SK13672000A3 - Netoxická a nekorozívna zážihová zlož - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka oblasti muničnej výroby, najmä výroby zápalkových zloží pre zápalky loveckého a športového streliva.

Doterajší stav techniky

Všetky druhy známych zápalkových zloží, ktoré sú v súčasnej dobe používané, a to ako už zastarané zlože na báze výbušnej ortuti, chlorečnanu draselného a sulfidu antimonitého, tak novšie nekorozívne zlože na báze tetrazénu, trinitrorezorcinátu olovnatého, oxidu olovičitého, kalciumsilicidu a sulfidu antimonitého, emitujú pri výstrele veľké množstvo toxických ťažkých kovov a nezodpovedajú nárokom na čistotu životného prostredia. Preto bol v posledných desiatich rokoch vykonaný rozsiahly výskum s cieľom vytvoriť zlož, ktorá by neobsahovala zlúčeniny ťažkých kovov, ako je olovo, báryum, ortuť, antimón a súčasne si uchovala nekorozívnosť tricinátových zloží. Výsledkom bola zlož, kde funkciu primárnej výbušniny plní aromatická diazozlúčenina bez obsahu kovu, dinol a senzibilizátorom zostáva tetrazén. Pyrotechnický systém sa v danom prípade skladá z nového oxidovadla, peroxidu zinku a práškového titánu. Zlož môže obsahovať ešte ďalšie zložky, ako sú frikcionátory, najčastejšie mleté sklo a aktívne palivá, ako sú rôzne druhy nitrocelulózových a nitroglycerínových prachov.

Známe sú tiež zlože na báze dinolu, kde sa prakticky len obmieňa pyrotechnický systém. Ako oxidovadla sú používané rôzne oxidy kovov, dusičnan draselný, strontnatý, zásadité dusičnany medi a dusičnan meďnatoamónny a zlúčeniny cínu. Ani tieto zlože nie sú konečným riešením. Zásadným problémom je tu vlastná primárna výbušnina - dinol. Je to karcinogénna zlúčenina s veľmi nepríjemnými fyziologickými účinkami.

Preto boli zaznamenané snahy dinol zo zloží úplne vylúčiť. Takéto riešenie ponúka EP 0656332 Al, kde zlož je založená len na pyrotechnickom systéme a neobsahuje vôbec žiadnu výbušninu. Palivom je tu hyperaktívny práškový zirkón, oxidovadlom je zmes dusičnanu draselného s oxidom manganičitým a funkciu energetickej zložky plní pentrit. Nie je pochyb o tom, že táto zlož je podľa údajov pôvodcu vynálezu plne funkčná, aj keď i tu môže vyvstať závažný problém. Tým môže byť práve zirkón. Ako sami pôvodcovia uvádzajú, zapaľuje sa aktívna forma zirkónu vplyvom nepatrného energetického impulzu, a to ako mechanicky, tak termicky. Je všeobecne známe, že vysoko aktívne práškové kovy, a to predovšetkým zirkón, sú pyroforické a extrémne reaktívne. Reagujú ako so vzdušným kyslíkom za vzniku oxidov, tak so vzdušným dusíkom za vzniku nitridov a aj s vodnou parou za vzniku hydridov. Pri doprave a skladovaní musia byť uchovávané pod vodou a pri výrobe zloží musí byť voda vytesnená organickým rozpúšťadlom s vodou miešateľným. Podľa údajov pôvodcov je najvýhodnejší izopropylalkohol. Technológia je potom založená na klasickom vtieraní pastovitej zlože do kalíškov, avšak s tým rozdielom, že spojivom tu nie je vodný roztok príslušnej organickej zlúčeniny, ale roztok aerosólu v izopropylalkohole. Pri výrobe a plnení takých zloží potom môžu nastať závažné problémy, ako je práca s extrémne reaktívnym zirkónom a ďalej aj problémy technologické pri použití veľkého množstva organických rozpúšťadiel vo výrobe.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody rieši a úplne odstraňuje netoxická a nekorozívna zážihová zlož, ktorej podstata spočíva v tom, že v energetickom systéme je primárna výbušnina typu dinol nahradená brizantnou trhavinou, ktorá je aktivovaná senzibilizátorom typu tetrazén alebo soľami a derivátmi tetrazolov. Ako brizantnú trhavinu je možné použiť nitroestery, ako je pentrit a hexanitromanit, ale tiež nitrocelulózu vo forme granulátu a ďalej nitroamíny, ako je hexogén, oktogén a tetryl. Na zvýšenie zážihovej mohutnosti je nutné zlož doplniť vhodným pyrotechnickým systémom. Ako najvhodnejšie sa ukázali zmesi s práškovým borom, predovšetkým s hnedým tzv. amorfným, s vysokým špecifickým povrchom, ktorý u bežne dostupných preparátov dosahuje 5 až 25 m²/g. Rozsiahle skúšky preukázali, že amorfný bór je vynikajúcim palivom a je schopný vytvoriť dokonalý redox-systém s akýmkoľvek kovovým oxidom, nezávisle na mocenstve, ďalej s peroxidmi kovov a všetkými známymi soľami anorganických kyslíkatých kyselín.

