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"Plastifizierungsmittel für gegossene Sprengladungen" Es ist bekannt,
daß Risse in Sprengstoffladungen auf der Basis von Trinitrotoluol in Geschossen
besonders gefährlich sind, weil beim Abschuß solcher Ladungen ungewollte große Beschleunigungen
auftreten können. Durch Stoßbeanspruchung oder durch adiabatische Kompression kann
es im Bereich der Risse zu einer xrühzeitigen Zündung der Sprengstoffladung kommen.
Deshalb sind allgemein Risse in einer Sprengstoffladung auf der Basis von Trinitrotoluol
als Inhomogenität des Gußkörpers unerwunscht.
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Es ist weiterhin bekannt, das Auftreten von Rissen in abgekühlten
Gußkörpern auf der Basis von Trinitrotoluol dadurch zu verhindern, daß man den Gußladungen
solche Verbindungen hinzufugt, die in geschmolzenem Trinitrotoluol leich-t löslich
sind und die dem erstarrten Trinitrotoluol eine höhere Plastizität verleihen, Als
Beispiele für dies2 Verbindungen, die mit dem Trinitrotoluol eutektische Gemische
bilden, seien genannt: Nitrophenole, p-Methoxibenzylalkohol, Di- und Trinitrobenzole,
Mono-, Di- und unsymmetrische Trinitrotoluole, Nitronaphthaline, 2,4,6-
Trinitrophenylmethylnitramin
(Tetryl), 2,4, 6-Trinitrophenyläthylnitramin (Äthyltetryl).
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Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß die Gußladungen mit den
erwähnten Zusätzen die Anforderungen hinsichtlich der Ausseigerung nicht erfüllen.
Bei einer Lagertemperatur von 700C scheiden die Gußkörper eutektische Gemische aus
Trinitrotoluol und den zugesetzten Verbindungen aus, die in Zündladungen oder Schraubgewinde
eindringen können und so zu Versagern oder-zu einer geringen Handhabungssicherheit
der Munition führen können.
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Auch bei Lagertemperaturen unter 70 0C werden Ausseigerungserscheinungen
beobachtet.
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Die bei solchen Gußladungen unerwünschte Ausseigerung kann dadurch
verringert werden, daß den Ladungen Hochpolymere zugesetzt werden. Hierdurch werden
die bei erhöhter Temperatur auftretenden Lösungen bzw. eutektischen Gemische angedickt,
so daß sie weniger leicht aus der Gußladung austreten können. Mit steigender Viskosität
der Lösungen bzw. eutektischen Gemische (gemessen bei 7009) nimmt die Ausseigerung
ab. Die Viskosität darf jedoch keinesfalls den Wert von 104 cP überschreiben, da
sonst spröde Gußkörper erhalten werden, die leicht zerbrechen und zur ißbildung
neigen.
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Dieses Verfahren weist daher den Nachteil auf, daß die Herabsetzung
der Ausseigerung nur in einem beschränkten Maß -ntsprechend der Begrenzung der Viskosität
möglich ist. Hierdurch kann den Sprengladungen nur eine relativ geringe Menge dns
Plastifizierungsmittels
zugesetzt werden, so daß auch die Rißbildung
nur im begrenzten Umfang verhindert werden kann.
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Ein weiterer Nachteil der beiden beschriebenen Verfahren ergibt sich
aus der Tatsache, daß unter den bekannten Plastifizierungsmitteln die Mononitrotoluple
die günstigste Wirkung auf die Verhinderung der Rißbildung aufweisen; Mononitrotoluole
besitzen jedoch einen relativ hohen Dampfdruck, so daß sich die Zusammensetzung
und die Eigenschaften von Gußladungen, insbesondere bei längerer Lagerung, unerwünscht
ändern können. In Verbindung mit dem Dampfdruck ist auch von großer Bedeutung, daß
die Mononitrotoluole giftig sind (MAk-Wert: 5 ppm). Als Lösungsmittel greifen sie
auch häufig die Lackschichten an den Innenwänden von Geschossen an.
