DE2921212C2 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
- C06B25/18—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Description
Vorliegende Erfindung behandelt kältefeste Treibladungspulver
auf der Basis von Nitrocellulose, die noch bei
Temperaturen von -40°C und -60°C elastisch sind bzw. in
diesem Temperaturbereich eine verringerte Sprödigkeit
zeigen. Diese Pulver werden vornehmlich als Treibladungspulver
für Rohrwaffen eingesetzt.
Treibladungspulver für Rohrwaffen haben auch heute noch
als wesentliche Grundkomponente Nitrocellulose, die der
eigentliche Träger der mechanischen und innenballistischen
Eigenschaften ist.
In den sogenannten einbasigen Pulvern ist Nitrocellulose
der einzige Grundstoff und zu etwa 94 bis 99% im Pulver
enthalten. Die restlichen Komponenten sind Zusatzstoffe,
die auf den mechanischen Zustand keinen gravierenden Einfluß
besitzen, sondern im wesentlichen das Abbrandverhalten
im weitesten Sinne verändern.
Bei den zweibasigen Pulvern kommt eine zweite, meistens
flüssige Grundkomponente hinzu, die ebenfalls als Energieträger
anzusehen ist. Diese zweite Komponente ist meistens
ein flüssiger Explosivstoff wie Glycerintrinitrat
oder Diglycoldinitrat und wirkt über den energetischen
oder thermodynamischen Beitrag hinaus noch als Weichmacher
für die Nitrocellulose. Dabei wird ein plastifizierbares
Gel gebildet, das alle strukturmechanischen Eigenschaften
eines weichgemachten Kunststoffes aufweist. Auch in diesem
Falle ist die Nitrocellulose der für den mechanischen
Zustand verantwortliche Faktor. Die zweite, flüssige Komponente
kann zwar über eine Strukturorientierung und über
eine innere Dämpfung der von außen ansetzenden Beanspruchungsenergie
eine Änderung oder Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften bewirken, sie kann jedoch nicht eine
grundsätzliche oder typische Eigenart eines Pulveraufbaus
korrigieren, die auf die Nitrocellulose zurückzuführen
ist. Bei den zweibasigen Pulvern ist die Nitrocellulose
mit einem Anteil von 50 bis 90% beteiligt.
In den dreibasigen Pulvern ist zusätzlich zu den vorgenannten
noch eine dritte, meist kristalline Energie liefernde,
Komponente vorhanden, die im allgemeinen keinen
positiven Beitrag zu den mechanischen Eigenschaften bringen
kann, sondern nur aus energetischen, thermodynamischen
und innenballistischen Gründen eingesetzt wird. Der
Anteil dieser kristallinen Komponenten liegt zwischen 5
und 55%, während das Verhältnis Nitrocellulose : Sprengöl
im Verhältnis 5 : 1 bis 1 : 1 variieren kann.
Ein großer Nachteil dieser ein-, zwei- oder dreibasigen
Nitrocellulosepulver ist die verhältnismäßig große Kältesprödigkeit.
Bei tiefen Temperaturen, z. B. bei -40°C, ist
diese Sprödigkeit schon so groß, daß ein großer Teil der
besonders geformten Pulverkörner bei der Einleitung des
Schießvorganges, wenn der Druckstoß der Anzündung auf die
Pulverkörner einsetzt, zerbrechen und dadurch den Ladungsaufbau
der Munition verändern. Es treten dann unzulässig
hohe Gasdrucke auf, die die Waffe gefährden können.
Als besondere Schwierigkeit kommt noch dazu, daß
viele Pulver, die für eine sehr leistungsorientierte
Munition ausgewählt werden, eine geometrisch komplizierte
Form aufweisen, in der durch den Formgebungsvorgang
bedingte Bruchstellen bereits vorgeprägt sind. Gekoppelt
mit einer für die Waffenballistik notwendigen scharfen,
schlagartigen Anzündung, zerbrechen diese Pulverkörner
im Tieftemperaturbereich leicht. Die damit vergrößerte
Oberfläche bewirkt einen überproportionalen Druckanstieg,
der die zulässigen Grenzen oft überschreitet.
