SK86098A3

SK86098A3 - Pyrotechnical charge for detonators

Info

Publication number: SK86098A3
Application number: SK860-98A
Authority: SK
Inventors: Viktor Dumenko
Original assignee: Nitro Nobel Ab
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1999-08-06
Also published as: KR20000064510A; DE69612300D1; ATE200072T1; SE505912C2; ZA9610539B; BR9612089A; EP0869935A1; DK0869935T3; GR3035977T3; ES2122952T3; PL185595B1; JP2000502036A; MX9804973A; DE869935T1; SE9504571D0; CA2240892C; AU1216597A; DE69612300T2; NO310285B1; JP4098829B2

Description

Pyrotechnická nálož pre r-oabuškyPredmet vynálezu

Tento vynález sa týka rozbušiek, tvorených púzdrom so základnou náložou, pozostávajúcou zo sekundárnej výbušniny, umiestnenej na jednom konci uvedeného púzdra, rozbušky umiestnenej na druhom konci tohoto púzdra a zo strednej časti, s pyrotechnickým reťazcom, pomocou ktorého je možné priviesť zápalným impulzom rozbušky k výbuchu základnú nálož. Presnejšie sa tento vynález týka pyrotechnických náloží s novým zložením, ktoré môžu byť použité ako zápalné nálože uvedených rozbušiek a ktoré je všeobecne možné používať k zapáleniu sekundárnych výbušnín.

Doterajší stav techniky

Rozbušky sú používané na účely vojenské a civilné, v tomto dokumente sú však popísané najmä vo vzťahu pre použitie pri priemyselnej ťažbe kameňa, kde väčšinou je väčšie množstvo rozbušiek s rôznym vnútorným oneskorením zapojené do siete elektrických alebo neelektrických zariadení, slúžiacich na prenášanie iniciačného impulzu.

V takých rozbuškách môžu mať pyrotechnické nálože rôzne funkcie v pyrotechnickom reťazci, vykonávajúcom zápalný impulz z rozbušky alebo zariadenia na prenos zápalného impulzu na výbuch základnej nálože, napríklad môžu slúžiť ako rýchlo prenášajúca nálož alebo zosilujúca nálož, ako oneskorená nálož, ako plynotesná nálož alebo ako zápalná nálož, slúžiaca na odpálenie uvedenej základnej nálože.

Príklad pyrotechnickej nálože v pyrotechnickom reťazci je uvedený v dokumente US-A-2 185 371, v ktorom je popípísaná oneskorovacia nálož na báze zliatiny antimónu. Iné

-2príklady sú uvedené v dokumente GB-A-2 146 014, v ktorom je popísaná pyrotechnická zmes na zosilnenie vedenia a v dokumente DE-A-2 413 093, v ktorom je popísaná príslušná výbušná zmes. Popis prípravy pyrotechnickej nálože je uvedený napríklad v dokumente EP 0 310 580, v ktorom je popísaná príprava oneskorovacích a zápalných náloží.

V žiadnom z týchto dokumentov, popisujúcich doterajší stav techniky, nie je popísaná naša špeciálna nálož, ktorá umožňuje kvantitatívne a spoľahlivé odpálenie sekundárnych výbušných náloží, ani nemožno zo žiadneho z týchto dokukumentov odvodiť túto našu nálož na základe analógie.

Na všetky časti pyrotechnického reťazca sú kladené stále vyššie požiadavky. Základnou požiadavkou je, aby horenie všetkých náloží prebiehalo dobre definovanou a stálou rýchlosťou, aby tak časový rozptyl bol veľmi obmedzený. Rýchlosť horenia nesmie byť výrazne ovplyvňovaný vedľajšími podmienkami a stárnutím. Je požadované, aby nálože mali reprodukovateľné zápalné vlastnosti a aby boli súčasne necitlivé na náraz, vibrácie, trenie a elektrické výboje. Je potrebné, aby nominálna rýchlosť horenia bola nastaviteľná malými zmenami zloženia nálože. Zmes, ktorá tvorí nálož, je potrebné ľahko a bezpečne pripraviť, dávkovať a lisovať a nemá byť veľmi citlivá na podmienky výroby. Je viac požadované, aby nálož neobsahovala jedovaté látky a aby jej príprava bola uskutočňovaná v podmienkach, kedy napríklad používaním rozpúšťadiel nedochádza k ohrozeniu zdravia.

Aj keď sú za pyrotechnické zmesy všeobecne považované zmesi paliva a oxidačného činidla a je teda potencionálne možno použiť veľa takých zmesí, obmedzujú horeuvedené podmienky výrazne výber vhodných zložiek týchto náloží. Sú však potrebné ďalšie zlepšenia, ako z dôvodov dosiahnutia lepších úžitkových vlastností, tak aj preto, že zlúčeniny

-3bežne používané na tieto účely, ako sú zlúčeniny olova a chrómu sa stávajú ťažšie dostupnými a menej prijateľnými .

Podstata vynálezu

Hlavným predmetom tohoto vynálezu je rozbuška a pyrotechnické nálože pre túto rozbušku so zlepšenými vlastnosťami, uvedenými hore.

Presnejšie, hlavným predmetom tohoto vynálezu je rozbuška s pyrotechnickým reťazcom, schopným zapáliť sekundárnu výbušninu kvantitatívnym a spoľahlivým spôsbom.

Iným predmetom tohoto vynálezu je rozbuška so stálymi vlastnosťami vo vzťahu k rýchlosti horenia, stárnutia a k vplyvu výroby, skladovaniu a používaniu na životné prostredie.

Ďalším predmetom tohoto vynálezu je spoľahlivá rozbuška, ktorá je však bezpečná proti nechcenej iniciácii.

Ešte ďalším predmetom tohoto vynálezu je rozbuška, umožňujúca bezpečné podmienky použitia a nepoškodzujúca životné prostredie.

Predmetom tohoto vynálezu je konečné použitie pyrotechnickej nálože všeobecne pre zapálenie sekundárnej výbušniny, a to dokonca aj vtedy, ak nie je s touto sekundárnou výbušninou v styku žiadna primárna výbušnina.

Predmety uvedené v tomto vynáleze sú dosiahnuté v dôsledku získania vlastností popísaných v patentových nárorokoch, uvedených ďalej.

Podľa tohoto vynálezu bolo neočakávane zistené, že špeciálna kombinácia kovového paliva a oxidačného činidla, ktorým je oxid kovu, je schopná kvantitatívne a spoľahlivo

-4zahnať sekundárne výbušniny, zvlášť v rozbuškách z úvodnej časti tohoto popisu, a to dokonca aj vtedy, ak nie je s touto sekundárnou výbušninou v styku žiadna primárna výbušnina .

V zmysle skôr uvedeného sa kvantitatívnym alebo podobne charakterizovaným zapálením rozumie také zapálenie sekundárnej výbušniny, pri ktorom nedochádza k laminárnemu horeniu a hranica horenia je plochá, ktoré však má konvektívne štádium horenia, pri ktorom je horenie extrémne nehomogénne .

V súvislosti s tým čo bolo uvedené, je veľmi dôležité zistenie, že aj keď dochádza k horeniu uvedeným mechanizmom, bolo dosiahnuté veľmi spoľahlivé zapálenie sekundárnej výbušniny, bez negatívneho ovplyvnenia zostávajúcej funkcie pyrotechnického reťazca.

Dosiahnuté kvalitatívne zapálenie ďalej umožňuje podstatné skrátenie vývoja výbuchu (času od deflagrácie, po výbuch) v rozbuške, čo ďalej umožňuje podstatné skrátenie pyrotechnického reťazca alebo iniciačného elementu a/alebo zníženie pevnosti alebo hrúbky púzdra bez akéhokoľvek zhoršenia funkcie rozbušky.

Aj keď sa nechceme obmedzovať teoretickými úvahami, týkajúcimi sa reakčného mechanizmu, považujeme za pravdepodobné, že tento vynález je založený na vývoji extrémne horúcich plynov s vysokou teplotou a vysokým tlakom z novej zápalnej nálože. Tieto zápalné plyny pochádzajú v podstate z pary vytvorenej z kovov, ktoré sú obsiahnuté v zápalnej náloži. Pravdepodobne výhradne tieto vlastnosti zaručujú kvantitatívne zapálenie sekundárnej výbušniny.

Presnejšie sa tento vynález týka rozbušky, pozostávajúcej zo sekundárnej výbušniny, umiestnenej na jej jednom konci a rozbušky umiestnenej na jej druhom konci a z pyro

-5technického reťazca, nachádzajúceho sa medzi uvedenou sekundárnou výbušninou a uvedenou rozbuškou, pomocou ktorého je zápalný impulz prenášaný z rozbušky k základnej náloži a spôsobuje výbuch tejto základnej nálože, pričom sa tento pyrotechnický reťazec skladá zo zápalnej nálože, obsahujúcej kovové palivo, vytvorené kovmi druhej, štvrtej a trinástej skupiny periodickej tabuľky, a oxidačné činidlo, ktorým je niektorý z oxidu kovov štvrtej a šiestej skupiny periodickej tabuľky. Uvedené kovové palivo je prítomné vo vyššom množstve, ako je množstvo, ktoré by bolo stechiometricky potrebné na zníženie množstva uvedeného oxidačného činida na báze oxidov kovov a v uvedenej zápalnej náloži sa vyvíja horúci stlačený plyn, ktorý je schopný uviesť uvedenú sekundárnu výbušninu základnej nálože do konvektívneho deflagratívneho stavu a tým spoľahlivo spôsobiť jej výbuch.