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Es bestand nun die Aufgabe, Plastifizierungsmittel für Gußladungen
auf der Basis von Trinitrotoluol zu finden, die einerseits die Rißbildung der gegossenen
Ladungen herabsetzen, die andererseits aber nur in sehr geringem Umfang zu Ausseigerungen
führen.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich als Plastifizierungsmittel
solche flüssigen Verbindungen eignen, die Stockpunkte unterhalb --10°C, vorzugsweise
unterhalb -300C, besitzen, im geschmolzenen Trinitrotoluol löslich sind und bei
70 0C jedoch nur ein relativ geringes Löcungsvcrmögen für Trinitrotoluol aufweisen.
Bei Verwendung dieser Plastifizierungsmittel werden die obengenannten Nachteile
- Rißbildung und starke Ausseigerung
sowie Dampfdruck und Giftigkeit
des Plastifizierungsmittels -vermieden.
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In den bekannten Plastifizierungsmitteln ist bei 70 0C viel Trinitrotoluol
löslich, z.B. in Gemischen aus o- und p-Nitrotoluol 83 Gew.56 Trinitrotoluol und
im Gemisch aus 2,4- und 2,6-Dinitrotoluol 66 Gew.% Trinitrotoluol. Auch das als
Plastifizierungsmittel bekannte flüssige eutektische Gemisch aus Trinitrotoluol
und Tetryl enthält bei 70 0C und bei Sättigung mit Trinitrotoluol 70 Gew.% Trinitrotoluol.
In den erfindungsgemäßen Plastifizierungsmitteln sollen dagegen bei 70 0C weniger
als 35 Gew.%, vorzugsweise weniger als 25 Gew.% Trinitrotoluol löslich sein.
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Es wurde festgestellt, daß hierdurch die Ausseigerung erheblich herabgesetzt
wird, auch im Vergleich zu bekannten Plastifizierungsmitteln, die mit Hochpolymeren
angedickt waren.
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Die erfindungsgemäßen Plastifizierungsmittel müssen in geschmolzenem
Trinitrotoluol löslich sein. Es wurde nämlich gefunden, daß flüssige oder schmelzbare
Zusätze, die in einer Trinitrotoluolschmelze schwer bzw. unlöslich sind (z.B. Nineralöl
oder Paraffinwachse) und die daher in die Trinitrotoluolschmelze als Emulsion eingearbeitet
werden müssen, die Neigung zur Rißbildung in den Gußkörpern nur in sehr viel geringerem
Maße vermindern. Weiterhin wurde gefunden, daß die Rißbildung in Gußkörpern mit
Trinitrotoluol als Schmelzkomponente im Temperaturbereich von -40 bis 0°C erheblich
herabgesetzt wird, wenn die Plastifizierungsmittel Stockpunkte unter -10°C bzw.
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-300C aufweisen. Die Schwerflüchtigkeit der erfindungsgomäß
Plastifizierungsmittel
gewährleistet die unveränderte Zusammensetzung der Sprengladung auch bei längerer
Lagerung unter extremen klimatischen Bedingungen.
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Verbindungen, die die erwähnten Eigenschaften aufweisen, sind z,B.
Ester, die aus ein- oder mehrbasigen Säuren mit 6 bis 14 C-Atomen und ein- oder
mehrwertigen Alkoholen mit 7 bis 14 C-Atomen aufgebaut sind. Der Säurerest des Esters
kann aromatische oder aliphatische Struktur aufweisen. Die alkoholische Komponente
besitzt vorzugsweise aliphatische Struktur. Als Beispiele für solche Ester seien
genannt: Polyglycolester von Fettsäuren mittlerer Kettenlänge (unter dem Handelsnamen
WITAMOL 60 zu erhalten *), Ester aus Phthalsäure und C8-Alkoholen (unter dem Handelsnamen
WITAMOL 100 zu erhalten *), Ester aus Phthalsäure und C7 bis C10-Alkoholen (unter
dem Handelsnamen WITAMOL 110 zu erhalten *), Diisononylphthalat (unter dem Handelsnamen
WITAMOL 150 zu erhalten *), Diisodecylphthalat (unter dem Handelsnamen WITAMOL 180
zu erhalten *), Diisotridecylphthalat (unter dem Handelsnamen WITAMOL 190 zu erhalten
*), Esteraus Adipinsäure und C8-Alkoholen (unter dem Handelsnamen WITAMOL 320 zu
erhalten *) und Ester aus Sebacinsäure und 08-Alkoholen (unter dem Handelsnamen
WITAMOL 500 zu erhalten *).
