DE3500784A1

DE3500784A1 - Verfahren zur herstellung von progressiv brennendem artillerietreibladungspulver und hierfuer geeignetes agens

Info

Publication number: DE3500784A1
Application number: DE19853500784
Authority: DE
Inventors: Boo Bolinder; Hermann Karlskoga Schmid
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1986-07-17
Also published as: GB2169277B; SE8303955L; US4597994A; GB2169277A; CH669786A5; BE901475A; CA1227933A; GB8500386D0; US4654093A; FR2576014B1; SE8303955D0; FR2576014A1; SE451716B

Description

Die Erfindung betrifft ein allgemeines Verfahren zum Herstellen eines progressiv brennenden, inhibierend beschichteten Pulvers, insbesondere eines Pulvers für Artillerietreibladung; und eine Modifikation eines derartigen 5 Verfahrens für die Oberflächenbehandlung mit nicht treibkräftiger Lösung eines in kürzere Stücke geschnittenen oder granulierten Pulvers, genauer gesagt eines sogenannten Röhrenpulvers, sowie eine Inhibitor- oder Hemmstoffsubstanz, die für solche Verfahren geeignet ist.

10 Die inhibierende Beschichtung von Pulver bedeutet , daß eine oder mehrere Flächen, die sonst

der Verbrennung zugänglich sind, mit einer schwer oder nicht brennbaren Substanz beschichtet sind, damit das Pulver zwangsweise nur entlang solcher Flächen brennt, die nicht mit Hemmstoff beschichtet sind.

Die Erfindung sollte hauptsächlich anwendbar sein, bei der Herstellung von progressiv brennendem kreuz-perforierten stabförmigen Pulver oder auch progressiv brennendem Pulver in Röhrenform.

Das vorstehend beschriebene kreuz-perforierte stabförmige Pulver besteht aus relativ großen vorzugsweise im wesentlichen rechteckigem Pulverstiften, die mit einer sehr großen Zahl Perforationen versehen sind, die sich in Längsrichtung wenigstens durch den größten Teil der Dicke des Pulverstiftes erstrecken. Diese Art von Treibladungspulver kann in Treibladungen für die Artillerie verwendet werden. Die Ladekammer oder Ladungshülle wird mit einer Anzahl derartiger Pulverstifte dicht nebeneinander gefüllt. Der Vorteil derartigen Pulvers besteht darin, daß es progressiv verbrennt - d.h. die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Oberfläche.vergrößert sich mit dem Abbrennen des Pulvers und zwar nicht nur über die Außenseiten sondern auch entlang der Innenseiten der Perforationen. Das progressive Abbrennen des Pulvers kann gesteigert werden, wenn die Außenseiten der Pulverstifte mit nicht oder schwer· brennbarem Material beschichtet sind

- d.h., das Pulver ist mit einer inhibierenden Beschichtung versehen, so daß die Verbrennung ausschließlich entlang der Innenseiten der Perforationen stattfindet.

Eine andere Art progressiv brennendem Artillerietreibladungspulvers enthält ein sogenanntes Röhrenpulver in Form von relativ kurzen Pulverröhrchenstücken mit einem oder mehreren durchgehenden Längskanälen. In der Regel werden in den Ladungen Stücke röhrchenförmigen Pulvers ganz wahllos angeordnet. Das progressive Brennen des Röhrenpulvers kann auch durch Beschichten der Außenseiten der Pulverröhrchen mit einem nicht oder schwer brennbarem Material, d.h. einer inhibierenden Beschichtung, verbessert werden. Die zahlreichen Größen kreuz-perforierten stiftförmigen Pulvers oder Röhrenpulvers machen die vorstehend genannten Varianten des Verfahrens gemäß der Erfindung erforderlich.

Die Lebensdauer der Oberfläche ist bei herkömmlicher Artillerie in der Regel relativ lang, teilweise infolge der Tatsache, daß Artilleriegeschosse im allgemeinen gegen Abrieb sehr widerstandsfähig sind, und teilweise infolge ihrer hohen Kosten. Im Gegensatz hierzu ist die Betriebslebensdauer der Munition in der Artillerie wesentlich kurzer. Hieraus folgt, daß als erstes immer versucht wird, die Kapazität der Artillerie durch Verbessern der Munition zu erhöhen. Eine Erhöhung der Reichweite eines gegebenen Geschützsystems

— 3 —

muß erreicht werden, ohne daß der maximale Druck im Laufrohr

(P ) den Wert überschreitet, für den das Rohr konstruiert max

worden ist. Selbst für den Fall vollständig neuer Konstruktionen muß P möglichst begrenzt werden , da max

jede Erhöhung von P die Festigkeitsanforderungen erhöht,

max

die an das Laufrohr und den Geschützmechanismus gestellt werden müssen. Die Reichweite eines gegebenen Geschützsystems kann entweder durch Erhöhung der Ausstoßgeschwindigkeit des Projektils (V ) oder durch Verbesserung seiner ballistischen Eigenschaften erhöht werden. In der Regel erstrecken sich die Anstrengungen auf beide Möglichkeiten.

Um eine Erhöhung von V bei unverändertem Gewicht des Projektils zu erzielen, muß die Verbrennung des Pulvers in Übereinstimmung mit einer Druck-Zeitkurve mit einer relativ großen Arbeitsfläche erfolgen. Bei einem gegebenen Geschützsystem, dessen Beschränkungen immer durch P , das Volumen der Ladekammer und das Projektilgewicht bestimmt sind, kann dies durch Erhöhung der Ladungsdichte der Verbrennungstemperatur des Pulvers oder sein progressives Verbren-

20 nen erfolgen.

