektiv und die Strahlungsausbeute erhöht. Eine Sauerstoffbrücke zwischen Stickstoff- und Kohlenstoffatomen steht dem nicht entgegen, weil die Energie auch über das Sauerstoffatom an das Kohlenstoffatom übertragen werden kann.
  • Bei einer Ausgestaltung umfasst die Wirkmasse Dicyandiamid, Azodicarbonamid, Dinitrosopentamethylentetramin (DNPT), Glyoxim, Oxamid, Acetamid, Carbazid, oder Semicarbazid als weiteren Brennstoff.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Wirkmasse eine Mehrzahl an weiteren Brennstoffen mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen. Dadurch kann eine Mehrzahl an Temperaturzonen in der Flamme erzeugt und dadurch eine sehr hohe Strahlungsleistung realisiert werden. Für eine Erzeugung einer äußeren Flammenzone kann der weitere Brennstoff oder die Mehrzahl an weiteren Brennstoffen einen staubförmigen weiteren Brennstoff, insbesondere eine Cyanverbindung, insbesondere Paracyan, oder einen bei einem Abbrand der Wirkmasse durch Zerstäuben einen Nebel bildenden weiteren Brennstoff, insbesondere eine ionische Flüssigkeit, insbesondere eine eine Imidazol-, Pyridin-, Diazin- oder sonstige Heterocyclusstruktur umfassende ionische Flüssigkeit, insbesondere 1-Butyl-3-methylimidazoliumperchlorat (BMIM-ClO4), umfassen. Ein mit der ionischen Flüssigkeit einhergehender Vorteil besteht darin, dass die Wirkmasse dadurch elektrisch leitfähig und dadurch unempfindlich gegenüber einer elektrostatischen Entladung wird. Weiterhin weisen ionische Flüssigkeiten eine phlegmatisierende Wirkung in der Wirkmasse auf, so dass sich die Empfindlichkeit der Wirkmasse gegen Reibung, Schlag und Stoß verringert.
  • Weiterhin kann die erfindungsgemäße Wirkmasse einen Stabilisator aus der Gruppe der Akardite oder Centralite, insbesondere N,N-Diphenylharnstoff (Arkadit I), N-Methyl-N,N-diphenylharnstoff (Akardit II), 1,3-Diethyl,1',3'-Diphenylharnstoff (Centralit I), 1,3-Dimethyl-1'3'-Diphenylharnstoff (Centralit II) oder N-Methyl-N'-ethyl-N,N'-diphenylharnstoff (Centralit III), umfassen.
  • In der Wirkmasse kann ein Kupfer- oder Eisenatome enthaltender Katalysator, insbesondere Eisenoxid, Ferrocen, Eisenacetonylacetat oder Kupferphtalocyanin, enthalten sein. Der Katalysator erleichtert die Umsetzung von Ammoniumperchlorat bei verhältnismäßig niedriger Temperatur und stabilisiert dadurch den Abbrand.
  • Bei einer Ausgestaltung sind in der Wirkmasse im Wesentlichen (außer den Katalysatoren) keine Stoffe enthalten, die andere Atome als Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, Chlor und Brom enthalten. Dadurch wird die Entstehung von Abbrandprodukten, die das Spektrum in Richtung des A-Bandes verschieben, vermieden. "Im Wesentlichen" bedeutet dabei, dass keine der gewählten Bestandteile der erfindungsgemäßen Wirkmasse diese Stoffe enthält. Ein Vorhandensein von Spuren von Stoffen, die solche Atome enthalten, kann jedoch naturgemäß nicht ganz ausgeschlossen werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer herkömmlichen Wirkmasse und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer erfindungsgemäßen Wirkmasse.