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* Die unter d-m Handelsnamen WITÄiOL bekannten Produkte werden -von
der Dynan;it Nobel AG, Troisdorf, hergestellt.
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Die erfindungsgemäßen Gußladungen zeigen die Nachteile der bekannten
Guß ladungen nicht mehr. Die Rißbildung konnte auch bei der mechanischen Beanspruchung
großkalibriger Geschosse im Temperaturbereich von -35 bis 500C durch Zusätze der
erwähnten Plastifizierungsmittel bis zu 5 Ges.% verhindert werden. Dies wurde in
erster Linie dadurch erreicht, daß die erfindungsgemäßen Plastifizierungsmittel
gegenüber den bekannten der Trinitrotoluolschmelze in größerer Menge zugesetzt werden
konnten.
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Während eine größere Zusatzmenge bei den bekannten Plastifizierungsmitteln
zu unerwünscht hohen Ausseigerungen führte, konnte die Ausseigerung mit der gleichen
Zusatzmenge an erfindungsgemäßen Plastifizierungsmitteln in engen Grenzen gehalten
werden.
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Die fertige Gußladung kann in einfacher Weise so hergestellt werden,
daß das Plastifizierungsmittel dem aufgeschmolzenen Trinitrotoluol unter Rühren
zugefügt wird und anschließend wie üblich nach dem jeweiligen Gießverfahren gearbeitet
wird.
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Das Plastifizierungsmittel kann auch vor der Zugabe auf ca.
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80°C erwärmt werden. Es kann dem Trinitrotoluol auch nach der Raffination
im Herstellungsgang zugegeben werden.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Herstellung von Gußladungen
aus Trinitrotoluol allein. Sie ist auch anzuwenden auf Trinitrotoluol-Ladungen,
die in der Schmelze suspendierte Feststoffe enthalten. Als Feststoffe kommen dabei
sowohl kristalline, hochbrisante Sprengstoffe als auch i3rennstoffe infrage.
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Als Beispiele für kristalline Sprengstoffe seien Cyclotrimathylentrinitramin,
Cyclotetramethylentetranitramin
oder andere in Gußladungen bekannte Explosivstoffe genannt. Unter Brennstoffen sind
solche Stoffe zu verstehen, die unter Warmeentwicklung und Bildung von Oxiden verbrennen,
wie z.B. Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen.
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Die Gußladungen mitTrinitrotoluol können als Zusätze auch noch bekannte
Phlegmatisierungsmittel (wachsartige Stoffe, inerte feinverteilte Feststoffe) und/oder
oberflächenaktive Mittel zur Erzielung einer homogenen Schmelze und/oder Mittel
zur Verbesserung der Trinitrotoluol-Keimbildung (z.B. Hexanitrostilben) enthalten.
Außerdem können den Gußladungen in bekannter Weise noch bis zu 0,3 Gew.% Hochpolymere
zugesetzt werden, die im Trinitrotoluol löslich sind (z,B. Polymethacrylat, Polymethylisopropenylketon).
Diese Ilochpolymeren dienen zum Andicken eventuell vorhandener, zu Ausseigerungen
neigender, Verunreinigungen, z.B. im technischen Trinitrotoluol.
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Die Bestimmung der Ausseigerung erfolgt zweckrnäßigerweise folgendermaßen:
Die zu untersuchende Schmelze wird in eine auf 500C vorgewärmte zylindrische Gießform
eingefüllt. Der Füllraum der Gußform erweitert sich nach oben hin trichterförmig.