Použitím tejto zápalnej nálože, ktorej funkcia všeobecne spočíva v inverzii systému kov/oxid pri vývoji tepla a ktorá môže byť považovaná za termitovú nálož, sú teda splnené horeuvedené kritéria. Kov je prítomný pred reakciou v jej priebehu, aj po nej, čím je zabezpečená vysoká elektrická a tepelná vodivosť. Elektrická vodivosť spôsobuje zníženie rizika nežiadúceho zápalu, spôsobeného statickým elektrickým nábojom alebo inou elektrickou poruchou. Vysoká tepelná vodivosť znižuje riziko nechceného zápalu v dôsledku miestneho prehriatia, spôsobeného trením, nárazom alebo iným spôsobom a súčasne sa dosiahli dobré zápalové vlastnosti v dôsledku vysokej a stálej tepelnej vodivosti. Prítomnosť roztaveného kovu v reakčných produktoch zvyšuje posledné menované vlastnosti. Oxidy kovov sú všeobecné látky, ktoré sú stále aj počas prítomnosti vody. Toto sa tiež týka samotných kovov, pri ktorých sa tejto vlastnosti často dosahuje pasiváciou povrchu. Táto vlastnosť spôsobuje dobrú odolnosť proti starnutiu, umožňuje prípravu nálože z vodných suspenzií a možno ňou

-6pravdepodobne vysvetliť aj pozorovanú stálosť reakčných rýchlostí v prítomnosti vlhkosti. Reakčné vložky termitovej nálože sú návšeobecne netoxické a nemajú škodlivý vplyv na životné prostredie. Ďalšou priaznivou vlastnosťou požitej termitovej nálože je skutočnosť, že reaguje pri značnom vývoji tepla, čo nielen prispieva k dobrým zápalným vlastnostiam, ale má aj dôležitý dôsledok, ktorým je obmedzený rozptyl reakčných dôb, čiastočne spôsobený nezávislosťou reakcie na počiatočných tepelných podmienkach.

Pri použití rozbušky je zvlášť výhodné, že nálože môžu byť použité na rôzne účely a vyhovujú súčasne viacerým požiadavkám. Využitie skutočnosti, že pri reakcii sa vytvárajú vo veľkom množstve plynné produkty, umožňuje použitie zápalných náloží podľa tohoto vynálezu ako rýchlo horiacich prenosových náloží, pričom sa pri poréznych náložiach dosahuje vysokých zápalných a reakčných rýchlostí. Na základe využitia stability týchto náloží, pri rôznych podmienach, stabilných rýchlostiach horenia a zmeny rýchlosti horenia v dôsledku prídavku inertných aditív, je možné použiť tieto nálože ako pyrotechnické spomaľovače. Využitím vynikajúcej schopnosti reakčných produktov roztavených kovov vytvárať strusku, ktorá môže byť ešte zlepšená prídavkom stužujúcich materiálov alebo náplne je možné tieto nálože použiť ako uzatváracie nálože, zabraňujúce únik plynov. Nakoniec je možné podľa tohoto vynálezu použiť tieto nálože prevažne pri rozbuškách, ktoré nie sú určené pre primárne výbušniny, ako zápalové nálože sekundárnych výbušnín, na základe využitia celého rozsahu možností iniciačných schopností týchto náloží s rôznym zložením, vrátane schopnosti vytvárať vysoké teploty a schopnosti následného uzatvorenia, na vytvorenie veľmi rýchlej a spoľahlivej hranice horenia, potrebnej pre príslušný mechanizmus vyvolania výbuchu.

Ďalšie informácie týkajúce sa tohoto vynálezu a jeho výhod sú uvedené v nasledujúcom podrobnom popise uvedeného

-7vynálezu.

Podrobný popis vynálezu

Rad pyrotechnických zloží obsahuje oxidoredukčný pár, ktorého redukčná zložka a oxidačná zložka sú schopné reakcie pri vývoji tepla. Pre tento vynález je však charakteristické, že redukčným činidlom, alebo palivom je kov, že oxidačným činidlom je oxid kovu a že oxidoredukčný pár je termitový pár, ktorý je schopný reakcie, pri ktorej dochádza k oxidácii kovového paliva a k redukcii oxidačného činidla, ktorým je oxid kovu, na kov.

Teplo, ktoré vzniká pri tejto reakcii, je postačujúce na to, aby aspoň časť, alebo výhodne všetok vznikajúci kov bol roztavený. Množstvo tohoto tepla nemusí byť také, aby došlo k roztaveniu ktorejkoľvek z ďalších zložiek pridaných do systému, akými sú inertné náplne, prebytok reaktantov alebo zložiek ostatných reaktívnych pyrotechnických systémov. V podstate dochádza pri reakcii k náhrade pôvodného kovového paliva kovom oxidu, čo môže byť nazvané inverziou systému kov/oxid. Aby k tomu mohlo dôjsť, musí mať kovové palivo vyššiu afinitu ku kyslíku ako kov oxidu. Je ťažko určiť presné pravidlo, kedy je táto podmienka splnená, avšak všeobecne platí, že pri reakcii, pri ktorej dochádza k zmene určitého oxidačného stavu kovu na kov v stave elementárnom by elektronegativita kovu, používaného ako kovové palivo, mala byt: aspoň o 0,5 V, výhodne aspoň o 0,75 V vyššie ako elektronegativita kovu, obsiahnutého v oxide kovu.

Podľa tohoto vynálezu je teda kovové palivo vybrané zo skupiny zloženej z prvkov druhej, štvrtej a trinástej skupiny periodickej tabuľky. V súvislosti s tým, je potrebné poznamenať, že ide o skupiny a periódy periodickej tabuľky prvkov, ktorá je uvedená ďalej.

-8Použitá periodická tabuľka prvkov

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

0

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

0

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Gä

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

^Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

»g

TI

Pb

Bi

Po

~ “1 At

Rn

Fr Ra Ac nekovy Γ Ί amfoterní prvky kovy nekovy amfotérne prvky kovy

Vyjadrené inými slovami, druhá skupina periodickej tabuľky, z ktorej je vybrané kovové palivo obsahuje okrem iných aj kovy Be, Mg, Ca, Sr a Ba, štvrtá skupina periodickej tabuľky obsahuje kovy Al, Ga, In a Ti.

Výhodné je však kovové palivo vybrané zo skupiny z tretej a štvrtej periódy uvedených skupín 2, 4 a 13, t.j. týmito kovmi sú Mg, Al, Ca, Ti a Ga. Výhodnejším palivom sú kovy Al a Ti.

Ako už bolo skôr uvedené, v kovoch oxidov sú kovy, ktoré sú oxidačné činidlá, kovy vybrané zo štvrtej a šiestej periódy periodického systému, pričom štvrtá perióda obsahuje K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu a Zn a šiesta perióda obsahuje Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, TI, Pb, Bi a Po.

-9Preferovanými kovmi uvedenej štvrtej periódy sú Cr, Mn, Fe, Ni, Cu a Zn a zvlášť preferovanými sú Mn, Fe a Cu.

Preferovanými kovmi uvedenej šiestej periódy sú Ba, W a Bi, a zvlášť preferovaný je Bi.

V súvislosti s tým, sú zvlášť preferovanými oxidy Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cu₂O, CuO, Bi₂O₃ a MnO₂.

Ako bolo uvedené, zápalnými náložami podľa tohoto vynálezu sú termitove nálože, ktoré sú pri horení schopné vytvárať veľmi vysoké teploty. Ako miera teploty horenia môže byť použitá vypočítaná konečná teplota reakcie, pri ktorej je dosiahnutá konečná rovnováha použitých reaktantov v mechanicky a tepelno izolovanom systéme, pri hustote a koncentrácii, ktoré skutočne existujú v príslušnej náloži. Táto miera je nezávislá na rýchlosti horenia nálože, priepustnosti plynu a izolácii a ďalej je uvádzaná ako ideálna teplota horenia nálože. Táto ideálna teplota horenia môže pri náložiach s vysokou rýchlosťou horenia, nízkou permeabilitou plynov, veľkými rozmermi alebo inak prispôsobenými malými stratami do okolia slúžiť na odhad skutočnej teploty horenia. V prípade náloží, pri ktorých nie je možné predpokladať približné splnenie horeuvedených podmienok, je potrebné stanoviť skutočnú teplotu horenia meraním. To je možné uskutočniť napríklad zavedením termočlánku do nálože, záznamom emisného spektra nálože v priebehu jej reakcie v priehľadnom materiáli, alebo pri použití optického vlákna, umiestneného v náloži, alebo inou metódou. Ak je nálož hodnotená na základe teploty horenia, ďalej vyplýva z uvedeného, že ideálna teplota horenia by mala byť vyššia ako 2 000 K, výhodne vyššia ako 2 300 K a nyjvýhodnejšie vyššia ako 2 600 K. Zloženie a tvar nálože by mali byť výhodne také, aby skutočná teplota horenia presahovala 60 %, výhodne 70 % a najvýhodnejšie

-1080 % uvedenej ideálnej teploty horenia, vyjadrené v stupňoch Kelvina.

