NO119758B - - Google Patents

Description

Surstoffbalansert plastisk sikkerhetssprengstoff.

Foreliggende oppfinnelse angår et surstoffbalansert plastisk sikkerhetssprengstoff, altså et sprengstoff av slik sammensetning at total-summen av surstoffopptagere, som f. eks. kull-stoff, vannstoff, metaller, metalloider m. m. tilsvarer eller underskrider summen av til-gjengelig surstoff i form av nitrater, nitroprodukter, klorater, perklorater m. m., når omset-ningen ved eksplosjonen leder til fullstendig forbrenning og beregnes å gi C02, H20 osv., hvilket sprengstoff dessuten i høy grad er ufølsomt for slag.

Et fundamentalt problem såvel ved fremstilling som håndtering av sprengstoffer er å minske risikoen for ulykkestilfeller. Dette har også lykkes når det gjelder såkalte pulver-formede sprengstoffer med lav tetthet og med ammoniumnitrat som hovedbestanddel. Når det gjelder plastiske og halvplastiske sprengstoffer med volumvekter over ca. 1,3, har derimot problemet med å fremstille mer ufølsomme sprengstoffer vært betydelig mer komplisert og hittil ikke latt seg løse på en tilfredsstillende måte, og dette har følgende grunner.

Slike sprengstoffer er oppbygget av en gel,

som vanligvis er fremstilt av nitrocellulose ved hjelp av nitroglyserin, nitroglykol eller andre flytende salpetersyreestere, som i og for seg egner seg meget godt for dette formål. At salpetersyreestrene har dominert ved fremstillingen av slike geler beror således for det ene på deres gode sprengtekniske egenskaper, for det annet på at de selv er forholdsvis passe surstoff balanserte, hvilket i mange tilfeller er av vesentlig betydning. Således er det først og fremst ved arbeider under jorden et bestemt ønske at det dannes en minst mulig mengde kulloksyd ved sprengningen, hvilket forutsetter

at sprengstoffet er surstoffbalansert. Salpeter-syreesterne av enkle fleratomede alkoholer, som f. eks. glyserin og glykol, inneholder så rikelig med surstoff, at ved fullstendig forbrenning av disse behøver det ikke å tilføres noe ekstra surstoff. De er derfor ut fra dette syns-punkt som oppbygningsmateriale for et sprengstoff, men er på den annen side som geldanner forbundet med den store ulempe at de fremstilte geler blir følsomme for slag.

Foruten gelen inngår det i sprengstoffet salter, f. eks. ammoniumnitrat, natriumnitrat, bariumnitrat, organiske balansestoffer, fremfor alt finpulverisert organisk mel, nitroprodukter, som f. eks. nitrobensol, nitrotoluol, dinitrotoluol, samt andre ønskelige tilsetningsstoffer. Alle disse tilsetninger endrer imidlertid ikke i noen avgjørende grad sprengstoffets følsomhetskarak-ter overfor slag, i hvert fall ikke så lenge den plastiske konsistens blir tilbake. Skulle man f. eks. velge nitrokullvannstoffer som geldan-nere, hvilket i og for seg er mulig, så må enten kravet på plastisk konsistens eller kravet på surstoffbalansen sløyfes. Av nevnte grunner har det hittil ikke vært mulig å fremstille noe virkelig førsteklasses surstoffbalansert plastisk eller halvplastisk sprengstoff, som oppfyller nevnte ønsker med hensyn til sikkerheten.

Ifølge nye undersøkelser er en adiabatisk kompresjon av de luftblærer som er innesluttet i sprengstoffet en av hovedgrunnene til initi-eringsfølsomheten ved slag og støt. Herunder er det ikke av avgjørende betydning om luft-blæren er fyllt med sprengstoffdamp eller ikke. Hvis kompresjonen er tilstrekkelig kraftig stiger temperaturen i blæren så høyt at tenning skjer enten av innesluttet sprengstoffdamp eller ved varmestråling via blærens vegg, eller begge deler. Etter et kort mellomstadium, hvor sprengstoffet spaltes under varme (deflagrerer), går spaltingen hurtig over i detonasjon.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å oppheve nevnte ulemper, som har vært knyttet til hittil kjente plastiske sprengstoffer, og å tilveiebringe et i hovedsaken surstoffbalansert plastisk sprengstoff, som også er ufølsomt overfor slag. Oppfinnelsens grunntanke er å hindre at den ved adiabatisk kompresjon utviklede varme av det plastiske sprengstoff skal kunne opphete sprengstoffpartiklene så høyt at det finner sted en spalting av sprengstoffet, ved at varmen i stedet forbrukes til fordampning av vann. Dette oppnås ved at gelen, i stedet for å oppbygges under anvendelse av et nitrocellulose-gelatinerende hydrofobt stoff, oppbygges med vann som flytende bestanddel under anvendelse av et hydrofi.lt kolloid som geldanner.

