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Verfahren zur Herstellung von Treibmittelpulverkörnern mit porösem
Kern und dichter Außenhülle Verschiedene Arten von Patronen, einschließlich Geschoßhülsenpatronen,
verlangen eine schnell abbrennende Treibmittelladung. Diese Verbrennungsgeschwindigkeit
kann erzielt werden, indem man die Körner so herstellt, daß sie eine große Menge
eines Beschleunigers, wie Nitroglycerin, enthalten, oder vorzugsweise indem man
eine Ladung verwendet, die teilweise oder vollständig aus Treibmittelkörnern von
poröser Struktur besteht. Derartige poröse Pulver und verschiedene Verfahren zur
Herstellung derselben sind an sich bekannt. Ein derartiges bekanntes Verfahren besteht
darin, daß die Treibpulverkörner in einem Nichtlösungsmittel suspendiert und in
Anwesenheit eines Schutzkolloids unter ständigem Rühren mit einem Lösungsmittel,
das seinerseits in dem mit dem Lösungsmittel nur teilweise mischbaren Nichtlösungsmittel
suspendiert ist, behandelt werden, worauf nach Erweichen der Körner das Lösungsmittel
durch Temperatursteigerung abgetrieben und das Treibpulver aus der verbleibenden
Suspension abgeschieden wird. Bei dem bekannten Verfahren kann z. B., wenn die Treibmittelkörner
aus Nitrocellulose bestehen, als Nichtlösungsmittel Wasser und als Lösungsmittel
Äthylacetat verwendet werden.
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Derart hergestellte, vollständig poröse Treibmittelkörner bringen
jedoch zahlreiche Schwierigkeiten mit sich. So zeigen poröse Treibmittelpulverkörner
eine ausgesprochene Neigung zur Absorption der zur Behandlung der Patronenhülsen
verwendeten Wachse und Öle und auch Wasser. Derartige absorbierte Stoffe haben einen
nachteiligen Einfluß auf die ballistischen Eigenschaften des Pulvers. Außerdem muß
man in diesem Falle eine beträchtliche Anzahl verschiedener Arten von Pulvern herstellen
und auf Lager halten.
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Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Treibmittelpulverkörnern
mit porösem Kern und dichter Außenhülle, wodurch die obenerwähnten Nachteile vermieden
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Treibmittelpulverkörnern
mit porösem Kern und dichter Außenhülle durch Suspendieren von Treibmittelpulverkörnern
in einem Nichtlösungsmittel in Gegenwart eines Schutzkolloids, Erweichen der Körner
durch allmählichen Zusatz eines mit dem Nichtlösungsmittel nur teilweise mischbaren
Lösungsmittels für die Körner zu der Suspension und Abtreiben des Lösungsmittels
ist dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst nur einen Teil des Lösungsmittels abtreibt,
dann einen in dem Nichtlösungsmittel löslichen, in dem Lösungsmittel dagegen schwerlöslichen
Stoff zu der Suspension zusetzt und schließlich den Rest des Lösungsmittels abtreibt.
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Es hat sich herausgestellt, daß der Zusatz eines in dem Nichtlösungsmittel
löslichen, in dem Lösungsmittel jedoch schwerlöslichen Stoffes zu dem Nichtlösungsmittel
während der Destillation zur Bildung von Treibmittelpulverkörnen mit porösem Kern
und dichter Außenschicht führt und daß die relative Größe des porösen Kerns sich
dadurch beeinflussen läßt, daß man den in dem Nichtlösungsmittel löslichen Stoff
in einem bestimmten Stadium der Abtreibung des Lösungsmittels zusetzt. Setzt man
z. B. den in dem Nichtlösungsmittel löslichen Stoff zu der Suspension zu, wenn erst
ein kleiner Teil des Lösungsmittels aus den Körnern abgetrieben ist, so erhält man
Körner mit einem kleinen porösen Kern, der von einer verhältnismäßig dicken, dichten
Schicht umgeben ist. Pulverkörner, die praktisch vollständig porös sind und nur
eine verhältnismäßig dünne Hülle oder Außenschicht aus dichtem, undurchlässigem
Material besitzen, erhält man durch Zusatz des in dem Nichtlösungsmittel löslichen
Stoffes zu den suspendierten Pulverkörnern nach Abtreibung einer beträchtlichen
Menge des Lösungsmittels von den Körnern. Die Erfindung umfaßt auch die weitere
Abänderung, daß die Pulverkörner vor der Entfernung des Lösungsmittels. von den
suspendierten Körnern mit Modifizierungsmitteln, wie Nitroglycerin, Dinitrotoluol
u. dgl., getränkt oder überzogen werden.