Tento dokument sa prevažne týka pyrotechnických náloží pre rozbušky, u ktorých je všeobecnou požiadavkou, aby reakcia prebiehala v podstate bez vývoja plynov, aby nemohlo dôjsť k narušeniu konštrukcie rozbušky. Zloženie, ktoré je predmetom tohoto vynálezu a v ktorom ako reaktanty, tak produkty reakcie vytvorené párom kov - oxid kovu, výborne spĺňa podmienku, aby celá reakcia prebiehala bez vývoja plynov.

Ako však už bolo uvedené, predpokladá sa, že priaznivý priebeh zápalu a horenia zložia súvisí v podstate s tvorbou plynných medziproduktov, ktoré nie sú prítomné v iných podobných zložiach. Možno predpokladať, že sa z kovových palív pri horeuvedených podmienkach aspoň zčasti prechodne vytvárajú plynné medziprodukty týchto kovových palív.

Tento efekt môže byť zosilnený prídavkom inej látky, ktorá ľahko prechádza do plynného stavu preferovaným spôsobom, ale takýto efekt je možno docieliť použitím prebytku kovového paliva, čím sa získa zlož, ktorá je v tomto dokumente označovaná ako zlož so zvýšeným vývojom plynu. Príliš veľké množstvo by spôsobilo ochladenie zlože a tým zníženie tvorby plynov. V dôsledku toho je v takých zložiach množstvo kovového paliva všeobecne vyššie, ako množstvo potrebné na redukciu oxidačného činidla, ktorým je oxid kovu a nižší ako dvanásťnásobok tohoto množstva, výhodne je touto hornou hranicou šesťnásobok tohoto množstva a najvýhodnejšie štvorbásobok tohoto množstva. Podľa iného preferovaného uskutočnenia tohoto vynálezu je množstvo kovového paliva 1,1-násobok až šesťnásobok uvedeného množstva a výhodnejšie je toto množstvo kovového paliva 1,5 až až štvornásobok uvedeného množstva.

-11Obsah kovového paliva, vyjadrený v percentách celkovej hmotnosti zápalnej nálože je všeobecne 10 až 50 hmotnost. %, výhodne 15 až 35 hmotnost. % a výhodnejšie 15 až 25 hmotnost. %. Obsahy príslušného oxidačného činidla, ktorým je oxid kovu, sú teda 90 až 50 hmotnost. %, výhodne 85 až 65 hmotnost. % a výhodnejšie 75 až 65 hmotnost. %.

Podľa jedného z preferovaných uskutočnení tohoto vynálezu je kovovým palivom Al a oxidačným činidlom Cu₂0 alebo Bi₂O₃ pričom obsah uvedeného paliva je 15 až 35 hmotnost. % a obsah uvedeného oxidačného činidla je 75 až 85 hmotnost. %.

Podľa iného preferovaného uskutočnenia tohoto vynálezu je kovovým palivom Ti a oxidačným činidlom je Bi₂O₃ pričom obsah uvedeného paliva je 15 až 25 hmotnost. %, výhodne približne 20 hmotnost. %, a obsah uvedeného oxidačného činidla je 75 až 85 hmotnost. %, výhodne približne 80 hmotnost. %.

Z rôznych dôvodov môže byť výhodný prídavok viac alebo menej inertný, prípadne aj aktívne pevné látky do tejto zlože, aby bola napríklad ovplyvnená rýchlosť jej horenia, znížená jej citlivosť k výbojom statickej elektriny alebo aby boli ovplyvnené vlastnosti strusky. Použitie inertnej pevnej látky, ktorá je súčasne produktom príslušnej reakcie je vhodná preto, aby sa zabránilo zmenám vlastností systému a dosiahlo zníženie tvorby plynných produktov.Preferovaný je však prídavok oxidu kovu, aby bolo napríklad dosiahnuté zníženie rýchlosti reakcie bez veľkého ochladenia. Uvedený oxid kovu môže byť konečným reakčným produktom príslušného systému, je však tiež možné pridať iný oxid kovu, napríklad konenčný reakčný produkt iného horeuvedeného inertného systému. Zvlášť preferovanými oxidmi, vhodnými pre tento účel sú oxidy Al, Si, Fe, Zn, Ti alebo ich zmesi. Vnútorným pevným komponentom môže byť tiež práškový kov, ktorý okrem iného prispieva k tvorbe pev

-12ných strusiek. Také zlože budú v ďalšom texte tiež nazývané slože s kovovým aktívnym plnivom.Kov, ktorý je konečným produktom reakcie môže byť použitý ako také aditívum. Kov, ktorý je konečným produktom reakcie, je bežne prítomný v roztavenej forme a dôsledkom jeho prídavku môže byť napríklad vznik zmesi roztaveného a neroztaveného kovu, ktorá je vhodná pre tvorbu pevných a nepriepustných strusiek .

Lepšie výsledky, ako v prípade tohoto čiastočného roztavenia sa dosiahnu, ak je kov pevný pri reakčnej teplote nálože, čo nastáva napríklad pri pridaní pevného kovu iného ako príslušný konečný produkt a s vyššou teplotou topenia. Aj keď možno použiť ktorýkoľvek taký kov, sú z tohoto hľadiska zvlášť. vhodnými kovmi Ti, Ni, Mn a W alebo ich zmesi alebo zliatiny, a zvlášť W alebo zmesi alebo zliatiny W a Fe.

Kovy alebo oxidy kovov, vhodné pre horeuvedené účely, sú všeobecne používané v množstvách 2 až 30 hmotnosť. %, výhodne v množstvách 4 až 20 hmotnosť. % a výhodnejšie v množstvách 6 až 10 hmotnosť. %, pričom uvedené koncentrácie sa vzťahujú k hmotnosti pyrotechnickej nálože (náloží) , zvlášť zápalnej nálože.

Okrem pyrotechnických aditív sú v zložiach bežne používané aj iné aditíva, napríklad na zlepšenie voľného toku alebo lisovateľnosti, alebo spájacie aditíva na zlepšenie kohézie alebo na umožnenie granulácie, napríklad ílové aditíva alebo karboxymetylcelulóza. Aditíva, pridávané z týchto ďalších dôvodov, sú všeobecne používané v malých množstvách, zvlášť v prípadoch, že sa z týchto aditív vyvíjajú permanentné plyny. Tieto množstvá sú nižšie ako 4 hmotnosť. %,, výhodne nižšie ako 2 hmotnosť. % a často nižšie ako 1 hmotnosť. % vzhľadom na hmotnosť pyrotech

-13nickej nálože (náloží), zvlášť zápalnej nálože.

Aj keď sú tieto zlože v suchom stave pomerne necitlivé k nežiadúcej iniciácii, sú výhodne miešané a pripravované v kvapalnej fáze, výhodne vo vodnom prostredí, zvlášť v čistej vode. Zmes môže byť bežným spôsobom granulovaná z kvapalnej fázi.

Rýchlosť horenia zápalnej nálože môže byť menená v širokom rozmedzí, bežne sa však táto rýchlosť pohybuje v rozmedzí 0,001 až 50 m.s^-1, zvlášť v rozmedzí 0,005 až 10 m.s^-1. Rýchlosti horenia vyššie ako 50 m.s¹ a zvlášť vyššie ako 100 m.s.¹ spôsobujú, že vlastnosti nálože spravidla nie sú vhodné pre rozbušky, alebo sú pre rozbušky neobvyklé. Ako už bolo uvedené, rýchlosť horenia môže byť ovplyvňovaná niekoľkými spôsobmi, ktorými sú výber redoxsystému, zmena stechimetrického pomeru reaktantov, použitie inertných aditív, zmena veľkosti čiastočiek nálože a stupeň zlisovania.

Stupeň zlisovania nie je obmedzený, nálože môžu byť celkom nezlisované, alebo čiastočne zlisované. Aby sa však nálož mohla použiť k uvedeným účelom, je potrebné, aby bolo použité množstvo zlože postačujúce k umožneniu zlisovania, t.j. všetky tri rozmery nálože musia byť niekoľkonásobne a výhodne mnohonásobne väčšie ako veľkosť čiastočiek, v prípade granulovaných materiálov musí byť táto podmienka splnená aspoň vo vzťahu k primárnym časticiam granúl.