Ideal wäre es, wenn während der Verbrennung des Treibladungspulvers im Laufrohr eine trapezförmige Druck-Zeit-Kurve erzielt werden könnte, wodurch die optimale Ausnutzung der Festigkeit des Laufrohres und des Projektils erfolgen

S-

würde, die Brenngeschwindigkeit des Treibladungspulvers so angepaßt wäre, daß der Brennvorgang spät genug beendet wäre, damit der Druck an der Laufmündung akzeptabel wäre.

Eine trapezförmige Druck-Zeit-Kurve während dem Verbrennen des Pulvers heißt, daß die Volumenzunahme hinter dem Projektil stattfindet, während dessen Bewegung durch das laufrohr fortlaufend durch eine adequate Pulvergasproduktion kompensiert wird. Dies unterstellt, daß die Pulvergasproduktion sukzessive im Takt mit der Verbrennung der Pulverladung ansteigt. Pulver mit dieser speziellen Eigenschaft ist progressiv brennendes Pulver.

Ein granuliertes Pulver kann progressiv brennend gemacht werden, indem die Körner eine geometrische Form erhalten, so daß ihre zur Verfügung stehende brennende Fläche sukzessiv größer wird, wenn die äußeren Pulverschichten wegbrennen. Beispiele für solche Pulver sind 3 - , 7 - , 19 - und 37 fachperforierte Pulver, d.h. kurze Pulverröhrchen, die mit einer entsprechenden Anzahl von parallel liegenden Kanälen ausgebildet sind.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung von progressivbrennendem granulierten Pulver werden insbesondere die Brenneigenschaften der äußeren Pulverschichten durch eine Oberflächenbehandlung verändert, wobei zahlreiche Arten von nie-

dermolekularen Weichmachern verwendet werden. Infolge der allgemeinen Wanderungstendenzen von Weichmachern kann dieses Verfahren jedoch nur für Pulver verwendet werden, welches weniger als 10 bis 12 % Weichmacher vom Typ Glyceroltrinitrat oder dgl. enthält. Zur Inhibierung von Pulver, das einen hohen Weichmachergehalt hat, müssen andere Verfahren verwendet werden. Bei einem dieser Verfahren werden bestimmte Flächen der Pulverkörner insbesondere ihre Außenflächen mit einem Hemmstoff beschichtet, der das Zünden der inhibierend beschichteten Pulverflächen wenigstens merklich verzögert oder verhindert. Eine an ein Verzögerungsmittel absolut zu stellende Forderung besteht darin, daß es so hochmolekular sein muß, daß es nicht wandert. Ein röhrchenförmiges Pulver, welches beispielsweise an der Außenseite und seinen Enden inhibierend beschichtet ist, wird als erstes nur entlang der Innenseiten der Perforationskanäle brennen, was zu einer fortlaufend größeren Brennfläche führt, Wenn zusätzlich die inhibierende Beschichtung so ausgebildet ist, daß sie nach einer geeigneten Zeit durchbrennt, so erhöht sich die brennende Oberfläche des Pulvers in diesem Moment plötzlich. Eine solche verzögerte Zündung eines gewissen Anteils der Pulveroberfläche muß daher so erfolgen, daß sie zu einem Zeitpunkt stattfindet, an dem

P erreicht ist oder kurz danach. Natürlich ist die max

Forderung nach einem reproduzierbaren Brennverlauf im wesentlichen absolut, sofern derartige Hemmstoffe

betrachtet werden. Das Abbrennen der Hemmstoffe in Abhängigkeit vom Druck ist daher vorteilhaft, da dadurch die Justierung der Durchbrennzeit erleichtert wird.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß entweder durch die Auswahl einer geeigneten geometrischen Form für die Pulverkörner oder durch zahlreiche Verfahren zur Oberflächenbehandlung bewirkt werden kann, daß granuliertes Pulver progressiv brennt. Natürlich können auch verschiedene Verfahren kombiniert werden.

Stiftförmiges Pulver kann wie bereits erwähnt ebenfalls progressiv brennend gemacht werden, indem es eine große Anzahl Perforationen erhält, die alle ermöglichen, daß das Pulver entlang dieser Perforationen abbrennt, welche sich natürlich aufweiten, d.h. im Brennverlauf eine größere Brennfläche erzeugen. Die Perforationen erstrecken sich in Längsrichtung durch die Pulverstifte. Durch die GB-PS 16 861 ist bereits ein derartiges stiftförmiges Pulver bekannt, d.h. ein Pulver mit progressivem Brennverlauf, welches zweckmäßigerweise verwendet werden kann, wenn eine hohe Ladungsdichte und progressives Verbrennen der Ladung gewünscht sind.

Theoretische Berechnungen haben gezeigt, daß mit unveränderten Ladungsgewichten nur mittels eins progressiv brennen-

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den Pulvers begrenzte Gewinns an V erreicht werden, können; die gleiche Berechnung zeigt aber auch, daß ein Weg zur Erhöhung von V für ein Geschützsystem ohne Überschreiten eines gegebenen Wertes für P ist, Kombinationsladungen mit

max

höheren Ladungsgewichten einzuführen, die aus mit unterschiedlicher Progressivität brennenden Pulvers zusammengesetzt sind. Um die maximale Ausnutzung eines derartigen Pulvers, entweder röhrchenförmiges oder perforiertes, stiftförmiges Pulver zu erzielen, muß das Pulver eine inhibierende Beschichtung erhalten, so daß es während dem Anfangsstadium bis zum Erzielen von P nur entlang der Innenwände der Perforation oder Kanäle brennt.