Gewöhnlich ist Wasser das
einfachste Nichtlösungsmittel; man kann jedoch auch andere Flüssigkeiten verwenden,
in denen das Pulver unlöslich ist, wie Glycerin, Benzol, chlorierte Kohlenwasserstoffe
u. dgl. Die Menge an Wasser öder sonstigem Nichtlösungsmittel muß immer ausreichen,
um eine Aufschlämmung oder Suspension der Pulverkörner in dem Medium ohne übermäßig
dichte Aneinanderdrängung der suspendierten Pulverkörner zu erzielen. So wird es
in den meisten Fällen als wesentlich angesehen, daß das Gewichtsverhältnis von Nichtlösungsmittel
zu Pulver mindestens 5:1 beträgt. Verwendet man Wasser als Suspendierungsmittel,
so hat es sich für die Zwecke der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, ein Schutzkolloid,
wie tierischen Leim oder Stärke, in Mengen von etwa 0,3 bis 1 a/o zuzusetzen.
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Das im Rahmen der Erfindung anwendbare Lösungsmittel richtet sich
nach der Zusammensetzung des zu behandelnden Pulvers und nach dem jeweiligen Nichtlösungsmittel.
Meistenteils enthält das Pulver Nitrocellulose, und das Suspendierungsmittel ist
Wasser. Daher wird Äthylacetat als Lösungsmittel für das Treibmittelpulver bevorzugt.
Man kann natürlich auch andere Lösungsmittel, wie Methylacetat, Isopropylacetat,
Methylisobutylketon, Methyläthylketon u. dgl., verwenden. Jedenfalls ist es wesentlich,
daß das ausgewählte Lösungsmittel mit dem als Suspendierungsmittel dienenden Nichtlösungsmittel
nur teilweise, d. h. in Mengen von etwa 3 bis 25%, mischbar ist und daß der Siedepunkt
des Lösungsmittels unter demjenigen des Nichtlösungsmittels liegt, damit das Lösungsmittel
sich leicht aus dem System entfernen läßt.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß das Lösungsmittel
zu der Suspension der Pulverkörner mit solcher Geschwindigkeit zugesetzt werden,
daß die örtliche Ausbildung von Lösungsmittelkonzentrationen vermieden wird, die
ausreichen würden, um die Körner zu Lösen oder zu verzerren. In der Praxis setzt
man das Lösungsmittel nach und nach mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit
im Verlaufe eines solchen Zeitraums zu, daß das Lösungsmittel von der Suspension
aufgenommen wird, ohne daß sich ein flüssiges Zweiphasensystecn bildet. Der erste
Teil des Lösungsmittels sättigt das Nichtlösungsmittel, und das zu dem Suspendierungsmittel
nach dessen Sättigung zugesetzte weitere Lösungsmittel wird von dem Suspendierungsmittel
unmittelbar in die Pulverkörner hineingetragen, ohne daß sich eine merkliche Suspension
des Lösungsmittels in dein Suspendierungsmittel bildet. Dies ist ein wesentliches
Merkmal der Erfindung; denn wenn große Lösungsmitteltropfen in der Suspension vorhanden
sind, können sie einen Teil der suspendierten Körner vollständig in den flüssigen
Zustand überführen oder vielleicht eine Zusammenballung der Körner verursachen.
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Wenn es sich um ein Pulver auf Grundlage von Nitrocellulose handelt
und Äthylacetat als Lösungsmittel verwendet wird, muß das Gewichtsverhältnis von
Äthylacetat zu Pulver zwischen etwa 2,2:1 und 3,2:1 gehalten werden. Ein höheres
Verhältnis führt zur Verformung der Körner selbst dann, wenn man mit der geringstmöglichen
Rührgeschwindigkeit arbeitet, um die Körner gerade noch in dem Nichtlösungsmittel
in Suspension zu halten. Äthylacetatmengen von weniger als 1,2 Teilen je Teil Pulver
haben keine ausreichende Weichmachungswirkung auf die Körner, wie sie erforderlich
ist, damit der spätere Zusatz des in dem Nichtlösungsmittel löslichen Stoffes einen
nennenswerten Einfluß auf die suspendierten Pulverkörner ausübt. Dieses Verhältnis
von Lösungsmittel zu Pulver ändert sich, wenn man mit anderen Lösungsmitteln arbeitet,
und richtet sich nach dem Lösungsvermögen des jeweiligen Lösungsmittels. Ähnliche
Änderungen des Mengenverhältnisses können auch durch andere Zusammensetzungen der
Körner bedingt werden.
