EP3882229A1 - Schmelzgiessbare sprengstoffwirkmasse - Google Patents

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Publication number
EP3882229A1
EP3882229A1 EP21162112.3A EP21162112A EP3882229A1 EP 3882229 A1 EP3882229 A1 EP 3882229A1 EP 21162112 A EP21162112 A EP 21162112A EP 3882229 A1 EP3882229 A1 EP 3882229A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
explosive
mode
particles
active mass
particle size
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21162112.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver PHAM-SCHÖNWETTER
Arno Hahma
Björn DONNER
Philipp Schwegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Defence GmbH and Co KG filed Critical Diehl Defence GmbH and Co KG
Publication of EP3882229A1 publication Critical patent/EP3882229A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C06B45/02—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising particles of diverse size or shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0033—Shaping the mixture
    • C06B21/005—By a process involving melting at least part of the ingredients

Definitions

  • the invention relates to an explosive active substance which comprises a crystalline first explosive and a fusible second explosive as a binding agent as well as an energetic additive.
  • Octol A similar explosive substance, but without an energetic additive, is known under the name Octol. It is a solid mixture of cyclotetramethylenetetranitramine (HMX) and trinitrotoluene (TNT). The mixture can contain, for example, 70% by weight of HMX and 30% by weight of TNT ("Octol 70/30") or 75% by weight of HMX and 25% by weight of TNT (“Octol 75/25”) .
  • HMX cyclotetramethylenetetranitramine
  • TNT trinitrotoluene
  • the mixture can contain, for example, 70% by weight of HMX and 30% by weight of TNT (“Octol 70/30”) or 75% by weight of HMX and 25% by weight of TNT (“Octol 75/25”) .
  • Octol is a melt-castable explosive active substance, which, however, has a high sensitivity and is therefore dangerous to handle.
  • the object of the present invention is to provide an alternative explosive active substance which, in the event of a detonation, provides a similarly high performance as Octol, but at the same time is significantly less sensitive and therefore safer to handle.
  • an explosive active substance which, in addition to a crystalline first explosive and a second explosive as a binder, comprises an energetic additive.
  • An energetic additive is understood to mean an additive which, after being ignited or ignited, releases energy, in particular at least 1 kJ / g, through reaction without external oxidizers, such as atmospheric oxygen. Molecules of such additives usually carry energetic groups such as nitro groups, nitramine groups or nitrate groups.
  • the second explosive has a melting point or melting range in a temperature range between 70 ° C and 120 ° C. As a result, the explosive active compound according to the invention can be melt-cast.
  • a special feature of the explosive substance according to the invention is that the first explosive and the additive are present in the form of particles in a mixture in which the particles have a multimodal particle size distribution.
  • the mixture has a particle size distribution having at least three modes, an average particle size of the particles of a first mode being 1.2 to 20 times larger than an average particle size of the particles of a second mode.
  • the second mode can be that of the modes which has the smallest mean particle size.
  • the mean particle size of the particles of the first mode is also 1.2 times to 20 times smaller than a mean particle size of the particles of a third mode.
  • the third mode can be that of the modes that has the largest mean particle size.
  • a mean particle size is understood to mean that particle size at which just 50% of the particles in this mode are smaller than this particle size.
  • the particle size and the particle size distribution can be determined by means of laser diffraction.
  • the "Mastersizer 3000" device from Malvern Panalytical GmbH, Kassel, Germany, for example, can be used for this purpose.
  • the particles to be measured are suspended in a liquid, for example isopropanol, and the scattering of a laser beam guided through the resulting suspension is analyzed. The analysis is carried out by comparing a diffraction pattern obtained by laser diffraction with diffraction patterns obtained by calibration using defined suspensions of spherical particles of different sizes.
  • the particle size determined by laser light scattering is a physical equivalent diameter.
  • another physical equivalent diameter can also be determined, for example by determining the sinking speed of the particles in a liquid or in air. at the particle size determination by means of the sinking speed of particles in air is called the aerodynamic diameter and the particle size determination by means of the sedimentation speed of particles in a liquid is called the equivalent diameter in a fluid.
  • the mean particle size of the second mode is no more than 20 times smaller than the mean particle size of the first mode prevents the molten explosive substance from becoming too viscous to be easy to handle in the molten state by casting. If the particles are too small, the result is a highly viscous melt.
  • the additive is energetic, it is avoided that the explosive active mass is excessively reduced in its performance by the additive. Due to the very close packing of the particles achieved through the special particle size distribution in at least three modes, the sensitivity of the explosive substance is reduced. It can be further reduced if the aggregate is an insensitive aggregate.
  • the insensitivity of the additive, the explosive substance or another component of the explosive substance can be determined by means of a gap test.
  • the height of a standardized water column referred to as a "gap" or “gap", is measured, which is sufficient to transfer a shock wave generated by detonation of a standard explosive charge in the water column to the explosive active substance or explosive active substance component to be examined in such a way that it detonates or detonates reliably reliably no longer detonated.
  • the values are usually given in millimeters of the water column. The lower the value, the more insensitive the examined active mass or active mass component is.
  • the limit value of the gap for an insensitive substance is 15 mm. If the gap is equal to or smaller than 15 mm and the substance does not yet detonate in a reproducible manner, it is classified as insensitive.