Für die Verwendung einer Substanz als inhibierende Beschichtung für Pulver muß diese zahlreiche Forderungen erfüllen.

Die oberflächen-inhibierende Substanz muß mit dem Pulver verträglich sein und darf selbst nach einer langen Zeitdauer nicht dessen Stabilität verringern. Sie soll auf das Pulver nur in kleinem Ausmaß wirken, so daß sie im Gleichgewichtszustand nur eine kleine Menge Nitratester, wie beispielsweise Glyceroltrinitrat und Moderatoren (Weichmacher), wie Triacetin enthalten'·darf. Die Substanz muß eine zufriedenstellende Haftung an Pulver aufweisen, so daß zuvor inhibierend beschichtete Flächen nicht durch mechanische Be-

· W ν * β β

!.-- ir * β Ι« ί

ί, β * at ■ -ι

lastung freigelegt werden können, was zu einem ungleichmäßigen ballistischen.Ergebnis führen würde. Am besten ist es selbstverständlich„ wenn die inhibierende Beschichtung chemisch mit der Pulveröberflache verbunden ist. Zusätzlieh muß die inhibierende Substanz einen Längenausdehnungskoeffizienten in der gleichen Größenordnung wie das Pulver haben, oder alternativ ein Federungsvermögen aufweisen, das Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten erlaubt.

Die inhibierende Substanz muß auch vollständig oder im wesentlichen in gasförmige Produkte umwandelbar sein, die das Funktionieren des Mechanismus für den nächsten Schuß nicht stören und möglichst keinen Rauch verursachen.

Zahlreiche Forderungen können an eine inhibierende Substanz allein vom Aspekt der Herstellung aus betrachtet, gestellt werden, wie:

1.) Die Substanz muß ein reproduzierbares Aufbringen in einer dünnen Schicht, intermittierend fortlaufend erlauben.

2.) Die Substanz muß die Zumischung relativ großer Mengen Füllstoff (Kühlstoff) erlauben.

3.) Die Substanz darf keine entflammbaren und die Umwelt beeinträchtigenden Bestandteile enthalten.

Angesichts dieser Forderungen unter dem Aspekt der Her-

C «t i

stellung betrachtet, kann davon ausgegangen werden, daß für diesen Zweck ein geeignetes Polymer gewählt werden kann. In diesem Fall sind unter dem Aspekt der Herstellung weitere Forderungen zu stellen, insbesondere:

a) Das Polymer muß eine lange sogenannte"Topfzeit" haben, d.h. es muß für eine geeignete Zeit zu lagern sein, ohne daß eine Autopolymerisation stattfindet, b) Das Polymer muß ein schnelles Haften durch Härten oder Filmbilden bei einer mäßigen Temperatur erlauben und . ein solches Härten darf nicht durch Bestandteile des Pulvers oder Wassers bewirkt werden, wenn das Pulver aus Sicherheitsgründen zusammen mit Wasser verarbeitet wird.

Die vorstehend aufgelisteten Forderungen ergeben zwei unterschiedliche voneinander abhängige Probleme, insbesondere die Auswahl der inhibierenden Substanz und die Wahl des Aufbringverfahrens. Aufgabe der Erfindung ist es, diese beiden Probleme zu lösen.

Durch den Artikel von J.E. Flanagan, S-. 285 bis 294, Berieht der Jahreskonferenz 1-9,74 des Instituts für Treibstoff- und Sprengstoffchemie ist bereits ein Versuch zur Lösung des grundsätzlich gleichen Problems bekannt. Es wird beschrieben, wie Pulver durch einen direkten Sprühvorgang im Extruder beim

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je- 3S00784

fortlaufenden Extrudieren von Pulver mit einer inhibierenden Beschichtung versehen wird. Die verwendete inhibierende Substanz ist ein Polymer,, gebildet aus Polyäthylenglycol und Polymethyl-Polyenylisocyanat. Das gleiche Verfahren ist im wesentlichen.durch die US-PS 39 48 697 bekannt.

Gemäß der Erfindung wird daher stiftförmiges, perforiertes Pulver für Waffen mit Laufrohr mit einer inhibierenden Beschichtung versehen, in dem die Pulverstifte mit einer filmbildenden oder polymerisierbaren, inhibierenden Substanz behandelt werden, die aus einer Wasser-Urethan-Dispersion besteht, welche mit tertiärem Amin blockierte Carboxylgruppen enthält, die während der Filmbildung tertiäres Amin abspalten, was zu einer starken Kreuzbindung im erhaltenen Polyurethan führt, es ist daher ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die inhibierende Substanz dem Pulver in Form einer Dispersion oder Lösung zugeführt wird, das Lösungsmittel oder Dispersionsmittel, vorzugsweise Wasser, danach abdestilliert wird und die Folge eine Kreuzbindung der dispergierten Substanz ist.

Es wurde herausgefunden, daß eine besonders geeignete Variante vom Typ Polyurethan wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist aus aliphatischem Isocyanat kombiniert mit einem Caprolaceton-Polyester, mit der allgemeinen Formel:

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O O

Γ υ 1 Γ Ί Ί

HO U (CH₂) ₅· -C- 0-4— R-—[—0 C (CH₂) ^-J—OH

η η

Mit R = Polymerisationinxtiator. Das Gesamt-Molekulargewicht eines solchen Polyurethans sollte zwischen 200 und 6000 liegen.

