DE3532525A1 - Dreibasiges treibladungspulver und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein dreibasiges Treibladungspulver, bestehend aus Nitrozellulose (NC), Nitroglyzerin (NGL) oder einem gleichwirkenden Sprengöl und kristallinem Nitro­ guanidin (NIGU), die durch Mischen miteinander, Plasti­ fizieren der NC mittels eines Lösungsmittels, z. B. Aceton, sowie durch Kneten der Mischung zu festen Treibladungs­ körpern verarbeitet werden.

Dreibasige Treibladungspulver haben gegenüber ein- und zweibasigen Treibladungspulvern den Vorteil hoher Leistung bei geringer Rohrerosion, Eigenschaften, die vor allem auf den Gehalt an Nitroguanidin zurückzuführen sind. Dieser kann von 5% bis über 50% erreichen, wobei für den Be­ reich zwischen 45 und 53% beispielhaft die Typen M 30, M 31, NQ und MNF genannt seien. Diese Treibladungspulver werden entweder diskuntinuierlich in Knetern oder kontinuierlich in Extrudern zu Formkörpern, im letztgenannten Fall zu Treibladungssträngen verarbeitet, diese dann zu Körpern ge­ schnitten, aus denen dann Treibladungen zusammengestellt werden. Die Plastifizierung und damit die Formbarkeit wird in erster Linie durch den Gehalt an Nitrozellulose bestimmt, die durch das Lösungsmittel, z. B. Aceton, eine Gelstruktur erhält und die anderen Komponenten einbindet.

Die mechanische Festigkeit, insbesondere das Sprödheits­ verhalten wird maßgeblich von dem in kristalliner Form eingemischten Nitroguanidin beeinflußt. Dabei hat sich insbesondere bei tiefen Temperaturen eine erhöhte Neigung zur Kaltversprödung gezeigt, und zwar auch bei üblichen Anwendungstemperaturen bis minus 40°C.

Durch die Kaltversprödung ergibt sich beim Beschuß solcher Treibladungspulver, insbesondere solcher mit hohem NIGU- Anteil eine sehr ungünstige Innenballistik, die bis zur Unbrauchbarkeit des Pulvers reicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Versprödungs­ verhalten von dreibasigen Treibladungspulvern zu verbessern, insbesondere die Kaltversprödungzu reduzieren bzw. auszuschließen.

Diese Aufgabe wird bei einem dreibasigen Treibladungspulver des eingangs geschilderten Aufbaus gelöst durch den Zusatz wenigstens eines organischen Titanats aus der Gruppe der Monoalkoxy-, Chelat-, Quat-(quatäre), Neoalkoxy- oder der koordi­ nierten Titanate und/oder wenigstens eines organischen Zirkonats aus der Gruppe der Neoalkoxy-Zirkonate mit einem Anteil 2%.

Praktische Untersuchungen an dreibasigen Treibladungs­ pulvern des vorgenannten Aufbaus haben gezeigt, daß die Kaltversprödung bei Temperaturen bis minus 40°C völlig unter­ bunden werden kann und insbesondere bessere Eigenschaften er­ zielt werden, als sie beispielsweise durch Optimierung der Kristallform und Kristallgröße des Nitroguanidins oder auch beispielsweise durch Anlösen der NIGU-Kristalle erreicht werden können. Parallelversuche an Treibladungs­ pulvern, deren Kaltversprödung durch Zugabe von Poly­ meren zu verbessern versucht wurde, führten dazu, daß gleiche Ergebnisse in der Kaltversprödung erst dann er­ reicht werden können, wenn das Polymer mit einem Anteil von ca. 5% zugesetzt wurde. Dabei ergeben sich aber schon bei einem Einsatz an Polymer von mehr als 2% negative Änderungen im Abbrandverhalten, die bei einem Äquivalent in der Kaltversprödung von 5% sogar zur Unbrauchbarkeit solcher polymergebundener, dreibasiger Treibladungspulver führen. Hingegen wird durch den erfindungsgemäßen Zusatz an organischen Titanaten oder Zirkonaten das Abbrandver­ halten nicht verschlechtert und die Leistung gegenüber den "reinen" dreibasigen Treibladungspulvern beibehalten. Auch die chemische Stabilität des Treib­ ladungspulvers wird in keiner Weise beeinträchtigt. Außerdem hat sich eine positive Nebenwirkung gezeigt, indem die Erosionswirkung auf die Waffe verringert wird, was auf Titanoxid-Ablagerungen beim Abbrand zurückzuführen ist. Ursache für die Verbesserung der Kaltversprödung dürfte die Tatsache sein, daß die Titanate und Zirkonate für eine bessere Haftung zwischen den plastifizierten Anteilen und den NIGU-Kristallen verantwortlich sind und dadurch die Struktur, gegebenen­ falls auch die Haftung zwischen den Kristallen stabiler wird.