Ako už bolo na začiatku uvedené, je možné horepopísané zápalné nálože všeobecne používať na pyrotechnické účely pre zapálenie sekundárnych výbušnín, zvlášť vhodné sú však pre rozbušky, najmä pre rozbušky používané pre priemyselné účely. Ako bolo uvedené, taká rozbuška sa skladá z púzdra so základnou náložou, ktorou je sekundárna výbušnina,

-14alebo ktorá obsahuje sekundárnu výbušninu, nachádzajúcu sa na jednom konci tejto rozbušky, roznetky umiestnenej na druhom konci a zo strednej časti s pyrotechnickým reťazcom, pomocou ktorého je možné priviesť zápalným impulzom roznetky k výbuchu základnú nálož. Môže byť použitá akákoľvek známa rôznetka, ako napríklad elektricky iniciovaná zápalnica, bezpečnostná zápalnica, detonačná zápalnica, nízkoenergetická rázová rúrka (napríklad NONEL, registrovaná obchodná známka), explózna šnúra alebo fólia, laserové impulzy prenášané napríklad optickými vláknami, elektronické zariadenie a podobne. Pre iniciáciu náloží podľa tohoto vynálezu sú preferované zápalné prostriedky, vyvíjajúce teplo.

Súčasťou pyrotechnického reťazca môžu byť oneskorovacia nálož bežne obdĺžnikového tvaru, uložená vo valcovitom obale. Súčasťou tohoto reťazca môžu byť tiež prenosové nálože, zosilujúce proces horenia alebo podporujúce zážih a tiež uzatváracie nálože, slúžiace k zamedzeniu prenikania plynu. Poslednou časťou pyrotechnického reťazca je stupeň, ktorý premeriava horenie pyrotechnických náloží, v dôsledku ktorého sa hlavne vyvíja teplo, na náraz, a následne na výbuch základnej nálože.

Bežný spôsob, ktorým je toto uskutočňované, spočíva v umiestnení malého množstva primárnej výbušniny do bezprostrednej blízkosti sekundárnej výbušniny, ktorá má byť privedená k výbuchu. Primárne výbušniny explodujú rýchlo a spoľahlivo pôsobením tepla alebo mierneho nárazu. Posledný vývoj techniky však umožnil zostrojenie priemyselne vyrábanej rozbušky, neobsahujúcej primárnu výbušninu (non-primary explosive type detonátor - NPED), v ktorej je primárna výbušnina nehradená určitým mechanizmom, podrobnejšie popísaným ďalej, ktorý umožňuje priviesť k explózii sekundárnu výbušninu priamo.

-15Horepopísané zlože môžu byť používané na rýchlo prenášajúce nálože, ktoré zachytávajú a zosilujú slabé impulzy, alebo napomáhajú zápalu pomalších zloží. Tieto zlože sú vhodné na uvedený účel pre veľké rýchlosti horenia a nízky rozptyl času zápalu, pre nízku závislosť na tlaku, ľahkosť zápalu a nízku náchylnosť k nechcenej iniciácii v porovnaní s ostatnými náložami. Výhodne ide o skôr popísané zlože so zvýšeným vývojom plynu. Výhodne sú tieto jednotlivé drobné články pyrotechnického reťazca alebo ich časti usporiadané tak, že postupne prenášajú zápalový impulz z rozbušky na ďalšie články tohoto pyrotechnického reťazca. Na dosiahnutie vysokej reakčnej rýchlosti a zápalnej citlivosti je potrebné, aby porozita nálože bola vysoká a stupeň zlisovania nízky. Hustota nálože výhodne zodpovedá lisovaciemu tlaku nižšiemu ako 100 MPa, výhodnejšie zodpovedá táto hustota nálože tlaku nižšiemu ako 10 MPa a môžu byť použité v podstate aj nezlisované nálože. Výhodne je nálož tvorená granulovaným materiálom a je zlisovaná tlakom, postačujúcim na dosiahnutie maximálnej porozity nálov ze.

V tejto súvislosti môže byť rýchlosť horenia nálože vyššia ako 0,1 m/sec a výhodne je vyššia ako 1 m/sec. K tomuto účelu sú potrebné len malé nálože a výhodne je množstvo nálože také malé, aby čas oneskorenia uvedenej oneskorujúcej nálože bola nižšia ako 1 m/sec., výhodnejšie kratšia ako 0,5 m/sec.

Bežne neobsahuje roznetka žiadnu ďalšiu nálož a prenosová nálož alebo túto nálož nahradzujúca inertná vložka sú umiestnené v bezpreostrednom susedstve roznetky. Medzi náložou a roznetkou môže byť vzduchová medzera, ktorá môže byť premostená zápalnicou alebo rázovou rúrkou, čo uľahčuje výrobu. Roznetka môže byť tiež uložená vo vnútri nálože a tým je uľahčený prenos zápalného impulzu. V tomto pos

-16lednom menovanom prípade môže byť dosiahnutá zvláštna výhoda kombináciou s elektrickou roznetkou, pretože elektrická vodivosť zlože podl'a tohoto vynálezu umožňuje priamy zápal iskrou, zápalnicovým mostíkom alebo vedením samou náložou a tým zapálenie pri použití jednoduchej roznetky ako napríklad elektrického iskrenia bez zápalnice.

Druhý koniec prenosovej nálože môže priliehať k akejkoľvek inej náloži pyrotechnického reťazca, najbežnejšie k oneskorovacej náloži, prípadne môže byť predsunutá ešte ďalšia nálož.

V dôsledku možnosti využitia dobre reprodukovateľných rýchlostí horenia, malej závislosti na vonkajších podmienkach, variability rýchlosti horenia, ľahkosti výroby a prípadných ďalších vhodných vlastností, môže byť nálož horeuvedeného zloženia tiež oneskorovacou náložou alebo časťou tejto nálože.

Oneskorovacie nálože sú spravidla zlisované na vyššiu hustotu, ako je celková hustota prášku, a hustota nálože zodpovedá výhodne tlaku pri lisovaní 10 MPa, výhodnejšie tlaku 100 MPa. Nálož môže mať hustotu vyššiu ako 1

O Q

g.cm , výhodne vyššiu ako 1,5 g.cm . Aby sa dosiahlo príslušného oneskorenia, je potrebné, aby zlož nemala príliš veľkú reakčnú rýchlosť, výhodná je rýchlosť horenia nižšia ako 1 m/sec., výhodnejšie nižšia ako 0,3 m/sec. Všeobecne je táto rýchlosť vyššia ako 0,001 m/sec., výhodne je vyššia ako 0,005 m/sec. Je výhodné, aby množstvo nálože bolo také veľké, aby sa dosiahol čas oneskorenia vyšší ako 1 m/sec., výhodne vyšší ako 5 m/sec.

Rýchlosť horenia môže byť ovplyvňovaná akýmkoľvek uvedeným bežným spôsobom, pre zvýšenie rýchlosti horenia je však preferované použitie skôr popísaných zloží so

-17zvýšeným vývojom plynu a pre zníženie rýchlosti horenia je preferované použitie prídavku náplne, výhodne konečného produktu reakcie, výhodne oxidu kovu. Ukázalo sa, že bez ohľadu na použitý inverzný systém sú oxidy hliníka a oxidy kremíka vhodnými náplňami. Množstvo použitej náplne môže byť 10 až 1 000 hmotnost. %, výhodné je však 20 až 100 hmotnost. %, vzhľadom k hmotnosti reaktívnyvh zložiek.

Iným spôsobom zníženia rýchlosti oneskorujúcej nálože je použitie amfotérneho prvku, zvlášť kremíka, ako paliva.

Oneskorovacia nálož môže byť lisovaná priamo v púzdre rozbušky na nasledujúcu nálož pyrotechnického reťazca. Toto riešenie je preferované pri použití malých náloží a krátkych oneskorení. Pri väčších náložiach môže byť oneskorovacia nálož bežným spôsobom uzatvorená v časti umiestnenej vo vnútri púzdra. Stĺpec s oneskorovacou náložou môže byť lisovaný naraz, v prípade dlhších stĺpcov je však lisovaný postupne. Bežné dávky náloží sú v rozmedzí 1 až 100 mm, zvášť v rozmedzí 2 až 50 mm.

V prípade rozbušiek typu NPED je bežne sekundárna výbušnina na vnútornom konci uzatorená vo zvláštnom púzdre alebo súčasti, a v tomto prípade je treťou možnosťou umiestnenie časti celkovej oneskorovacej nálože do toho istého púzdra.

Vnútroný koniec oneskorovacej nálože môže byť vybavený zariadením, ktoré obmedzuje spätný tok plynov a čiastočiek nálože, ktorý slúži na ďalšie zvýšenie stálosti rýchlosti horenia, ktorým je výhodne nálož, vytvárajúca strusku a najvýhodnejšie uzatváracia nálož, ktorá môže mať napríklad zloženie uvedené skôr.

-18Druhý koniec oneskorovacej nálože môže susediť s ďalšou náložou pyrotechnického reťazca, môže však byť tiež v kontakte s primárnou alebo sekundárnou náložou, medzi ktorými môže prípadne byť malé množstvo inej nálože. Primárne výbušniny môžu byť ľahko privedené k výbuchu sekundárnou náložou, výhodne podľa popísanej uzatváracej alebo zápalnej nálože.