In der Mehrzahl der Fälle sollte in der inhibierenden Substanz vom beschriebenen Typ ein Kühlstoff enthalten sein. Es wurde herausgefunden, daß Bestandteile, die sich endothermisch in gasförmige Produkte zerlegen, im allgemeinen zufriedenstellende Kühlstoffe sind. Insbesondere wurden gute Kühlstoffe unter Produkten auf Formalinbasis gefunden, wie Oxanid, Dimethylolurea. Titandioxid ist auch ein guter Kühlstoff. Zusätzlich zum Kühlstoff kann die nicht treibkräftige Schicht auch andere feste Substanzen enthalten, wie Flammendämpfer und entkupfernde Agenzien. Dies ist kein Problem, da die Menge des Kühlstoffes und möglicher anderer Substanzen bis zu 80 Gew.-% (vorzugsweise 35 bis 65Gew,- %) betragen kann, berechnet nach der Trockensubstanz der inhibierenden Schicht, d.h. Polyurethan + Kühlstoff und/oder andere feste Substanzen.

Gemäß der Erfindung wird die Wasser-Urethan-Dispersion auf das stiftförmige Pulver durch Sprühen, Eintauchen oder

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η >«*■

Aufstreichen aufgebracht;,worauf das Dispersionsmittel, d.h. das Wasser abdestiiliert wird. Aufsprühen sollte häufig das beste Ergebnis erzeugen,; da zu erwarten ist, daß eine glatte, blasenfreie Beschichtung erzeugt wird. Die inhibierende Beschichtung von stiftförmigem perforiertem Pulver für Waffen mit Laufrohr wie vorstehend beschrieben darf nicht mit den zahlreichen Gießvorgängen verwechselt werden, die bisher zur Herstellung von Raketentreibstoff mit nicht treibkräftiger Substanz verwendet wurden.

Ein derartiges Gießverfahren ist unter anderem durch die US-PS 31 88 962 bekannt, gemäß dem ein Polyurethansystem verwendet wird, welches auf aromatischem Diisocyanat und Polyestern basiert, so daß die Bearbeitung unter völliger Abwesenheit von Wasser durchgeführt werden muß, weil sonst eine sehr heftige Reaktion stattfinden würde, die auf ihrem Höhepunkt zu einem löchrigen Schaum führen würde. Diese US-PS zeigt auch indirekt durch die Zeichnungen und das verwendete Gießverfahren wie dick die inhibierende - Schicht auf dem Raketentreibstoff sein muß, um nicht durchzubrennen und die Verbrennung der unbeschichteten Endfläche des Raketentreibstoffes vollständig zu steuern. Im Gegensatz hierzu ist es im Fall eines Artilleriepulvers unter der Bedingung, daß dies zu einem geeigneten Zeitpunkt nach dem Erreichen

von P im Laufrohr erfolgt, zweckmäßig, wenn die Inmax

25 hibierende' Schicht durchbrennt.

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■ Μ-

Wie bereits angegeben, bezieht sich die Erfindung auch auf ezn Verfahren zur Herstellung einer inhibierenden Beschichtung für kleinere Stücke geschnittenen Pulvers, insbesondere in kürzere Stücke geschnittenes sogenanntes ,.-Röhrenpulver. Bei dieser Variante werden die kurzen Pulverröhrchen, die im nachfolgenden als Pulverkörner bezeichnet werden, mit der gleichen Art der filmbildenden polymerisierbar en Hemmstoff-Substanz behandelt, wie vorstehend beschrieben jedoch mit dem Unterschied, daß die Substanz den Pulverkörnern zugeführt wird, während diese in einem fluidisierten Zustand, d.h. einem Wirbelbett fein verteilt gehalten sind. Die Hemmstoff-Substanz wird dem Bett in Form einer fein verteilten Lösung oder Dispersion zugeführt, während die Pulverkörner im Bett suspendiert ge-

15 halten bleiben. -

Tatsache.ist, daß herausgefunden wurde, daß eine adäquate Konzentration der fein verteilten Dispersion oder Lösung der Hemmstoff-Substanz in einem Wirbelbett eine besonders gleichmäßige Beschichtung an den Außenflächen der Pulverkörner mit gleichmäßig reproduzierbarer Dicke erzeugt, während alle, an die Wände grenzenden Perforationen unter der Bedingung, daß diese Perforationen in diesem Zusammenhang einen Durchmesser unter 2 mm haben, im wesentlichen unbeschichtet bleiben.

Auch bei dieser Variante der Erfindung wird die Zufuhr

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der feinverteilten Dispersion oder Lösung der inhibierenden Substanz unterbrochen, wenn eine adäquate Beschiehtungsdicke erhalten worden ist. Die Pulverkörner werden dagegen in dem Fluidbett gelassen, bis das Lösungs- oder Dispersionsmittel über den Auslaß für überschüssiges Trägermedium, mit dem das Fluidbett üblicherweise versehen ist, abdestilliert ist.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beschichten von granuliertem Pulver mit einer oder mehreren übereinanderliegenden Lagen aus nicht treibkräftiger Substanz verwendet werden. Die Tatsache, daß das Verfahren gemäß der Erfindung in der Praxis ermöglicht, daß das selbe Pulverkorn mit einer Anzahl verschiedener übereinanderliegender Schichten beschichtet werden kann, eröffnet viele vorteilhafte Möglichkeiten. Beispielsweise wäre es möglich in einer geeigneten Schicht ein Entkupferungsagens für das Laufrohr des Geschützes und Flammenverzögerer einzubauen.

