DE1110065B

DE1110065B - Selbsttragende, zu Folien und anderen Gebilden verformbare Sprengstoffmischung

Info

Publication number: DE1110065B
Application number: DE1960P0024812
Authority: DE
Inventors: Cyril James Breza; Clyde Oliver Davis
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1960-04-12
Filing date: 1960-04-12
Publication date: 1961-06-29

Description

Selbsttragende, zu Folien und anderen Gebilden verformbare Sprengstoffmischung Für viele Anwendungszwecke ist es wünschenswert, kristalline, hochexplosive Verbindungen, wie Pentaerythrittetranitrat (PETN) und Cyclotrimethylentrinitramin (ROX), nicht in Form von Kristallen oder Körnern, sondern in Gestalt selbsttragender Körper anzuwenden. Will man beispielsweise metallische Gegenstände nach der in der USA.-Patentschrift 2 367 206 beschriebenen Methode miteinander verbinden, so arbeitet man mit Sprengstoffhüllen. Diese bestehen aus starren, ringförmigen, aus Papier usw. hergestellten, mit körnigem, hochexplosivem Sprengstoff gefüllten Mantelgefäßen, die über den Metallkörper und eine Metallmanschette geschoben werden müssen, wobei in vielen Fällen ein Zerreißen der notwendigerweise starren Gefäße eintritt, so daß diese oft schon während der Lagerung und des Transportes beschädigt werden.
Es bestand daher die Aufgabe, den Einsatz solcher starrer Körper möglichst auszuschalten und eine geschmeidige, selbsttragende Sprengstoffmasse zu liefern, die sich zu Folien und anderen Gebilden verformen läßt und außerdem so fest zusammenhaftet, daß man sie schneiden, pressen oder auf andere Weise über Metall verformen kann (vgl. USA.-Patentschrift 2 703 297). Beim Einsatz von verformte Ladungen enthaltenden, gelochten Mantelrohren, in die man bisher Sprengstoffladungen einpressen mußte, bedeutet es eine wesentliche Erleichterung, wenn nunmehr mit beständigen, selbsttragenden, ausgeformten Sprengstoffen gearbeitet werden kann.
Alle bisherigen Versuche, selbsttragende, hochexplosive Sprengstoffmischungen für die angegebenen Anwendungsgebiete zu liefern, haben bis jetzt keine befriedigenden Ergebnisse ergeben. Es ist schon vorgeschlagen worden, Nitrocellulose als Bindemittel für kristalline, hochexplosive Sprengstoffe zu verwenden, um diesen die Form selbsttragender Gebilde, insbesondere Folien, geben zu können. Die auf diese Weise hergestellten Gebilde waren jedoch nicht zäh genug. Hierzu kam, daß die Gefährlichkeit der Nitrocellulose die Verarbeitung und Verwendung erschwerte. Auch der Zusatz von Wachs ist mit dem gleichen Ziel schon versucht worden, man mußte dabei jedoch so hohe Wachsmengen zwecks Erzielung ausreichender Kohäsion anwenden, daß die Körper phlegmatisiert wurden und nicht abgeschossen werden konnten.
Auch die Einarbeitung von Kautschuk führte nicht zum Erfolg, einerseits weil die Herstellung einer homogenen Mischung von reinem Kautschuk und Sprengstoff schwierig ist, selbst wenn ein flüchtiges Dispergiermittel angewandt wird, da die Mischungsbestandteile dazu neigen, sich auszuscheiden und andererseits weil die anfallende Masse schwierig zu handhaben ist. Hat man nämlich beispielsweise das Dispergiermittel vor der Bildung der gewünschten Gebilde aus der Mischung entfernt, so kann man die Mischung nur unter großen Schwierigkeiten, beispielsweise durch Auswalzen, in Folien überführen, da sie stark zum Rückfedern neigt. Verformt man aber die noch Dispergiermittel enthaltende Mischung, beispielsweise durch Gießen oder Extrudieren, so bilden sich bei der anschließenden Verflüchtigung des Dispergiermittels in den Formkörpern unerwünschte luftleere Räume, die sich in einer Phlegmatisierung und uneinheitlichen Dichte auswirken. Uneinheitliche Dichte der Formkörper wird darüber hinaus durch die Schwierigkeit hervorgerufen, vor dem Extrudieren oder Vergießen eine einheitliche Konsistenz der Mischung einzustellen. Gelingt es überhaupt, Mischungen aus Kautschuk und Sprengstoff zu Folien zu verarbeiten, so neigen letztere dazu, die gewünschte Form nicht beizubehalten, sondern in die ursprünglichen Abmessungen zurückzufedern. Derartige Folien haben sich auf vielen Anwendungsgebieten nicht bewährt.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine selbsttragende, zu Folien und anderen Gebilden verformbare Sprengstoffmischung zu liefern, die sich einfach und betriebssicher herstellen läßt. Diese Mischung soll eine einheitliche Dichte aufweisen und nach der Verformung keine Rückfederungserscheinungen zeigen.