I den således erholdte ikke eksplosive gel innarbeides senere en høyeksplosiv forbindelse og uorganiske surstoffavgivende salter, f. eks. nitrater og klorater, samt eventuelt andre tilsetningsstoffer i hensiktsmessig mengde. Herunder må man på den ene side være oppmerk-som på at mengden av høyeksplosiv forbindelse skal være tilstrekkelig til å gi sprengstoffet de nødvendige eksplosive egenskaper, men på den annen side må mengden av stoffer som er inkorporert i gelen ikke være så stor at den ønskede plastisitet hos sprengstoffet ikke oppnås. For at den tilsiktede ønskelighet skal oppnås gjelder videre visse grenseverdier for vanninnholdet i gelen, bestemt nedad av at ufølsomheten mot slag, støt og friksjon skal oppnås, og oppad av at sprengstoffet lett skal kunne bringes til detonasjon.

I overensstemmelse med ovenstående kar-akteriseres det surstoffbalanserte plastiske sikkerhetssprengstoff ifølge oppfinnelsen av at det i hovedsaken består av en blanding av 20—45 % høybrisant sprengstoff og surstoffavgivende uorganiske salter inkorporert i en gel fremstilt av vann og et hydrofi.lt kolloid, og av sådan sammensetning og mengde at sprengstoffets vanninnhold ligger innenfor grensene 3—25 %.

Idet det er kjent at allerede måtelige mengder med vann i et sprengstoff som er bygd opp av nitroglyserin: nitrocellulosegel nedsetter og til slutt ødelegger sprengstoffets virkning, var det meget overraskende å finne at de her foreslåtte gelsprengstoffer tåler innblanding av betydelige mengder vann uten av initierings-følsomheten og styrken svekkes.

Som eksempel på høybrisante sprengstoffer som komponenter i sikkerhetssprengstoffet ifølge oppfinnelsen må det nevnes pentyl, heksogen, nitromannitt, ditrinitroetylurinstoff m. fl. Generelt egner det seg godt med slike som i og for seg i høykomprimert tilstand — omtrent til-svarende en volumvekt innenfor intervallet 1,45—1,65 — har en detonasjonshastighet av over 7500 m/s. Det høybrisante sprengstoff skal være finfordelt, men finfordelingsgraden er ikke kritisk.

Eksempler på hensiktsmessige hydrofile kolloider som gir geldannelse er stivelse og dekstrin av forskjellige slag, karboksymetyl-cellulose, agar-agar, alginater, pektin, alkyl-cellulose, alkylhydroksylalkyl(etyl)cellulose m. fl. Mengden av kolloidet i sprengstoffet kan variere mellom grensene 0,3 og 10 %.

Hensiktsmessige uorganiske surstoffavgivende salter er spesielt slike av alkali- og jordalkalimetaller, f. eks. ammoniumnitrat, kalsiumnitrat, natriumnitrat, bariumnitrat eller andre nitrater, videre kaliumklorat, kalium-perklorat, ammoniumperklorat eller andre klorater resp. perklorater. Disse stoffer tilsettes i en slik mengde at sprengstoffet blir surstoffbalansert, f. eks. i mengder innenfor grensene 10—70 %, fortrinnsvis 30—65 %.

Dessuten kan sprengstoffet inneholde mindre mengder vanlige tilsetningsstoffer, f. eks. organisk mel, som tremel eller rugmel, eller lignende.

I visse tilfeller kan det også være ønskelig å tilsette ytterligere stoffer, som, uten å på-virke den grunnleggende oppfinnelsestanke, gir sprengstoffet visse spesielle ønskelige egenskaper, f. eks. når det gjelder motstandsdyktighet mot kulde, stabilitet etc. I denne hensikt kan man anvende tilsetninger av eutektiske saltblandinger til gelen, og videre har det vist seg fordelaktig for å heve motstandsdyktigheten mot kulde å tilsette lavmolekylære fierverdige alkoholer, f. eks. glykol eller glyserin. For å øke sikkerheten under innblandingen av det høy-brisante sprengstoff kan man tilsette dette i delvis flegmatisert form. Som flegmatiserings-middel kan nevnes f. eks. parafin og voks. Videre kan en del av sprengstoffets endelige vanninnhold tilføres på en slik måte at det høybrisante sprengstoff tilsettes fuktet med vann.

De ifølge oppfinnelsen fremstilte surstoffbalanserte plastiske sprengstoffer har vist seg å inneha mange interessante egenskaper, og de avviker i mange henseende fordelaktig fra sprengstoffer som er oppbygget av gel av nitroglyserin, nitroglykol eller lignende salpetersyreestere. En helt spesielt fremtredende egenskap er at de i høy grad er støt- og rivnings- og be-skytningsufølsomme. De tåler f. eks. uten å antennes slag med 10 kg fallhammer fra 800 mm fallhøyde, og det har vist seg at det er mulig å bore i et gjenstående borhull med sprengstoff i uten at det inntreffer initiering. Derimot initieres de lett og sikkert ved hjelp av svake sprengkapsler (f. eks. nr. 4) og detonasjonshastigheten er herved lite avhengig av initieringens styrke, hvilket henger sammen med at sprengstoffer av denne type bare synes å ha et detonasjonsnivå. De er holdbare mot elde, og detonasjonshastigheten er ubetydelig avhengig av diameteren. Deres frittliggende overslag er forholdsvis lavt, men avhengig av sprengstoffets sammensetning og av vanninnholdet. Heller ikke overslaget kan påvises å være avhengig av elde. Ettersom sprengstoffene er frie for flytende salpetersyreestere ( f. eks. nitroglyserin :nitroglykol) medfører deres håndtering ikke hodepine.

