NL1029465C2

NL1029465C2 - Een pyrotechnische samenstelling.

Info

Publication number: NL1029465C2
Application number: NL1029465A
Authority: NL
Inventors: Rutger Webb; Murk Pieter Van Rooijen
Original assignee: Tno
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-09
Also published as: US20090120545A1; WO2007004871A2; EP1904421A2; WO2007004871A3

Description

Titel: Een pyrotechnische samenstelling

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een pyrotechnische samenstelling en een infrarood misleidfakkel omvattende genoemde pyrotechnische samenstelling.

In moderne oorlogsvoering worden infrarood geleide raketten vaak 5 gebruikt tegen vliegtuigen zoals straalvliegtuigen, transportvliegtuigen en helikopters. Der gelijke raketten kunnen worden gelanceerd van de grond of bijvoorbeeld van een ander vliegtuig en zij worden gericht op en achtervolgen de infraroodstraling van een bepaald golflengtegebied dat wordt uitgestoten door de motor van het vliegtuig dat het doelwit is. Teneinde een goeie 10 bescherming te verschaffen tegen dergelijke infrarood geleide raketten worden misleidfakkels gebruikt. Dergelijke misleidfakkels produceren infraroodstraling hetgeen bewerkstelligt dat de raket de misleidfakkel volgt in plaats van het vliegtuig dat het doelwit is. Teneinde met dergelijke misleidfakkels om te gaan zijn meer geavanceerde infrarood geleide raketten 15 ontwikkeld welke zoeksystemen gebruiken welke een misleidfakkel kunnen herkennen en negeren. Sommige van deze raketten zijn voorzien met een counter-countermeasures (CCM) systeem dat bijvoorbeeld geschikt is voor het bepalen van de verhouding van een lange golflengte infrarooduitstraling en een korte golflengte infraroodstraling, een zogenoemde kleurverhouding. In 20 het geval de gedetecteerde kleurverhouding significant verschilt van dat van het vliegtuig dat het doelwit is kan het zoeksysteem dit herkennen als een countermeasure, als een resultaat waarvan de raket de misleidfakkel zal negeren en het vliegtuig dat het doelwit is zal blijven volgen.

Daarom, dienen effectieve misleidfakkels kleurverhoudingen te 25 produceren welke gelijk zijn aan die van de vliegtuigen in kwestie welke het doelwit zijn. Een probleem met veel conventionele MTC misleidfakkels (Magnesium-Teflon-Viton) is dat zij voornamelijk korte golflengte infrarood 1029465- 2 * emissies produceren, welke infrarood emissies aanzienlijk verschillen van die van vliegtuig infrarood emissies. Pogingen zijn daarom ondernomen om misleidfakkels te ontwikkelen welke infrarood kleurverhoudingen genereren welke meer overeenkomen met die van vliegtuigen die het doelwit zijn. Boor-5 gebaseerde en rode fosfor-gebaseerde pyrotechnische verbindingen zijn bijvoorbeeld ontwikkeld voor dit doeleind, maar hun werking laat veel ruimte voor verbetering.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van verbeterde pyrotechnische samenstellingen welke gebruikt kunnen worden in 10 misleidfakkels voor de effectieve bescherming van vliegtuigen tegen raketten welke zijn voorzien met CCM systemen.

Het is gevonden dat een dergelijke pyrotechnische samenstelling gevormd kan worden van een bijzondere combinatie van componenten. Derhalve heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een pyrotechnische 15 samenstelling omvattende een extrudeerbare en energetische binder in de hoeveelheid in het gebied van 4-35 gewichtsprocent, een oxidator in een hoeveelheid binnen het gebied van 40-80 gewichtsprocent, een pyrotechnische brandstof in de hoeveelheid binnen het gebied van 15-35 gewichtsprocent en een koolstof bron in de hoeveelheid tot en inclusief 10 gewichtsprocent, alle 20 hoeveelheden gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling.

Men heeft gevonden dat deze pyrotechnische samenstelling gebruikt kan worden in misleidfakkels voor het effectief beschermen van vliegtuigen tegen raketten welke zijn voorzien met het CCM systemen.