Eine nennenswerte und in den meisten Fällen auch aus­ reichende Verbesserung der Kaltversprödung ergibt sich aufgrund praktischer Versuche bereits bei einem Anteil an organischem Titanat und/oder organischem Zirkonat von 0,2 bis 1%, vorzugsweise von 0,2 bis 0,5%.

Es ist überraschend, daß mit einem derart geringen Zusatz eine nennenswerte Verbesserung der Kaltversprödung erreicht wird, andererseits wird verständlich, daß durch diese geringe Menge das Abbrandverhalten und die Leistung des Treibladungspulvers praktisch nicht beeinflußt wird.

Wie bereits eingangs angedeutet, werden dreibasige Treib­ ladungspulver im wesentlichen nach zwei Methoden herge­ stellt. Bei der ersten Methode werden alkoholfeuchte NC, phlegmatisiertes NGL oder das gleichwirkende Spreng­ öl, kristallines NIGU und ein Lösungsmittel, z. B. Aceton, auf einen diskuntinuierlich arbeitenden Kneter aufgegeben, homogenisiert und plastifiziert, ggfls. die plastifizierte Masse zwischengelagert. Diese Masse wird dann zu Treib­ ladungssträngen geformt und anschließend zu Körpern ge­ schnitten oder granuliert. Erfindungsgemäß wird nun dieses Verfahren dahingehend modifiziert, daß das or­ ganische Titanat und/oder Zirkonat unmittelbar oder in Mischung mit dem Lösungsmittel dem Knetansatz zugegeben wird. Da es sich bei den organischen Titanaten und Zirkonaten um Flüssigkeiten handelt, lassen sie sich ohne weiteres mit den übrigen Bestandteilen homogen vermischen bzw. in einer Vormischung mit dem Lösungsmittel zugeben.

Bei der zweiten Methode, einem kontinuierlichen Verfahren, werden die vorgenannten Komponenten auf einen Extruder ge­ geben und kontinuierlich zu Treibladungspulversträngen ge­ formt. Auch mit diesem Verfahren lassen sich erfindungs­ gemäß aufgebaute Treibladungspulver dadurch herstellen, daß das organische Titanat und/oder Zirkonat unmittel­ bar oder in Mischung mit dem Lösungsmittel oder in Mischung mit diesem und dem NGL bzw. dem gleichwirkenden Spreng­ öl auf den Extruder aufgegeben wird.