Bei einer Mehrfachbeschichtung können die Pulverkörner zwischen mehreren fortlaufend arbeitenden Fluidbetten verschoben werden, durch die sie Sukzessive passieren und wo sie mit unterschiedlichen fein verteilten,filmbildenden nicht treibkräftigen Substanzen in Berührung gebracht werden. Alternativ können die verschiedenen nicht treibkräftigen Substanzen einzeln in fein verteilter Form dem selben Fluid-

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bett zugeführt werden, indem das Granulat mit fortlaufender Mischung suspendiert gehalten wird. Es kann auch praktisch sein, das beschichtete Pulvergranulat gleich nach dem Beschichten in ein spezielles 'Fluidatbett zu bringen, wo ein letzter Trockenvorgang der Oberflächenbeschichtung stattfindet.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dient für die Behandlung jeder Art von.Granulat mit jeder gewünschten geometrischen Form und mit einem Querschnittsdurchmesser, der im wesentlichen 20mm nicht übersteigt. Das Pulver kann daher entweder einzeln oder mehrfach perforiert, porös oder vollständig homogen sein. Ein vollständig homogenes Pulver, beispielsweise ein Geschoßpulver, welches mit einer inhibierenden Beschichtung versehen worden ist, ist natürlieh selbst nicht progressiv brennend, aber wenn es unter nicht beschichtetes Pulver gemischt ist, kann es während der Verbrennung eine plötzlich ansteigende Gasproduktion verursachen, was manchmal sehr gewünscht wird.

Die beabsichtigte inhibierende. Beschichtung, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung auch erzielt wurde, hat eine Dicke von 2 bis 500 μπι.

Es konnte auch festgestellt werden, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung leicht reproduzierbare Er-

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gebnisse ergibt. Unter der Bedingung, daß die zugeführte Menge, die Konzentration der inhibierenden Substanz und ihre Zuführungsgeschwindigkeit variabel war und die Behandlungsdauer des Pulvergranulats im Fluidatbett bei den verschiedenen Posten nicht verändert wurde, wurde eine Dicke der inhibierenden Schicht erzielt, die bei jeder getrennten Behandlung und bei verschiedenen Posten sehr zufriedenstellend war.

Die chemische Zusammensetzung der inhibierenden Substanz wurde bereits kurz angegeben, aber im allgemeinen ist anzugeben, daß die inhibierende Substanz der in Frage stehenden Art eine spezifische Brenngeschwindigkeit zwischen einem Zentel und der Hälfte der Brenngeschwindigkeit des Pulvers aufweisen muß.

Es wurde herausgefunden, daß inhibierende Schichten aus stark-quervernetzten Polyurethanen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, zufriedenstellend an den Pulverkörnern haften und auch eine solche chemische Zusammensetzung haben, daß eine Veringerung der Qualität des Pulvers nicht zu erwarten ist, selbst wenn dieses für einen sehr langen Zeitraum gelagert wird. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das Ausgangsmaterial auf Wasser basiert und daher vom Standpunkt des Umweltschutzes aus betrachtet leicht zu behandeln ist.

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Die Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens erfordert eine Anordnung, in der mittels eines gasförmigen Trägermediums ein fluidisiertes Bett, d.h. eine Wirbelschicht aufrecht erhalten werden kann, worin die zu behandelnden Pulverkörner suspendiert gehalten werden können, während sie fortlaufend gemischt werden, und dem die Lösung oder Dispersion der inhibierenden Substanz in fein verteilter Form zugeführt werden kann. Eine solche Anordnung kann eine zylindrische Kammer mit einem konisch sich zuspitzenden unteren Teil aufweisen. In der Mitte der Basis eines derartigen unteren Teils sind auf der einen Seite ein Eingang für das Trägermedium, das Luft sein kann und mit einer gewissen Geschwindigkeit zugeführt werden muß, und auf der anderen Seite ein Anschluß für das Zuführen von inhibierender Substanz in fein verteilter Form als Lösung oder Dispersion, zusammen mit einem Treibstoff, der ebenfalls Luft sein kann, angeordnet. Die inhibierende Substanz wird aus einem Lagertank mit einem Rührgerät durch eine Meßpumpe in das zugehörige Anschlußstück geleitet. Die gewünschte Mischung des in dem Fluidatbett suspendierten Materials , kann durch eine gewisse Neigung oder wendeiförmigen Drall des das Fluidatbett erzeugenden Gasstromes erzeugt werden, oder es kann ein spezieller Gaseinlaß verwendet werden, der den Trägergasstrom leicht dreht. Das zuletzt genannte Verfahren wird häufig vorgezogen, da es einfach zu betreiben ist.