Infrarood misleidfakkels welke de pyrotechnische samenstellingen 25 volgens de onderhavige uitvinding omvatten vertonen een uitstekende verbrandingssnelheid, terwijl tegelijkertijd hun samenstellingen gemakkelijk aangepast kunnen worden teneinde die te schikken aan de gewenste kleurverhouding.

1029465- 3

Een ander voordeel is dat hun productie minder of geen oplosmiddelen benodigd en dat deze oplosmiddelen minder invloed hebben op het milieu dan de oplosmiddelen welke in conventionele productie gebruikt worden. Voorts hebben de gebruikte oplosmiddelen significante voordelen in relatie tot 5 explosieve limieten en ontstekingspunt.

Nog een nader substantieel voordeel van de pyrotechnische samenstellingen volgens de onderhavige uitvinding is dat zijn extrudeerbaar zijn, hetgeen hele makkelijke en veilige productie van misleidfakkels op een j continue manier toestaat. Voorts is gedurende de behandeling de veiligheid 10 verbeterd omdat het pyrotechnische mengsel minder heftig brand als resultaat van de aanwezigheid van het oplosmiddel.

De binder welke volgens de onderhavige uitvinding gebruikt kan worden is extrudeerbaar en energetisch. Met de term energetisch wordt bedoeld dat de binder exothermisch uiteen zal vallen.

15 Bij voorkeur omvat de extrudeerbare en energetische binder welke volgens de onderhavige uitvinding gebruikt wordt een nitrocellulose. Bij voorkeur is het nitrocellulose een nitrocellulose met een lage stikstof inhoud.

In de context van de onderhavige uitvinding wordt een nitrocellulose met een lage stikstof inhoud gedefinieerd als een nitrocellulose met een stikstof inhoud 20 van minder dan 11,3 gewichtsprocent.

| De oxidator te gebruiken in de pyrotechnische samenstelling volgens de onderhavige uitvinding wordt bij voorkeur gekozen uit de groep bestaande uit KCIO4, KCIO3 en NH4CIO4. Bij meer voorkeur omvat de oxidator KICO4.

In een attractieve uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding 25 omvat de extrudeerbare en energetische binder een nitrocellulose, bij voorkeur een nitrocellulose met een lage stikstof inhoud terwijl de oxidator KCIO4 omvat.

1029465- i 4

De pyrotechnische brandstof welke gebruikt kan worden volgens de onderhavige uitvinding wordt bij voorkeur gekozen uit de groep bestaande uit tereftaalzuur, fenolftaleïne, ftaal anhydride, benzoyl peroxide, 4-amino benzeen zuur, natrium salicylaat, kalium waterstof fbalaat, benzofenon, 5 dodecaan, kalium benzoaat, 4-nitro benzeen zuur, 3-nitro benzeen zuur, 5-amino tetrazol, ascorbine zuur, natrium di-iso ascorbaat, L-ascorbine zuur, stearine zuur, natrium benzoaat, dinitro benzeen zuur en kalium dinitro benzoaat. De pyrotechnische brandstof kan zowel worden toegepast in vloeibare vorm als in poedervorm.

10 Bij meer voorkeur is de pyrotechnische brandstof gekozen uit de groep bestaande uit kalium dinitrobenzoaat, tereftaal zuur, natrium salicylaat, natrium di-isoascorbaat, 3,5-dinitrobenzeen zuur, 4-aminobenzeen zuur, L-ascorbine zuur, ascorbine zuur, en natrium benzoaat. Bij de meeste voorkeur omvat de pyrotechnische brandstof kalium dinitrobenzoaat, tereftaal zuur, 15 natrium salicylaat of natrium-D ascorbaat.

In een bijzonder attractieve uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de extrudeerbare en energetische binder een nitrocellulose, bij voorkeur een nitrocellulose met een lage stikstof inhoud, terwijl de oxidator KCIO4 omvat, en de pyrotechnische brandstof kalium dinitrobenzoaat of 20 natrium-D ascorbaat omvat.