Eine Verbesserung dieser Tieftemperatursprödigkeit durch
Weichmachung des Systems ist meistens nicht möglich. Aus
energetischen Gründen kann nur eine sehr begrenzte Menge
Weichmacher eingesetzt werden. Meistens muß dieser Weichmacher
auch noch in der Oberfläche verankert sein, um
die Innenballistik dieser Pulver festzulegen oder zu verbessern,
so daß für eine grundsätzliche Weichmachung kein
Rezepturanteil zur Verfügung steht.
Die Weichmachung durch Sprengöle bringt auf dem Gebiet
der Tieftemperaturelastizität keine Verbesserung. Es sind
eher Nachteile zu konstatieren. Nitroglycerin hat einen
Kristallisationspunkt von 13°C und ist als Weichmachungskomponente
sehr kälteempfindlich. Der Verglasungspunkt
oder der brittle point liegen sehr hoch und je nach der
angewandten Meßmethode oder der Probenform beginnt die
Versprödung schon im positiven Temperaturbereich.
Für zwei- oder dreibasige Pulver wurde deshalb bereits
auch schon nach Sprengölen gesucht, mit denen eine größere
Kälteelastizität als mit Nitroglycerin erreichbar ist.
Es wurden z. B. Diglycoldinitrat, Methrioltrinitrat, Butantrioltrinitrat
oder eine andere Salpetersäureester für diesen
Zweck eingesetzt. Grundsätzlich konnte dadurch jedoch das
Problem der ungenügenden mechanischen Stabilisierung der
Nitrocellulose im Tieftemperaturbereich nicht gelöst werden.
Häufig reichte die Wirkung nicht aus, oder der Energieinhalt
war zu niedrig oder es war die Verbindung in
technischem Umfang nicht verfügbar.
Es bestand nun die Aufgabe, ein Treibladungspulver auf
der Basis von Nitrocellulose zu finden, das auch im Temperaturbereich
unterhalb -25°C noch elastisch ist oder
mindestens eine verringerte Sprödigkeit besitzt. Dies
ist besonders wichtig für Treibladungspulver, die z. B.
in Flugzeugbordkanonen eingesetzt werden, bei denen nicht
nur sehr hohe, sondern je nach Flugprofil auch sehr tiefe
Temperaturen auftreten können. Ein solcher Fall liegt zum
Beispiel bei dem MRCA Multi Role Combat Aircraft vor, bei
dessen Einsatz auch Temperaturen unter -40°C wahrscheinlich
werden. Gleichzeitig soll aber dieses Pulver gegenüber
anderen, herkömmlichen Pulvern keine Energieeinbußen aufweisen
und die innenballistischen Forderungen der bekannten
Pulver erfüllen.
Die Erfüllung dieser Aufgabe liegt in der Verwendung von
Nitrocellulose mit einem mittleren numerischen Molekulargewicht
von 100 000 bis 120 000, dessen Bestimmung
auf der Membran-Osmometrie von Lösungen der Nitrocellulose
in Tetrahydrofuran bei 35°C basiert, zur Herstellung
ein- oder mehrbasiger Treibladungspulver, die bei
Temperaturen von -40°C und 60°C noch elastisch sind
und für Rohrwaffen eingesetzt werden.
Es ist bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften eines
Treibladungspulvers in erster Linie von der Nitrocellulose
abhängen, wie z. B. Zugfestigkeit, Druckfestigkeit,
Elastizität, Dehnung und Schlagfestigkeit usw. Die Nitrocellulose
ist ein chemisch umgesetzter hochmolekularer
Naturstoff, in der die Struktur des Ausgangsstoffes, der
Cellulose, vorgebildet ist. Bei der Nitrierung der Cellulose
wird nun diese Ordnung zwar nicht aufgehoben, jedoch
gestört. Dies hängt von den Nitrierbedingungen ab. Je
nach dem gewünschten Einsatz der Nitrocellulose wird die
Herstellungsweise, die Nitrierung, etwas anders geführt.