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ft t· M

Die Erfindung istdurch die Ansprüche definiert und wird nun im einzelnen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es:zeigt:

Fig. 1, einen Querschnitt durch ein einfach perforiertes Pulverkorn mit einer inhibierenden Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2, eine schematische Darstellung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Pulverkorn 1 mit einem mittleren Kanal 2 und einer auf die Oberfläche aufgebrachten inhibierenden Beschichtung 3 (die Fig. wurde anhand einer Fotografie eines einmal perforierten Pulverkorns mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einem Innendurchmesser von 1 mm gezeichnet, das gemäß der Erfindung beschichtet worden ist). Anzumerken ist, daß die inhibierende Beschichtung 3 nur um die Ecke an den Enden des Kanals 2 und mit einem kleinen Abstand a in den Kanal hinein angegeben ist. Beide Enden des Kanals sind noch offen, auch wenn ihr Querschnitt etwas veringert ist. Wegen der Klarheit der Zeichnung ist die inhibierende Schicht 3 dicker als in Wirklichkeit dargestellt. Grundsätzlich werden ähnliche inhibierende Beschichtungen erhalten, wenn ein mehrfach perforiertes Pulverkorn durch das Verfahren gemäß der vorliegenden

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Erfindung behandelt worden ist. Beispielsweise wurden mit 7-fach perforiertem Rosettenpulver ausgezeichnete Ergebnisse erhalten.

Die für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in der Fig. 2 gezeigte Anordnung besteht aus einem Tank 4 für im Wasser dispergiertes Polyurethan wie vorstehend bereits beschrieben. In dem Tank ist ein Rührgerät 5 angeordnet. Die Dispersion wird aus dem Tank 4 mittels einer Pumpe 6 und einer Leitung 7, die an einen Filter 8 im Tank angeschlossen ist, zugemessen. Die Dispersion wird von der Pumpe 6 über ein Strömungsmeßgerät 9 in ein Anschlußstück 10 geleitet. Vom Anschlußstück wird die Dispersion mittels eines Treibmediums, vorzugsweise Luft, die dem Anschlußstück 10 über eine spezielle Leitung 11 zugeführt wird,fein verteilt abgegeben. Das Treibmedium wird mit einer gewissen Geschwindigkeit entweder infolge einer Druckquelle oder eines Ventilators zugeführt.

Das Anschlußstück 10 ist an der Basis einer Kammer 10 angeordnet, in der ein Fluidatbett mittels eines Trägermediums, vorzugsweise Luft, aufrecht erhalten werden kann. Tatsächlicht ist das Anschlußstuck 10 in der Mitte eines Einlasses 3 für das Trägermediüm angeordnet, welches über eine Leitung 15 mittels eines Ventilators 14 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zugeführt .wird. Nach dem Ventilator kommt eine

r;'-v■■::'■; - 20 -

ti I

Vorheizanordnung 16 zum Steuern der Temperatur des Trägermediums.

Im oberen Teil der Kammer 12 sind ein Drahtnetz 17 und ein Auslaß 18 für überschüssiges Treibmittel und Trägermedium angeordnet. In der Kammer 12 sind eine Anzahl von Pulverkörnern 20 dargestellt, die in dem Trägermedium suspendiert sind. Ihre üblichen Bewegungen sind in der Kammer durch Pfeile angegeben. Pfeile zeigen auch die Strömungsrichtungen in den verschiedenen Leitungen an. Um eine fortlaufende Vermischung der Pulverkörner 20 im Suspensionsbad sicherzustellen, kann die Kammer 12 mit einem oder mehreren radial oder exzentrisch ausgerichteten Einlassen 21 für das Trägermedium versehen sein, wodurch die Strömung des Trägermediums durch die Kammer 12 rotierend ausgebildet wird. Ein derartiges Anschlußstück 21 kann ständig angeschlossen sein oder nur dann betätigt werden, wenn die Mischung im Suspensionsbad die Tendenz zeigt, festzulaufen. Es sollte auch möglich sein, das Suspensionsbad bis zu einem gewissen Maß,beispielsmittels Führungsrillen oder Leitflächen, die an der Neigung

20 des Einlasses 13 angeordnet sind, zu drehen.

Wenn die Anordnung gemäß Fig. 2 für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, werden als erstes die Pulverkörner in die Kammer 12 geführt, dann wird in der Kammer das Fluidatbett durch Starten des Ventilators

■5 " r *

aufgebaut. Dem ausgebildeten Fluidatbett in der Kammer 12 wird inhibierende Substanz in Form von feinen Dispersionströpfchen aus dem Tank 4 zugeführt. Die Zufuhr wird erfolgt durch die Pumpe 6 und mittels des Treibmediums aus der Leitung 11. .

Durch Versuche wurde herausgefunden, welche Mengen des inhibierenden bzw. passivierenden Materials der Kammer 12 zugeführt werden müssen, um eine inhibierende Beschichtung mit gewünschter Dicke herzustellen. Danach wird die Zufuhr von inhibierender Substanz über das Anschlußstück 10 unterbrochen, die Pulverkörner werden jedoch immer noch in dem Fluidatbett suspendiert gehalten, bis Wasser und Lösungsmittel vollständig abdestilliert sind. Danach wird die Zufuhr des Trägermediums über den Ventilator 14 unterbrochen und die Pulverkörner mit ihrer nicht treibkräftigen Beschichtung können aus der Kammer 12 herausgenommen werden.

Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen anhand von einigen Versuchsbeispielen beschrieben. Die Versuchsbeispiele I bis III beziehen sich auf die Herstellung von kreuzperforiertem, inhibierend beschichtetem, stiftförmigem Pulver, während tfas Versuchsbeispiel IV und seine Unterbeispiele 1 bis 18 sieh auf die Herstellung von inhibierend beschichteten} röhrchenförmigem Pulver beziehen.

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Versuchsbeispiel I ..-.-

Für diese Beispiele wurde, ein doppelbasisches Pulver mit hohem Glyceroltrinitrat-Anteil verwendet. Das Pulver wurde in Form von Stiften mit den folgenden Abmessungen hergestellt: 17 χ 17 mm und eine Länge von 200 mm.