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Der Durchmesser des zylindrischen Teiles des Füllraumes beträgt 21
mm und die Höhe 47 mm. Die eingefüllte Schmelze läßt man unter Rühren rnit einem
Stab erstarren. Nach vollstandigem Erkalten wird der verlorene Kopf des Gußkörpers
mit Hilfe einer Schneidvorrichtung entfernt und der zylindrische Körper von der
Kopfsel e her bis auf eine Höhe von 40 mm abgedreht, so
daß Boden-
und Deckenfläche planparallel sind. Der fertige Probekörper wird im Zentrum eines
Rundfilters von 90 mm Durchmesser (Typ Macherey und Nagel, Nr. 2261) aufgestellt.
Die plangedrehte und abgeschliffene Kopfseite des Körpers wird mit einem Filtrierpapier
bei Vergleichsmessungen gleichbleibender Art und Größe bedeckt und dieses mit einem
200 g Messinggewicht belastet. Nach 20-stündiger Warmlagerung bei einer Temperatur
von 70 0C wird der prozentuale Gewichtsverlust des Probekörpers bestimmt.
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In den folgenden Beispielen wird die Erfindung erläutert, und ihre
Vorteile-werden nachgewiesen.
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Beispiel 1 In der Tabelle 1 werden einige Eigenschaften bekannter
flüssiger Plastifizierungsmittel mit denjenigen der erfindungsgemäßen verglichen.
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Tabelle 1 1 2 3 4 5 6 7 Nr. Plastifi- Stock- Flüchtigkeit Lös- Ausseizierungs-
punkt bei 90°C lich- gerung+) mittel Versuchs- Gewichts- keit bei 70°C von °C h
% bei 700C Gew.% Gew.% 1 Gemisch aus o- u. p-Nitrotoluol -(80/20) -11°@ 4 14 83
1,11 2 Gemisch aus 100 Gew.-T.
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o- u. p-Nitrotoluol (80/20) + 40 Gew.-T. Polymethylisopro- @@ penylketon
-10 4 8 83 0,38 3 Gemisch aus 2,4-, 2,6-, 3,4- u. 3,5-Dinitrotoluol 12°@ 8 <2
66 0,95 4 Diisononylphthalat -42 100 - 0,5 25 0,22 5 Diisotridecylphthalat C-35
100 < 0,2 18 0,13 6 Ester aus Adipinsäure u.
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C -Alkoholen (WITAMOL 320) -75 100 < 1,5 23 0,21
1
2 3 4 5 6 7 Nr. Plastifi- Stock- Flüchtigkeit Lös- Ausseizierungs- punkt bei 900C
lich- gerung@) mittel Versuchs- Gewichts- keit bei 700C dauer verlust °C h zu bei
700C Gew.% Gew.% 7 Ester aus Sebacinsäure u.
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8-Alkoholen (WITAMOL 500) -45 100 <2 19 0,15 +) Ausseigerung von
Gußkörpern, die aus 99 Gew.% Trinitrotoluol und 1 Gew.% Plastifizierungsmittel bestehen
und die in der oben beschriebenen Weise hergestellt wurden.
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°) Hier handelt es sich um den Schmelzpunkt und nicht um den Stockpunkt
des Gemisches.
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Aus der Tabelle 1, Spalte 6, geht hervor, daß die erfindungsgemäßen
Plastifizierungsmittel (Nr. 4 bis Nr. 7) ein erheblich geringeres Lösungsvermögen
für Trinitrotoluol aufweisen als die bekannten (Nr. 1 bis Nr, 3). Die Ausseigerung
der GuBkörper, Spalte 7, mit dem Zusatz von 1 Gew.% der bekannten Plastifizierungsmittel
ist nicht mehr tragbar. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Plastifizierungsmittel,
insbesondere des Diisotridecylphthalates (Nr. 5), ist die Ausseigerung dagegen erheblich
geringer.
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Das für die Versuche verwendete Trinitrotoluol besaß einen Erstarrungspunkt
von 80,75°C und unter den beschriebenen Versuchsbedingungen eine Ausseigerung von
0,06 Gew.%. Die bereits geringe Ausseigerung des Gußkörpers aus 99 Gewichtsteilen
Trinitrotoluol und 1 Gewichtsteil Diisotridecylphthalat (Nr. 5) konnte durch den
Zusatz von 0,02 Gewichtsteilen Polymethylisopropenylketon als Hochpolymeres noch
weiter auf 0,09 Gew.% herabgesetzt werden. Wurden dagegen der Mischung aus Trinitrotoluol
und dem Plastifizierungsmittel entsprechend Nr. 2 noch 0,02 Gewichtsteile Polymethylisopropenylketon
zugesetzt, so nahm die Ausseigerung nicht merklich ab. Eine Erhöhung der zugesetzten
Menge des Hochpolymeren darüber hinaus führte zu spröden Gußkörpern, die leicht
Risse bildeten.