  • Fig. 1 zeigt links eine schematische Darstellung des Abbrands einer herkömmlichen Wirkmasse und rechts davon ein Profil der Temperatur T der bei deren Abbrand entstehenden Flamme in Abhängigkeit vom Abstand d von der brennenden Oberfläche 1 der Wirkmasse. Die Temperatur der brennenden Oberfläche 1 der Wirkmasse liegt bei der Zersetzungstemperatur derjenigen Komponente der Wirkmasse, die sich bei der niedrigsten Temperatur zersetzt. Dabei treten heiße Gase aus der Oberfläche aus und bilden eine Diffusionszone 2. In der Diffusionszone mischen sich oxidierende Gase aus einem in der Wirkmasse enthaltenem Oxidationsmittel und brennbare Gase aus einem in der Wirkmasse enthaltenen Brennstoff und beginnen miteinander in einer Flamme zu reagieren. Die Temperatur steigt dabei rasch bis zu einem Maximalwert in der Reaktionszone 3. Die Gase reagieren schnell bei hoher Temperatur, die in einem Bereich 4 außerhalb der Flamme rasch wieder auf Umgebungstemperatur abkühlt. Die Flamme ist innen sehr heiß, kühlt aber an den Rändern rasch ab. Die Strahlungsausbeute ist gering und alle festen Teilchen sowie Wasserdampf strahlen in der sehr heißen Flamme im A-Band. Das Spektralverhältnis, d. h. das Verhältnis der Intensität der Strahlung im B-Band zum Verhältnis der Strahlung im A-Band, beträgt dadurch im Allgemeinen maximal 10.
  • Fig. 2 zeigt links eine schematische Darstellung des heterogenen Abbrands einer erfindungsgemäßen Wirkmasse mit einer Mehrzahl von weiteren Brennstoffen zur Flammenverbreiterung und rechts daneben ein Profil der Temperatur T der bei deren Abbrand entstehenden Flamme in Abhängigkeit vom Abstand d von der brennenden Oberfläche 1 der Wirkmasse. Im Gegensatz zu dem Abbrand der in Fig. 1 dargestellten Wirkmasse ist die Diffusionszone hier durch Ammoniumperchlorat als Oxidationsmittel heterogen, außerdem stark sauerstoffunterbilanziert und kalt. Der gleichzeitig als Flammenverbreiterungsmittel für die Primärflamme wirkende Brennstoff wird bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zersetzt, wodurch die Temperatur an der Oberfläche der Wirkmasse auf diese Zersetzungstemperatur begrenzt wird. In der Flamme 3 reagieren die sich in der Diffusionszone 2 gemischten Gase aus dem Oxidationsmittel und dem Brennstoff. In der Zone 3 können weitere Brennstoffe aus der Wirkmasse noch nicht reagieren, weil die Temperatur in der Primärflamme 3 dafür noch zu niedrig ist. Die Temperatur der Zone 4 wird begrenzt durch die Zersetzungstemperatur eines der weiteren Brennstoffe. In der Zone 5 kommt es zur Bildung einer Sekundärflamme durch Abbrand des in der Zone 4 zersetzten weiteren Brennstoffs und zur Zersetzung eines weiteren der weiteren Brennstoffe, vorzugsweise zu einem Nebel. Dabei kommt es zu einem weiteren Temperaturanstieg, der jedoch nicht ausreicht, den weiteren der weiteren Brennstoffe zur Reaktion zu bringen. Die Temperatur in der Zone 5 wird durch die Zersetzungstemperatur des weiteren der weiteren Brennstoffe begrenzt. Dieser weitere Brennstoff beginnt erst bei der Temperatur in der Zone 5 die thermische Energie effizient zu absorbieren. In der Zone 6 reagiert der zersetzte weitere Brennstoff mit dem Luftsauerstoff. Die Temperatur kann dabei bis zum adiabatischen Maximum steigen. Durch die Unterstützung der Verbrennung durch Luft fällt die Temperatur oberhalb der Flamme in dem aeroben Bereich 7 nicht so rasch ab wie bei der Wirkmasse gemäß Fig. 1. Die Flamme wird sehr groß und ist nur auf der äußeren Fläche der Zone 6 sehr heiß, wobei ein Großteil der Strahlung nach außen fließen kann, ohne in der Flamme absorbiert zu werden. Wasser und feste Teilchen bleiben bis zum aeroben Bereich 7 verhältnismäßig kalt, so dass nur geringe Mengen an Strahlung im A-Band entstehen, während Kohlendioxid im äußeren Bereich der Zone 6 stark im B-Band strahlt. In der aeroben Zone 7 an der Luft abbrennende Partikel sind im heißen und damit strahlenden Zustand sehr kurzlebig und verschieben dadurch das Spektrum der emittierten Strahlung nur unwesentlich in Richtung des A-Bandes.
  • Von jeder der nachfolgenden Wirkmassen wurden jeweils 5 Tabletten à 10 g Wirkmasse gepresst. Die Tabletten wurden abgebrannt und deren Strahlungsleistung mit einem Zweikanalradiometer bestimmt. Die als Beispiel 1 aufgeführte Wirkmasse MTV diente dabei als Standard. Die Strahlungsleistung beim Abbrand der Tabletten wird als Prozentsatz der Strahlungsleistung von MTV angegeben.