Die inhibierende Substanz wurde durch den folgenden Prozeß hergestellt:

Stufe I 50 % Polyurethandispersion* (34% festes

Polymer) 10 50 % Oxamid

* (Polyurethandispersion gemäß der Anmeldung). Die Mischung erfolgt in drei Kugelmühlen, so daß eine vollständige Homogenität erzielt worden ist.

Stufe II

403 g des vorstehend beschriebenen Wasser enthaltenden PoIyurethan-Oxamid-Gemisches wurden unter Rühren mit 200 g 34 %-iger Polyurethandispersion und 500 g destilliertem Wasser gemischt.

Stufe III

Das Inhibitor-Gemisch wurde unter Verwendung einer Sprüheinrichtung Atlas Copco ECCO-FEED auf die Pulver-

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stifte aufgebracht. Für das Aufbringen wurde eine Spritzpistole ECCO 50 verwendet. Die Zuführeinrichtung war vollständig druckluftbetrieben. Sie hatte Spritzventile und Luftreduzierventile, die zusammen mit einer einfach wirkenden schallisolierten Kolbenpumpe mit einem Ansaugsieb am Gehäuse des Gerätes montiert sind. Das Druckverhältnis betrug 1 : 2. Die maximale Spritzkapazität betrug 1,5 1 pro Minute, der Luftbedarf betrug 15 1 pro Minute. Nach der Filmbildung wurde eine nicht treibkräftige Schicht von bis 360 μπι erhalten, die so zufriedenstellend an der Oberfläche des Pulvers haftet, daß die Oberfläche maschinell bearbeit werden konnte. Die Anforderungen bezüglich der Verbrennungstechnik wurden erfüllt.

Versuchsbeispiel II

Diese Versuche wurden ebenfalls unter Verwendung eines doppelbasischen Pulvers mit einem hohen Glyceroltrinitratgehalt durchgeführt. Das Pulver wurde in Form von Stiften mit den folgenden Abmessungen: 17 χ 17 mm und einer Länge von 200 mm, hergestellt*

Die Stifte wurden unter Verwendung von Nägeln perforiert. Dann wurde die inhibierende Substanz auf die gleiche Weise wie beim Versuchsbeispiel I aufgebracht. Tatsache ist, daß die Öffnungen verstopft waren, gleich nach dem Zünden

des Pulvers jedoch wieder frei wurden. Versuchsbeispiel III .

Herstellung wie bei den Versuchsbeispielen I und II. Das Pulver wurde nach dem Aufbringen und der Filmbildung der inhibierenden Substanz perforiert,

Versuchsbeispiel IV

In einer Anordnung gemäß der Fig. 2 wurden zahlreiche Arten von röhrchenförmigem Pulver mit einem einzigen Loch unter Verwendung eines in Wasser dispergierten Polyurethans mit der vorstehend beschriebenen allgemeinen Formel mit ei-• ner inhibierenden Beschichtung versehen. Die Tabelle zeigt zahlreiche technische Daten für die auf diese Art hergestellten Testpulver.

Bei jedem der in der Tabelle 1 gezeigten Versuchsbeispiele betrug die Menge des behandelten Pulvers 1000 g. Die Menge der inhibierenden Substanz pro Zeiteinheit wurde durchgehend unverändert gehalten. Dasselbe erfolgte mit der Menge der Trockenluft, die 130 m³/h betrug. Bei allen Versuehsbeispielen betrug die Temperatur der eintretenden Trockenluft 50 ⁰C. Die Menge der Pulverkörner lag zwischen 14 und 16 mm. Die behandelten Pulverkörner hatten ein Loch,

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wobei dy den Außendurchmesser der Pulverkörner und di den Durchmesser der Perforationen angibt. In der Spalte 3 der Tabelle bedeutet PUR die Polyurethanbeschichtung gemäß der Erfindung und Ox Oxamid.

In der letzten Spalte der Tabelle wird die Kraft angegeben, die erforderlich ist, um das Pulverröhrchen oder Pulverkorn aus der inhibierenden Beschichtung zu pressen, wenn letzteres mit sehr guter Haftfähigkeit an der Außenseite der inhibierenden Beschichtung in Kunststoffe eingegössen ist.

Schlüssel für die Titelzeile der Tabelle 1 A = Postennummer; B= Abmessungen des Pulverkorns in mm, dy = Außendurchmesser des Korns, di = Durchmesser der Perforation; C = Art der inhibierenden Substanz; D = Sprühluft; E = Trockenluft, Außentemperatur (⁰C); F = Filterwiderstand in mm NpO; G = Zeit in Minuten; H = Ausbeute in Gramm; I = inhibierende Substanz auf Pulver {%); J= Dicke der inhibierenden Schicht in mm; K = Dicke der inhibierenden Schicht an den Enden in mm; L= Haftung zwi- sehen inhibierender Substanz und Pulver.

* ' . . ■■- ²⁶ -

A

ι

C

Λ

Trocken
luft
(⁰C)

F

i

«

i

X

T
i-

k

L

Posten
Nr.

Pulver,
abmes
sung
(mm)

Inhibitor
typ

Sprtih-
luft

Filter
Widerstand
(mnnN₂O.)

