SE467495B - Saett att oeka verkan av energirika spraengaemnesblandningar samt i enlighet daermed framstaella spraengaemnesblandningar - Google Patents

Description

467 495 därvid uppnådda verkansförstärkan kan emellertid vara av olika slag. I RSV-laddningar kan man sålunda uppnå en väsentlig restverkan genom koppar- och aluminiumtillsatsen medan man t ex i aluminiumhaltiga undervattensladdningar kan öka bubbeleffekten med 25-50 % genom en lämpligt avpassad aluminiumtillsats. Alu- miniumtillsatser förekommer även i många andra blandsprängämnen.

I Aluminiumtillsatsen ger nämligen även ganska stora temperatur- tillskott till de rena förbränningsreaktionerna. I högenergi- sprängämnet Hexal ingår sålunda förutom sekundärsprängämnet hexogen även aluminiumpulver och man har beräknat att denna aluminiumpulvertillsats genom sin oxid- och karbidbildning i samband med sprängämnets förbränning ger ett cirka 25%-igt temperaturtillskott.

Ett annat alternativ att öka energiutbytet från sprängkroppar och raketdrivmedel som innehåller sekundärsprängämnen och metalltillsatser finns beskrivet i EP-A-0 323 828. Enligt denna patentskrift kan man väsentligt öka energiutbytet från sådana i och för sig kända laddningar som innehåller sekundärsprängämnen, perklorater, aluminiumpulver och bindemedel om man istället för att som tidigare utnyttja molära perklorat överskott balanserar perkloratandelen mot sprängämnesblandningens syrebalans till en i huvudsak fullständig bildning av koldioxid och vatten.

Enligt denna patentskrift gäller nämligen att tidigare använda perkloratöverskott vid laddningarnas förbränning förbrukat allt för stora energimängder för den egna sönderdelningen för att perklorattillsatsen verkligen skulle komma till sin rätt. En noggrann balansering mellan perkloratandelen och sprängämnets syrebalans skulle däremot ge stora mängder av med den ingående metallpulverandelen lätt reducerbara sprängämnesgaser vilket i sin tur skulle ge en väsentlig verkansförstärkning. Det finns ingen orsak att betvivla detta. Den största nackdelen med denna typ av sprängämnesblandningar är istället perkloratandelen. Vid den praktiska användningen har man nämligen alltid av säkerhetsskäl försökt undvika kombinationer mellan perklorater 467 495 och högenergisprängämnen eftersom perkloraterna som regel ger allt för hanteringskänsliga blandningar. Däremot är det ju vanligt att använda perklorater i rena pyrosatser som ju endast förekommer i väsentligt mindre satser än rena sprängmedels- blandningar.

Föreliggande uppfinning hänför sig emellertid nu till ett nytt mer generellt sätt att markant öka energirika sprängämnes- blandningars genomslagsförmàga och förbränningstemperatur samt deras bubbeleffekt då de används i undervattensladdningar. Vi har nämligen funnit att det finns ett antal exoterma reaktioner, innefattande en eller flera metallreaktanter, som kan kombineras med sprängämnesförbränningar och som startas upp av dessa och som sedan förlöper mer eller mindre parallellt med dessa utan krav på energitillskott utan tvärtom under avgivande av energi. Förutom valet av de i de exoterma reaktionerna ingående reaktanterna krävs därvid även att dessa finns tillgängliga i finfördelad form i intim kontakt med varandra i sprängämnesblandníngen ifråga.

För att reaktanterna skall reagera exotermt med varandra krävs att åtminstone den ena vid någon temperatur skall vara löslig i den andra.

Den exoterma reaktionen då en av reaktanterna löser sig i den andra följs i de allra flesta fall av ett andra oxid- och karbid- bildningssteg under vilken reaktanterna, d v s i detta fall tillsatsmetallerna, reagerar med tillgängligt syre och eventuellt med i sprängämnesmolekylerna ingående kol. Även detta andra steg är exotermt men som regel inte lika kraftigt exotermt som steg ett.