Do pyrotechnického systému s borom je možné zvoliť oxidovadlá zo skupiny zlúčenín, ako sú oxidy kovov jednomocných: medný CU2O, dvojmocných: meďnatý - CuO, zinočnatý - ZnO, oxidy kovov viacmocných: bizmutitý - BÍ2O3 , bizmutičitý - B1O2 i bizmutičný - BÍ2O5 , železitý Fe2O3 , manganičitý - Mn02, cíničitý - SnC>2, vanadičný V2O5 a molybdénový MOO3, peroxidy zinku - ZnCh a vápnika - CaO2 , dusičnan draselný - KNO3 a niektoré špeciálne soli, ako sú zásadité dusičnany bizmutu - 4BiNO3(OH)2.BiO(OH) a B1ONO3.H2O, zásaditý dusičnan medi - Cu(NO3)2-3Cu(OH)2, dusičnan diamínmeďnatý - Cu(NH3)2(NO3)2, zásaditý dusičnan cínu - Sn2O(NO3)2·

Najrýchlejšie horiaci systém vytvára bór so zlúčeninami bizmutu. Systémy s najvyššou výhrevnosťou vznikajú pri použití dusičnanu draselného, oxidu meďnatého, železitého a manganičitého. Produkty horenia môžu byť ako nízkotaviteľný oxid boritý - B2O3, tak prchavý oxid bórnatý - BO, stabilnejší za vyšších teplôt, prípadne aj nitrid boru - BN. Prítomnosť týchto zlúčenín v produktoch horenia je veľmi žiaduca z hľadiska dokonalého zážihu prachových náplní nábojov. Aj napriek svojej výnimočnej reaktívnosti je bór chemicky stabilný a nie je manipulačne nebezpečný. Náklady na bór sú vyvážené jeho minimálnym obsahom v stechiometrických zmesiach, ktorý nepresahuje 20 % hmotnostných.

Na zvýšenie citlivosti k nápichu je nutné doplniť zlož vhodným frikcionátorom, ktorým je mleté sklo.

Vzhľadom na to, že takto vytvorené zážihové zlože sú vo veľmi jemnej forme, javí sa ako najvhodnejšia technológia plnenie za mokra, a preto zlož môže obsahovať ešte isté množstvo spojiva rozpustného vo vode. Najvhodnejšie sú všeobecne známe spojivá, ako arabská guma, dextrín, polyvinylalkohol, kaboxymetylcelulóza a iné. Pokiaľ by bolo nutné plniť zlož za sucha, je treba ju vopred zgranulovať. Granuláciu je možné realizovať ako s použitím vyššie menovaných spojív vo vodnom roztoku, tak aj s použitím spojív rozpustných v organických rozpúšťadlách, napr. nitrocelulózy v acetóne. Pyrotechnický systém je možné takisto po vylisovaní nazrniť a zrnný produkt potom použiť do zloží. Zlož potom nemusí už obsahovať spojivo, pretože za sucha je dobre dávkovateľná.

V priebehu niekoľkých rokov boli vykonané rozsiahle skúšky ako so zápalkami plnenými zložami podľa tohto vynálezu, tak aj so strelivom osadeným týmito zápalkami.