Dies bewirkt, daß ein jeweils verschiedener Veränderungsgrad
oder Abbaugrad auftritt. Normalerweise wird der Zustand,
in dem sich die Nitrocellulose befindet, durch die
Lösungsviskosität beurteilt.
Nitrocellulose mit einer Viskosität von mehr als
200 mPa · s in einer 3%igen Acetonlösung ist an sich bekannt.
Sie wird auf die an sich gleiche Weise wie niedriger
viskose Nitrocellulose durch Nitrierung von Cellulose
und anschließender Stabilisierung der dabei entstandenen
Nitrocellulose erhalten. Die Nitrierung erfolgt unter
schonenden Bedingungen, und bei der Stabilisierung wird
bei Temperaturen unter 100°C gearbeitet.
Nitrocellulosen mit einer Viskosität von mehr als
200 mPa · s haben im allgemeinen mittlere numerische Molekulargewichte
(M n ) über 90 000. In der DE-OS 16 46 291
wird angegeben, daß sich solche Nitrocellulose zur Herstellung
von Fluid-ball-Pulver eignet. Diese Pulver werden
im allgemeinen nicht zur Herstellung von Treibladungspulver
für Rohrwaffen eingesetzt. Die Angaben in diesem
Schutzrecht lassen demzufolge keine Rückschlüsse darauf
ziehen, welches Verhalten Treibladungspulver auf Basis
dieser Nitrocellulosen in der Kälte zeigen.
Erfindungsgemäß wird eine solche Nitrocellulose für
Treibladungspulver eingesetzt, die - in Abhängigkeit
von ihrer Viskosität - durch ihr hohes Molekulargewicht
gekennzeichnet ist. Ihr mittleres numerisches
Molekulargewicht liegt zwischen 100 000 und 200 000.
Die Molekulargewichtsbestimmungen basieren auf Membran-
Osmometrie von Lösungen der Nitrocellulose
in Tetrahydrofuran bei 35°C. Nitrocellulosen
mit einem Molgewicht in dieser Größenordnung sind im
Handel erhältlich.
Der Stickstoffgehalt der in den erfindungsgemäßen Treibladungspulvern
enthaltenen Nitrocellulose spielt für die
günstigsten Tieftemperatur-Eigenschaften nur eine untergeordnete
Rolle. Er kann in der gleichen Größenordnung wie
bei den bisher bekannten Pulvern schwanken.
Die erfindungsgemäßen Treibladungspulver zeigen die oben
erwähnten Nachteile der bekannten Treibladungspulver mit
niedrig viskoser Nitrocellulose bei tiefen Temperaturen
nicht mehr. Sie sind mechanisch stabil und haben eine verbesserte
Schlagzähigkeit, ohne daß die ballistischen Eigenschaften
negativ beeinflußt werden.
Während z. B. ein Treibladungspulver für die 27 mm Flugzeug-
Bordkanone mit niedrig viskoser Nitrocellulose im
Waffenbeschuß bei -40°C eine unerwünschte Druckerhöhung
verursacht, die höher als im ganzen übrigen Temperaturbereich
sein kann, so daß für den praktischen Einsatz eine
Temperaturuntergrenze von -25°C vorgesehen werden muß,
ist bei dem erfindungsgemäßen Treibladungspulver eine
einwandfreie Waffen- und Munitionsfunktion bei -40°C
sichergestellt und auch bei der Prüfung bei -54°C ist
noch kein Ansatz einer unerwünschten Drucksteigerung festzustellen.
In Tabelle 1 (Anlage) sind die Maximaldrucke
eines üblichen Pulvers denen eines erfindungsgemäßen Pulvers
einander gegenübergestellt.
Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Treibladungskörper erfolgt zweckmäßigerweise
durch eine Schlag-Stauchprüfung. Dabei werden auf Treibladungskörper
einer definierten Geometrie Körper mit definiertem
Gewicht aus einer bestimmten Höhe fallengelassen.
