DE3448139C2

DE3448139C2 - Device for producing plastics-bound propellant powders and explosives

Info

Publication number: DE3448139C2
Application number: DE3448139A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Chem. Dr. 7500 Karlsruhe De Mueller; Hiltmar Dipl.-Chem. Dr. 7519 Walzbachtal De Schubert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1984-04-03
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1987-08-06

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung kunst stoffgebundener Treibladungspulver und Sprengstoffe, bestehend aus einem Extruder mit Gehäuse, zwei gleich- oder gegenläufigen Schneckenwellen, wenigstens einer Einzugsöffnung, gegebenenfalls einer Lösungsmittel-Zugabeöffnung und einem Formkopf, wobei der Einzugsöffnung ein Vorratsbehälter mit einer steuerbaren Dosier vorrichtung zugeordnet und ein weiterer Vorratsbehälter mit einer steuerbaren Dosiervorrichtung vorgesehen ist, der entweder der Einzugsöffnung oder einer stromabwärts von dieser gelegenen Zugabeöffnung zugeordnet ist.The invention relates to a device for producing art substance-bound propellant powder and explosives, consisting from an extruder with a housing, two co-rotating or counter-rotating Worm shafts, at least one feed opening, if necessary a solvent addition port and a mold head, the Feed opening a storage container with a controllable dosing assigned device and another storage container with a controllable metering device is provided which either the feed opening or one downstream thereof Feed opening is assigned.

Vorrichtungen der vorgenannten Art sind zur Herstellung von Explosivstoffgemischen bekannt (DE-AS 28 25 567). Dabei werden ver schiedene Bestandteile des Explosivstoffs in Form einer Vor mischung aus einem ersten Vorratsbehälter mittels Dosierwaage über die Einzugsöffnung auf den Extruder aufgegeben. Weitere Komponenten werden aus einem zweiten Vorratsbehälter in vorge mischter und dosierter Form über eine stromabwärts der Einzugs öffnung angeordneten Zugabeöffnung dem Extruder zugeführt. Devices of the aforementioned type are used to manufacture Explosive mixtures known (DE-AS 28 25 567). Here ver various components of the explosive in the form of a pre mixture from a first storage container using a dosing scale fed into the extruder through the feed opening. Further Components are pre-fed from a second storage container mixed and metered form via a downstream of the feeder opening arranged feed opening fed to the extruder.

Extruder des vorgenannten Aufbaus sind auch zur Herstellung von Treibladungspulvern in Strangform bekannt (DE-PS 30 44 577, DE-OS 32 42 301). Sie dienen zur Herstellung einbasiger (Nitro zellulose), zweibasiger (Nitrozellulose + Nitroglyzerin oder andere Sprengöle), wie auch dreibasiger Treibladungspulver (Nitrozellulose + Nitroglyzerin + Nitroguanidin), wobei stets mit lösungsmittelfeuchter Nitrozellulose gearbeitet wird. Es sind ferner Treibladungspulver und Sprengstoffe bekannt, die in einer Kunststoffmatrix gebunden sind. Hierfür kommen kristalline Explosivstoffe und darunter in erster Linie Hexogen, Oktogen oder Gemische beider Stoffe (HMX/RDX) und/oder Nitroguanidin in Frage. Gegebenenfalls können noch das Anzündeverhalten ver bessernde Zusätze, wie Nitrozellulose in kleiner Menge ( 7%) oder andere hochenergetische Polymere zugegeben werden. Solche kunststoffgebundenen Treibladungspulver und Sprengstoffe lassen sich bisher nur chargenweise (batchweise) herstellen, wobei der Binderanteil relativ hoch bei ca. 15% und mehr liegt.Extruders of the above construction are also for production of propellant powders in strand form known (DE-PS 30 44 577, DE-OS 32 42 301). They are used to manufacture single-base (nitro cellulose), dibasic (nitrocellulose + nitroglycerin or other explosive oils), as well as three-base propellant powder (Nitrocellulose + nitroglycerin + nitroguanidine), always working with solvent-moist nitrocellulose. It propellant powder and explosives are also known, which in are bound to a plastic matrix. For this come crystalline Explosives, including primarily hexogen, octogen or mixtures of both substances (HMX / RDX) and / or nitroguanidine in question. If necessary, the ignition behavior can still change improving additives, such as small amounts of nitrocellulose (7%) or other high-energy polymers can be added. Such leave plastic-bound propellant powder and explosives have so far only been produced in batches, the Binder content is relatively high at about 15% and more.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung so auszubilden, daß eine kontinuierliche Herstellung kunststoffgebundener Treibladungspulver oder Sprengstoffe bei gleichzeitig verringertem Anteil des Kunststoffbinders möglich ist.The invention has for its object the aforementioned To design the device so that a continuous production plastic-bound propellant powder or explosives at the same time reduced proportion of the plastic binder possible is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der eine Vorratsbehälter einen Kunststoffbinder in fester, gelöster oder suspendierter Form enthält, der zunächst dosiert über die Ein zugsöffnung zugegeben wird, bis die Schnecken ohne gegenseitige Reibung und Wandreibung im Kunststoffbinder "schwimmen", daß der weitere Vorratsbehälter die Komponenten des Treibladungspulvers bzw. des Explosivstoffes in kristalliner Form enthält, die an schließend dosiert mit stetig zunehmendem Anteil bei gleich zeitiger Abnahme des Kunststoffbinder-Anteils zugegeben und schließlich das Mischungsverhältnis konstant gehalten wird. This object is achieved in that the one Storage container a plastic binder in solid, dissolved or contains suspended form, which first doses over the A pull opening is added until the snails without mutual Friction and wall friction in the plastic binder "float" so that the further storage containers the components of the propellant powder or contains the explosive in crystalline form, the finally dosed with a steadily increasing proportion of the same early decrease in the proportion of plastic binder added and finally the mixing ratio is kept constant.