Die Sprengstoffmischung nach der Erfindung besteht aus: a) Einer kapselempfindlichen, kristallinen, hochexplosiven Sprengstoffverbindung, insbesondere Pentaerythrittetranitrat und/oder Cyclotrimethylentrinitramin, b) einem aus einem Elastomeren und einem thermoplastischen Polyterpenharz bestehenden Bindemittel.
Zweckmäßig liegen im Bindemittel 25 bis 75% des Elastomeren, insbesondere Butylkautschuk und/ oder Polyisobutylen und 75 bis 25% des Polyterpenharzes vor. Nach einer Ausführungsform der Erfindung soll die selbsttragende Sprengstoffmischung 92,5 bis 77,5% des Sprengstoffes und 7,5 bis 22,5'% des Bindemittels enthalten.
Zur Herstellung von Folien aus der selbsttragenden Sprengstoffmischung mischt man 92,5 bis 77,5 Teile des Sprengstoffes mit 7,5 bis 22,5 Teilen des aufgelösten, 25 bis 75'% des Elastomeren und 75 bis 25'% des thermoplastischen Polyterpenharzes enthaltenden Bindemittels und preßt oder walzt die Mischung nach Abdampfen des Lösungsmittels zu Folien aus. Die anfallenden Folien oder anderen verformten Gebilde zeichnen sich durch hohe Dichte und hohe Detonationsgeschwindigkeit aus.
Die Einarbeitung der Bindemittel nach der Erfindung ergibt zähe, geschmeidige Sprengstoffmischungen, die nur ganz leichte Rückfederungserscheinungen zeigen. Alle Gebilde sind wasserbeständig und bei normalen Bedingungen oder niederen Temperaturen auch lagerbeständig.
Man kann die neuen Sprengstoffmischungen nicht nur walzen und auspressen, sondern auch schneiden, schnitzeln usw.
Arbeitet man mehr als 92,5% des hochexplosiven Sprengstoffes ein, so leidet die Zähigkeit, und die verformten Körper neigen zur Rißbildung. Bei Anwendung von weniger als 77,5% des Sprengstoffes detonieren die Körper nicht. Bei Einhaltung der aufgeführten Anteile an Sprengstoff und Bindemittel kann man die erhaltenen Folien und Gebilde mit üblichen Sprengkapseln zur Detonation bringen, wobei Detonationsgeschwindigkeiten von 7000 m/Sek. erreicht werden. Außer den aufgeführten, hochexplosiven Sprengstoffverbindungen kann man auch andere kapselsensitive kristalline, hochexplosive Verbindungen einarbeiten, beispielsweise andere organische Nitrate, wie Nitromannit und andere Nitramine, wie Cyclotetramethylentetranitramin sowie Äthylendinitramin. In manchen Fällen verwendet man Mischungen dieser Verbindungen oder von hochexplosiven Verbindungen und weniger empfindlichen Sprengstoffen, wie Ammoniumnitrat.
Elastomere sind Stoffe, deren plastisch elastisches Verhalten durch ausgesprochene Kautschukelastizität ausgezeichnet ist.
Wie im nachstehenden Beispiel 2 gezeigt, steigt mit wachsendem Gehalt an Elastomeren im Bindemittel die Neigung zur Rückfederung in der Sprengstoffmischung. Macht das Elastomere mehr als 75% des Bindemittels aus, so macht die Rückfederungswirkung die Mischung unbrauchbar. Umgekehrt müssen mindestens 25% an Elastomeren vorliegen, wenn nicht unzureichende Verformbarkeit und Festigkeit sowie mangelnde Kohäsion in Kauf genommen werden soll.
Grundsätzlich lassen sich alle bekannten Elastomeren im Rahmen der Erfindung verwenden, insbesondere Naturkautschuk, synthetischer Kautschuk wie der GR-S-Kautschuk, Umsetzungsprodukte von aliphatischen Polyhalogenderivaten mit Alkylpolysulfiden (Handelsname: Thiokol, Hersteller: Thiokol Corp.) Neopren, Butadien-Acrylnitril-Mischpolymerisate (Handelname: Buna N), gummiartige Kunststoffe aus vernetzbarem, sulfochloriertem Polyäthylen (Handelsname: Hypalon S-2, Hersteller: E. I. du Pont de Nemours & Co.) usw.