Oxid-, karbidbildningssteget motsvarar för övrigt i princip den reaktion som man får i andra metallhaltiga sprängämnen t ex den inledningsvis omnämnda Hexalen som enbart innehåller hexogen och aluminium och som alltså helt saknar andra metaller med vilken aluminiumen kan reagera exotermt.

Exoterma reaktioner av speciellt intresse i detta sammanhang är 4-67 495 sådana intermetalliska legeringsreaktioner som resulterar i borider, aluminider, silicider, legeringar innefattande al- kaliska jordartsmetaller samt karbider.

Av i detta sammanhang tänkbara alternativ anser vi att metallerna titan, bor, zirkonium, nickel, mangan och aluminium var av speciellt intresse. Detsamma gäller även för de s k alkaliska jordartsmetallerna samt hafnium.

För att de ásyftade exoterma intermetalliska reaktionerna skall kunna startas upp av sprängämnesförbränningen så krävs att reaktanterna finns tillgängliga fördelade i sprängämnet i intim kontakt med varandra och i lämpliga mängder. Dä reaktanterna utgörs av två eller flera av de ovan nämnda metallerna åstad- kommes detta genom att man framställer granuler av fina par- tiklar, vilket här menas att dessa är i/u-storlek, av reak- tanterna samt fördelar dessa granuler i en sprängämnesmatris som kan bestå av ett eller flera högenergisprängämnen såsom HMX, RDX, PETN, TATB, NTO, HNS, guanidinderivat såsom TAGN, NIGU, guanidinnitrat eller TNT samt bindemedel som kan vara av typen energistiskt bindemedel såsom polyvinylnitrat eller TNT. (ener- getiskt bindemedel = bindemedel som i sig själv även är ett sprängämne).

Ovan och i det följande samt inom branschen allmänt använda förkortningar: RDX = hexogen HMX = oktogen HNS = hexanítrostilben PETN = pentyl eller pentaerytritoltetranitrat TATB = triaminotrinitrobensen NTO_ = 3-Nitro-1,2,4-Triazole-5-One TNT = Trotyl TAGN = triaminoguanidinnitrat NIGU = nitroguanidin 467 495 Som redan nämnts skall metallreaktanterna för den intermetalliska exoterma reaktionen tillföras sprängämnesblandningen i form av granuler innehållande fina partiklar av samtliga metallreaktanter varvid dessa fina partiklar av de olika metallreaktanterna skall vara i så nära anslutning till varandra som möjligt. Dessa gra- nuler kan vara framställda med hjälp av små mängder bindemedel som kan vara ett sprängämne (energetiskt bindemedel) eller ett bindemedel av annan typ. Även granuler framställda på annat sätt än med hjälp av bindemedel är tänkbara.

Det är tidigare känt att vissa intermetalliska reaktioner är exoterma. Även andra exoterma reaktioner är kända. Det nya med föreliggande uppfinning är därför kombinationen med spräng- ämne där sprängämnesförbränningen utnyttjas för det initial- energitillskott som krävs för att starta upp den exoterma intermetalliska reaktionen som därefter bidrar med ett icke ringa energitillskott till den energiutveckling som erhålles från sprängämnesförbränningen. Ett speciellt problem i sammanhang med uppfinningen är att välja de exoterma reaktioner som kan användas i sprängämnessammanhang och som ger det största energiutbytet.