Es hat sich gezeigt, daß das bisher für unmöglich gehaltene Verarbeiten kunststoffgebundener Treibladungspulver oder Sprengstoffe mit hohem Anteil kristalliner Komponenten in Extrudern und damit eine kontinuierliche Herstellungsweise dadurch möglich ist, daß der Extruder mit dem Kunststoffbinder zunächst "unterfüttert" wird, bis die bei jedem Extruder im Leerlauf vorhandene Reibung der Schnecken untereinander und gegenüber der Gehäusewandung beseitigt ist. Die Schnecken zentrieren sich nämlich bei gefülltem Extruder derart, daß zwischen ihnen und der Wandung keine oder nur eine sehr geringe Friktion vorhanden ist. Die Schnecken schwimmen in dem sie umgebenden Material. Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird der Explosivstoff in kristalliner Form zugegeben. Dadurch ist die Gefahr beseitigt, daß die Kristalle selbst einer metallischen Friktion ausgesetzt sind, die zu einer erheblichen Gefährdung führen würde. Die kristallinen Stoffe werden schließlich mit stetig zunehmendem Anteil bei gleichzeitiger Abnahme des Anteils des Kunststoffbinders zugegeben. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich der Anteil des Kunststoffbinders bis auf 4 bis 6% ab senken läßt, so daß der Anteil von Inertstoffen, die die Leistung des Endproduktes mindern, geringer ist als bei her kömmlich chargenweise hergestellten Treibladungspulvern oder Sprengstoffe in Kunststoff-Bindermatrix.It has been shown that what was previously considered impossible Process plastic-bound propellant powder or Explosives with a high proportion of crystalline components in Extruding and thus a continuous production method it is possible that the extruder with the plastic binder is first "relined" until the in each extruder Idle friction between the screws and each other is eliminated in relation to the housing wall. The snails center when the extruder is filled in such a way that none or very little between them and the wall there is little friction. The snails swim in the surrounding material. Once this condition is reached the explosive is added in crystalline form. Thereby the danger is eliminated that the crystals themselves become metallic Friction are exposed, which creates a significant risk would lead. The crystalline substances are finally with steadily increasing share with simultaneous decrease in the share of the plastic binder added. Practical tests have shown that the proportion of the plastic binder decreases to 4 to 6% can lower so that the proportion of inert substances which the Reduce the performance of the end product, is lower than at ago Conventional batches of propellant powders or Explosives in a plastic binder matrix.