  • Such insensitive additives are known. It can be, for example, nitroguanidine, guanylurea dinitramide (FOX-12; GUDN; CAS No. 217464-38-5), guanidine dinitrate, nitrotriazolone (NTO), triaminotrinitrobenzene (TATB) or dihydroxylammonium-5,5'-bistetrazole Act 1,1'-diolate (TKX-50).
  • the aggregate can comprise at least one of the substances mentioned.
  • the absolute density of the aggregate can be at least 1.74 g / cm 3 , in particular at least 1.75 g / cm 3 .
  • the explosive substance can contain a wax, plastic or resin which has a melting point or melting range in a temperature range from 80.degree. C. to 120.degree.
  • the sensitivity can be reduced in a cost-effective manner, but this is usually associated with a loss of performance of the explosive active substance.
  • the particles of the first mode can be particles of the aggregate.
  • the mean particle size of the particles of the first mode can be in the range from 90 ⁇ m to 210 ⁇ m, in particular 100 ⁇ m to 190 ⁇ m, in particular 110 ⁇ m to 180 ⁇ m.
  • a ratio of the percentage by weight of the particles of the first mode to the percentage by weight of the particles of the second mode in the explosive substance can be in the range from 1: 5 to 6: 1, in particular 2: 1 to 5: 1.
  • a ratio of the percentage by weight of the particles of the second mode to the percentage by weight of the particles of the third mode in the explosive substance can be in the range from 1: 2 to 1: 6, in particular 1: 3 to 1: 5.
  • a ratio of the percentage by weight of the particles of the first mode to the percentage by weight of the particles of the third mode in the explosive active mass can be in the range from 1: 1 to 1:12, in particular 1: 2 to 1: 11, in particular 1: 3 to 1: 5 , lie.
  • a ratio of the percentages by weight of the particles of the first, second and third mode in the explosive substance can be selected so that the explosive substance has a density of more than 99%, in particular more than 99.1%, in particular more than 99.2%, in particular more than 99.3%, in particular more than 99.4%, of the theoretical maximum density and / or an absolute density of at least 1.77 g / cm 3 , in particular at least 1.78 g / cm 3 , in particular at least 1.79 g / cm 3 , in particular at least 1.80 g / cm 3 .
  • the mean particle size of the particles of the first mode can be 1.3 to 18 times, in particular 1.4 to 12 times, in particular 1.5 -fold to 8 times, larger than the mean particle size of the particles of the second mode.
  • the mean particle size of the particles of the first mode can be 1.3 times to 18 times, in particular 1.4 times to 12 times, in particular 1.5 times to 8 times, smaller as the mean particle size of the particles of the third mode.
  • the particle size distribution has three or four modes.
  • the first explosive can be cyclotetramethylenetetranitramine (HMX), 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene (DADNE, FOX-7), hexogen (RDX), 3,3'-diamino-4,4'-azoxyfurazan (DAAF), 2,6-diamino-3,5-dinitropyrazine-1-oxide (LLM-105).
  • the first explosive can also be any other crystalline explosive whose detonation pressure is higher than the detonation pressure of cyclotrimethylene trinitramine (hexogen) and whose detonation speed is higher than the detonation speed of hexogen when the other crystalline explosive and hexogen detonate.
  • the second explosive can be trinitrotoluene (TNT), 1-methyl-2,4,5-trinitroimidazole (MTNI), bis (1,2,4-oxadiazolyl) furoxan (BOF), N-methyltetranitropyrrole (MTNP), bis (1, 2,4-oxadiazole) bis (methylene) dinitrate (BITN), 3,3-bis-isoxazole-5,5'-bis-methylenedinitrate (BIDN), 3- (4-aminofurazan-3-yl) -4- ( 4-nitrofurazan-3-yl) furazan (ANTF), 1,3,3-trinitroazetidine (TNAZ), a eutectic mixture containing ammonium nitrate, or ammonium dinitramine (ADN).
  • TNT trinitrotoluene
  • MTNI 1-methyl-2,4,5-trinitroimidazole
  • BOF bis (1,2,4-oxadiazolyl) furoxan
  • MTNP N-methyltetranitro
  • the particles of the first mode consist of the aggregate.
  • the particles of the second and third modes can each consist of the first explosive.
  • the particles of the second mode or of the third mode consist of the aggregate or the particles of the first and third mode or of the first and second mode consist of the explosive. Any other combination of the composition of the particles of the individual modes is possible. It is even possible for particles of different composition to belong to the same mode of particle size distribution.
  • the particle size distributions of the particles of potential components of an explosive active mass according to the invention were determined by means of the "Mastersizer 3000" particle size measuring device from Malvern Panalytical GmbH in a suspension of the particles in isopropanol. The measurements were each carried out several times in order to be able to recognize an artificial falsification of the measurement results. The results of the measurements are in the Figures 1 to 4 shown. All measurement curves determined with the same substance were shown in the same figure. In the order of Figures 1 to 4 these show the results of the particle size determinations of guanylurea dinitramide, nitroguanidine, HMX NSO137 and HMX Grade B Class 2.