Die Verbesserung in der Kaltversprödung der erfindungsge­ mäß zusammengesetzten und hergestellten Treibladungspulver wurde durch Belastung von zylindrischen Probekörpern in Achsrichtung und quer dazu mittels eines definierten Fallgewichtes mit definierter Auftreffgeschwindigkeit ähnlich dem Fall­ hammer-Test zur Messung des mechanischen Entzündungs­ verhaltens festgestellt. Die Treibladungskörper wurden bei plus 21°C und minus 40°C mit einem Fallgewicht von 1 kg bei einer Fallhöhe von 0,2 bis 0,5 m belastet. Es wurden Treibladungspulver-Körper mit Siebenloch-Geometrie unter­ sucht (Durchmesser der Körper 8,6 mm und Länge 19,8 mm bzw. Durchmesser 8,0 mm und Länge 19,0 mm. Gewicht der Einzelkörper 1,30 g bis 1,45 g). Aus den bei Er­ reichen der Grenzbelastung entstehenden Bruchstücken kann man auf das Kaltversprödungsverhalten schließen. Drei­ basige Treibladungspulver üblichen Aufbaus, auch solche mit optimierter NIGU-Kristallform und -größe und Original- Vergleichspulver zeigen bei Erreichen der Grenzbelastung Bruchstücke unterschiedlicher Größe und Geometrie mit insbesondere großem Feinantreil und dünnwandigen Stegen, während erfindungsgemäß zusammengesetzte Treibladungs­ pulver bei der gleichen Grenzbelastung nicht zu Bruch gingen, ja nicht einmal Rißbildung zeigten. Zur weiteren Beurteilung dienten auch Untersuchungen in der ballisti­ schen Bombe mit speziellen Einbauten.

Neben der Verbesserung im Kaltversprödungsverhalten könnte durch Lagerungsversuche bei 90°C festgestellt werden, daß auch der Gewichtsverlust, der ein Maß für die chemi­ sche Stabilität des Treibladungspulvers ist, sehr gering war. Der Gewichtsverlust bewegte sich bei allen unter­ suchten Proben mit einem Zusatz zwischen 0,2 bis 0,5% an Titanat in etwa gleichen Grenzen und er war über­ raschenderweise geringer als beim "reinen" Treibladungs­ pulver, woraus zu schließen ist, daß die Zugabe organi­ scher Titanate bzw. Zirkonate die chemische Stabili­ tät sogar etwas verbessert, wohingegen durch Zusatz von Polymeren bis zu 2% ein nennenswert höherer Ge­ wichtsverlust eintritt.

Claims (4)

1. Dreibasiges Treibladungspulver, bestehend aus Nitrozel­ lulose (NC), Nitroglyzerin (NGL) oder einem gleich­ wirkenden Sprengöl und kristallinem Nitroguanidin (NIGU), die durch Mischen miteinander und Plastifizieren der NC mittels eines Lösungsmittels, z. B. Aceton, sowie durch Kneten der Mischung zu festen Treibladungs­ körpern verarbeitet werden, gekennzeichnet durch den Zusatz wenigstens eines organischen Titanats aus der Gruppe der Monoalkoxy-, Chelat-, Quat- (quatäre),Neoalkoxy- oder der koordinierten Titanate und/oder wenigstens eines organischen Zirkonats aus der Gruppe der Neoalkoxy-Zirko­ nate mit einem Anteil von 2%.

2. Treibladungspulver nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil an organischem Titanat und/oder organischem Zirkonat von 0,2 bis 1,0%, vorzugsweise von 0,2 bis 0,5%.

3. Verfahren zur Herstellung eines dreibasigen Treibladungs­ pulvers nach Anspruch 1 oder 2, wobei alkoholfeuchte NC, phlegmatisierte NGL oder das gleichwirkende Sprengöl, kristallines NIGU und ein Lösungsmittel, z. B. Aceton, auf einen diskontinuierlich arbeitenden Kneter aufge­ geben und homogenisiert werden, die plastifizierte Masse zwischengelagert und danach zu einem Treibladungskörper geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Titanat und/oder Zirkonat unmittelbar oder in Mischung mit dem Lösungsmittel dem Knetansatz zugegeben wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines dreibasigen Treib­ ladungspulvers nach Anspruch 1 oder 2, wobei alkohol­ feuchte NC, phlegmatisierte NGL oder das gleichwirkende Sprengöl, kristallines NIGU und ein Lösungsmittel, z.B. Aceton, einem Extruder aufgegeben und kontinuierlich zu einem Treibladungsstrang geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Titanat und/oder Zirkonat unmittelbar oder in Mischung mit dem Lösungs­ mittel oder in Mischung mit diesem und dem NGL bzw. dem gleichwirkenden Sprengöl auf den Extruder aufge­ geben wird.