Es wird untersucht, wie stark die Stauchung
(in cm) bei gegebener Fallhöhe ist bzw. ob der Körper
platzt oder Bruchstücke absplittern. Ein Platzen der
Körper darf nicht eintreten oder die Stauchung sollte
möglichst groß sein.
Die erfindungsgemäßen Treibladungspulver können außer
den energieliefernden Komponenten noch Stabilisatoren
und Mündungsfeuerdämpfer in den gleichen Anteilen wie
bei bekannten Treibladungspulvern enthalten. Als Stabilisatoren
seien Diphenylamin, Diphenylharnstoff, Alkyldiphenylharnstoff
oder Dialkyldiphenylharnstoff genannt.
Beispiele für Mündungsfeuerdämpfer sind Kaliumoxalat
oder Kaliumsulfat.
Es wurde eine Nitrocellulose-Pulvermasse durch Vermischen
von 74 Gew.-Teilen Nitrocellulose (mit den in der
Tabelle angegebenen Eigenschaften), 20 Gew.-Teilen Diglycoldinitrat,
5 Gew.-Teilen Nitroguanidin und 1 Gew.-
Teil Äthyldiphenylharnstoff hergestellt. Aus dieser Pulvermasse
wurden durch Verpressen über eine Lochmatritze
19-Lochpulverkörper mit 4 mm Außendurchmesser und 4 mm
Länge hergestellt.
Die Pulver wurden in eine Hülse 27 mm x 145 geladen und
mit einem Üb-Geschoß von 260 g Masse laboriert. Die Beschußprüfung
erfolgte in einem 27 mm Gasdruckmesser.
(Beschußwerte siehe Tabelle 1).
Die Pulver wurden bei -40°C und -60°C der Schlag-Stauchprüfung
unterworfen. Das Gewicht des auf die Preßlinge
herabfallenden Körpers betrug immer 1 kg. Die jeweilige
Fallhöhe und die dabei erzielten Stauchwerte sind in
der Tabelle 2 angegeben. Bei jedem Beispiel wird bei den
Stauchwerten der Mittelwert aus 50 Fallversuchen angegeben.
In den Rubriken "geplatzt" und "zersplittert"
wird die Anzahl der Probekörner angegeben, die die entsprechenden
Erscheinungen zeigten.
Die Beispiele 1 und 2 sind Vergleichsversuche mit bekannten
Pulverkörnern. Sie platzen bereits bei erheblich geringeren
Fallhöhen und sind damit für die Verwertung im
Tieftemperaturbereich ungeeignet.
Claims (1)
1. Verwendung von Nitrocellulose mit einem mittleren numerischen
Molekulargewicht von 100 000 bis 120 000, dessen
Bestimmung auf der Membran-Osmometrie von Lösungen der
Nitrocellulose in Tetrahydrofuran bei 35°C basiert, zur
Herstellung ein- oder mehrbasiger Treibladungspulver, die
bei Temperaturen von -40°C und -60°C noch elastisch
sind und für Rohrwaffen eingesetzt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792921212 DE2921212A1 (de) | 1979-05-25 | 1979-05-25 | Kaeltefeste treibladungspulver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792921212 DE2921212A1 (de) | 1979-05-25 | 1979-05-25 | Kaeltefeste treibladungspulver |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2921212A1 DE2921212A1 (de) | 1986-09-04 |
DE2921212C2 true DE2921212C2 (de) | 1987-10-15 |
Family
ID=6071679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19792921212 Granted DE2921212A1 (de) | 1979-05-25 | 1979-05-25 | Kaeltefeste treibladungspulver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2921212A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8133335B2 (en) * | 2006-02-09 | 2012-03-13 | Mathieu Racette | Black powder substitutes for small caliber firearms |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1646291A1 (de) * | 1967-02-16 | 1971-09-30 | Hercules Inc | Verfahren zum Verdichten von Nitrocellulose |
-
1979
- 1979-05-25 DE DE19792921212 patent/DE2921212A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2921212A1 (de) | 1986-09-04 |
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