  • 200 g der in einigen der nachfolgend angegebenen Wirkmassen verwendeten ionischen Flüssigkeit BMIM-ClO4 wurden wie folgt synthetisiert:
    150 g BMIM-CI wurden in ca. 600 ml trockenem Methanol bei 25°C in einem 2 Liter Einhalskolben aufgelöst. Eine stöchiometrische Menge trockenes Natriumperchlorat wurde ebenfalls in 600 ml trockenem Methanol in einem 2 Liter Einhalskolben getrennt aufgelöst. Dann wurde die gesamte Perchloratlösung auf einmal in die BMIM-Chloridlösung gegeben. Die Flasche, in der die Perchloratlösung war, wurde noch 3 x mit 50 ml trockenem Methanol gewaschen und das Methanol auch noch zu der BMIM-Chloridlösung gegeben. Die resultierende Lösung wurde nach einigen Minuten trüb und gelb, als das entstandene Natriumchlorid begann auszufallen.
  • Die gesamte Lösung wurde anschließend eine Stunde unter Rückfluss gekocht. Die heiße Lösung wurde danach mittels einer Fritte in einen 2 Liter Einhalskolben filtriert und der Niederschlag noch 3 x mit 50 ml trockenem Methanol gewaschen. Der praktisch ausschließlich aus Kochsalz bestehende Filterkuchen wurde entsorgt.
  • Der Einhalskolben wurde anschließend an einen Rotationsverdampfer angeschlossen und das Methanol unter ca. 500 mbar Druck abdestilliert, wobei das Wasserbad im Verdampfer auf 90°C erhitzt wurde. Als das Methanol abdestilliert war, wurde das warme rohe BMIM-ClO4 aus dem Kolben nochmals durch die Fritte in einen 250 ml Scheidetrichter filtriert, weil beim Verdampfen des Methanols noch weiteres Kochsalz ausgefallen ist.
  • Das fertige BMIM-ClO4 (ein gelbliches, zähflüssiges Öl) wurde aus dem Scheidetrichter in eine Laborflasche gefüllt und gewogen. Die Ausbeute war nahezu quantitativ.
    • Referenzbeispiel 1:
  • Standard-MTV (Magnesium-Teflon-Viton).
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Magnesiumpulver Ecka LNR 61 60,0
    Teflonpulver Hoechst TF 9202 25,0
    Viton 3M Fluorel FC-2175 10,0 TMD = 1893
    Grafit Merck 5,0 Gleitmittel
    TMD = Theoretische maximale Dichte (in kg/m3)
    • Referenzbeispiel 2:
  • Bekannte spektral angepasste Wirkmasse auf Basis von Ammoniumperchlorat. Diese Wirkmasse weist ein relativ hohes Spektralverhältnis aber verhältnismäßig wenig Energie auf. Unter dem Spektralverhältnis wird das Verhältnis der Strahlungsleistung im B-Band zur Strahlungsleistung im A-Band verstanden.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat 85,50
    HTPB R45HT-M M = 2800 13,47
    IPDI 1,01 TMD = 1678
    Eisenacetonylacetat 0,02
    HTPB = Hydroxyl-terminiertes Polybutadien
    IPDI = Isophorondiisocyanat
    • Referenzbeispiel 3:
  • Spektral angepasste Wirkmasse auf Basis von Ammoniumperchlorat. Diese Wirkmasse weist ein relativ hohes Spektralverhältnis aber verhältnismäßig wenig Energie auf. Diese Wirkmasse zeigt die Wirkung des weiteren Brennstoffs Hexamethylentetramin: Bei gleicher Sauerstoffbilanz wie die Wirkmasse gemäß Beispiel 2 wird eine höhere Strahlungsenergie erreicht, jedoch bleibt das Spektralverhältnis unverändert.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat D50 = 25 µm 77,8
    HTPB R45HT-M M = 2800 10,32
    IPDI 0,78 TMD = 1678
    Hexamethylentetramin kristallin 11,0
    Eisenacetonylacetat 0,10
    • Referenzbeispiel 4:
  • Bekanntes Treibladungspulver mit höherer Energie und höherem Spektralverhältnis als die Wirkmasse gemäß der Beispiele 2 und 3. Die Wirkmasse brennt ohne aufwändige Vorrichtungen nicht bei hoher Windgeschwindigkeit, da die Flamme homogen ist.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Nitrocellulose 13,0 % N 100,0
    • Referenzbeispiel 5:
  • Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Nitrocellulose als Bindemittel und Flammenverbreiterungsmittel und Dioctyladipat als Weichmacher. Diese Wirkmasse hat dieselbe Sauerstoffbilanz wie die Wirkmasse gemäß der Beispiele 2 und 3, aber etwa die doppelte Energie und das doppelte Spektralverhältnis und zeigt dadurch die Wirkung des Nitratesters Nitrocellulose als Flammenverbreiterungsmittel.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat gemahlen d50 = 25 µm 41,00