Dessutom gäller det att välja metallreaktanter som praktiskt kan hanteras tillsammans med sprängämne och som är ekonomiskt acceptabla med tanke på det energitillskott som de ger. Efter- som de exoterma legeringsbildningarna är relativt långsam- ma reaktioner jämfört med sprängämnesförbränningen så innebär de här aktuella metallinblandningarna och därav följande legerings- reaktioner en viss nedsättning av sprängämnesblandningens de- tonationshastighet jämfört med det rena sprängämnets men sam- tidigt ger den exoterma metallreaktionen en kraftig restverkan i form av en förhöjd temperatur i kombination med bildandet av flytande/fasta partiklar vilket är mycket gynnsamt när det gäller att åstadkomma en kraftig genomslagseffekt exempelvis genom stàlplát samt då laddningen detonerar under vattnet och därvid ger upphov till bl a en förstärkt bubbeleffekt.Vid under- vattensladdningen erhålles ett extra energitillskott från bildade biprodukter som i sin tur reagerar med vattnet som därvid fungerar som oxidationsmedel. 467 495 Laddningar av den för uppfinningen kännetecknande typen är därför speciellt väl lämpade för undervattensbruk d v s minor och torpeder. i första hand i Laddningarna enligt uppfinningen kan framställas som gjutbara PBX (plastic bond explosives) baserade på metallgranuler och kristallina sprängämnen och en relativt hög bindemedelshalt.

Ett krav som man måste ställa på laddningarna enligt uppfinningen är att dessa måste ha en god sammanhållning. I de fall då ladd- ningarna enligt uppfinningen är uppbyggda av finkornigt med 1-2 vikts-% bindemedel granulerat kristallint sprängämne samt granu- ler av metallreaktanterna av ovan antytt slag samt huvudbinde- medel kan man räkna med sprängämneshalter i den färdiga ladd- ningen om 30-90 vikts-%, samt legeringsmetaller i mängderna 10-70 vikts-% och l-40 vikts-% bindemedel. Det senare kan en härdplast, en termoplast eller en termoplast såsom ett akrylat, en polyuretan, en polyester eller ett termoplastiskt gummi. De lägsta bindemedelshalterna kan man få fram om man ut- nyttjar energetiska bindemedel t ex TNT eller polyvinylnitrat som är både bindemedel och sprängämne. t ex vara Metall- och sprängämnesgranulaten bör enligt vår erfarenhet ha en partikelstorlek om 100-200 pm.

Ett exempel på ett exotermt i samband med föreliggande uppfinning aktuellt legeringssystem Ti + B2 som kan ge ett energitillskott motsvarande ca -71,6 kcal/mol och 4000 °K. en reaktionstemperatur ca Ett annat exotermt system är Al + Mn.

Däremot är en reaktion med ren Al till aluminiumoxid eller even- tuellt aluminiumkarbid som redan nämnts inte i samma grad energi- höjande.

Ytterligare energihöjande system är Zr + Ni -a 467 495 Metallkombinationer som ger exoterma legeringssystem och därför kan bli aktuella i samband med föreliggande uppfinning Alkaliska fiordartsmetaller Barium plus antingen, vismut eller tenn.

Magnesium plus tenn Kalcium plus aluminium Strontium plus aluminium Beryllium plus aluminium Borider Bor plus magnesium, kisel, titan, zirkonium, krom, molybden, wolfram eller mangan.

Aluminider Aluminium plus koppar, kalcium, bor, titan eller zirkonium, krom, mangan, järn, kobolt, nickel, palladium och platina.

Silicider Kisel plus kalcium, titan, zirkonium, hafnium, krom, molybden och nickel.

Vidare gäller att små tillsatser av ämnen eller legeringar ur lanthanidgruppen och/eller metallen hafnium kan tillsättas för att katalysera legeringsreaktion enligt uppfinningen.

Tillverkning: Den exoterma legeringssatsen enligt uppfinningen tillverkas lämp- ligen genom homogen blandning av aktuella komponenter i lämplig partikelstorlek tillsammans med några procent bindemedel varav man tillverkar granuler av lämplig storlek. Vi har funnit att lämpliga bindemedel till detta kan vara akrylater (lösnings- 467 495 medelbaserade eller vattendispergerbara). Därvid erhållna granuler innehållande de vid sprängämnesförbränningen exotermt reagerande reaktanterna tillsättes sedan till sprängämnet i fråga som kan vara RDX, HMX, HNS, PETN, eller annat tidigare nämnt sprängämne till ca; 10 - 70 %-ig inblandning.

De i enlighet med uppfinningen utformade metalltillsatserna kan även med fördel användas till gjutbara sprängämnen exempelvis trotyl eller gjutbara PBX.

