DE2263860C3 - Feststoff-Projektiltreibladung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststoff-Projektiltreibladungaus mit Triaminoguanidinnitrat vermischter plastifizierter Nitrocellulose.

Projektiltreibladungen unterscheiden sich von hochexplosiven Sprengstoffen dadurch, daß die Geschwindigkeit der Energiefreisetzung bei der Eigenverbrennung innerhalb bestimmter Grenzen geregelt ist. Nitrocellulose bildet die Basis für alle modernen Schießpulver und sie wird typischerweise heutzutage mit Nitroglycerin kombiniert, wobei das sogenannte rauchlose Pulver entsteht. Moderne Pulver können beliebige Formen haben, z. B. die Form von Flocken, Streifen, Kinkeln und zylindrische Körper. Der Ausdruck »einbasiges Pulver« bezieht sich im allgemeinen auf kolloidierte Nitrocellulose in Abwesenheit von Nitroglycerin oder anderen Weichmachern. Der Ausdruck »zweibasiges Pulver« bezieht sich im allgemeinen auf Fulver, welche Nitrocellulose und Nitroglycerin oder andere Weichmacher enthalten. Diese zweibasigen Pulver enthalten gewöhnlich 15 bis 40% Nitroglycerin. Ihre Wirkungsweise ist mit einigen unerwünschten Merkmalen behaftet. Die auftretende hohe Brenntemperatur verursacht z. B. im Vergleich zu einbasigen Pulvern eine übermäßige Erosion im Rohr oder im Lauf. Darüber hinaus ist die Handha= bung von Nitroglycerin sehr gefährlich.

Die frühen einbasigen Treibladungen aus Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 13,15% hatten eine spezifische Energie von etwa 11000 J/kg und eine isochore Flammentemperatur von 3292 ' K. Die Einverleibung von 20 Gewichtsprozent Nitroglycerin ergibt die zweibasige Standardtreibladung mit einer spezifischen Energie von 11500 J/kg und mit einer isochoren Flararoentemperatur von 3592° K. Die hohe Flammentemperatur des zweibasigen Systems ist sehr unerwünscht, da die Lebensdauer des Rohrs aufgrund von Erosion stark eingeschränkt wird. Zur Überwindung dieses schwierigen Problems wurden dreibasige Treibladungen entwickelt, in welchen Nitroguanidin als »Kühlmittel« dem Nitrocellulose-Nitroglycerm-System einverleibt wurde. Eine her-

kömmliche dreibasige Treibladung mit 47,7 Gew.-% Nitroguanidin, 28,0% Nitrocellulose, 22,5% Nitroglycerin, 1,5% Äthylcentralit und 0,3% Natriumaluminiumfluorid hat eine spezifische Energie von 11100 J/kg und eine isochore Flammentemperatur T_w von 3040° K. Eine herkömmliche dreibasige Treibladung mit 54,7 Gew.-% Nitroguanidin, 20,0 Gew.-% Nitrocellulose, 19,0 Gew.-% Nitroglycerin, 4,5 Gew.-% Dibutylphthalat, 1,5 Gew.-% 2-Nkradiphenylamin und 0,3 Gew.-% Natriumaluminiumfluorid hat eine spezifische Energie von 10200 J/kg und eine isochore Flammentemperatur T₁, von 2597° K.

Es ist aus »Technical Report FRL TR-10« der FeItman Research Laboratories, Picatinny Arsenal, Dover, N. J., August 1960, eine Feststoff-Projektil-Treibladung bekannt, welche Triaminoguanidinnitrat zusätzlich zu mit Nitroglycerin plastifizierter Nitrocellulose enthält. Diese Treibladung hat eine hohe spezifische Energie, sowie eine niedrige isochore Flammentemperatur. Die Stabilität dieser Treibladung ist jedoch äußerst gering. Sie beträgt bei 110° C 1,92 ml Gas/g - h. Diese Instabilität macht die bekannte Treibladung praktisch unbrauchbar.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feststoff-Projektiltreibladung zu schaffen, welehe die hohe spezifische Energie zweibasiger Treibladungen und die niedrige isochore Flammentemperatur dreibasiger Treibladungen in sich vereinigt und eine hohe Stabilität hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Feststoff-Projektiltreibladung aus mit Triaminoguanidinnitrat vermischter plastifizierter Nitrocellulose gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nitrocellulose mit Trimethyloläthantrinitrat und/oder Triäthylenglykoldinitrat plastifiziert ist.