  • the determined mean particle size ie the particle size at which 50% of the total particles contained in the measured sample are smaller than this value, is 164 ⁇ m for guanylurea dinitramide, 115 ⁇ m for nitroguanidine, 244 ⁇ m for HMX NSO137 and 9.87 ⁇ m for HMX Grade B Class 2. Since the measurement curves determined for the respective substance are almost congruent, an artificial falsification of the measurements, for example due to air bubbles, can be excluded.
  • Trinitrotoluene was used as a meltable explosive with a melting point of 80.1 ° C.
  • the components indicated in Table 1 below were used in the indicated weight percent mixing ratio mixed to get the particular mix.
  • the resulting mixtures were each melted in a water bath, mixed homogeneously and then poured into the test specimens.
  • the test specimens were used to determine the actual density, to carry out the gap test and to determine the detonation properties.
  • Components Mixing ratio [% by weight] 5 GUDN 5 TNT 30th HMX NSO137 51 HMX Grade B Class 2 14th 7th Nitroguanidine 15th TNT 33 HMX NSO137 41 HMX Grade B Class 2 11
  • V5 denotes mixture no. 5
  • V7 denotes mixture no. 7.
  • the limit value of the gap for an insensitive explosive is 15 mm. Is the If the gap is equal to or smaller than 15 mm and the explosive does not yet detonate in a reproducible manner, it is classified as insensitive. From the above table 2 it can be clearly seen that the Octol 70/30 used as reference is not insensitive, while the mixtures No. 5 and 7 are to be classified as insensitive.
  • Density for TMD [%] denotes the percentage density of the respective explosive active mass in relation to the theoretical maximum density of the respective explosive active mass.
  • Table 3 ⁇ /b> composition Density [g / cm 3 ] Density to TMD [%] Octol 70/30 (reference) 1.8281 99.8940 GUDN / TNT / HMX NSO137 / HMX Grade B Class 2 (V5) 1.8021 99.4547 NQ / TNT / HMX NSO137 / HMX Grade B Class 2 (V7) 1.7804 99.4610

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sprengstoffwirkmasse, umfassend einen kristallinen ersten Sprengstoff, einen zweiten Sprengstoff als Bindemittel und einen energetischen Zuschlagsstoff, wobei der zweite Sprengstoff einen Schmelzpunkt oder Schmelzbereich in einem Temperaturbereich zwischen 70 °C und 120 °C aufweist, wobei der erste Sprengstoff und der Zuschlagsstoff in Form von Partikeln in einem Gemisch vorliegen, welches eine zumindest drei Modi aufweisende Partikelgrößenverteilung aufweist, wobei eine mittlere Partikelgröße eines ersten Modus um das 1,2-fache bis 20-fache größer ist als eine mittlere Partikelgröße eines zweiten Modus und um das 1,2-fache bis 20-fache kleiner ist als eine mittlere Partikelgröße eines dritten Modus.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sprengstoffwirkmasse, welche einen kristallinen ersten Sprengstoff und einen schmelzbaren zweiten Sprengstoff als Bindemittel sowie einen energetischen Zuschlagsstoff umfasst.
  • Eine ähnliche Sprengstoffwirkmasse, jedoch ohne einen energetischen Zuschlagsstoff, ist unter dem Namen Octol bekannt. Dabei handelt es sich um ein festes Gemisch aus Cyclotetramethylentetranitramin (HMX) und Trinitrotoluol (TNT). In dem Gemisch können beispielsweise 70 Gew.-% HMX und 30 Gew.-% TNT ("Octol 70/30") oder 75 Gew.-% HMX und 25 Gew.-% TNT ("Octol 75 / 25") enthalten sein. Octol ist eine schmelzgießbare Sprengstoffwirkmasse, die jedoch eine hohe Sensitivität aufweist und daher in der Handhabung gefährlich ist.
  • Aus Ernst-Christian Koch, Defense Technology 15 (2019), Seiten 467 bis 487 sind insensitive Nitroguanidin enthaltende Sprengstoffwirkmassen bekannt. Außerdem ist aus der Veröffentlichung eine Guanylharnstoff-Dinitramid (FOX-12), Trinitrotoluol (TNT) und Hexogen (RDX) enthaltende Sprengstoffwirkmasse bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Sprengstoffwirkmasse bereitzustellen, welche bei einer Detonation eine ähnlich hohe Leistung wie Octol bereitstellt, gleichzeitig jedoch deutlich weniger empfindlich und daher sicherer zu handhaben ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 15.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Sprengstoffwirkmasse gelöst, die neben einem kristallinen ersten Sprengstoff und einem zweiten Sprengstoff als Bindemittel einen energetischen Zuschlagsstoff umfasst. Unter einem energetischen Zuschlagsstoff wird ein Zuschlagsstoff verstanden, welcher nach seiner Zündung oder Anzündung durch Reaktion ohne externe Oxidatoren, wie Luftsauerstoff, Energie, insbesondere mindestens 1 kJ/g freisetzt. Moleküle derartiger Zuschlagsstoffe tragen üblicherweise energetische Gruppen, wie Nitrogruppen, Nitramingruppen oder Nitratgruppen. Der zweite Sprengstoff weist einen Schmelzpunkt oder Schmelzbereich in einem Temperaturbereich zwischen 70 °C und 120 °C auf. Dadurch wird die erfindungsgemäße Sprengstoffwirkmasse schmelzgießbar. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse besteht darin, dass der erste Sprengstoff und der Zuschlagsstoff in Form von Partikeln in einem Gemisch vorliegen, in welchem die Partikel eine multimodale Partikelgrößenverteilung aufweisen. In der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse weist das Gemisch eine zumindest drei Modi aufweisende Partikelgrößenverteilung auf, wobei eine mittlere Partikelgröße der Partikel eines ersten Modus um das 1,2-fache bis 20-fache größer ist als eine mittlere Partikelgröße der Partikel eines zweiten Modus. Der zweite Modus kann derjenige der Modi sein, der die kleinste mittlere Partikelgröße aufweist. Die mittlere Partikelgröße der Partikel des ersten Modus ist außerdem um das 1,2-fache bis 20-fache kleiner als eine mittlere Partikelgröße der Partikel eines dritten Modus. Der dritte Modus kann derjenige der Modi sein, der die größte mittlere Partikelgröße aufweist.