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Aus der Tabelle 1 sind die weiteren Nachteile der bekannten Plastifizierungsmittel
gegenüber den erfindungsgemäßen ohne weiteres zu ersehen. Entweder besitzen sie
eine große Flüchtigkeit (Nr. 1 und 2) oder einen relativ hohen Schmelzpunkt (Nr.
3).
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Ein Eisenrohr (Durchmesser 52 mm, Länge 170 mm) wurde an einem Ende
mit einem Gummi stopfen verschlossen und mit Tritrotoluolschmelze gefüllt. In der
Schmelze waren Trinitrotoluolkristalle suspendiert. Die Gießtemperatur betrug 790C.
Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde das offene Rohrende mit einem Gummistopfen
verschlossen. Das mitTrinitrotoluol gefüllte Eisenrohr wurde 8 Stunden bei -35 0C
gelagert. Anschließend wurde es rasch 300-mal aus einer Höhe von 5 mm auf eine Stahlunterlage
fallengelassen. Nach Erwärmung auf Zimmertemperatur-wurde der Trinitrotoluolgußkörper
der Länge nach aufgesägt. In dem Gußkörper war eine sehr starke Rißbildung (Quer-
und Längsrisse) festzustellen. Die Rißbreite betrug bis zu 0,5 mm.
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Wurde der Trinitrotoluolschmelze dagegen 1 Ges.% Diisotridecylphthalat
(Nr. 5 in der Tabelle 1) zugesetzt, so wurden unter den gleichen Versuchsbedingungen
keine Risse in dem Gußkörper erhalten. Ein Gußkörper, der auf die gleiche Art hergestellt
und behandelt worden war, wurde nicht zersägt und 8 Stunden lang auf eine Temperatur
von 70 0C gebracht. Nach dem Erkalten konnten nur sehr geringe Ausseigerungserscheinungen
und keine Risse festgestellt werden.
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Wenn der Trinitrotoluolschmelze die unten genannten bekannten Plastifizierungsmittel
zugesetzt wurden, so konnten unter gleichen Versuchsbedingungen nach der mechanischen
Beanspruchung bei -35 0C ebenfalls keine Risse beobachtet werden. Die Gußkörper
waren wie folgt zusammengesetzt:
a) 99 Gew.% Trinitrotoluol, 0,8
Gew.% o- und 0,2 Ges.% p-Nitrotoluol (Nr. 1, Tabelle 1) b) 98,6 Gew.% Trinitrotoluol,
0,8 Gew.% o- und 0,2 Gew.% p-Nitrotoluol sowie 0,4 Gew.% Polymethylisopropenylketon
(Nr. 2, Tabelle 1).
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Nach der Lagerung bei 700C wurden jedoch im Fall a) außerordentlich
starke und im Fall b) immer noch erhebliche Ausseigerungen festgestellt.
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In weiteren Versuchen wurden die elastischen Gummistopfen durch Schraubverschlüsse
aus Stahl ersetzt. Unter den beschriebenen Versuchsbedingungen wurde in Trinitrotoluolgußkörpern
nach der mechanischen Beanspruchung bei -35 0C eine sehr starke Rißbildung beobachtet,
während Gußkörper mit einem Zusatz von 1 Gew.% Diisotridecylphthalat keine Risse
aufwiesen. Auch die Variation der Temperatur des Eisenrohres im Bereich zwischen
14 und 650C vor dem Eingießen der Schmelze veränderte diese Ergebnisse nicht.
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Die Versuche in diesem Beispiel zeigen, daß der Einsatz der erfindungsgemäßen
Plastifizierungsmittel zu Sprengladungen mit optimalen Eigenschaften in bezug auf
Rißbildung und Ausseigerung führt.