Da sprengstoffene er oppbygget av en gel som inneholder vann er de til en viss grad hygroskopiske. Deres tilbøyelighet til å oppta vann kan imidlertid varieres innenfor ganske vide grenser, f. eks. ved anvendelse av salter som er overtrukket med voks, parafiner eller silikoner eller andre vannavvisende stoffer. Det er selvfølgelig også mulig å fordele saltene ved fremstillingen slik at en del tilføres i form av en eutektisk blanding til gelen, en annen del i fast form sammen med det høyeksplosive, idet den sistnevnte del også kan være overtrukket med vannavvisende midler ifølge det ovennevnte og eventuelt bestå av formalt salt.

Det har tidligere vært foreslått (eng. patent nr. 597 716) ved fremstilling av sprengstoffer å anvende geler som er oppbygget av eutektiske saltblandinger, i hvilke ammoniumnitrat inngår i form av en kjemisk stabil væske uten flyktige bestanddeler. I disse geler kan det eventuelt inngå vann, men dette er ingen forutsetning. Ved innarbeiding av store mengder (64—73 %) høybrisante sprengstoffer i gelen skulle det fås sprengstoffer med plastisk konsistens. Disse sprengstoffer har imidlertid ikke vært surstoffbalansert og heller ikke er de generelt ufølsomme for slag, hvilket det heller ikke er tatt hensyn til.

Det er tidligere også blitt foreslått (eng. patent nr. 597 718) å fremstille et ved vanlig temperatur gelliknende sprengstoff ved- opp-hetning av en konsentrert vandig oppløsning, inneholdende ammoniumnitrat og et eller flere metallnitrater samt et organisk kolloidalt mater-iale. Det angis at man ved tilsetning av slik gel til ammoniumnitratgelignit kan minske mengden av nitroglycerin og på tross av dette få plastisk konsistens. Derved oppnås imidlertid ikke ufølsomhet for slag. Ifølge foreliggende oppfinnelse derimot dreier det seg om sprengstoffer som er fri fra flytende salpetersyreestere og som er i høy grad ufølsomme for slag, friksjon og beskytning.

Eksempel.

Nedenfor er det i tabellform angitt en rekke forskjellige utførelseseksempler. Alle prøver er fremstilt i en Mac-Robertsblander i mengder av ca. 7 kg. Gelen er først blitt tilført, derpå igang-settes omrøringen og de øvrige komponenter arbeides inn.

De sprengtekniske undersøkelser er blitt utført på følgende måte: Detonasjonshastigheten er målt i roterende speilkamera, stuk-ningsprøven er utført ifølge Hess, men med bare 20 g sprengstoff, mørserverdiene er utført i en ballistisk pendel av ståndardutførelse og satt i forhold til trotylverdien, overslagsverdiene er bestemt på 25 mm patrondiameter ved 20°, stabilitetsverdiene er til s)utt fastsatt ved vekttapsmåling ved 80° for 1 % vekttap i glassflaske av pyrex, diameter 20 mm med innslipt 0,2 mm kapillar av 40 mm lengde. Sprengstoffer med forskjellige stivelsessorter gir me tet like resultater.

Claims (6)

1. Surstoffbalansert plastisk sikkerhetssprengstoff, som inneholder surstoffavgivende uorganiske salter i en av vann og et hydrofilt kolloid fremstilt gel, karakterisert ved, at sprengstoffet i hovedsaken består av en blanding av 20—45 % høybrisant sprengstoff og de surstoffavgivende uorganiske salter inkorporert i en gel av sådan sammensetning og mengde at sprengstoffets vanninnhold ligger innenfor grensene 3—25 %.

2. Sprengstoff ifølge påstand 1, karakterisert ved, at det inneholder et høybrisant sprengstoff, som i høykomprimert tilstand har en detonasjonshastighet på over 7500 m/s.

3. Sprengstoff ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved, at det som surstoffavgivende uorganiske salter inneholder ett eller flere nitrater, klorater, perklorater i mengder innenfor området 10—70 %.

4. Sprengstoff ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved, at innholdet av hydrofilt kolloid, f. eks. stivelse, ligger innenfor området 0,3—10 %.

5. Sprengstoff ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved, at det inneholder det høybrisante sprengstoff i delvis flegmatisert tilstand.

6. Sprengstoff ifølge en hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved, at det inneholder en mindre mengde av en lavmolekylær flerverdig alkohol, f. eks. glykol eller glycerin.