  • Unter einer mittleren Partikelgröße wird dabei diejenige Partikelgröße verstanden, bei der gerade 50% der Partikel dieses Modus kleiner als diese Partikelgröße sind. Die Partikelgröße und die Partikelgrößenverteilung kann mittels Laserbeugung bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise das Gerät "Mastersizer 3000" der Firma Malvern Panalytical GmbH, Kassel, Deutschland eingesetzt werden. Zur Partikelgrößenbestimmung mittels Laserbeugung werden die zu vermessenden Partikel in einer Flüssigkeit, beispielsweise Isopropanol, suspendiert und die Streuung eines durch die resultierende Suspension geleiteten Laserstrahls analysiert. Die Analyse erfolgt, indem ein durch die Laserbeugung erhaltenes Beugungsmuster mit Beugungsmustern verglichen wird, die durch Kalibrierung mittels definierten Suspensionen kugelförmiger Partikel unterschiedlicher Größe erhaltenen wurden. Bei der durch Laserlichtstreuung ermittelten Partikelgröße handelt es sich um einen physikalischen Äquivalentdurchmesser. Alternativ kann auch ein anderer physikalischer Äquivalentdurchmesser, beispielsweise durch eine Bestimmung der Sinkgeschwindigkeit der Partikel in einer Flüssigkeit oder in Luft, bestimmt werden. Bei der Partikelgrößenbestimmung mittels der Sinkgeschwindigkeit von Partikeln in Luft spricht man vom aerodynamischen Durchmesser und bei der Partikelgrößenbestimmung mittels der Sedimentationsgeschwindigkeit von Partikeln in einer Flüssigkeit vom Äquivalentdurchmesser in einem Fluid.
  • Durch die Größenabstufung der in der Sprengstoffwirkmasse enthaltenen Partikel kann eine sehr hohe Dichte der Sprengstoffwirkmasse erreicht werden. Dadurch, dass die mittlere Partikelgröße des zweiten Modus um nicht mehr als das 20-fache kleiner ist als die mittlere Partikelgröße des ersten Modus, wird vermieden, dass die geschmolzene Sprengstoffwirkmasse zu viskos wird, um in geschmolzenem Zustand durch Gießen noch gut handhabbar zu sein. Sind die Partikel zu klein resultiert daraus eine hochviskose Schmelze.
  • Dadurch, dass der Zuschlagstoff energetisch ist, wird vermieden, dass die Sprengstoffwirkmasse durch den Zuschlagsstoff in ihrer Leistung allzu stark reduziert wird. Durch die durch die spezielle Partikelgrößenverteilung in mindestens drei Modi erreichte sehr dichte Packung der Partikel wird die Sensitivität der Sprengstoffwirkmasse reduziert. Sie kann weiter reduziert werden, wenn der Zuschlagsstoff ein insensitiver Zuschlagsstoff ist. Die Insensitivität des Zuschlagsstoffs, der Sprengstoffwirkmasse oder eines sonstigen Bestandteils der Sprengstoffwirkmasse kann mittels eines Gap-Tests ermittelt werden. Dabei wird die als "Gap" bzw. "Spalt" bezeichnete Höhe einer standardisierten Wassersäule gemessen, die ausreicht, um eine durch Detonation einer Standardsprengladung erzeugte Stoßwelle in der Wassersäule auf die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse oder Sprengstoffwirkmassenkomponente so zu übertragen, dass diese noch zuverlässig detoniert bzw. zuverlässig nicht mehr detoniert. Die Werte werden dabei üblicherweise in Millimeter der Wassersäule angegeben. Je niedriger der Wert ist, desto insensitiver ist die untersuchte Wirkmasse oder Wirkmassenkomponente. Bei einem üblichen Standardtest beträgt der Grenzwert des Spalts für einen insensitiven Stoff 15 mm. Ist der Spalt gleich oder kleiner als 15 mm und der Stoff detoniert dabei reproduzierbar noch nicht, wird er als insensitiv eingestuft. Derartige insensitive Zuschlagsstoffe sind bekannt. Es kann sich dabei beispielsweise um Nitroguanidin, Guanylharnstoff-Dinitramid (FOX-12; GUDN; CAS-Nr. 217464-38-5), Guanidindinitrat, Nitrotriazolon (NTO), Triaminotrinitrobenzol (TATB) oder Dihydroxylammonium-5,5'-bistetrazol-1,1'-diolat (TKX-50) handeln. Alternativ kann der Zuschlagsstoff zumindest einen der genannten Stoffe umfassen. Die absolute Dichte des Zuschlagsstoffs kann mindestens 1,74 g/cm3, insbesondere mindestens 1,75 g/cm3, betragen. Dadurch reduziert der Zuschlagsstoff die üblicherweise möglichst hoch angestrebte Dichte der Sprengstoffwirkmasse allenfalls unwesentlich. Zusätzlich kann in der Sprengstoffwirkmasse ein Wachs, Kunststoff oder Harz enthalten sein, welches bzw. welcher einen Schmelzpunkt oder Schmelzbereich in einem Temperaturbereich von 80 °C bis 120 °C aufweist. Dadurch kann die Sensitivität auf kostengünstige Weise reduziert werden, wobei dies üblicherweise jedoch mit einem Leistungsverlust der Sprengstoffwirkmasse einhergeht.