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Beispiel 2 Es wurden fünf Sprengladungen mit folgender Zusammensetzung
hergestellt:
A B C D E Trinitrotoluol 68,5 69,0 68,99 69,0 69,0
Cyclotrimethylentrinitramin 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 Gemisch aus o- und p-Nitrotoluol
(80/20) 1,0 - - - -Polymethacrylsäureester 0,5 - 0,01 Ester aus Adipinsäure und
C8-Alkoholen (WITAMOL 320) - 1,0 1,0 - -Ester aus Sebacinsälre und Cg-Alkoholen
(WITAMOL 500) - - - 1 Diisotridecyl phthalat - - - - 1 m Sprengstoff A wurde ein
bekanntes Plastifizierungsmittel eingesetzt. Die Viskosität einer bei 700C mit Trinitrotoluol
gesättigten Lösung aus 80 g o- und 20 g p-Nitrotoluol sowie 50 g Polymethacrylsäureester"betrug
bei dieser Temperatur 8800 c.
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Die Sprengstoffe B bis E enthielten erfindungsgemäße Plastifizierungsmittel.
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Die Ausseigerungsversuche nach der oben beschriebenen Methode ergaben:
Sprengladung
A: 0,26 % Gewichtsverlust " B: 0,13 % " n C: 0,10 % n n D: 0,09 % n n E: 0,08 %
Während die Ausseigerung der Sprengladung A mit dem bekannten Plastifizierungsmittel
für manche Zwecke nicht mehr tragbar ist, hält sie sich für die Sprengladungen B
bis E mit den erfindungsgemäßen Plastifizierungsmitteln durchaus im Rahmen des ueblichen.
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In Gußkörpern, die die Sprengstoffe A bis E enthielten, wurden nach
der im Beispiel 1 beschriebenen mechanischen Beanspruchungbei -35 0C keine Risse
aufgefunden. Ein Sprengstoff ohne Zusatz von Plastifizierungsmitteln (70 Gew.% Trinitrötoluol,
30 Gew.% Cyclotrimethylentrinitramin) wies dagegen nach dieser Beanspruchung viele
Längs- und Querrisse bis zu einer Breite von 0,8 mm auf.
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Beispiel 3 Es wurden zwei Sprengstoffe mit folgender Zusammensetzung
hergestellt: A B Trinitrotoluol 41,0 41,0 Cyclotrimethylentrinitramin 27,0 27,0
Cyclotetramethylentetranitramin 5,0 5,0 Aluminium 25,1 25,26 Polychlornaphthalin
1,0 1,0
A B feinverteiltes Calciumphosphat 0,1 0,1 oberflächenaktives
Mittel 0,01 0,01 Hexanitrostilben 0,13 0,13 o- und p-Nitrotoluol (80/20) 0,5 Polymethacrylsäureester
0,16 Dii sotridecylphthalat 0,5 Bei dem Polychlornaphthalin handelt es sich um ein
Wachs, das bei der Chlorierung und Raffination von Naphthalin entsteht; es besaß
eine Dichte von 1,6 g/cm) und einen Erweichungspunkt von 950C. Das Calciumphosphat
wies eine spezifische Oberfläche von 10.000 cm2/g auf. Bei dem oberflächenaktiven
Mittel handelte es sich um eine im Handel erhältliche Verbindung aus Propylen- und
Äthylenoxid (Handelsbezeichnung PLURONIC F 88). Im Sprengstoff A wurde ein bekanntes
Phlegmatisierungsmittel eingesetzt. Die Viskosität einer bei 709C mit Trinitrotoluol*sowie
32 g Polymethacrylsäureester betrug bei dieser Temperatur 1400 cP. Der Sprengstoff
B enthielt als erfindungsgemäßes Plastifizierungsmittel Diisotridecylphthalat. Der
Sprengstoff A wies eine Ausseigerung von 0,42 % auf und der Sprengstoff B eine solche
von 0,19 96..Die Ausseigerung wurde also durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Plastifizierungsmittels beträchtlich herabgesetzt.
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* gesättigten Lösung aus 80 g o- und 20 g p-Nitrotoluol