De volgens de onderhavige uitvinding te gebruiken koolstof bron kan omvatten lampzwart, roet, grafiet, houtskool, kool, of voor de vakman functioneel gelijke materialen. Bij voorkeur omvat de koolstof bron lampzwart of grafiet. Bij de meeste voorkeur omvat de koolstof bron lampzwart.

25 In de pyrotechnische samenstelling volgens de onderhavige uitvinding is de extrudeerbare en energetische binder aanwezig in de hoeveelheid van 4-35 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. Bij 11029465' i i 5 voorkeur is de binder aanwezig in de hoeveelheid binnen het gebied van 10-15 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling.

De oxidator is aanwezig in de pyrotechnische samenstelling volgens de onderhavige uitvinding in een hoeveelheid binnen het gebied van 40-80 5 gewichtsprocent, gebaseerd op de totale pyrotechnische samenstelling. Bij voorkeur is de oxidator aanwezig in een hoeveelheid binnen het gebied van 40-72 gewichtsprocent, bij meer voorkeur in een hoeveelheid binnen het gebied van 48-61 gewichtsprocent, gebaseerd op de totale pyrotechnische samenstelling.

10 De pyrotechnische brandstof welke te gebruiken is in de onderhavige pyrotechnische samenstellingen is aanwezig in een hoeveelheid binnen het gebied van 15-35 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. Bij voorkeur is de pyrotechnische brandstof aanwezig in een hoeveelheid binnen het gebied van 16-31 gewichtsprocent, bij meer voorkeur in 15 een hoeveelheid binnen het gebied van 17-28 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling.

De koolstof bron is aanwezig in de pyrotechnische samenstelling volgens de onderhavige uitvinding in een hoeveelheid tot en inclusief 10 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. De 20 gekozen hoeveelheid koolstof bron zal afhangen van de functioneringsvereiste van een misleidfakkel. Bij voorkeur is de koolstof bron aanwezig in een hoeveelheid binnen het gebied van 1-5 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling.

De pyrotechnische samenstelling volgens de onderhavige uitvinding 25 kan ook andere conventionele componenten (verbrandingssnelheid modificator, stabilisator, behandelingsadditieven, flegmatisator, etc.) omvatten welke de vakman bekend zijn. Indien aanwezig zullen deze componenten aanwezig zijn 'f029465- 6 in de hoeveelheid van minder dan 10 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling.

De onderhavige uitvinding heeft ook betrekking op een proces voor het j bereiden van de pyrotechnische samenstelling volgens de onderhavige 5 uitvinding, waarin een extrudeerbare en energetische binder in een hoeveelheid binnen het gebied van 4-35 gewichtsprocent, een oxidator in een hoeveelheid binnen het gebied van 40-80 gewichtsprocent, een pyrotechnische brandstof in een hoeveelheid binnen het gebied van 15-35 gewichtsprocent, en een koolstof bron in een hoeveelheid tot 10 gewichtsprocent, alle hoeveelheden 10 gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling, worden gemengd, bij voorkeur door middel van een extruder.

Het proces wordt geschikt uitgevoerd in de aanwezigheid van een oplosmiddel welk gekozen is van de groep bestaande uit ethanol, of oplosmiddel esters zoals ethylacetaat, butyl acetaat, of alcoholen zoals 15 isopropanol butanol. Dergelijke oplosmiddelen hebben het voordeel, wanneer vergeleken met conventioneel gebruikte oplosmiddelen zoals aceton en hexaan, dat zij minder invloed hebben op het milieu en dat zij het risico van veiligheidsgevaren (explosies) aanzienlijk reduceren. Bij voorkeur omvat het oplosmiddel ethanol.

20 Het oplosmiddel kan geschikt aanwezig zijn in een hoeveelheid binnen het gebied van 0 tot 20 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. Bij voorkeur is het oplosmiddel aanwezig in een hoeveelheid binnen het gebied van 5 tot 14 gewichtsprocent, gebaseerd op totaal mengsel.