Bei entsprechender Konfiguration der Schnecken, die aus Förder- und Knetsegmenten bestehen, lassen sich kontinuierlich ein oder mehr Treibladungspulver- oder Sprengstoffstränge herstellen, die zu Rohlingen geschnitten und durch Pressen der Sprengstoff rohlinge, z. B. für Rohladungen, oder durch mechanische Über arbeitung, z. B. für Gefechtsköpfe oder Splitterbomben, in die gewünschte Geometrie gebracht werden können. Im Falle der Ver arbeitung von Treibladungspulver kann der Strang gleichzeitig mit den notwendigen Kanälen oder Schlitzen während des Extrudierens versehen werden. Der Extruder wird in der Temperaturführung und der Verweilzeit so gesteuert, daß der Kunststoffbinder nur an polymerisiert bzw. teilweise ausgehärtet ist, so daß sich das Produkt noch weiterverarbeiten läßt. Als geometrische Form für die Knetsegmente kommen "3-Spitz-Segmente" (gleichschenkliges Dreieck mit balligen Schenkeln) oder "2-Spitz-Segmente" (eliptischer Querschnitt mit abgeflachten Spitzen) in Frage. Als Dosier vorrichtungen kommen in erster Linie Schnecken- oder Spiral dosierer, vorzugsweise Differentialdosierwaagen, in Frage.With the corresponding configuration of the screws, which and kneading segments exist, can be continuously or produce more propellant powder or explosive strands, which are cut into blanks and by pressing the explosives blanks, e.g. B. for raw loads, or by mechanical over work, e.g. B. for warheads or frag bombs, in the desired geometry can be brought. In the case of ver The strand can work with propellant powder at the same time the necessary channels or slots during extrusion be provided. The extruder is in the temperature control and the dwell time controlled so that the plastic binder only is polymerized or partially cured, so that the Product can be further processed. As a geometric shape for the kneading segments come "3-pointed segments" (isosceles Triangle with spherical legs) or "2-pointed segments" (more elliptical Cross section with flattened tips) in question. As a dosage devices come primarily from screw or spiral dosing, preferably differential dosing scales, in question.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Extruder eine Heizeinrichtung auf, so daß der Kunstsoffbinder in Form von Granulat, Flocken od. dgl. zugegeben und bei Temperaturen bis maximal 130°C im Extruder geschmolzen werden kann, woraufhin zeitverzögert die Komponenten des Treibladungspulvers bzw. der kristalline Explosivstoff mit zunehmendem Anteil zugegeben werden.According to one embodiment, the extruder has a heating device on, so that the plastic binder in the form of granules, flakes or the like. Added and at temperatures up to a maximum of 130 ° C in Extruder can be melted, whereupon delayed the components of the propellant powder or the crystalline Explosives are added with increasing proportion.

Die Temperatur und damit die Erweichungs- bzw. Schmelz temperatur des Polymers darf aus Sicherheitsgründen 130°C nicht überschreiten. Sie sollte im übrigen bei ca. 100°C liegen. Gegebenenfalls kann dem erweichten Kunststoff auch noch Lösungs mittel zugegeben werden, um die Plastifizierung zu unterstützen, wobei diese Zugabe mit Vorteil stromabwärts der Einzugsöffnung erfolgt und überschüssiges Lösungsmittel an einer weiter stromabwärts liegenden Stelle abgesaugt wird.The temperature and thus the softening or melting temperature of the polymer may be 130 ° C for safety reasons do not exceed. It should also be around 100 ° C. If necessary, the softened plastic can also provide a solution agents are added to support plasticization, this addition is advantageously downstream of the feed opening takes place and excess solvent on another downstream point is suctioned off.

Die Lösungsmittel-Zugabeöffnung befindet sich mit Vorteil strom abwärts der Einzugsöffnung, sofern nicht das Polymer bereits als Suspension, die gegebenenfalls lösungsmittelhaltig ist, unmittelbar in die Einzugsöffnung zugegeben wird.The solvent addition opening is advantageously current down the feed opening unless the polymer is already as Suspension, which may contain solvents, immediately is added to the feed opening.

Ferner kann das Gehäuse des Extruders eine stromabwärts der Ein zugsöffnung liegende Zugabeöffnung für einen Weichmacher auf weisen, die wiederum nahe der Lösungsmittel-Zugabeöffnung liegen kann.Furthermore, the housing of the extruder can be a downstream of the one opening for a plasticizer point, which in turn are close to the solvent addition opening can.