Thermoplastische Terpenharze sind in festem oder gelöstem Zustand im Handel in verschiedenen Qualitäten erhältlich. Allgemeine Formel: (C101416), Sie setzen sich aus Mischungen von Polymeren von verschiedener Kettenlänge und verschiedenem Molekulargewicht zusammen. Durchschnittliches Molekulargewicht: 1200 bis 1250. (Über chemische und physikalische Eigenschaften von Polyterpenharzen vgl. »Encyclopedia of Chemical Technology«, Kirk und Othmer, Bd. 13, 1954, S. 700 bis 702 [Interscience Publishes, Inc.]).
Die im Beispiel 1 für die Folienherstellung beschriebene Arbeitsweise hat sich besonders bewährt hinsichtlich der Erzielung eines Produktes von einheitlicher hoher Dichte. Man kann viele Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis bei Vermischen der Bestandteile verwenden. Auch läßt sich die Mischung auf verschiedenen Wegen trocknen, beispielsweise durch Lufttrocknung bei Umgebungstemperatur, durch Heißlufttrocknung auf Trockentellern oder durch unmittelbares Erwärmen im Mischer selbst.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Sprengstoffmischung liegt darin, daß Wasser mit der aus Elastomerem und Harz bestehenden Mischung unverträglich ist, sich von ihr abscheidet und daher durch Abgießen oder Absaugen entfernt werden kann. Letzte Wasserreste entfernt man dann durch Verdampfen bei der Trocknung. Daher kann man den hochexplosiven Sprengstoff im wasserfeuchten Zustand einführen, also in einer wesentlich weniger gefährlichen Form. Selbstverständlich muß in Abwesenheit von Wasser gearbeitet werden, wenn hygroskopische Bestandteile mit verwendet wurden.
Ein besonderer Vorteil der neuen Sprengstoffmischung liegt in der Möglichkeit, mit Hilfe einer auf den verformten Körper, beispielsweise eine Folie, aufgebrachten dünnen Klebstoffschicht ein Verkleben der Folie auf anderen Grundlagen zu erreichen. Hierdurch ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise beim Metallhärten. Man kann auch eine aus der Sprengstoffmischung bestehende Folie einseitig mit einer Klebstoffschicht überziehen und dann auf den Klebstoff eine Schicht Abfall-Krepp-Papier aufbringen. Will man eine solche Folie zum Metallhärten benutzen, so entfernt man das Krepp-Papier und drückt die Klebstoffoberfläche gegen die Oberfläche des zu härtenden Metalls. um eine feste Bindung zwischen Folie und Metall sicherzustellen.
Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Alle Mengenangaben sind Gewichtsangaben. In allen Beispielen wurde ein im wesentlichen aus einem Polymeren des ß-pinen bestehendes Terpenharz verarbeitet. (Handelsname: Piccolyte, Hersteller: Pennsylvania Industrial Chemical Corporation). Selbstverständlich können auch andere thermoplastische Terpenharze eingesetzt werden.
Beispiel 1 283 Teile wasserfeuchtes Pentaerythrittetranitat (PETN), bezogen auf Trockenprodukt, wurden mit l25 Teilen einer 50 Teile der 50:50-Mischung von Butylkautschuk und Terpenharz enthaltenden Hexanlösung 10 Minuten unter intensiver Rührung vermischt. Dann wurde das über der Masse ausgeschiedene Wasser dekantiert und die kleisterartige klebende Masse dem Mischer entnommen und auf einem Trockenblech über Nacht an der Luft getrocknet. Nach der Verflüchtigung des Wassers und des Hexans wurde die aus 85 Teilen PETN und 15 Teilen Bindemittel zusammengesetzte, nicht mehr klebende Masse zwischen Messingwalzen zu Folien ausgewalzt.
Die Folien hatten eine Dichte von 1,45Z/cm3, eine Stoßempfindlichkeit (Fallhammerprobe, 5-kg-Gewicht) von 30,5 cm (50% Detonationspunkt). Die Folien konnten mit Sprengkapseln Nr. 6 zur Detonation gebracht werden, Detonationsgeschwindigkeit: 7200 m/Sek. Die Folien waren fest, geschmeidig und besaßen eine so geringe Rückfederung, daß sie die beim Umbiegen erhaltene Gestalt beibehielten. Nach einem Monat Lagerung bei normaler und niedriger Temperatur zeigte sich keine Veränderung ihrer Eigenschaften. Wurden die Folien in Wasser eingetaucht, (0,7 kg/cm2), so ließ sich keine Einwirkung beobachten.