Horepopísané zlože môžu byť použité v náloži, ktorá je uzatváracou náložou, alebo je časťou uzatváracej nálože, znižujúcej priechod, alebo zabraňujúcej priechodu plynov po zreagovaní nálože. Uzatváracia nálož má mať tiež dobré mechanické vlastnosti. Reaktivita pyrotechnických náloží veľmi závisí na tlaku plynov a reprodukovateľnosť priebehu horenia závisí na riadenom vzostupe a udržiavaní tlaku. Dokonca aj zlože, pri ktorých nedochádza k vývoju plynov, spôsobujú vzostup tlaku, ktorý prípadne môže vyvolávať spätný tok plynov v dôsledku vzniku plynných medziproduktov alebo zohriatí plynu prítomného v póroch nálože. Tiež súdržnosť čiastoček náloží, tvorených práškovým materiálom je obmedzená a tlak v nich môže spôsobiť trhliny.

Uvedené uzatváracie nálože sa vyznačujú dobrou schopnosťou vytvárať strusku a zabraňovať priechodu plynov.Tieto vlastnosti môžu byť ďalej zlepšené prídavkom stužovacích aditív. Pre tento účel je vhodné používať nálože s pomerne vysokými hustotami. Hustota tlakových náloží výhodne zodpovedá tlaku 10 MPa, výhodnejšie zodpovedá táto hustota tlaku 100 MPa. Vyjadrené v jednotkách hustoty, môžu mať tieto zlisované uzatváracie nálože hustotu vyššiu ako 1,5 g.cm^-3, výhodne vyššiu ako 2 g.cm^-3. Tieto nálože majú bežne strednú rýchlosť horenia, výhodne vyššiu ako 0,01 m.s^-1,výhodnejšie vyššiu ako 0,1 m.s^-1, bežne je však táto rýchlosť nižšia ako 1 m.s^-1.

-19Keď sú uvedené nálože používané ako uzatváracie nálože, ide bežne o také malé nálože, aby čas oneskorenia v nich bol nižší ako 1 s, častejšie nižší ako 100 m.s.

Ak je zlož používaná ako uzatváracia nálož, obsahuje bežne inertné náplne, ktoré znižujú priepustnosť., napríklad horepopísané zlože stužené kovom majú tiež horeuvedené výhody, pretože strusky, ktoré sa z týchto náloží vytvárajú, sú ako mechanicky pevné, tak vysoko nepriepustné pre plyny. V takom prípade menej záleží na stechiometrickom pomere medzi kovom a oxidom kovu, pretože pridané náplne spravidla zmierňujú prípadné rozdiely a umožňujú použitie zložia, ktoré majú podľa potreby, napríklad z dôvodu nastavenia rýchlosti horenia, zloženia, ktoré sa v jednom alebo druhom smere líši od zloženia stechiometrického. Všeobecne je však preferované stechiometrické zloženie zodpovedajúce zložiu so zvýšeným vývojom plynu. Množstvo náplne sa môže pohybovať v širokých medziach, napríklad 20 až 80 obj. %, výhodne 30 až 70 obj. %.

V rozbuške sa používa uzatváracia nálož, ak je potrebné dosiahnúť utesnenie proti úniku plynu alebo vystuženie. Dôležité je použitie uzatváracích náloží na zamedzenie spätného toku pri oneskorovacích náložiach, ktorým sa dosiahne stabilizácia ich vlastností pri horení. Uzatváracia nálož má v takom prípade byť v pyrotechnickom reťazci zaradená pred oneskorovaciu nálož. Medzi uzatváracími a oneskorovacmi náložami sa môžu nachádzať ďalšie pyrotechnické nálože, avšak vzhľadom k ich dobrej zápalovej výkonnosto môže byť uzatváracia nálož v priamom kontakte so spomaľovacou náložou. Môžu byť použité akékoľvek oneskorovacie nálože, zvlášť vhodné sú však oneskorovacie nálože popísané v tomto dokumente. Ak sú tieto oneskorovacie nálože umiestnené v špeciálnych elementoch alebo púzdrach, je vhodné, nie však potrebné, aby do takého elementu alebo púzdra bola vlisovaná uzatváracia nálož.

-20Dôležitým uskutočnením tohoto vynálezu je rozbuška typu NPED, t.j. rozbuška, ktorá obsahuje len sekundárnu výbušninu, nie výbušninu primárnu. Tu pôsobí nálož podľa tohoto vynálezu tiež ako uzatváracia nálož, zabraňujúca preniknutiu tlaku a spätného toku plynov. V takej rozbuške je sekundárna výbušnina privedená k výbuchu priamo. Tu je kritické dosiahnutie rýchleho zapálenia, nízkych strát plynu a udržanie príslušného priestoru v nenarušenom stave. Pre tento účel je potrebné, aby zápalná (a uzatváracia) nálož bola umiestnená bezprostredne pred sekundárnou náložou alebo v jej susedstve. Táto nálož má zápalné postačujúce k tomu, aby mohli byť. použité pre vlastnosti sekundárnu výbušninu, je všek možné, aby medzi nimi boli umiestnené ďalšie nálože, výhodne nálože popísané v tomto dokumente.

Bežne je sekundárna výbušnina, ktorá má byť privedená k výbuchu, uzatvorená v púzdre. Zápalná nálož môže byť umiestnená vo vnútri tohoto púzdra, ale výhodne je aspoň časť z nej, najlepšie celá táto výbušnina, umiestnená vo vnútri tohoto púzdra.

Pre univerzálnejšie použitie v rozbuškách a z dôvodov zjednodušenia výroby môže byť nálož zlisovaná do podoby samostatného telieska, ktoré má výhodne priemer zodpovedajúci vnútru púzdra rozbušky.

Nálož, ktorá je predmetom tohoto vynálezu je teda zápalnou náložou alebo jej časťou, ktorá má schopnosť zapáliť sekundárnu nálož a tým ju priviesť do stavu horenia alebo deflagrácie. Tento spôsob zapálenia je používaný najmä v rozbuškách typu NPED, kde z dôvodu neprítomnosti primárnej výbušniny je potrebné zaistiť mechanizmus priameho výbuchu sekundárnej výbušniny.

Rozbušky typu NPED boli vyvinuté z toho dôvodu, aby sa predišlo problémom s bezpečnosťou pri manipulácii s citli

-21vými primárnymi výbušninami a pri výrobe a použití rozbušiek obsahujúcich tieto primárne výbušniny. Pri pokusoch o použitie princípu NPED na rozbušky pre priemyselné využitie používané v lomoch, kde je potrebné použitie špeciálneho usporiadania a prenosov, nastali problémy.

Roznetky typu explóznej šnúry alebo fólie, napríklad roznetky popísané v dokumentoch FR 2 242 899, sú schopné spôsobiť náraz, ktorý je dostatočne silný na to, aby vyvolal explóziu sekundárnej výbušniny, ak je do týchto rozbušiek privádzaný okamžikový prúd s dostatočnou intenzitou. Tieto rozbušky nie sú vhodné pre využitie priemyselné, vzhľadom k nutnosti použitia náročných zápalných aparatúr a pretože nie sú schopné pracovať s bežným pyrotechnickým oneskorením.

Pri vhodných podmienkach je možné, aby pri sekundárnych výbušninách nastal prechod deflagrácie v detonácii (deflagration to detonation transition - DDT). Bežne je k tomu potrebné, aby púzdro bolo pevnejšie a množstvo výbušniny musí byť väčšie, ako množstvo prijateľné pre rozbušky, používané na priemyselné účely. Príklad týchto podmienok je uvedený v patente USA č. 3 212 439.

Pri inej rozbuške typu NPED, popísanej v patentoch USA č.3 978 791, 4 144 814 a 4 239 004, sa pomocou iniciovanej a vznietenej sekundárnej výbušniny vymrští nárazníkový kotúč a udrie dostatočnou rýchlosťou do receptorovej nálože sekundárnej výbušniny a tým spôsobí výbuch tejto receptorovej nálože. Aby táto konštrukcia odolávala v nej pôsobiacim silám, je veľká, mechanicky ťažkopádna a nie úplne spoľahlivá. Podobná konštruckia je popísaná v dokumente WO 90/076989.

V patentoch USA č. 4 727 808 a 5 385 098 sú popísané

-22iné rozbušky typu NPED, založené na mechanizme DDT. Táto konštrukcia umožňuje zapálenie väčšinou bežných roznetiek, môže byť vyrábaná pomocou zariadenia pre výrobu rozbušiek, môže byť umiestnená v bežných puzdrách rozbušiek a môže byť spoľahlivo odpálená len miernym stlačením sekundárnej nálože. Spoľahlivosť zápalu však záleží na tvare alebo rozdelení výbušniny v miestach, kde má výbuch nastať.