Das Triaminoguanidinnitrat kann als einziges Oxydationsmittel zugegen sein oder es kann in Kombination mit anderen Oxydationsmitteln wie Cyclotrimethylentrinitramin oder Cyclotetramethylentetranitramin vorliegen. Typischerweise wird eine hoch-nitroplastifizierte Nitrocellulose eingesetzt. Ferner kann ein nicht-energetischer Weichmacher, wie z. B. PoIyäthyU nglycol, zugegen sein. Die erfindungsgemäße Treibladung kann spezifische Energiewerte in einem weiten Bereich und relativ niedrige Flammentempe-

5J raturen, welche typischerweise unterhalb 3000° K liegen, aufweisen. Die erfindungsgemäße Projektiltreibladung enthält keine Metalltreibstoffe, da Metallpartikel in dem Verbrennungsgas zu unerwünschter Rohrerosion führen. Vorzugsweise enthalten die Projektiltreibladungen lediglich Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, damit bei der Verbrennung ausschließlich nicht-korrodierende Gase gebildet werden. Die Komponenten der Projektiltreibladung sind vorzugsweise Materialien mit einem

as hohen Gehalt an Stickstoff und Wasserstoff und mit einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff und Sauerstoff um ein hohes mittleres Molekulargewicht der Verbrennungsprodukte zu vermeiden. Ein niedriges Mo-

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lekulargewicht der Verbrennungsprodukte ist er- je nach der erwünschten Wirkung. Der Weichmacher

wünscht, da hierdurch der Antriebswert erhöht für die Nitrocellulose liegt vorzugsweise in Mengen

wird. von etwa 5 bis 30 Gew. % bezogen auf die Treibla-

Triaminoguanidinnitrat (TAGN) ist ein dichter, dung vor.

nicht-hygroskopischer, thermisch stabiler Festkörper. 5 Es wurde durch J. E. Flanagan und V. E. Haury

TAGN kann leicht in hohen Ausbeuten aus Guani- gefunden, daß brauchbare TAGN enthaltende Pro-

dinnitrat und Hydrazin hergestellt werden (Dia- jektfltreibladungen auch unter Verwendung von

mond, L. H., Derivatives of Hydrazine, Veröffentli- nicht-energiereichen Weichmachern hergestellt wer-

chung Nr. 10466, Universitäts-Mikrofilme, Ann den können, insbesondere wenn Treibladungen mit

Arbor, Michigan, 1954). Es kann ferner durch wäß- ία einer spezifischen Energie unterhalb derjenigen der

rige Verschmelzung von Calciumcyanamid und Hy- zweibasigen Standard-Treibladung erwünscht oder

drazinnitrat hergestellt werden, sowie durch Umset- bei dem jeweiligen Verwendungszweck geeignet sind,

zung einer Mischung von Hydrazinnitrat und Hydra- Bevorzugte nicht-energiereiche Weichmacher sind

zinhydrat mit Dicyandiamid (US-Patent 3285958). Polyalkylenglycole, wie z. B. Polyäthylenglycol und

TAGN macht vorzugsweise 25 bis 80 Gew.-% der I5 Polypropylenglycol und ihre Alkyläther-Derivate, wie Treibladung aus. Es ist im allgemeinen bevorzugt, daß z. B. Diäthylenglycol-monobutyläther. Als Weichmadie Feststofftreibladung etwa 50 bis 80 Gew.-% eher kann Diäthylenglycol-dinitrat oder Bis(dinitro-TAGN enthält, wobei der Rest plastifizierte Nitrocel- propyl)acetal-formal eingesetzt werden. Es ist bevorlulose als Binder umfassen kann. Wie bereits vorher zugt, flüssige Weichmacher zuzusetzen, so daß Jie erwähnt, kann das TAGN-Oxydationsmittel entweder 20 Treibladungen leicht verarbeitet werden können, alleine oder in Kombination mit anderen Oxydations- Zum Beispiel ist es im allgemeinen bevorzugt, ein mittein vorliegen. Es ist im allgemeinen bevorzugt, Polyäthylenglycol zu wählen, dessen Molekulargedie Menge an TAGN je nach der Menge der Sekunda- wicht einen Wert von etwa 600 nicht übersteigt oder ren Oxydationsmittel zu verringern. Cyclotrimethy- ein Polypropylenglycol, dessen Molekulargewicht den len-trinitramin (RDX) und Cyclotetramethylen-te- 25 Wert von etwa 4000 nicht übersteigt. Der Weichmatranitramin (HMX) sind bevoizugte sekundäre eher liegt gewöhnlich in Mengen von etwa 5 bis 20 Oxydationsmittel, da sie einen relativ hohen Stick- Gew.-% bezogen auf die Treibladung vor stoff- und Wasserstoff-Gehalt und einen relativ nied- Herkömmliche Stabilisatoren können zugesetzt rigen Kohlenstoff- und Sauerstoff-Gehalt aufweisen. werden, um der Treibladung eine befriedigende Sta-Ferner haben diese sekundären Oxydationsmittel eine 30 bilität gegen chemische Zersetzung zu geben. Als Starelativ hohe positive Bildungswärme, eine große bilisatoren können z. B. Nitrodiphenylamin (NDPA), Dichte, eine befriedigende thermische Stabilität und und Äthyl-centralit (Ν,Ν'-Diäthylcarbanüid) vereine annehmbare Schlagempfindlichkeit. Darüber wendet werden. Äthyl-centralit (EC) wird bevorzugt hinaus sind sie nicht hygroskopisch. kDX ist das be- in Kombination mit Resorcin (Res) eingesetzt. Die vorzugte Oxydationsmittel, vorzu^weise wegen der 35 Menge des der Treibladung zugesetzten Stabilisators Kosten und der Zugänglichkeit. GewöhiJich umfassen beträgt typischerweise 0,5 bis 1,5 Gew.-%. die erfindungsgemäßen Treibladungen etwa 0 bis 30 Die erfindungsgemäßen Treibladungen können Gew.-% RDX oder HMX und vorzugsweise etwa 0 unter Verwendung herkömmlicher Einrichtungen zur bis 25 Gew.-% RDX oder HMX. Es können als se- Herstellung von rauchlosem Pulver hergestellt werkundäre Oxydationsmittel auch Methylen- oder 40 den. Die Treibladung hat übliche Abns -ssungen. Sie Äthylendinitramin anstelle von RDX oder HMX ein- kann nicht-perforiert, mono-perforiert oder multigesetzt werden. perforiert sein. Zum Beispiel können die Körner sie-