    Nitrocellulose Hagedorn H24 50,25 T = 2130 K
    Dioctyladipat BASF 8,85 TMD = 1575
    • Beispiel 6:
  • Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Nitrocellulose als Bindemittel und Brennstoff, Diethylenglykoldinitrat (DEGDN) als Brennstoff und Weichmacher und Oxamid als weiterem Brennstoff und Flammenverbreiterungsmittel sowie Akardit II als Stabilisator und Flammenverbreiterungsmittel. Die Wirkmasse ist wesentlich leistungsfähiger als die Wirkmasse gemäß Beispiel 4. Diese Wirkmasse zeigt die Gesamtwirkung des Nitratesters Nitrocellulose, des weiteren Brennstoffs und der negativeren Sauerstoffbilanz ohne Rußbildung. Auch das Spektralverhältnis ist verbessert, da dieser Satz ca. 700 K kälter abbrennt als die Wirkmasse gemäß Beispiel 4.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat gemahlend50 =25 µm 18,10
    Nitrocellulose Hagedorn H24 31,70 T = 1430 K
    DEGDN selbst synthetisiert 21,10 TMD = 1641
    Oxamid Pulver 28,90
    Akardit II 0,10
    • Beispiel 7:
  • Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Flüssigsalz (ionischer Flüssigkeit) als zusätzlichem weiteren Brennstoff, Flammenverbreiterungsmittel und Weichmacher, wobei eine zusätzliche Flammenzone entsteht und die Flamme noch größer wird. Dieses ist durch die spezifische Leistung und das Spektralverhältnis zu erkennen. Beide sind höher als mit der Wirkmasse gemäß Referenzbeispiel 5, obwohl der Satz etwas heißer brennt.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat gemahlen d50 = 25 µm 19,90
    Nitrocellulose Hagedorn H24 41,50 T = 1500 K
    DEGDN selbst synthetisiert 11,80 TMD = 1645
    BMIM-ClO4 selbst synthetisiert 5,90
    Oxamid Pulver 20,80
    Akardit II 0,10
    BMIM-ClO4 = 1-Butyl-3-methylimidazoliumperchlorat, ein Flüssigsalz.
    • Beispiel 8:
  • Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Nitrocellulose als Brennstoff, Diethylenglykoldinitrat als Brennstoff und Weichmacher, BMIM-ClO4 als weiterem Brennstoff und Flammenverbreiterungsmittel und zusätzlichem Weichmacher sowie Paracyan als weiterem weiteren Brennstoff und Flammenverbreiterungsmittel in Staubform. Diese Wirkmasse weist eine extrem hohe spezifische Energie sowie ein extrem hohes Spektralverhältnis auf.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat gemahlen d50 = 25 µm 20,30
    Nitrocellulose Hagedorn H24 41,70 T = 1830 K
    DEGDN selbst synthetisiert 11,80 TMD = 1702
    BMIM-ClO4 selbst synthetisiert 5,9
    Paracyan Pulver 20,20
    Akardit II 0,10
    • Beispiel 9:
  • Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Nitrocellulose als Brennstoff, Diethylenglykoldinitrat als Brennstoff und Weichmacher, Dicyandiamid als weiterem Brennstoff und Flammenverbreiterungsmittel und BMIM-ClO4 als weiterem weiteren Brennstoff, Flammenverbreiterungsmittel in Nebelform und zusätzlichem Weichmacher. Diese Wirkmasse weist ebenfalls eine extrem hohe spezifische Energie sowie ein extrem hohes Spektralverhältnis auf.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat gemahlen d50 = 25 µm 21,90
    Nitrocellulose Hagedorn H24 37,90 T = 1470 K
    DEGDN selbst synthetisiert 10,80 TMD = 1583
    BMIM-ClO4 selbst synthetisiert 5,40
    Dicyandiamid kristallin 24,00
    Akardit II 0,10
    • Beispiel 10:
  • Erfindungsgemäße Wirkmasse mit Nitrocellulose als Brennstoff, Diethylenglykoldinitrat als Brennstoff und Weichmacher, Azodicarbonamid als weiterem Brennstoff und Flammenverbreiterungsmittel und BMIM-ClO4 als weiterem weiteren Brennstoff, Flammenverbreiterungsmittel in Nebelform und zusätzlichem Weichmacher. Diese Wirkmasse weist eine sehr hohe spezifische Energie sowie ein extrem hohes Spektralverhältnis auf. Tabelle 1: Messergebnisse von Strahlungsmessungen im Labor ohne Wind. Alle Ergebnisse sind Durchschnittswerte von 5 Parallelversuchen. Der Pressdruck bei allen Sätzen betrug 1000 bar, 17 mm Werkzeugdurchmesser, Ansatz 10,0 g. Beispiele 1-5 sind Referenzbeispiele.