Všeobecným problémom známych systémov rozbušiek typu NPED je dosť rýchly prechod k výbuchu, ktorý je potrebný na to, aby pri použití bežných pyrotechnických náloží došlo k spoľahlivému zapáleniu a uspokojivému časovému priebehu. Pri použití rozbušiek typu NPED je dôležitá najmä rýchlosť v častiach tvorených sekundárnou výbušninou. Výbuch musí nastať rýchlo, aby sa zabránilo predčasnému zničeniu konštrukcie rozbušky expanznými silami reagujúcej výbušniny. Pomalé zapálenie tiež znamená zvýšenie časového rozptylu, ktorý je dôležitý ako pri okamžikových, tak pri oneskorených rozbuškách.Predpokladá sa tiež, že v dôsledku rýchleho zapálenia vzniká hladká hranica horenia, čo má za následok optimalizácie rastu tlaku. Tieto faktory majú pri všetkých horeuvedených rozbuškách typu NPED zásadný význam. Pri použití mechanizmu DDT je potrebné, aby bola prechodová sekcia čo najkratšia, a keď je použitý mechanizmus leticej dosky, je potrebné, aby rýchle horenie donorovej sekundárnej nálože a oddelenie dosky a jej uvedenie do pohybu nastalo predtým, ako komora donorovej nálože zhorí.

Zlože podľa tohoto vynálezu dokázali, že v horeuvedených aplikáciách sú výborné zápalné zlože pre sekundárne výbušniny. Výhodné sú už popísané zlože so zvýšeným vývojom plynu, zvlášť v prípadoch, kedy táto časť sekundárnej výbušniny, ktorá má byť zapálená, je do určitej miery porézna. V týchto prípadoch je výhodná hustota sekundárnej výbušniny, ktorá je najbližšie k náloži, v rozmedzí 40 až

-2390 %, ak ide o hustotu kryštálov sekundárnej výbušniny je toto rozmedzie 50 až 80 %. Vhodné lisovacie tlaky sú v rozmedzí 1 až 10 MPa. Pokiaľ je sekundárna výbušnina veľmi stlačená, je ťažké jú zapáliť, ale potom, čo je zapálená, prebieha ďalšia reakcia rýchlo. Pre také nálože môžu byť použité zápalné nálože so zvýšeným vývojom plynu, avšak výber zložia môže byť voľnejší. Zvlášť výhodné pre tento účel je použiť zložie, ktoré obsahuje náplne a zvlášť zlože s kovovou aktívnou náplňou. Aj keď je možné použiť tieto zlože k zapáleniu sekundárnych výbušnín s rôznou hustotou, výhodne sú používané v prípadoch, kedy hustota sekundárnej výbušniny, ktorá sa nachádza v najtesnejšej blízkosti nálože, je medzi 60 až 100 % hustoty kryštálov sekundárnej výbušniny, výhodne medzi 70 až 99 % tejto hustoty. Vhodné lisovacie tlaky sú vyššie ako 10 MPa a výhodne vyššie ako 50 MPa, v zásade neexistuje žiadna vrchná hranica týchto tlakov. Výhodne je hustota zápalnej nálože prispôsobená hustote sekundárnej výbušniny, ktorá má byť zapálená, vhodné je, aby zápalná nálož mala hustotu, vyjadrenú ako percentá absolútnej hustoty v neporéznom stave, v tých istých intervaloch, ktoré boli uvedené hore, ako pre nálož s nízkou, tak pre nálož s vysokou hustotou. Horeuvedené rozsahy sú len indikatívne a je potrebné ich prispôsobiť príslušnej konštrukcii a použitej sekundárnej výbušnine.

Rozlíšenie primárnych a sekundárnych výbušnín je dobre známe a je v príslušnom technickom odbore rozšírené. Pre praktické účely je možné primárnu výbušninu definovať ako výbušnú látku, ktorú možno priviesť k výbuchu pôsobením plameňa alebo tepla vedením aj v prípade, že objem tejto výbušniny nepresahuje niekoľko kubických milimetrov, pričom nie je potrebné, aby sa táto výbušná látka nachádzala v akomkoľvek púzdre. Sekundárna výbušnina nemôže byť pri týchto podmienkach privedená k výbuchu. Všeobecne platí,

-24že sekundárna výbušnina môže byť. privedená k výbuchu pôsobením plameňa alebo tepla vedením len vtedy, ak je jej množstvo oveľa väčšie, alebo sa nachádza v pevnom púzdre, ako je kovové púzdro so stenami pomerne veľkej hrúbky, alebo ak je vystavená mechanickému nárazu medzi dvomi povrchmi z tvrdých kovov.

Príkladom primárnych výbušnín sú fulminát ortuťnatý, styfnát olovnatý, azid olova a diazodinitrofenol, alebo zmes dvoch alebo viacerých týchto a/alebo ďalších podobných látok.

Typickými príkladmi sekundárnych výbušnín sú tetranitrát pentaerytritolu (pentaerytritoltetranitrate - PETN), cyklotrimetyléntrinitramín (cyclotrimetylenetrinitramine - RDX), cyklotetrametyléntetranitramín (cyclotetrametylenetetranitramine - HMX), trinitrofenylmetylnitramín (trinitropenylmetylnitramine - Tetryl) a trinitrotoluén (trinitrotoluéne - TNT) alebo zmes dvoch alebo viacerých týchto a/alebo ďalších podobných látok. Podľa inej praktickej definície je sekundárnou výbušninou každá výbušnina, ktorá je rovnako alebo menej citlivá k iniciácii výbuchu ako PETN.

Pre účely tohoto dokumentu je možné použiť ktorékoľvek horeuvedené výbušniny, preferovaná je však voľba takých výbušnín, ktoré je možné ľahšie priviesť k výbuchu, zvlášť RDX a PETN a ich zmesí.

Rôzne časti iniciačného elementu môžu obsahovať rôzne sekundárne výbušniny. Ak je toto zariadenie rozdelené na deflagračnú a detonačnú sekciu, ak sa môže presná poloha miesta prechodu týchto dvoch sekcií meniť a tieto sekcie nezodpovedajú žiadnej určitej fyzikálnej štruktúre tohoto iniciačného elementu, je vhodnejšie použitie výbušnín, výbušnín, ktoré môžu byť ľahšie zapálené a privedené k výbuchu. Toto platí zvlášť pre deflagračnú sekciu, pričom

-25voľba detonačnej sekcie môže byť menej obmedzená.

Sekundárne výbušniny môžu byť používané v čistej kryštalickej forme, môžu byť granulované a môžu obsahovať aditíva. Preferované sú kryštalické výbušniny pre ich vyššiu hustotu v zlisovanom stave, pričom granulované materiály sú preferované v prípadoch, kedy sú potrebné nižšie hustoty a pre porézne nálože. Zlože podľa tohoto vynálezu sú schopné zapáliť sekundárne výbušniny bez akýchkoľvek aditív, ak je to však potrebné, môžu byť použité aj naríklad podľa horeuvedeného patentu USA č. 5 385 098. Sekundárna výbušnina je bežne zlisovaná na vyššiu hustotu, ako je jej hustota v nezlisovanom stave. To môže byť napríklad uskutočňované niekoľkými krokmi na dosiahnutie rovnomernej hustoty pri väčších náložiach, alebo jednou operáciou pri malých náložiach, prípadne pri väčších náložiach, ak sa má získať nálož s gradientom hustoty, pričom sa zvyšovanie hustoty v smere postupu reakcie dosiahne stláčaním v opačnom smere.

Zápalný mechanizmus podľa tohoto vynálezu nevyžaduje rozdelenie sekundárnej výbušniny na prechodovú sekciu a detonačnú sekciu, pretože je možné, aby nálož priamo iniciovala bežnú základnú nálož bez akéhokoľvek púzdra, alebo s akýmkoľvek iným púzdrom, ako je bežné púzdro rozbušky. Je však preferované, aby aspoň prechodová sekcia bola uložená v nejakom púzdre, napríklad v púzdre kruhového prierezu, zodpovedajúcom valcovitému oceľovému púzdru s hrúbkou 0,5 až 2 mm, výhodne s hrúbkou 0,75 až 1,5 mm.

Vhodné je také usporiadanie, v ktorom tvorí ako pyrotechnická nálož, tak výbušnina v prechodovej sekcii jeden element, ktorý je umiestnený v rozbuške tak, že prechodová fáza je obrátená smerom k základnej náloži. Tento element

-26môže byt: v podstate valcového tvaru.

Lepšie uloženie je dosiahnuté tým spôsobom, že vnútorný koniec je zúžený a výhodne vybavený otvorom, umožňujúcim zapálenie. Ako alternatíva alebo ako rozšírenie uvedeného uskutočnenia môže byt: na tomto konci umiestnená uzatváracia nálož, výhodne taká nálož horeuvedeného druhu, ktorá môže byť umiestnená na vnútornom konci púzdra, avšak výhodne vo vnútri tohoto púzdra. Z toho, čo bolo uvedené hore je jasné, že zlože podľa tohoto vynálezu môžu pôsobiť súčasne ako uzatváracie nálože aj ako zápalné nálože a že obidve tieto funkcie môže mať len jedna nálož. V prípade, že to tak nie je, je zápalná nálož umiestnená medzi uzatváracou náložou a výbušninou.