Stromabwärts der Zugabeöffnungen ist für den Fall der Zugabe von Lösungsmitteln das Gehäuse mit einer Absaugöffnung für über schüssiges Lösungsmittel versehen, wobei in üblicherweise eine Rückkühlung und Rückführung des Lösungsmittels vorgesehen sein kann.Downstream of the addition ports is in the case of adding Solvents the housing with a suction opening for over provided solvent, usually in a Recooling and recycling of the solvent may be provided can.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Ge häuse zumindest teilweise für Röntgenstrahlen durchlässig, um auf diese Weise Kunststoffe, deren Polymerisation durch Röntgen strahlen beeinflußbar ist, zu verarbeiten.According to a further embodiment of the invention, the Ge housing at least partially permeable to x-rays, um in this way plastics, their polymerization by X-ray can be influenced to process.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse zumindest teilweise für Lichtstrahlen bestimmter Wellenlänge durchlässig oder mit einer Öffnung für eine Lichtquelle versehen sein, um eine fotochemische Polymerisation zu ermöglichen. According to another embodiment, the housing can at least partially permeable to light rays of a certain wavelength or be provided with an opening for a light source to a To enable photochemical polymerization.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsformen der Vorrichtung, die in den Zeichnungen wiedergegeben sind, beschrieben. Die Fig. 1 bis 4 zeigen den Extruder jeweils im Schnitt mit unterschiedlichen Ausführungsformen für die Materialzugabe.The invention is described below with reference to embodiments of the device which are shown in the drawings. Figs. 1 to 4 show the extruder in each case in cross-section with different embodiments for the addition of material.

Der Extruder weist ein Gehäuse 1 auf, das aus einer Mehrzahl von axial hintereinandergesetzten Segmenten 2 und dazwischen angeordneten Dichtungskörpern besteht. In den Segmenten 2 sind Heiz- und/oder Kühleinrichtungen 3 angeordnet, die eine bestimmte Temperaturführung ermöglichen. Innerhalb des Gehäuses sind nebeneinande zwei Schneckenwellen 5 angeordnet, die von einem nicht gezeigten Motor oder Hydraulikaggregat ange trieben sind. Die Schneckenwellen 5 bestehen aus abwechselnd angeordneten Fördersegmenten 6 und Knetsegmenten 7, wobei letztere als 3-Spitz- oder 2-Spitz-Segmente ausgebildet sein können. Am austrittsseitigen Ende weist das Gehäuse 1 einen Formkopf 8 zur Bildung von ein oder mehr Strängen auf.The extruder has a housing 1 , which consists of a plurality of axially stacked segments 2 and sealing bodies arranged between them. Heating and / or cooling devices 3 are arranged in the segments 2 , which enable a specific temperature control. Inside the housing, two worm shafts 5 are arranged side by side, which are driven by a motor or hydraulic unit, not shown. The worm shafts 5 consist of alternately arranged conveyor segments 6 and kneading segments 7 , the latter being able to be designed as 3-point or 2-point segments. At the outlet end, the housing 1 has a molding head 8 for forming one or more strands.

Am antriebsseitigen Ende besitzt das Gehäuse eine Einzugsöffnung 9, in die ein Schacht 10 mündet, an den bei dem in Fig. 1 wieder gegebenen Ausführungsbeispiel ein Vorratsbehälter 11 für den Kunststoffbinder, z. B. ein Polymer und ein Vorratsbehälter 12 für den kristallinen Explosivstoff, z. B. Hexogen, Oktogen oder Gemische derselben, angeschlossen sind. Zwischen den Vorrats behältern 11, 12 und dem Schacht 10 ist jeweils eine Dosier vorrichtung 13 bzw. 14 in Form eines Schnecken- oder Spiral dosierers eingesetzt. Stromabwärts der Einzugsöffnung 9 kann das Gehäuse ferner eine Zugabeöffnung 15 für Lösungsmittel od. dgl. aufweisen. An einer weiter stromabwärts gelegenen Stelle ist eine Absaugöffnung 16 für überschüssiges Lösungsmittel angeordnet, die über einen Kühler und einen Entgaser 17 an eine Vakuumpumpe 18 angeschlossen ist.At the drive end, the housing has a feed opening 9 into which a shaft 10 opens, to which, in the embodiment shown in FIG. 1, a reservoir 11 for the plastic binder, e.g. B. a polymer and a reservoir 12 for the crystalline explosive, for. B. hexogen, octogen or mixtures thereof, are connected. Between the storage containers 11, 12 and the shaft 10 , a metering device 13 or 14 is used in the form of a screw or spiral doser. Downstream of the feed opening 9 , the housing can furthermore have an addition opening 15 for solvents or the like. At a further downstream location, a suction opening 16 for excess solvent is arranged, which is connected to a vacuum pump 18 via a cooler and a degasser 17 .