  • Bei den Partikeln des ersten Modus kann es sich um Partikel des Zuschlagsstoffs handeln. Die mittlere Partikelgröße der Partikel des ersten Modus kann im Bereich von 90 µm bis 210 µm, insbesondere 100 µm bis 190 µm, insbesondere 110 µm bis 180 µm, liegen.
  • Ein Verhältnis des gewichtsprozentualen Anteils der Partikel des ersten Modus zum gewichtsprozentualen Anteil der Partikel des zweiten Modus an der Sprengstoffwirkmasse kann im Bereich von 1 : 5 bis 6 : 1, insbesondere 2 : 1 bis 5 : 1, liegen.
  • Ein Verhältnis des gewichtsprozentualen Anteils der Partikel des zweiten Modus zum gewichtsprozentualen Anteil der Partikel des dritten Modus an der Sprengstoffwirkmasse kann im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 6, insbesondere 1 : 3 bis 1 : 5, liegen.
  • Ein Verhältnis des gewichtsprozentualen Anteils der Partikel des ersten Modus zum gewichtsprozentualen Anteil der Partikel des dritten Modus an der Sprengstoffwirkmasse kann im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 12, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 11, insbesondere 1 : 3 bis 1 : 5, liegen.
  • Durch die spezielle Partikelgrößenverteilung der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse kann ein Verhältnis der gewichtsprozentualen Anteile der Partikel des ersten, zweiten und dritten Modus an der Sprengstoffwirkmasse so gewählt sein, dass die Sprengstoffwirkmasse dadurch eine Dichte von mehr als 99%, insbesondere mehr als 99,1%, insbesondere mehr als 99,2%, insbesondere mehr als 99,3%, insbesondere mehr als 99,4%, der theoretischen maximalen Dichte und/oder eine absolute Dichte von mindestens 1,77 g/cm3, insbesondere mindestens 1,78 g/cm3, insbesondere mindestens 1,79 g/cm3, insbesondere mindestens 1,80 g/cm3, aufweist. Je höher die Dichte im Verhältnis zur theoretischen maximalen Dichte ist, desto insensitiver ist die Sprengstoffwirkmasse. Um eine möglichst hohe Dichte und eine hohe Insensitivität zu erreichen, kann die mittlere Partikelgröße der Partikel des ersten Modus um das 1,3-fache bis 18-fache, insbesondere das 1,4-fache bis 12-fache, insbesondere das 1,5-fache bis 8-fache, größer sein als die mittlere Partikelgröße der Partikel des zweiten Modus. Alternativ oder gleichzeitig kann die mittlere Partikelgröße der Partikel des ersten Modus um das 1,3-fache bis 18-fache, insbesondere das 1,4-fache bis 12-fache, insbesondere das 1,5-fache bis 8-fache, kleiner sein als die mittlere Partikelgröße der Partikel des dritten Modus.
  • Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse weist die Partikelgrößenverteilung drei oder vier Modi auf.
  • Bei dem ersten Sprengstoff kann es sich um Cyclotetramethylentetranitramin (HMX), 1,1-diamino-2,2-dinitroethylen (DADNE, FOX-7), Hexogen (RDX), 3,3'-diamino-4,4'-azoxyfurazan (DAAF), 2,6-Diamino-3,5-Dinitropyrazin-1-Oxid (LLM-105) handeln. Es kann sich bei dem ersten Sprengstoff aber auch um jeden anderen kristallinen Sprengstoff handeln, dessen Detonationsdruck höher ist als der Detonationsdruck von Cyclotrimethylentrinitramin (Hexogen) und dessen Detonationsgeschwindigkeit höher ist als die Detonationsgeschwindigkeit von Hexogen bei einer Detonation von dem anderen kristallinen Sprengstoff und Hexogen.
  • Der zweite Sprengstoff kann Trinitrotoluol (TNT), 1-Methyl-2,4,5-trinitroimidazol (MTNI), Bis(1,2,4-oxadiazolyl)furoxan (BOF), N-Methyltetranitropyrrol (MTNP), Bis(1,2,4-oxadiazol)bis(methylen)dinitrat (BITN), 3,3-Bis-isoxazol-5,5'-bis-methylendinitrat (BIDN), 3-(4-Aminofurazan-3-yl)-4-(4-nitrofurazan-3-yl)furazan (ANTF), 1,3,3-Trinitroazetidin (TNAZ), ein Ammoniumnitrat enthaltendes eutektisches Gemisch oder Ammoniumdinitramin (ADN) sein.
  • Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse bestehen die Partikel des ersten Modus aus dem Zuschlagsstoff. Die Partikel des zweiten und des dritten Modus können jeweils aus dem ersten Sprengstoff bestehen. Es ist aber auch möglich, dass die Partikel des zweiten Modus oder des dritten Modus aus dem Zuschlagsstoff bestehen oder die Partikel des ersten und des dritten Modus oder des ersten und des zweiten Modus aus dem Sprengstoff bestehen. Jegliche andere Kombination der Zusammensetzung der Partikel der einzelnen Modi ist möglich. Es ist sogar möglich, dass Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung demselben Modus der Partikelgrößenverteilung angehören.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Diagramm der Partikelgrößenverteilung von Guanylharnstoff-Dinitramid (GUDN),
    Fig. 2
    ein Diagramm der Partikelgrößenverteilung von Nitroguanidin (NQ),
    Fig. 3
    ein Diagramm der Partikelgrößenverteilung von HMX der Spezifikation NSO137 und
    Fig. 4
    ein Diagramm der Partikelgrößenverteilung von HMX der Klassifikation Grade B Klasse 2.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse wurden die Partikelgrößenverteilungen der Partikel potentieller Komponenten einer erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse mittels des Partikelgrößenmessgeräts "Mastersizer 3000" der Firma Malvern Panalytical GmbH in einer Suspension der Partikel in Isopropanol bestimmt. Die Messungen wurden jeweils mehrfach durchgeführt, um eine artifizielle Verfälschung der Messergebnisse erkennen zu können. Die Ergebnisse der Messungen sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei wurden sämtliche mit derselben Substanz ermittelte Messkurven jeweils in derselben Figur dargestellt. In der Reihenfolge der Figuren 1 bis 4 zeigen diese die Ergebnisse der Partikelgrößenbestimmungen von Guanylharnstoff-Dinitramid, Nitroguanidin, HMX NSO137 und HMX Grade B Klasse 2. Die dabei ermittelte mittlere Partikelgröße, d. h. diejenige Partikelgröße, bei der 50% der insgesamt in der gemessenen Probe enthaltenen Partikel kleiner sind als dieser Wert, beträgt bei Guanylharnstoff-Dinitramid 164 µm, bei Nitroguanidin 115 µm, bei HMX NSO137 244 µm und bei HMX Grade B Klasse 2 9,87 µm. Da die für die jeweilige Substanz ermittelten Messkurven nahezu deckungsgleich sind, kann eine artifizielle Verfälschung der Messungen, beispielsweise durch Luftbläschen, ausgeschlossen werden.
  • Als schmelzfähiger Sprengstoff mit einem Schmelzpunkt von 80,1 °C wurde Trinitrotoluol (TNT) eingesetzt. Zur Herstellung erfindungsgemäßer Sprengstoffwirkmassen wurden die in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Komponenten in dem angegebenen gewichtsprozentualen Mischungsverhältnis gemischt, um die jeweilige Mischung zu erhalten. Die resultierenden Mischungen wurden jeweils in einem Wasserbad geschmolzen, homogen vermischt und dann zu den Probekörpern gegossen. Die Probekörper wurden für die Bestimmung der tatsächlichen Dichte, für die Durchführung des Gap-Tests und für die Ermittlung der Detonationseigenschaften eingesetzt. Tabelle 1
    Mischung Nr. Komponenten Mischungsverhältnis [Gew.-%]
    5 GUDN 5
    TNT 30
    HMX NSO137 51
    HMX Grade B Klasse 2 14
    7 Nitroguanidin 15
    TNT 33
    HMX NSO137 41
    HMX Grade B Klasse 2 11
  • Zur Durchführung des Gap-Tests wurden jeweils 24 g der Wirkmasse enthaltende Tabletten mit einem Durchmesser von 21 mm hergestellt und beim Gap-Test eingesetzt. Die gemessenen Werte sind in der nachfolgenden Tabelle 2 jeweils in Millimeter der Wassersäule angegeben. Der erste Wert unter "Gap-Test GO" bezeichnet jeweils den Wert, bei dem die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse zuverlässig gerade noch detoniert und der Wert unter "Gap-Test NOGO" jeweils den Wert, bei dem die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse zuverlässig gerade nicht mehr detoniert. Je niedriger diese Werte sind, desto insensitiver ist die Sprengstoffwirkmasse. Tabelle 2
    Zusammensetzung Gap-Test GO Gap-Test NOGO
    Octol 70/30 (Referenz) 17 mm 18 mm
    GUDN/TNT/HMX NSO137/HMX Grade B Klasse 2 (V5) 14 mm 15 mm
    NQ/TNT/HMX NSO137/HMX Grade B Klasse 2 (V7) 13 mm 15 mm
  • "V5" bezeichnet dabei die Mischung Nr. 5 und "V7" die Mischung Nr. 7. Beim Gap-Test beträgt der Grenzwert des Spalts für einen insensitiven Sprengstoff 15 mm. Ist der Spalt gleich oder kleiner als 15 mm und der Sprengstoff detoniert dabei reproduzierbar noch nicht, wird er als insensitiv eingestuft. Aus der obigen Tabelle 2 ist deutlich erkennbar, dass das als Referenz eingesetzte Octol 70/30 nicht insensitiv ist, während die Mischungen Nr. 5 und 7 als insensitiv einzustufen sind.