    Stoff Typ Gew.-% Sonstiges
    Ammoniumperchlorat gemahlen d50 = 25 µm 19,90
    Nitrocellulose Hagedorn H24 39,40 T= 1790 K
    DEGDN selbst synthetisiert 11,00 TMD = 1645
    BMIM-ClO4 selbst synthetisiert 5,60
    Azodicarbonamid kristallin 24,00
    Akardit II 0,10
    Satz Ea[J/ (g sr)] Eb[J/ (g sr)] (Ea + Eb) [J/(g sr)] Eb/Ea % MTV (MW-Kanal)
    Beispiel 1 152 84 236 0,553 100
    Beispiel 2 2,7 19,8 22,5 8,7 24
    Beispiel 3 3,7 31,3 35,0 8,7 37,2
    Beispiel 4 4,1 78,8 82,9 19,2 94
    Beispiel 5 3,4 76,5 80,0 22,2 91
    Beispiel 6 3,7 90,9 94,6 24,6 108
    Beispiel 7 3,7 100,9 104,6 27,3 120
    Beispiel 8 5,1 148,8 153,9 29,2 177
    Beispiel 9 7,1 124,0 131,2 17,3 148
    Beispiel 10 3,5 100,4 103,9 28,7 120
    Ea = spezifische Leistung im KW-Kanal (ca. 1,9 bis 2,3 µm) in J/(g sr); Eb = spezifische Leistung im MW-Kanal (ca. 3,7 bis 5,1 µm) in J/(g sr); (Ea + Eb) in J/(g sr) = die Summe von KW- und MW-Kanälen; Eb/Ea = das Verhältnis von MW zu KW-Kanal; % MTV = Leistung als Prozent der Leistung von Standard-MTV; KW = Kurzwellig; MW = Mittelwellig.

Claims (12)

  1. Wirkmasse für ein beim Abbrand der Wirkmasse spektral strahlendes Scheinziel mit einer beim Abbrand der Wirkmasse emittierten Strahlung im Wellenlängenbereich von 3,7 bis 5,1 µm, die mindestens um einen Faktor 15 stärker ist als eine beim Abbrand der Wirkmasse emittierte Strahlung im Wellenlängenbereich von 1,9 bis 2,3 µm,
    wobei die Wirkmasse als Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome enthaltenden Brennstoff mindestens einen Nitratester und/oder ein Nitrosamin und als Oxidationsmittel Ammoniumperchlorat umfasst, wobei die Menge des Ammoniumperchlorats so bemessen ist, dass sie nicht für eine vollständige Oxidation des Brennstoffs ausreicht, wobei die Wirkmasse entweder den Nitratester in Form eines polymeren Feststoffs oder ein Bindemittel umfasst, wobei in dem Brennstoff maximal 5 Kohlenstoffatome durch direkte Bindung miteinander verbunden sind, wobei im Wesentlichen keine elementaren Kohlenstoff enthaltende Kohlenstoffquelle in der Wirkmasse enthalten ist, also keiner der gewählten Bestandteile der Wirkmasse eine solche Kohlenstoffquelle enthält oder die Wirkmasse zumindest nicht mehr als 0,2 Gew.-% einer solchen Kohlenstoffquelle enthält, wobei die Wirkmasse mindestens einen bei einer höheren Temperatur als einer Zerfallstemperatur des Nitratesters und/oder des Nitrosamins unter Entstehung mindestens eines brennbaren Gases endotherm zerfallenden weiteren Brennstoff umfasst, wobei der weitere Brennstoff Dicyandiamid, Azodicarbonamid, Dinitrosopentamethylentetramin (DNPT), Glyoxim, Oxamid, Acetamid, Carbazid, oder Semicarbazid oder einen staubförmigen weiteren Brennstoff oder einen bei einem Abbrand der Wirkmasse durch Zerstäuben einen Nebel bildenden weiteren Brennstoff umfasst.