De vakman zal begrijpen dat genoemd oplosmiddel in essentie niet aanwezig 25 zal zijn in de pyrotechnische samenstelling welk uiteindelijk wordt verkregen, hetgeen het resultaat is van de verdamping van het oplosmiddel in kwestie.

f029465- 7 t

De onderhavige uitvinding heeft ook betrekking tot een infrarood misleidfakkel omvattende een biotechnische samenstelling volgens de onderhavige uitvinding.

Deze infrarood misleidfakkels kunnen worden bereidt door het 5 extruderen van de pyrotechnische samenstelling volgens de uitvinding en vervolgens het extrudaat dat zo verkregen is te persen in de gewenste vorm, bijvoorbeeld pallets. Na afgifte worden deze infrarood misleidfakkels ontstoken en zullen zij verbranden met een voldoende snelheid en produceren ze genoeg infrarood uitstraling om ervoor te zorgen dat de infrarood geleide raket wordt 10 ontkoppeld en dat wordt voorkomen dat deze weer teruggekoppeld kan worden op het spoor van het vliegtuig dat het doelwit is.

De infrarood misleidfakkel kan de vorm hebben van een cardridge of van een pellet. Het ontwerp kan conventioneel zijn. Het kan bijvoorbeeld de vorm hebben van een pellet of cardridge. Het buitenoppervlak van de pellet of 15 cardridge kan geschikt voorzien zijn van groeven teneinde een verbeterde verbrandingssnelheid te bewerkstelligen. Genoemde groeven kunnen rectilinear zijn en longitudinaal zijn. Er moet worden opgemerkt dat de vorm en de indeling van de groeven door de vakman gekozen kan worden uit een breed gebied van bekende mogelijkheden. Echter, teneinde er voor te zorgen 20 dat de infrarood misleidfakkel effectief zal opereren zal het een aërodynamische vorm nodig hebben. Verder zal begrepen worden dat de infrarood misleidfakkel een ontstekingsmechanisme zal omvatten teneinde de pyrotechnische samenstelling te ontsteken.

25 Voorbeelden

Samenstelling 1: 11.9% Nitrocellulose (11.3 gewichtsprocent w/w stikstok, type NC Chips) #(029465- 8 6.7% weekmaker (di-octyl ftalaat, C24H38O4), 52.7% kalium perchloraat, (Fluka, art 60441), 23.8% K-H-Ftalaat, (Sigma P6758), 5.0% koolstof (Cabot).

5

Samenstelling 2: 13.0% Nitrocellulose (11.3 gewichtsprocent w/w stikstof, type NC Chips), 31.5% Na-D-iso Ascorbaat, (Aldrich, art 496332), 54.9% Kalium perchlooraat, (Fluka, art 60441), 10 0.6% Grafiet (Lonza).

De Nitrocellulose, the pyrotechnische brandstof en het grafiet werden voorgemengd en gevoerd in het eerste voedingselement van de extruder, het tweede vaste voedingselement bevatte KCIO4. De extruder was een Theyson 15 Twin Screw Etruder, (co-roterend zelfvegend, 45 mm, 1305 mm screw lengte, 29 L/D). De temperatuur van het extruder vat was gezet op 50°C, bij 25 ronden per minuut. De ethanol vloeibare toevoer was zodanig gezet teneinde te bewerkstelligen 9% (m/m) als het oplosmiddel.

De resulterende extruder stallen waren geperforeerde strengen. Hun IR 20 uitstraling werd gemeten onder gebruikmaking van een Nicolet Nexus FTIR spectrometer met MCT-B breed gebied detector (Mercury Cadmium Telluride) met stralensplijter en spectraal gebied gezet op 0.9-10 pm. De afstand tussen de FTIR en de fakkel was 21 m. De relatieve vochtigheid was 51% en de temperatuur was 17.5°C. Er werd bepaald dat deze fakkels spectraal in balans 25 waren.

1029465“

Claims

1. Een pyrotechnische samenstelling omvattende een extrudeerbare en energetische binder in de hoeveelheid binnen het gebied van 4-35 gewichtsprocent, een oxidator in een hoeveelheid binnen het gebied van 40-80 gewichtsprocent, een pyrotechnische brandstof in een hoeveelheid binnen het 5 gebied van 15-35 gewichtsprocent, en een koolstof bron in een hoeveelheid tot en inclusief 10 gewichtsprocent, alle hoeveelheden gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling.