Výsledky týchto praktických skúšok preukazujú, že vhodne volenou kombináciou energetického a pyrotechnického systému je možné dosiahnuť požadované vlastností zlože pre určitý druh zápalky. Napr. pre najmenšie druhy zápaliek s najkratšími reakčnými časmi, používané pre pištoľové a revolverové strelivo, je nutné aby energetický a pyrotechnický systém vykazoval čo najväčšiu reaktivitu a súčasne mal aj vysoký obsah energie. Najvyššiu reaktivitu vykazujú nitroestery, ktoré sa najjednoduchšie iniciujú a to hlavne manitexanitrát, ktorý však pre svoju cenovú náročnosť a trochu nižšiu chemickú stabilitu je predurčený na špeciálne použitie. Naproti tomu pentrit sa prejavil ako ideálna výbušnina so širokým rozsahom použiteľnosti. Podobne nitrocelulóza, ktorá je univerzálnou a mnohoúčelovou výbušninou plniacou funkciu horľaviny, propelentu aj spojiva súčasne. Nitroamíny ležia výkonom nižšie než nitroestery a ich iniciovateľnosť je nižšia. To ich však predurčuje na použitie do zápaliek väčších rozmerov s dlhými reakčnými časmi, kde sa uplatnia lepšie než nitroestery, ktorých veľmi vysoký výkon by mohol byť v niektorých prípadoch i na škodu. Na porovnanie uvádzame výsledky meraní zápaliek 4,4/0,4 Boxer určených pre náboj 9mm Luger metódou Drop-test, pri ktorej sme získali grafickú závislosť priebehu tlaku na reakčnom čase zápalky. Bola porovnaná zlož podľa príkladu 20 s klasickou zložou na báze TNRO (trinitrorezorcinátu olovnatého), ktorej navážka je v zápalke asi o 20% vyššia. Pre obidve zlože boli namerané zhodné hodnoty maximálnych tlakov - 100 barov a reakčných časov 100 mikrosekúnd.

Boli takisto premerané parametre vnútornej balistiky náboja 9mm Luger so zápalkou plnenou zložou podľa vynálezu. Pri použití vhodne zvoleného prachu je možné so strelou o váhe 7,5 g dosahovať úsťových rýchlostí okolo 420 m/s bez toho aby boli presiahnuté povolené hodnoty maximálnych tlakov v komore. Ďalej boli vykonávané praktické streľby z rôznych typov krátkych a automatických zbraní, kde toto strelivo vykazovalo spoľahlivú funkciu.

Ďalej bolo dokázané, že zlože podľa vynálezu obsahujúce tetrazén ako hlavnú výbušninu vykazujú mimoriadnu manipulačnú bezpečnosť.

Pri horení tejto zlože nedochádza k vývinu toxických spalín ani zlúčenín spôsobujúcich koróziu zbrane.

Zážihové zlože vytvorené spojením energetického a pyrotechnického systému podľa uvedenej podstaty vynálezu vyjadruje nasledujúca schéma:

údaje sú uvedené v % hmotnostných brizantná trhavina 5 až 40 % senzibilizátor 5 až 40 % oxidovadlo 5 až 50 % bór 1 až 20 % frikcionátor 5 až 30 % prípadne spojivo 0,1 až 5 %

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zloženie zloží je uvedené v % hmotnostných.

Príklad 1 - zlož bez spojiva, vhodná na suché plnenie tetrazén 25 % pentrit 25 %

4BiNO₃(OH)₂.BiO(OH) 36,4 % B 3,6 % mleté sklo 10 %

Príklad 2 - obdobná zlož s vyššou citlivosťou

a) suchý variant - bez spojiva tetrazén 35 %	b) mokrý variant tetrazén	35 %
pentrit	25 %	pentrit	25 %
4BiNO3(OH)2.BiO(OH) 18 %	4BiNO3(OH)2.BiO(OH) 18 %
B	2 %	B	2 %
sklo	20 %	arabská guma	0,5 %

sklo 19,5 %

Príklad 3 - obdobná zlož

a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	tetryl	25 %
BiONO3.H2O	34 %	BiONO3.H2O	34 %
B	5,5 %	B	5,5 %
sklo	10 %	arabská guma	0,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	sklo	10 %

Príklad 4 - zlož	s vyššou výhrevnosťou
a) suchý variant	- bez spojiva	b) mokrý variant
tetrazén	35 %	tetrazen	25 %
pentrit	15 %	pentrit	25 %
CuO	34 %	CuO	34 %
B	6 %	B	5,5 %
sklo	10 %	polyvinylalkohol	0,5 %
		sklo	10 %

Príklad 5

a) suchý variant	b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	hexogén	25 %
BÍ2O3	36 %	ΒΪ2Ο3	36 %
B	3,5 %	B	3,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	polyvinylalkohol	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 6
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	35 %	tetrazén	25 %
pentrit	15 %	tetryl	25 %
Mn02	31,5 %	MnC>2	31,5 %
B	8 %	B	8 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 7
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	pentrit	25 %
ZnO	34 %	ZnO	34 %
B	5,5 %	B	5,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 8
len suchý variant
tetrazén	25 %
penrit	25 %
Fe2O3	34 %
B	5,5 %
nitrocelulóza	0,5 %
sklo	10 %