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Der in dem Suspendierungsmittel lösliche Stoff darf keine nennenswerte
Löslichkeit in dem Lösungsmittel für das Pulver besitzen. Verwendet man Wasser als
Suspendierungsmittel, so kann man viele verschiedene Stoffe als lösliche Stoffe
vertuenden. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung arbeitet man aus Gründen
der Wirtschaftlichkeit mit Natriumsulfat; ebenso geeignet sind jedoch andere Stoffe,
wie Bariumnitrat, Kaliumnitrat, Ainmonsulfat, Zucker u. dgl. Verwendet man Wasser
als Suspendierungsmittel, so wird die Konzentration des darin löslichen Stoffes,
wie Natriumsulfat, zwischen etwa 0,6 und 3 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge
der Suspension, gehalten. Konzentrationen oberhalb und unterhalb dieser Grenzen
erschweren die Erzielung gleichmäßiger Ergebnisse.
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Das folgende Beispiel, in welchem die Teile, falls nichts anderes
angegeben ist, sich auf Gewichtsmengen beziehen, dient zur weiteren Erläuterung
der Erfindung.
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50 Teile gelatinierte kugelförmige Körner eines Treibmittelpulvers
auf Nitrocellulosegrundlage mit einer Dichte von etwa 0,95 g/ccm, hergestellt nach
der USA.-Patentschrift 2 160 626, wurden in 450 Teilen Wasser suspendiert, die 3
Teile tierischen Leim enthielten. Die Körner waren im wesentlichen nicht porös und
zeigten in ihrem Querschnitt keinen Dichteunterschied. Die Aufschlämmung von Pulver
in Wasser wurde gerührt, um die Pulverkörner gleichmäßig in der Wasserphase zu verteilen.
Die Suspension wurde auf ungefähr 50° C erhitzt. Dann wurden allmählich im Verlaufe
einer Stunde 100 Teile Äthylacetat zugesetzt, und die Lösung wurde weitere 3 Stunden
unter Rühren auf einer Temperatur von etwa 50° C gehalten. Hierauf wurden, ebenfalls
bei 50° C, im Verlaufe einer Stunde 25 Teile einer Lösung von gleichen Mengen Nitroglycerin
und Äthylacetat allmählich zu dem System zugesetzt. Das Gemisch wurde dann weitere
3 Stunden gerührt, wobei die Temperatur auf 72° C gesteigert wurde. Hierauf wurde
die Suspension weitererhitzt, um die Abtreibung des Lösungsmittels durch Destillation
bei Atmosphärendruck bei konstanter Geschwindigkeit einzuleiten. Sobald die Temperatur
76° C erreichte, wurde sie auf dieser Höhe gehalten, und es wurden 9 Teile körniges
Natriumsulfat zu der Aufschlämmung zugesetzt. Nach dem Zusatz der ganzen Salzmenge
wurde die Aufschlämmung allmählich auf 99° C erhitzt, um das Lösungsmittel vollständig
aus dem System zu entfernen. Die Gesamtdauer der Destillation betrug ungefähr 5
oder 6 Stunden. Dann wurde die Aufschlämmung erkalten gelassen, und die Pulverkörner
wurden von dem Wasser abfiltriert. Die Körner waren ebenso kugelförmig, wie sie
ursprünglich gewesen waren, besaßen jedoch ein poröses Inneres, welches aus einer
Anzahl winziger Hohlräume bestand und von einer undurchlässigen Außenschicht bedeckt
war. Die Körner besaßen eine Dichte von 0,85 g/ccm und waren im Gegensatz zu dem
Ausgangsmaterial völlig geeignet zur Herstellung von Treibmittelladungen für Geschoßhülsen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herabsetzung des spezifischen
Gewichts des Innenteiles aller Arten handelsüblicher Treibmittelpulverkörner angewandt
werden.
So kann man als Ausgangsstoffe kugelförmige Körner von gelatiniertern Treibmittelpulver
gemäß den USA.-Patentschriften 2 027 114 und 2 160 626 sowie auch ausgepreßte Pulverkörner,
scheibenförmige Pulverkörner oder Körner von beliebiger anderer Gestalt verwenden.
In sämtlichen Fällen findet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine unbedeutende
oder gar keine geometrische Änderung der Kornform statt. Die behandelten Körner
besitzen daher im wesentlichen die gleiche Größe und Gestalt wie das Ausgangsgut,
haben jedoch ein poröses Inneres, welches in eine undurchlässige Schicht der Treibmittelpulvergrundlage
eingehüllt ist. Das Verfahren ist auch auf Treibmittelpulver auf Grundlage verschiedenartiger
Verbindungen anwendbar, wie Nitrocellulose mit oder ohne Nitroglycerin, Nitrostärke,
Polyvinylnitrat oder anderen gelatinierbaren Polynitrokörpern.