2. Een samenstelling volgens conclusie 1, waarin de extrudeerbare en 10 energetische binder een nitrocellulose omvat.

3. Een samenstelling volgens conclusie 2, waarin het nitrocellulose een nitrocellulose is met een lage stikstof inhoud.

4. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-3, waarin de oxidator is gekozen uit de groep bestaande uit KC104, KC103 en NH4C104.

5. Een samenstelling volgens conclusie 5, waarin de oxidator K1C04 omvat. 20

6. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-5, waarin de pyrotechnische brandstof is gekozen van de groep bestaande uit terefbaal zuur, fenolftaline, ftaal anhydride, benzoyl peroxide, 4-amino benzeen zuur, natrium salicylaat, kalium waterstof ftalaat, benzofenon, dodecaan, kalium benzoaat, 25 4-nitro benzeen zuur, 3-nitro benzeen zuur, 5-amino tetrazol, ascorbine zuur, 1029465" natrium di-iso ascorbaat, L-ascorbine zuur, stearine zuur, natrium benzoaat, dinitro benzeen zuur en kalium dinitro benzoaat.

7. Een samenstelling volgens conclusie 6, waarin de pyrotechnische 5 brandstof is verkozen van de groep bestaande uit kalium dinitrobenzoaat, tereftaal zuur, natrium salicylaat, natrium di-isoascorbaat, 3,5-dinitrobenzeen zuur, 4-aminobenzeen zuur, L-ascorbine zuur, ascorbine zuur en natrium benzoaat.

8. Een samenstelling volgens conclusie 7, waarin de pyrotechnische brandstof omvat natrium dinitrobenzoaat, tereftaal zuur, natrium salicylaat of natrium-D ascorbaat.

9. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-8, waarin de koolstof 15 bron lampzwart, roet, grafiet, houtskool of kool.

10. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-9, waarin de extrudeerbare en energetische binder aanwezig is in een hoeveelheid binnen het gebied van 10-15 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische 20 samenstelling.

11. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-10, waarin de oxidator aanwezig is in een hoeveelheid binnen het gebied van 40-72 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. 25

12. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-11, waarin de pyrotechnische brandstof aanwezig is in een hoeveelheid binnen het gebied van 16-31 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. 1029465'

13. Een samenstelling volgens één der conclusies 1-12, waarin de koolstof bron aanwezig is in de hoeveelheid binnen het gebied van 1 tot 5 gewichtsprocent, gebaseerd op totale pyrotechnische samenstelling. 5

14. Een proces voor het bereiden van de pyrotechnische samenstelling volgens één der conclusies 1-13, waarin een extrudeerbare en energetische binder in een hoeveelheid binnen een gebied van 4-35 gewichtsprocent, een oxidator in een hoeveelheid binnen een gebied van 40-80 gewichtsprocent, een 10 pyrotechnische brandstof in een hoeveelheid binnen het gebied van 15-35 gewichtsprocent, en een koolstof bron in de hoeveelheid tot 10 gewichtsprocent, alle hoeveelheden gebaseerd op pyrotechnische samenstelling, tezamen gemengd worden. i

15. Een proces volgens conclusie 14, waarin het mengen wordt uitgevoerd door middel van een extruder.

16. Een proces volgens conclusie 14 of 15, welk wordt uitgevoerd in de aanwezigheid van een oplosmiddel wat gekozen is van de groep bestaande uit 20 ethanol, of oplosmiddel esters zoals ethyl acetaat, butyl acetaat, of alcoholen zoals isopropanol butanol.

17. Een proces volgens conclusie 16, waarin het oplosmiddel ethanol omvat. 25

18. Een proces volgens conclusie 16 of 17, waarin het oplosmiddel aanwezig is in een hoeveelheid binnen een gebied van 5 tot 14 gewichtsprocent, gebaseerd op totaal mengsel. f029465-

19. Een infrarood misleidfakkel omvattende een pyrotechnische samenstelling zoals gedefinieerd in één van de conclusies 1-13. 5 j \ 0294Ö5·* i