Zeit
(min)

Ausbeu
te
(gr) ·

Anteil
Inhibitor
zu Pulver
(%)

Schicht
dicke
(mm)

Schichtdicke
an den En
den
(mm)

Adhäsion zwischen
.Inhibitor und
pulver
i ■

1	dy 6 di 1	FUR/Ox	2 hir	40	0	40	1112.06	10.08	0.204	0.295
2			2 lyir	38	0	20	1071.84	6.70	0.135	0.130
3		«^	?. Knc	40	0	10 .	1029.70	2.88	0.069	0-090
4	t( _—	60». Ox 40?. PUR	2 bnr	40	0	40	1110.00	9.91	0.207	0.268
5		H_-	2 bir	40	0	20	1069.20	6.47	0.132	Q.lfr'
6	dy 6 di 3	lt_	3 tor	40	0	40	1118.00	10.55	0.235	0.308
7		«_	3 bar	40	0	20	1076.50	7.11	0.145	'0.200
B			3 bar	40	0	15	1054.0	5.12	0.108	0.U4
9	dy 6 di 1	PUR	2 bnr	40	0	40	1036.70	3.54	0.123	0.169
10			2 bir	40	0-40	80	1084.30	7.77	0.231	0.336
11	dy fi di 3	tf_	3 bnr	40	0-40	40	1036.20	3.49	0.127	0.141
12			3 1>ir	40	0-4O	80	1084-.00	7.75	0.193	0.259
13	dy r, di 1	PUR/TiO₂	2 l>i.r ■	38-40	0-40	40	1066.28	6.22	0.167	0.188
14			2 hnr	38-40	0-40	20	1027.53	2.68	0.090	0.102
15	dy G di 1		2 bir	38-40	0-60	70	1109.17	9.84	0.254	0.313
16		«_e	2 Ivir	38-40	0-40	60	1095.00	8.68	0.201	0.233
17	dy 6 di 3	*·—**	3 bnr	38-42	0-50	70	1115.00	10.31
18		"«-	3 ^r	' 38-42	' 0-4-0	40	1065.00	6.10

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines progresssiv brennenden inhibierend beschichteten Treibladungspulvers für Schußwaffen, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenflächen des stiftförmigen Röhrchenpulvers mit filmbildender, möglichst polymerisierbarer, inhibierender Substanz beschichtet werden, die dem Pulver lose oder in einer flüssigen, dann abdestillierten Phase dispergiert zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die den Außenflächen des Pulvers zugeführte inhibierende Substanz ein in V/asser dispergierbares Polyurethan mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 6000 ist, das aus einem aliphatischen Isocyanat und einem Caprolacetonpolyester mit der allgemeinen Formel:

(CH₂)₅-C-O-

R--O —C—(CH₂)₅-

-αϊ

aufgebaut ist, mit R = Polymerisationsinitiator; und das den Außenflächen des Pulvers zugeführte Polyurethan im Wasser dispergiert ist, welches danach abdestilliert wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines progressiv brennenden, inhibierend beschichteten Treibladungspulvers für Waffen mit Laufrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Pulver in Form von Granulat oder in kürzere Stücke geschnittenen Rohres die Außenflächen des Pulvers mit inhibierender Substanz beschichtet werden, während das Pulver in einem fluidisierten Bett suspendiert gehalten wird, dem die inhibierende Substanz in fein verteilter Form zugeführt wird, welche lose oder in einem Lösungsmittel oder Dispersionsmittel dispergiert ist, welches dann abdestilliert wird, während das Pulver im Fluidatbett suspendiert gehalten bleibt.

4. Verfahren zur Herstellung eines progressiv brennenden, inhibierend beschichteten Treibladungspulvers für Waffen mit Laufrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Pulver in Form eines Granulats oder in kürzere Stücke geschnitten Rohres das Pulver in einem

Fluidatbett suspendiert gehalten mit der inhibierenden Substanz beschichtet wird, die dem Bett in Form von fein verteilter wässriger Dispersion zugeführt wird, wobei das Dispersionswasser vor dem Herausnehmen des Pulvers aus dem Fluidatbett abdestilliert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Pulver im Fluidatbett suspendiert gehalten bleibt, bis die am Pulver abgesetzte inhibierende Substanz polymerisiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenflächen des Pulvers im Fluidatbett mit einer Anzahl übereinanderliegender Schichten aus inhibierenden Substanzen versehen werden, die jeweils zusätzlich zu der filmbildenden polymerisierbaren Substanz und dem Lösungsmittel oder Dispersionsmittel verschiedene Zusätze, wie Kühlstoffe, Flammendämpfer und Entkupferungsagenzien enthalten.

7. Inhibitor-Substanz für die Herstellung von progressiv brennendem Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus wasserdispergiertem Polyurethan gebildet ist, dessen Brenngeschwindigkeit weniger als die halbe Brenngeschwindigkeit des Pulvers beträgt, und das aus einem aliphatischen Isocyanat und einem Caprolaccton-

polyester mit der allgemeinen Formel:

ο ο

HO

C-O--R-- 0 — C-(CH₉),

mit R = Polymerisationsinitiator, aufgebaut ist, und das Molekulargewicht des Plyurethans 200 bis 6000 beträgt.

8. Inhibitor-Substanz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich zum Polyurethan bezogen auf die Gesamtmenge der fertigen, festen Substanz enthält bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 65 Gew.-% einer oder mehrerer anderer fester Substanzen, die in dem Lösungsmittel oder Dispersionsmittel gelöst oder dispergiert sein können, wie beispielsweise Kühlstoff, Flammeηdämpfer und Entkupferungsmittel.