Usporiadanie na vonkajšom konci je pomerne závislé na vybranom detonačnom mechanizme, ktorým môže byť ktorýkoľvek zo skôr uvedených dobre známych mechanizmov, ktorý nie je potrebné bližšie popisovať. Preferovaným typom NPED je typ popísaný v uvedených patentoch USA č. 4 727 808 a 5 385 098, ktoré sú tu uvedené ako odkaz.

V súlade s tým, je v jednom uskutočnení sekundárnou výbušninou, ktorá má byť privedená k výbuchu donorová nálož, ktorá spôsobí vymrštenie impaktorového disku proti sekundárnej výbušnine a tým iniciuje jej výbuch.

Pri inom uskutočnení je sekundárna výbušnina, ktorá má byť zapálená prvou časťou prechodového reťazca deflagrácie - detonácie, ktorého súčasťou je výhodne druhá časť, ktorá obsahuje sekundárnu výbušninu s nižšou hustotou, ako je hustota v uvedenej prvej časti. Všetky tieto detonačné mechanizmy majú spoločné to, že v počiatočnom štádiu je sekundárna výbušnina zapálená do štádia, v ktorom dochádza k horeniu, alebo do deflagračného štádia, prevažne pomocou

-27zariadení vytvárajúcich teplo, pre ktoré sa zlože podľa tohoto vynálezu výborne hodia. Nálož je uložená v bezprostrednej blízkosti výbušniny, ktorá má byť vznietená, preto na túto výbušninu pôsobí teplo vyvíjané náložou. Výhodne je medzi náložou a výbušninou priamy kontakt. Horeuvedené podmienky pre bežné nálože sa týkajú tých častí, ktoré sú popísaným spôsobom používané na zápal výbušniny.

Nálož môže byť pripravovaná spôsobmi bežne používanými v danom odbore. Preferovaný spôsob spočíva v miešaní zložiek nálože, mletia tejto zmesi na požadovanú veľkosť častíc v mlyne, používajúcom k dezintegrácii skôr drvenie ako trenie, stláčanie takto získanej zmesi vysokým tlakom do blokov, drvenie týchto blokov na menšie čiastočky tvorené menšími časticami a konečné sieťovanie, ktorým sa získajú požadované sieťove frakcie.

Rozbuška môže byť pripravená oddeleným nalisovaním základnej nálože do uzatvoreného konca púzdra rozbušky a nasledujúcim lisovaním pyrotechnických náloží podľa tohoto vynálezu alebo vkladaním popísaných súčastí alebo púzdier na základnú nálož. Ak je potrebné, môže byť súčasne s prenosovou náložou vložená oneskorovacia nálož, ktorá je zaradená na koniec. Do otvoreného konca rozbušky sa umiestni rozmetka, ktorá sa prevrství zátkou, ktorou prechádza zariadenie prenášajúce zápalný impulz, ako je rázová rúrka alebo elektrický vodič.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Zápalná nálož Al - Fe₂O₃, v ktorej stechiometrický pomer Al : Fe₂O₃ bol 2:1, bola nalisovaná do oceľovej trubice s vonkajším priemerom 6,3 mm a hrúbky steny 0,8 mm.

-28Jeden koniec tejto trubice bol otvorený a na jej druhom konci bola priehradka s otvorom s priemerom 1 mm. Na uvedenú priehradku bola nalisovaná zápalná nálož. Potom bol na ten istý koniec nalisovaný 4 mm stĺpec PETN a dovnútra vtlačená hliníková čiapočka. Bolo pripravených 100 ks takých elementov. Tieto elementy boli potom vtlačené do štandardných hliníkových púzdier, ktoré obsahujú druhé časti sekundárnych výbušnín NPED systému.

Skúšobným odpálením bola dokázaná vynikajúca funkcia všetkých týchto rozbušiek, ktoré majú operačný čas vrátane deflagrácie Nonelovej rúrky (3,6 m) nepresahujúca 4 ms.

Potom bolo pripravených 100 rozbušiek s takými istými vlastnosťami, avšak so stechiometrickým zložením pyrotechnickej zlože. Skúšobné odpálenie sa v dvoch prípadoch nepodarilo, pretože nedošlo k zapáleniu PRTN. Operačný čas rozbušiek sa predĺžil na 8 až 10 ms.

Príklad 2

Boli použité oceľové rúrky s vonkajším priemerom 6,3 mm, s hrúbkou steny 0,5 mm a s dĺžkou 10 mm. Jeden koniec uvedených rúrok bol otvorený, na ich druhom konci bola priehradka s otvorom o priemere 1 mm.

Na uvedené priehradky boli nalisované pyrotechnické nálože, ktoré slúžia ako zápalné nálože a potom boli dovnútra nalisované výbušniny PETN.

Boli použité tri typy beztruskového inverzného zložia: so 40 hmotnost. % Al + 60 hmotnost. % Fe₂O₃, s 20 hmotnosť . % Al + 80 hmotnost % Bi₂O₃ a s 30 hmotnost. % Al + +70 hmotnost. % Cu₂O. Bolo zistené, že všetky tieto nálože sa vyznačovali približne rovnakou schopnosťou zapáliť sekundárnu výbušninu PETN. Všeobecne je možno skonštatovať, že najlepšie zapálenie nastáva pri hustote PETN 1,3 g.m^-3a hraničná hodnota hustoty, pri ktorej dochádza k zhoršeniu zažihu je asi 1,5 g.m^-3.

-29Príklad 3

Do dvadsiatich elementov, ktorými boli hliníkové rúrky s dĺžkou 20 mm, vnútorným priemerom 3 mm a vonkajším priemerom 6 mm, boli nalisované zápalné nálože, pozostávajúce z 20 hmotnost. % Ti + 80 hmotnost % Bi₂O₃ v takom množstve, že sa vytvorili stĺpce s výškou 5 mm. Na tieto kolóny boli nalisované kolóny PETN s hustotou 1,3 g.cm^-3.

Rovnakým spôsobom bolo vyrobených 20 iných iniciačných elementov, ktoré sa líšili tým, že zápalná nálož (t. j. 20 % Ti + 80 % Bi₂O₃) obsahovala ďalej ako aditívum 8 hmotnost . % Fe₂o₃.

Tento experiment ukázal, že všetkých 40 rozbušiek, ktoré obsahovali uvedené iniciačné elementy fungovali pri vyvolaní výbuchu základnej nálože vel'mi dobre.

Príklad 4

Pomocou štandardných skúšobných metód bol zisťovaný vplyv prídavku Fe₂O₃ na zápalnú nálož, obsahujúcu 20 hmotnost. % Ti + 80 hmotnost. % Bi₂O₃ ² hľadiska jej citlivosti na pôsobenie elektrickej iskry.

Citlivosť nálože bez prídavku Fe₂O₃, obsahujúca 20 hmotnost. % Ti + 80 hmotnost. % Bi₂O₃ bola - 0,5 mJ.

Prídavok 2 až 10 hmotnost. % Fe₂O₃ k uvedenej náloži značnou mierou znížil túto citlivosť (-2-5 mJ) a nemal významný vplyv na úžitkové vlastnosti zápalnej nálože.