Beispiel 2 Analog Beispiel 1 wurden zwei Mischungen hergestellt, dabei jedoch die Anteile an Elastomerem und Terpenharz im Bindemittel variiert. Tafel l gibt die bei der Prüfung der hergestellten Proben ermittelten Daten wieder:

Tafel I

Verhältnis Deto-

Elastomeres Stoßempfind- nations-

Mischung zu Harz Dichte lichkeit geschwin-

im Binde- (Falltest) digkeit

mittel g/cms cm m/Sek.

A (1) 75: 25 1,43 27,9 6800

B (2) 25: 75 1,45 43,1 7200

(1) Zähe Folie mit guter Geschmeidigkeit, geringer Steif-

heit und geringer Rückfederung.

(p) Zähe Folie mit guter Geschmeidigkeit, weich und

schwach klebrig, keine Rückfederung.

Aus den beiden Mischungen erzeugte Folien konnten mit den Zündkapseln Nr. 6 zur Detonation gebracht werden.

Beispiel 3 Aus PETN und einer 50:50-Mischung von Butylkautschuk und Terpenharz wurden mehrere Sprengstoffmassen hergestellt, dabei jedoch die Mengen von PETN und Bindemittel variiert. Prüfungsergebnisse siehe Tafel 1I.

Tafel II

Stoßempfind- Deto-

Teile PETN lichkest nations-

Mischung zu Binde- Dichte geschwin-

mittel (Falltest) digkeit

g/cms cm m/Sek.

1 77,5:22,5 1,45 53,3 6600

2 30 :20 1,41 24,3 7000

3 82,5:12,5 1,50 38,1 6900

4 87,5:12,5 1,41 53,3 6800

5 90 :10 1,49 33,0 6900

6 92,5: 7,5 1,35 45,7 6900

Alle Folien waren fest und geschmeidig, sie zeigten geringe Rückfederung und konnten mit Zündkapseln Nr. 6 zur Detonation gebracht werden.

Beispiel 4 Aus einer analog Beispiel 1 hergestellten Mischung wurden Folien ausgewalzt, jedoch an Stelle von Butylkautschuk Polyisobutylen angewandt (Handelsname: Vistanex, Hersteller: Enjay Company, Inc.). Die Folien waren fest, geschmeidig, sie hatten eine Dichte von 1,41 g/cm3. Bei der Prüfung mit der Fallhammerprobe (5-kg-Gewicht) zeigte es sich, daß der 50°/o Detonationspunkt der Folie bei 27,9 cm lag. Detonationsgeschwindigkeit: 6700 m/Sek. Die Folien konnten mit einer Zündkapsel Nr. 6 zur Detonation gebracht werden.
Beispiel 5 Eine 85:15-Mischung von RDX und dem aus 50 Teilen Butylkautschuk und 50 Teilen Terpenharz bestehenden Bindemittel wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Die Mischung wurde zu Folien ausgewalzt, die je 2,54 cm2 etwa 4 g wogen. Dichte: 1,48 g/cm3. Die Folien waren fest und geschmeidig, sie detonierten mit einer Geschwindigkeit von 7100 m/Sek. Nach der Fallhammerprobe (5-kg-Gewicht) ergab sich für den 50%-Detonationspunkt eine Fallhöhe von 66 cm. Die Folien konnten mit der Zündkapsel Nr. 6 zur Detonation gebracht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Selbsttragende, zu Folien und anderen Gebilden verformbare Sprengstoffmischung, bestehend aus einem Gemisch einer kapselempfindlichen, kristallinen, hochexplosiven Sprengstoffverbindung, insbesondere Pentaerythrittetranitrat und/oder Cyclotrimethylentrinitramin, mit einem Kunstharz-Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einem Gemisch eines Elastomeren mit einem thermoplastischen Polyterpenharz besteht.
2. Selbsttragende Sprengstoffmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus 25 bis 75% des Elastomeren, insbesondere Butylkautschuk und/oder Polyisobutylen und 75 bis 25% des Polyterpenharzes besteht.
3. Selbsttragende Sprengstoffmischung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 92,5 bis 77,5% des Sprengstoffes und 7,5 bis 22,5'% des Bindemittels enthält.