  2. Wirkmasse nach Anspruch 1,
    wobei der staubförmige weitere Brennstoff eine Cyanverbindung, insbesondere Paracyan, umfasst.
  3. Wirkmasse nach einem der Ansprüche vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der bei einem Abbrand der Wirkmasse durch Zerstäuben einen Nebel bildende weitere Brennstoff eine ionische Flüssigkeit, insbesondere eine eine Imidazol-, Pyridin-, Diazin- oder sonstige Heterocyclusstruktur umfassende ionische Flüssigkeit, insbesondere 1-Butyl-3-methylimidazoliumperchlorat (BMIM-ClO4), umfasst.
  4. Wirkmasse nach einem der Ansprüche vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel Stärke, ein Polybutadien, ein beim Abbrand der Wirkmasse nur gasförmige Zerfallsprodukte erzeugendes Polymer, insbesondere Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat, oder ein Polymer mit Nitratestergruppen, insbesondere Nitrocellulose, Polyvinylnitrat oder Polyglycidylnitrat, umfasst.
  5. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Nitratester flüssig ist und Glyceryltrinitrat, Ethylenglykoldinitrat, Diethylenglykoldinitrat, Triethylenglykoldinitrat oder Methrioltrinitrat oder als polymeren Feststoff Nitrocellulose, Methylnitraminocellulose, Polyvinylnitrat oder Polyglycidylnitrat umfasst und wobei das Nitrosamin 1,3,5-trinitroso-1,3,5-hexahydrotriazin oder Dinitrosopentamethylentetramin umfasst.
  6. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der weitere Brennstoff Oxamid umfasst.
  7. Wirkmasse nach einem der Ansprüche vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Wirkmasse eine Mehrzahl an weiteren Brennstoffen mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen umfasst.
  8. Wirkmasse nach Anspruch 7,
    wobei die Mehrzahl an weiteren Brennstoffen einen staubförmigen weiteren Brennstoff, insbesondere eine Cyanverbindung, insbesondere Paracyan, oder einen bei einem Abbrand der Wirkmasse durch Zerstäuben einen Nebel bildenden weiteren Brennstoff, insbesondere eine ionische Flüssigkeit, insbesondere eine eine Imidazol-, Pyridin-, Diazin- oder sonstige Heterocyclusstruktur umfassende ionische Flüssigkeit, insbesondere 1-Butyl-3-methylimidazoliumperchlorat (BMIM-ClO4), umfasst.
  9. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Wirkmasse einen Stabilisator aus der Gruppe der Akardite oder Centralite, insbesondere N,N-Diphenylharnstoff (Arkadit I), N-Methyl-N,N-diphenylharnstoff (Arkadit II), 1,3-Diethyl,1',3'-Diphenylharnstoff (Centralit I), 1,3-Dimethyl-1'3'-Diphenylharnstoff (Centralit II) oder N-Methyl-N'-ethyl-N,N'-diphenylharnstoff (Centralit III), umfasst.
  10. Wirkmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei darin ein Kupfer- oder Eisenatome enthaltender Katalysator, insbesondere Eisenoxid, Ferrocen, Eisenacetonylacetat oder Kupferphtalocyanin, enthalten ist.
  11. Wirkmasse nach Anspruch 10,
    wobei darin im Wesentlichen, außer dem Katalysator, keine Stoffe enthalten sind, die andere Atome als Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, Chlor und Brom enthalten, indem keiner der gewählten Bestandteile der erfindungsgemäßen Wirkmasse, außer dem Katalysator, diese Stoffe enthält.
  12. Wirkmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    wobei darin im Wesentlichen keine Stoffe enthalten sind, die andere Atome als Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, Chlor und Brom enthalten, indem keiner der gewählten Bestandteile der erfindungsgemäßen Wirkmasse diese Stoffe enthält.
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