Claims

Patentové nároky

1. Rozbuška, pozostávajúca z púzdra so základnou náložou, obsahujúca na jednom konci sekundárnu výbušninu, na druhom konci a medzi nimi pyrotechnický reťazec, ktorý prenáša zápalný impulz z roznetky do základnej nálože a spôsobujúci jej výbuch, pričom tento pyrotechnický reťazec obsahuje zápalnú nálož vytvorenú kovovým palivom, ktorým je kov, vybraný z kovov 2., 4. a 13. skupiny periodickej tabuľky a oxidačným činidlom, ktorým je oxid kovu, vybraný z oxidu kovov 4. a 6. periódy periodickej tabuľky, kde uvedené kovové palivo je obsiahnuté vo väčšom množstve ,ako je jeho množstvo, potrebné k redukcii oxidu kovu, prítomného ako oxidačné činidlo, a kde uvedená zápalná nálož vytvára horúci stlačený plyn,ktorý je schopný spôsobiť zapálenie uvedenej sekundárnej výbušniny základnej nálože do konvektívneho deflagračného štádia, a tým túto základnú nálož spoľahlivo priviesť k výbuchu.
2. Rozbuška podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že elektronegativita uvedeného paliva je aspoň o 0,5 V, výhodne o 0,75 V a najvýhodnejšie aspoň o 1 V vyššia ako elektronegativita kovu v oxide kovu, pôsobiacom ako oxidačné činidlo.
3. Rozbuška podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa t ý m, že uvedené kovové palivo je vybrané z kovov 3. a 4. periódy periodickej tabuľky.
4. Rozbuška podľa nároku 4,vyznačujúca sa tým, že týmto kovovým palivom je alebo Al alebo Ti.
5. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedený oxid kovu pôsobiaci ako oxidačné činidlo je oxid kovu, vybraný zo skupiny tvorenej Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ba, W a Bi.
6. Rozbuška podľa nároku 5,vyznačujúca sa tým, že uvedený kov je vybraný zo skupiny tvorenej Mn, Fe, Cu a Bi.
7. Rozbuška podľa nároku 6,vyznačujúca sa tým, že uvedený oxid kovu je vybraný zo skupiny tvorenej MnO₂, Fe₂O₃, Fe-jO^, Cu₂O, CuO a Bi₂O₃.
8. Rozbuška podľa nároku 6,vyznačujúca sa tým, že uvedená kombinácia, kovové palivo - oxid kovu pôsobiace ako oxidačné činidlo pozostáva z Al v kombinácii s jedným z oxidov Fe, Bi alebo Cu.
9. Rozbuška podľa nároku 8,vyznačujúca sa tým, že uvedenou kombináciou je Al-Fe₂O₃, Al-Bi₂O₃ alebo A1-Cu₂O, výhodne Al-Fe₂O₃.
10. Rozbuška podľa nároku 6, vyznačujúca sa tým, že uvedená kombinácia kovovej palivo-oxid kovu pôsobiace ako oxidačné činidlo pozostáva z Ti v kombinácii s jedným z oxidov Bi, výhodne je touto kombináciou Ti-Bi₂O₃.
11. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že množstvo kovového paliva je vyššie ako množstvo stechiometricky potrebné k tomu, aby zredukovalo použité množstvo oxidu kovu pôsobiaceho ako oxidačné činidlo a súčasne je nižšie ako dvanásťnásobok tohoto stechiometricky potrebného množstva, výhodne nižšie ako šesťnásobok tohoto stechiometricky potrebného množstva výhodnejšie nižšie ako štvornásobok tohoto stechiometricky potrebného množstva.
12. Rozbuška podľa nároku 11, vyznačujúca sa t ý m, že množstvo kovového paliva sa pohybuje v rozmedzí 1,1-násobku až šesťnásobku uvwedeného množstva stechiometricky potrebného k tomu, aby zredukovalo použité množstvo oxidu kovu pôsobiaceho ako oxidačné činidlo.
13. Rozbuška podľa nároku 12, vyznačujúca sa t ý m, že množstvo kovového paliva sa pohybuje v rozmedzí 1,5-násobku až štvornásobku uvedeného množstva stechiometricky potrebného k tomu, aby zredukovalo použité množstvo oxidu kovu pôsobiaceho ako oxidačné činidlo.
14. Rozbuška podľa hociktorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že obsah kovového paliva je 10 až 50 hmotnost. %, výhodne 15 až 35 hmotnost. %, výhodnejšie 15 až 25 hmotnost. %, a že obsah oxidu kovu je 90 až 50 hmotnost. %, výhodne 85 až 65 hmotnost. %, výhodnejšie 75 až 65 hmotnost. %, vzhľadom k celkovej hmotnosti zápalnej nálože.
15. Rozbuška podľa nároku 14, vyznačujúca sa t ý m, že kovovým palivom je Al a oxidom kovu, pôsobiacim ako oxidačné činidlo je Cu₂O alebo Bi₂O₃, obsah uvedeného paliva je 15 až 35 hmotnost. %, a obsah uvedeného oxidačného činidla je 65 až 85 hmotnost. %.
16. Rozbuška podľa nároku 14, vyznačuj úca sa t ý m, že kovovým palivom je Ti a oxidom kovu, pôsobiacim ako oxidačné činidlo je Bi₂O₃, obsah uvedeného paliva je 15 až 25 hmotnost. %, výhodne 20 hmotnost. %, a obsah uvedeného oxidačného činidla je 75 až 85 hmotnost. %, výhodne 80 hmotnost. %.
17. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedená zá palná nálož má také zloženie, že jej rýchlosť horenia je v rozmedzí 0,001 až 50 m.s”·'·, výhodne 0,005 až 10 m.s^-3.
18. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedená zápalná nálož má také zloženie, že jej ideálna teplota horenia je vyššia vyššia ako 2 000 K.
19. Rozbuška podľa nároku 18, vyznačujúca sa t ý m, že uvedená zápalná nálož má také zloženie, že jej ideálna teplota horenia je vyššia ako 70 % uvedenej ideálnej teploty horenia.
20. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedená zápalná nálož obsahuje pevné aditívum vo forme kovu a/alebo oxidu.
21. Rozbuška podľa nároku 20, vyznačujúca sa t ý m, že obsah uvedeného aditíva je 2 až 30 hmotnost. %, výhodne 4 až 20 hmotnost. %, výhodnejšie 5 až 15 hmotnost. %, napríklad 6 až 10 hmotnost. %, vzhľadom na celkovú hmotnosť uvedenej zápalnej nálože.
22. Rozbuška podľa nároku 20 alebo podľa nároku 21, vyznačujúca sa tým, že uvedeným aditívom je zlúčenina, ktorá je tiež produktom reakcie medzi kovovým palivom a oxidom kovu, pôsobiacim ako oxidačné činidlo.

23. Rozbuška podľa nároku 20 alebo podľa nároku 21, vyznačuj ú c a sa t ý m, že uvedeným aditívom je práškový kov. 24. Rozbuška podľa nároku 23, vyzná čuj ú c a sa t ý m, že uvedený kov je pri reakčnej teplote zápal-

ne nálože pevný.
25. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z nárokov 20 až 22, vyznačujúca sa tým, že uvedeným oxidom je oxid, vybraný zo skupiny tvorenej oxidmi Al, Si, Zn, Fe, Ti alebo zmes týchto oxidov.
26. Rozbuška podľa nároku 25, vyznačujúca s a tým, že uvedeným oxidom je oxid hlinitý, oxid kremimičitý alebo zmes týchto oxidov.
27. Rozbuška podľa nároku 25, vyznačujúca sa tým, že uvedeným oxidom je oxid železa, zvlášť ^Fe2°3·
28. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z nárokov 20 až 24, vyznačujúca sa tým, že uvedený kov je vybraný zo skupiny kovov tvorenej W, Ti, Ni a ich zmesmi alebo zliatinami.
29. Rozbuška podľa nároku 28, vyznačujúca sa t ý m, že uvedeným kovom je W alebo zmes, resp. zliatina W s Fe.
30. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedená zápalná nálož je zlisovaná a umiestnená tak, že je v styku so sekundárnou výbušninou.
31. Rozbuška podľa nároku 30, vyznačujúca sa t ý m, že uvedená nálož je v styku so sekundárnou výbušninou v prechodovej sekcii, ktorá sa v pyrotechnickom reťazci nachádza pred základnou náložou, pričom táto sekundárna výbušnina je obklopená púzdrom.

32 . Rozbuška podľa nároku 31, v yznačuj úca sa t ý m, že v tomto púzdre je tiež umiestnená uvedená nálož. 33 . Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z nárokov 30 až 32, v y z n a č u j ú c a sa tým, že hustota sekundárnej výbušniny, ktorá je v bezprostrednej blízkosti uvedenej

nálože je 60 až 100 %, výhodne 70 až 99 % hustoty kryštálov sekundárnej výbušniny.
34. Rozbuška podľa nároku 33, vyznačujúca sa t ý m, že hustota sekundárnej výbušniny, ktorá je v bezprostrednej blízkosti uvedenej nálože, je 40 až 90 %, výhodne 50 až 80 % hustoty kryštálov sekundárnej výbušniny.
35. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z nárokov 31 až 34, vyznačujúca sa tým, že sekundárnou výbušninou v prechodovej sekcii je donorová nálož, slúžiaca na vymrštenie nárazníkového kotúča, ktorého nárazom do inej sekundárnej výbušniny sa vyvolá jej výbuch.
36. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z nárokov 31 až 34, vyznačujúca sa tým, že sekundárnou výbušninou v prechodovej náloži je donorová nálož slúžiaca na vymrštenie nárazníkového kotúča, ktorého nárazom do inej sekundárnej výbušniny sa vyvolá jej výbuch.
37. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z nárokov 31 až 34, vyznačujúcasatým, že sekundárna výbušnina v prechodovej náloži je prvou časťou reťazca deflagrácie - detonácie, ktorý ďalej výhodne obsahuje druhú časť, s inou sekundárnou výbušninou s nižšou hustotou, ako je hustota výbušniny v uvedenej prvej časti.
38. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedená základná nálož je vytvorená len sekundárnou výbušninou.
39. Rozbuška podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že uvedená sekundárna výbušnina je vybraná zo skupiny vytvorenej z pentaerytritoltetranitrátu (PETN), trinitrofenylmetylnitraímu (Tetryl) a trinitrotoluénu (TNT), a že výhodne je touto sekundárnou výbušninou PETN.
40. Použitie zápalnej nálože podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 30 na zapálenie nálože, pozostávajúcej v podstate zo sekundárnej výbušniny a na zaktivizovanie tejto nálože k výbuchu.