  • Die Ergebnisse von Dichtemessungen sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt. "Dichte zur TMD [%]" bezeichnet dabei die prozentuale Dichte der jeweiligen Sprengstoffwirkmasse im Verhältnis zur theoretischen maximalen Dichte der jeweiligen Sprengstoffwirkmasse. Tabelle 3
    Zusammensetzung Dichte [g/cm3] Dichte zur TMD [%]
    Octol 70/30 (Referenz) 1,8281 99,8940
    GUDN/TNT/HMX NSO137/HMX Grade B Klasse 2 (V5) 1,8021 99,4547
    NQ/TNT/HMX NSO137/HMX Grade B Klasse 2 (V7) 1,7804 99,4610
  • Aus der obigen Tabelle 3 ist erkennbar, dass die jeweils gemessene Dichte nahezu 100% der theoretischen maximalen Dichte erreicht. Im Gegensatz zu Octol 70/30 ist die erfindungsgemäße Sprengstoffwirkmasse dabei jedoch insensitiv. Die hohe Dichte zeigt, dass die Partikel in der jeweiligen Sprengstoffwirkmasse eine nahezu optimale Packungsdichte erreichen. Die absoluten Dichten liegen mit 1,8021 g/cm3 und 1,7804 g/cm3 relativ nahe an der Dichte von Octol 70/30. Damit konnten auch sehr ähnliche Detonationseigenschaften erreicht werden, wie mit Octol 70/30.
  • Um die Detonationseigenschaften der Mischungen Nr. 5 und 7 zu untersuchen, sind die Mischungen geschmolzen und daraus einen Durchmesser von 50 mm aufweisende Stränge gegossen worden. Zwei der so erhaltenen Gießlinge sind verklebt worden, um einen Prüfkörper mit einer Messstrecke von 300 mm zu erhalten. In Abständen von 45 mm sind Bohrungen in den so erhaltenen zusammengesetzten Prüfkörper gesetzt worden. In die Bohrungen sind Messsonden für die Detonationsmessung eingebracht worden. Im gesamten zusammengesetzten Prüfkörper sind 7 Messsonden eingebracht worden, um eine gleichmäßige Detonationsfront über eine Messstrecke von 300 mm messen zu können. An das obere Ende des Prüfkörpers ist eine Tablette eines sogenannten HWC-Boosters (94,5 Gew.-% Hexogen, 4,5 Gew.-% Wachs, 1 Gew.-% Graphit) geklebt und zur Zündung des Prüfkörpers mittels einer elektrischen Sprengkapsel gezündet worden. Die resultierenden Messergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 4 bis 7 dargestellt. Tabelle 4
    Proben identität GUDN/TNT/HMX NSO137/HMX Grade B Klasse 2 (V5)
    Solldichte [g/cm3] (TMD) 1,812
    Detonationsdruck [kbar] (berechnet) zur TMD 323,334
    Detonationsgeschwindigkeit [m/s] (berechnet) zur TMD 8442,185
    Auflösung [µs] 0,1
    Bemerkung HMX-Mischung: NSO137 [51%] & Grade B Klasse 2 [14%]
    Tabelle 5
    Sonden nummer Messzeit [µs] Detonationsgeschwindigkeit [m/s]
    1-2 5,6 8040
    2-3 5,3 8490
    3-4 5,5 8180
    4-5 4,9 9184
    5-6 5,4 8333
    6-7 5,5 8180
    8401,166667
    Tabelle 6
    Proben identität NQ/TNT/HMX NSO137/HMX Grade B Klasse 2 (V7)
    Solldichte [g/cm3] (TMD) 1,790
    Detonationsdruck [kbar] (berechnet) zur TMD 306,909
    Detonationsgeschwindigkeit [m/s] (berechnet) zur TMD 8357,565
    Auflösung [µs] 0,2
    Bemerkung HMX-Mischung:
    NSO137 [41%] & Grade B Klasse 2 [11%]
    Tabelle 7
    Sonden nummer Messzeit [µs] Detonationsgeschwindigkeit [m/s]
    1-2 5,4 8333
    2-3 5,6 8040
    3-4 5,4 8333
    4-5 5,6 8040
    5-6 5,4 8333
    6-7 5,2 8650
    8288,166667
  • Entsprechende Daten für die Dichte, den Detonationsdruck und die Detonationsgeschwindigkeit für Octol 70/30 sind in der nachfolgenden Tabelle 8 angegeben. Tabelle 8
    Zusammensetzung Dichte [g/cm3] Dichte zur TMD [%] Detonationsdruck (berechnet) [kbar] Detonationsgeschwindigkeit (berechnet) [m/s]
    Octol 70/30 1,8281 99,894 332,773 8509,194
  • Aus einem Vergleich der Daten der erfindungsgemäßen Mischungen Nr. 5 und Nr. 7 mit den entsprechenden Daten für Octol 70/30 geht hervor, dass die maximalen Detonationsgeschwindigkeiten der erfindungsgemäßen Mischungen nahezu die Detonationsgeschwindigkeit von Octol 70/30 erreichen. In Anbetracht dessen, dass die erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmassen jedoch insensitiv sind, ist das Erreichen solcher Detonationsgeschwindigkeiten überraschend.