Der Nitrocellulose-Gehalt der Treibladung variiert ben Perforationen aufweisen. Die Treibladung kann

normalerweise im Bereich von insbesondere 5 bis 30 zylindrisch sein oder eine Rosettenkonfiguration ha-

Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 45 ben. Gew-%, wenn ein hoch-nitroplastifizierter Nitrocel- Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfin-

luIose-Binder verwendet wird und insbesondere im dung wurde eine Treibladung mit 78 Gew. -% TAGN,

Bereich von 15 bis 25 Gew-%, wenn ein nicht-ener- 7 Gew.-% Nitrocellulose (12,6% N), 10 Gew.-%

giereicher Weichmacher eingesetzt ist. Die Nitrocel- TEGDN, 4 Gew-% TMETN und 1 Gew.-% NDPA

lulose enthält vorzugsweise 12,5 bis 13,5 Gew.-% 50 hergestellt. Die Treibladung (8 g in Form von

Stickstoff. 0,076 cm dicken Scheiben von 0,076cm Durchmes- Der jeweilige für den Nitrocellulose-Binder ver- ser) wurde in einem 20 mm Mann-Rohr abgefeuert,

wendete Weichmacher hängt von dem erforderlichen Ein maximaler Druck von 1676 bar wurde erreicht.

Wert der spezifischen Energie der Feststofftreibla- Bei einem zweiten Test wurden 10 g eines 7-Loch-

dung ab, sowie von der erwünschten Flammentempe- 55 Pulvers abgefeuert. Die Länge der Treibladung betrug

ratur und den übrigen physikalischen Eigenschaften 0,43 cm und der Durchmesser betrug 0,48 cm und die

der Treibladung. Perforation hatte einen Durchmesser von 0,066 cm.

Bei energiereichen Systemen ist der Weichmacher Ein maximaler Druck von 2979 bar wurde beim Ab-

vorzugsweiftc ein Gemisch von Trimethyloläthan-tri- feuern erhalten. Die Tests zeigen, daß eine glatte Ver-

nitrat (TMETN) und Triäthylenglycol-dinitrat 60 brennung und Zündung eintritt, obwohl das Gewicht

(TEGDN). Das Gewichtsverhältnis der Bestandteile und die Abmessungen der Treibladung nicht optimiert

des energiereichen Weichmacher-Gemisches variiert sind.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Feststotf-Projektfltreibladung aus nut Triaminoguanidinnitrat vermischter plastifizierter Nitrocellulose, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrocellulose mit Trimethyloläthantrinitrat und/oder Triäthylenglykoldinitrat plastifiziert ist.

2. Treibladung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 25 bis 80 Gewichtsprozent und vorzugsweise 50 bis 80 Gewichtsprozent Triaminoguanidinnitrat.

3. Treibladung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 40 bis 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 50 bis 70 Gewichtsprozent an Triaminoguanidinnitrat.

4. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0 bis 20 Gewichtsprozent Cyclotrimethylen-trinitramin oder Cyclotetramethylen-tetranitramin.

5. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5 bis 30 Gewichtsprozent und vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozent Nitrocellulose.

6. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an einem nicht-energiereichen Weichmacher.

7. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 5 bis 30 Gewichtsprozent Gesamt-Weichmacher.