En speciell fördel med de för uppfinningen utmärkande tillsatser- na är att dessa ej ger någon märkbar höjning av de färdiga sprängämnesblandningarnas hanteringskänslighet. Detta är en mycket viktig egenskap som ej erhålles då man förstärker spräng- ämnesblandningar med pyrotekniska satser där man på grund av dessa klorat, perklorat och/eller peroxidhalter måste räkna med en väsentlig höjning av blandningarnas hanteringskänslighet.

Uppfinningen som har definierats i de efterföljande patentkraven skall nu något ytterligare illustreras med dels några generella exempel dels nâgra mer detaljerade dylika.

EXEMPEL I Detonerande laddningar a) En första explosivämnesblandning bestående av; 60 % RDX (Hexogen) 23 % Titan 14 % Bor 3 % Bindemedel ökar genomslagseffekten med ca; 20 % mot ren RDX-sats. b) En andra explosivämnesblandning bestående av 68 % RDX (Hexogen) 21 % Zirkonium 9 % Nickel 2 % Bindemedel ökar genomslagseffekten med mer än 50 % mot ren RDX-sats. 467 495 c) En tredje explosivämnesladdning bestående av 50 % RDX (Hexogen) 22 % Mangan 14 % Aluminium 3 % Bindemedel ger en effekt som är likvärdig med RDX volymmässigt men laddningstätheten ökas från 1,7 gram/cm3 till 2,4 gram/cm3 vilket ger en effektökning per volymsenhet.

EXEMPEL II Tillverkning; Labskala Sats IMR-comp 05; Manganpulver, kornstorlek ca; 10 u blandas med aluminiumpulver (MIL 512), kornstorlek 2,5 - 5 u. Blandningen utföres som torr- blandning i exempelvis rotokub. Sammansättningen skall vara 30 % mangan och 70 % aluminium. Metallkompositionen blandas med akrylatbindemedel löst i trikloretylen, bindemedelshalt ca; 1 %.

Blandningen torkas till ca; 5-7 % torrhalt och granuleras på siktduk 50 mesh. Granulatet blandas med 50 % RDX, kornstorlek 15 p, före sluttorkningen i en mixer. Explosivämneskompositionen sluttorkas i 60-70°C min 12 tim, till en fukthalt <0,1 %.

Satsen kan därefter med lätthet pressas till presskroppar med en täthet av 2,35 - 2,40 g/cm3.

Kompositionen har i våra försök givit ett ökat genomslag i stål- plàt, jämfört med exempelvis hexal 70/30.

Provningen har utförts genom att presskroppar med en storlek av 0 22x20 mm har placerats stående på en stålplåt 8 mm tjock och med ett underlag av poröst trä.

Kutsarna har initierats med en sprängkapsel Nr 8.

Vid provningen erhölls goda genomslag i samtliga fall d v s hål 0 4-5 mm bildades i plåten. Motsvarande prov med hexal 70/30 däremot förmår endast ge sprickbildning i plåten. 467 495 10 Andra blandningar ur de olika grupperna som givit goda resultat och som framställts i princip i enlighet med ovan beskrivet förfarande.

Borider a) Bor och zirkoniumpulver 0,5-5 p blandades i ett förhållande av 80 % zirkonium och 20 % bor, blandningen granulerades med ca; 1-2 % bindemedel genom 50 mesh.

Metallblandningen inblandades i RDX till en procenthalt av 50. b) Bor och titan med samma partikelstorlek blandades och granulerades pà motsvarande sätt av 14 % bor och 23 % titan under tillsats av 3 % bindemedel. Därefter gjordes en inblandning av 60 % RDX.

De bägge ovan beskrivna satsrecepten har det gemensamt att de omsättes vid en temperatur mellan 3500°K - 4200 OK vid fullt utvecklat tryck. i!