Príklad 9
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	pentrit	25 %
V2O5	30 %	V2O5	30 %
B	9,5 %	B	9,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 10
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	35 %	tetrazén	25 %
pentrit	15 %	pentrit	25 %
SnO2	34 %	SnO2	34 %
B	5,5 %	B	5,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 11
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	pentrit	25 %
ΜοΟϊ	30 %	ΜοΟβ	30 %
B	9,5 %	B	9,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 12
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	tetryl	25 %
ZnO2	30 %	ZnO2	30 %
B	9,5 %	B	9,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	polyvinylalkohol	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 13
len suchý variant
tetrazén	25 %
hexogén	25 %
CaO2	30 %
B	9,5 %
nitrocelulóza	0,5 %

sklo 10 %

Príklad 14 len suchý variant - zlož s najvyššou výhrevnosťou

tetrazén	25 %
pentrit	25 %
KN03	33,5 %
B	6 %
nitrocelulóza	0,5 %
sklo	10 %

Príklad 15
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	35 %	tetrazén	25 %
pentrit	15 %	hexogén	25 %
Cu(NO3)2.3Cu(OH)2	31,5 %	Cu(NO3)2.3Cu(OH)2	31,5%
B	8 %	B	8 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 16
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	35 %	tetrazén	25 %
pentrit	15 %	hexogén	25 %
Cu(NH3)2(NO3)2	27,5 %	Cu(NH3)2(NO3)2	27,5 %
B	12 %	B	12 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 17 - zlož s vysoko reaktívnym oxidovadlom

a) suchý variant b) mokrý variant

tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	hexogén	25 %
BiO2	33,5 %	BiO2	33,5 %
B	6 %	B	6 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 18 - zlož obdobná
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	tetryl	25 %
B12O5	33 %	BÍ2O5	33 %
B	6,5 %	B	6,5 %
nitrocelulóza	0,5 %	arabská guma	0,5 %
sklo	10 %	sklo	10 %

Príklad 19 - špecifický prípad, výbušniny	kedy oxidovadlo plní funkciu prídavnej
a) suchý variant		b) mokrý variant
tetrazén	25 %	tetrazén	25 %
pentrit	25 %	hexogén	25 %
Sn2O(NO3)2	32 %	Sn2O(NO3)2	31,5 %
B	8 %	B	8 %
sklo	10 %	arabská guma	0,5 %
		sklo	10 %

Príklad 20 - použitie dvoch oxidovadiel tetrazén 30 % pentrit 7,5 %

4BiNO₃(OH)₂.BiO(OH) 18%

KNO₃ 17%

B 5 % nitrocelulóza 0,5 % sklo 22 %

Priemyslová využiteľnosť

Zlože v súladu s technickým riešením sú využiteľné v oblasti muničnej výroby pri výrobe zápaliek pre náboje s centrálnym zápalom, určené na športové, lovecké a cvičné účely, alebo pre vstreľovacie nábojky.

Claims (7)

1. Netoxická a nekorozívna zážihová zlož vytvorená spojením energetického systému so systémom pyrotechnickým, vyznačujúca sa tým, že zlož tvorená energetickým a pyrotechnickým systémom obsahuje 5 až 40 % hmotnostných brizantnej trhaviny, vybranej zo skupiny nitroesterov a nitroaminov, 5 až 40 % hmotnostných senzibilizátora, ktorým je tetrazén alebo soli a deriváty tetrazolov, 5 až 50 % oxidovadla vybraného zo skupiny oxidov a peroxidov kovov alebo zo skupiny solí anorganických kyslíkatých kyselín alebo zo skupiny komplexných solí, 1 až 20 % hmotnostných boru ako paliva, 5 až 30 % hmotnostných frikcionátoru a prípadne 0,1 až 5 % hmotnostných spojiva.

2. Zlož podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že brizantná trhavina je vybraná zo skupiny nitroesterov ako je pentrit, hexanitromanit, nitrocelulóza alebo je vybraná zo skupiny nitroaminov ako je hexogén, oktogén, tetryl.

3. Zlož podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že palivom je amorfný bór so špecifickým povrchom 5 až 25 m /g.

4. Zlož podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že oxidovadlo je vybrané zo skupiny oxidov kovov ako sú oxidy medi, zinku, bizmutu, železa, mangánu, cínu, vanádu a molybdénu alebo zo skupiny peroxidov kovov ako sú peroxidy zinku a vápnika alebo zo skupiny solí anorganických kyslíkatých kyselín, ako je dusičnan draselný, zásadité dusičnany bizmutu, cínu a medi alebo zo skupiny komplexných solí, ako je dusičnan diamínmed’natý.

5. Zlož podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že spojivá sú nitrocelulóza, polyvinylalkohol, arabská guma.

6. Zlož podľa nárokov 2 a 5, vyznačujúca sa tým, že nitrocelulóza aplikovaná v organickom rozpúšťadle ako je acetón, plní súčasne funkciu spojiva i energetickej zložky.

7. Zlož podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že frikcionátorom je mleté sklo.