Claims (15)

  1. Sprengstoffwirkmasse, umfassend einen kristallinen ersten Sprengstoff, einen zweiten Sprengstoff als Bindemittel und einen energetischen Zuschlagsstoff, wobei der zweite Sprengstoff einen Schmelzpunkt oder Schmelzbereich in einem Temperaturbereich zwischen 70 °C und 120 °C aufweist, wobei der erste Sprengstoff und der Zuschlagsstoff in Form von Partikeln in einem Gemisch vorliegen, welches eine zumindest drei Modi aufweisende Partikelgrößenverteilung aufweist, wobei eine mittlere Partikelgröße eines ersten Modus um das 1,2-fache bis 20-fache größer ist als eine mittlere Partikelgröße eines zweiten Modus und um das 1,2-fache bis 20-fache kleiner ist als eine mittlere Partikelgröße eines dritten Modus.
  2. Sprengstoffwirkmasse nach Anspruch 1,
    wobei die mittlere Partikelgröße der Partikel des ersten Modus im Bereich von 90 µm bis 210 µm liegt.
  3. Sprengstoffwirkmasse nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei ein Verhältnis des gewichtsprozentualen Anteils der Partikel des ersten Modus zum gewichtsprozentualen Anteil der Partikel des zweiten Modus an der Sprengstoffwirkmasse im Bereich von 1 : 5 bis 6 : 1 liegt und/oder wobei ein Verhältnis des gewichtsprozentualen Anteils der Partikel des zweiten Modus zum gewichtsprozentualen Anteil der Partikel des dritten Modus an der Sprengstoffwirkmasse im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 6, insbesondere 1 : 3 bis 1 : 5, liegt.
  4. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei ein Verhältnis des gewichtsprozentualen Anteils der Partikel des ersten Modus zum gewichtsprozentualen Anteil der Partikel des dritten Modus an der Sprengstoffwirkmasse im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 12 liegt.
  5. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei ein Verhältnis der gewichtsprozentualen Anteile der Partikel des ersten, zweiten und dritten Modus an der Sprengstoffwirkmasse so gewählt ist, dass die Sprengstoffwirkmasse eine Dichte von mehr als 99% der theoretischen maximalen Dichte und/oder eine Dichte von mindestens 1,77 g/cm3 aufweist.
  6. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die mittlere Partikelgröße des ersten Modus um das 1,3-fache bis 18-fache, insbesondere das 1,4-fache bis 12-fache, größer ist als die mittlere Partikelgröße des zweiten Modus und/oder kleiner ist als die mittlere Partikelgröße des dritten Modus.
  7. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei Partikelgrößenverteilung drei oder vier Modi aufweist.
  8. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei der erste Sprengstoff Cyclotetramethylentetranitramin (HMX), 1,1-diamino-2,2-dinitroethylen (DADNE, FOX-7), Hexogen (RDX), 3,3'-diamino-4,4'-azoxyfurazan (DAAF), 2,6-Diamino-3,5-Dinitropyrazin-1-Oxid (LLM-105) ist.
  9. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei der zweite Sprengstoff Trinitrotoluol (TNT), 1-Methyl-2,4,5-trinitroimidazol (MTNI), Bis(1,2,4-oxadiazolyl)furoxan (BOF), N-Methyltetranitropyrrol (MTNP), Bis(1,2,4-oxadiazol)bis(methylen)dinitrat (BITN), 3,3-Bis-isoxazol-5,5'-bis-methylendinitrat (BIDN), 3-(4-Aminofurazan-3-yl)-4-(4-nitrofurazan-3-yl)furazan (ANTF), 1,3,3-Trinitroazetidin (TNAZ), ein Ammoniumnitrat enthaltendes eutektisches Gemisch oder Ammoniumdinitramin (ADN) ist.
  10. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Partikel des ersten Modus aus dem Zuschlagsstoff bestehen.
  11. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Partikel des zweiten und des dritten Modus jeweils aus dem ersten Sprengstoff bestehen.
  12. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei der Zuschlagsstoff ein insensitiver Zuschlagsstoff ist.
  13. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei der Zuschlagsstoff Nitroguanidin, Guanylharnstoff-Dinitramid (FOX-12; GUDN; CAS-Nr. 217464-38-5), Guanidindinitrat, Nitrotriazolon (NTO), Triaminotrinitrobenzol (TATB) oder Dihydroxylammonium-5,5'-bistetrazol-1,1'-diolat (TKX-50) umfasst oder ist.
  14. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei die Dichte des Zuschlagstoffs mindestens 1,74 g/cm3, insbesondere mindestens 1,75 g/cm3, beträgt.
  15. Sprengstoffwirkmasse nach einem der vorherigen Ansprüche,
    wobei darin zusätzlich ein Wachs, Kunststoff oder Harz enthalten ist, welches/welcher einen Schmelzpunkt oder Schmelzbereich in einem Temperaturbereich von 80 °C bis 120 °C aufweist.
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