Claims (10)

11 4e7 495 PATENTKRAV

1. Sätt att vid högenergisprängämnesblandningar vars matris ut- görs av ett eller flera sekundära sprängämnen av typen HMX, RDX, PETN, TATB, NTO, HNS, guanidinderivat såsom TAGN, NIGU, guanidin- nitrat eller TNT öka energiutbytet i form av genomslagsförmåga, förbränningstemperatur och vid undervattensladdningar i form av bubbeleffekten från den detonerande sprängëmnesblandningen k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att sprängämnesförbränningen (detonationen) utnyttjas för att starta upp en exoterm intermetallisk legeringsreaktion mellan i sprängämnesbland- ningen ingående reaktanter i form av två eller flera i spräng- ämnesmatrisen i finfördelad form och i intim kontakt med var- andra inblandade metaller vilka som slutprodukt ges en borid, en aluminid, en silicid, en zirkonium- nickellegering eller en legering som innehåller minst en alkalisk jordartsmetall varefter nämnda intermetalliska legeringsreaktion löper mer eller mindre parallellt med sprängämnesförbränningen utan energitillskott från denna men under avgivande av energi.

2. Sätt enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att för den exoterma intermetallreaktionen nödvändiga metallreak- tanter inblandas i högenergisprängämnesblandningen i form av partiklar eller granuler av storleksordningen 100-200/u var och en innefattande samtliga ingående metallreaktanter i form av partiklar av u storlek sammanbundna till varandra.

3. Sätt enligt endera kraven 1 eller 2 k ä n n e t e c k- n a t d ä r a v att sprängämnets förbränning kombineras med en exoterm metallreaktion i form av en intermetallisk legeringsreaktion mellan tvâ eller flera metallerna titan, bor, zirkonium, nickel, mangan och aluminium.

4. Sätt enligt endera av kraven 1-3 k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v att blandningsförhàllandet mellan de ingående 467 4-95 1? komponenterna väljs inom följande intervall 10-70 vikts-% legeringsmetall 30-90 " sprängämne samt 1-40 “ bindemedel P

5. Sätt enligt endera av kraven 1-4 k ä n n e t e c k- s n a t d ä r a v att legeringsmetallerna fördelas i en spräng- ämnesbindemedelsmatris i form av granuler med en partikelstorlek om 100-200 /um.

6. Högenergisprängämnesblandning framställd i enlighet med sättet enligt endera av kraven 1-5 k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att däri ingår förutom ett eventuellt bindemedel som kan vara energetiskt och dess huvudbeståndsdel i form av ett eller flera sekundärsprängämnen av typen RDX, HMX, HNS, PETN, TATB, NTO, HNS, guanidinderivat såsom TAGN, NIGU, guanidinnitrat eller trotyl även en metalltillsats i form av två eller flera metaller som i finfördelad form och i intim kontakt med varandra finns fördelade i den av sekundärsprängämnet bestående grundmas- san och som vid sekundärsprängämnets förbränning ger upphov till en exoterm intermetallisk legeringsreaktion och varvid i nämnda metalltillsats ingår minst två metaller som vid den interme- talliska legeringsreaktionen dem emellan ger en borid, en alu- minid, en silicid, en zirkoniumnickellegering eller en legering innehållande minst en alkalisk jordartsmetall.

7. Högenergisprängämnesblandning enligt krav 6 k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v att i metalltillsatsen ingår minst två av metallerna titan, bor, zirkonium, nickel, mangan eller alumi- nium.

8. Högenergisprängämnesblandning enligt endera av kraven 6-7 * k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att metalltillsatsen ingår W i form av granuler eller partiklar bestående av samtliga ingående * metaller i form av partiklar av u-storlek sammanbundna med ett bindemedel som kan vara energetiskt och varvid granulerna har en 467 495 13 storlek av 100-200/um och är fördelade i sprängämnesmatrisen vilken även den kan innehålla bindemedel av samma eller annan C

9. Högenergisprängämnesblandning enligt ett eller flera av kraven 7-11 k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det innefattar 30-90 vikts % sprängämne

10. -70 " legeringsbildande metall samt 1-40 bindemedel.