Bei Betriebsbeginn wird zunächst die Dosiervorrichtung 13 einge schaltet, um den Kunststoff aus dem Vorratsbehälter 11 über die Einzugsöffnung 9 zuzugeben. Die Aufgabe des Kunststoffs erfolgt solange, bis die Schneckenwellen 5 friktionslos im Gehäuse 1 umlaufen. Dann wird die Dosiervorrichtung 14 in Betrieb gesetzt, um die kristallinen Explosivstoffe aus dem Vorratsbehälter 12 über den Schacht 10 der Einzugsöffnung 9 zuzuführen, wobei die Drehzahl der Dosiervorrichtung 14 stetig gesteigert wird, während gleichzeitig die Drehzahl der Dosiervorrichtung 13 zurückgenommen wird, um so das gewünschte Mischungsverhältnis herzustellen. Ferner kann über die Zugabeöffnung 15 Lösungsmittel zugegeben werden. Überschüssiges Lösungsmittel wird über die Absaugöffnung 16 wieder aus dem Extruder entfernt und rückgeführt.At the start of operation, the metering device 13 is first switched on in order to add the plastic from the storage container 11 via the feed opening 9 . The plastic is fed in until the worm shafts 5 rotate in the housing 1 without friction. Then the dosing device 14 is put into operation in order to supply the crystalline explosives from the storage container 12 via the shaft 10 to the feed opening 9 , the speed of the dosing device 14 being increased continuously while at the same time the speed of the dosing device 13 is being reduced so as to achieve the desired Mixing ratio. Furthermore, 15 solvent can be added via the addition opening. Excess solvent is removed from the extruder via the suction opening 16 and returned.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 dadurch, daß an den Schacht 10 ein weiterer Vorrats behälter 19 für Zuschlagstoffe, z. B. Nitrozellulose od. dgl. ange schlossen ist. Auch diesem Vorratsbehälter ist eine Dosier vorrichtung 20 zugeordnet. Ferner ist neben der Zugabeöffnung 15 für Lösungsmittel noch eine Zuleitung 21 für einen in einem Behälter 22 befindlichen Weichmacher vorgesehen.1, the embodiment of Fig. 2 differs from that of FIG. Characterized in that on the shaft 10, a further supply reservoir 19 for aggregate, z. B. nitrocellulose or the like. Is connected. A dosing device 20 is also assigned to this storage container. In addition to the addition opening 15 for solvents, a feed line 21 is also provided for a plasticizer located in a container 22 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfolgt die Zugabe des Polymers aus dem Vorratsbehälter 11 und den Schacht 10 wiederum in die Einzugsöffnung 9. Der Vorratsbehälter 12 für den kristallinen Exploxivstoff hingegen ist stromabwärts an einen eigenen Schacht 23 mit einer weiteren Einzugsöffnung 24 angeschlossen. Auch hier kann eine Zugabeöffnung 15 für Lösungsmittel und/oder Weich macher vorgesehen sein, die dann zwischen den beiden Einzugs öffnungen 9 und 24 angeordnet ist.In the embodiment according to FIG. 3, the polymer is again added from the storage container 11 and the shaft 10 into the feed opening 9 . The storage container 12 for the crystalline explosive, on the other hand, is connected downstream to its own shaft 23 with a further feed opening 24 . Here too, an addition opening 15 for solvents and / or plasticizers can be provided, which is then arranged between the two feed openings 9 and 24 .

In Fig. 4 ist wiederum der Vorratsbehälter 12 mit den Explosiv stoffen und der Dosiervorrichtung 14 erkennbar. Bei dieser Aus führungsform wird das Polymer als wasser- oder lösungsmittel haltige Suspension bei 25 in den Schacht 10 zugegeben. Ferner ist der Extruder an seinem antriebsseitigen Ende mit einer Abfluß leitung 26 für die Entwässerung bzw. für das Abquetschen überschüssigen Lösungsmittels versehen.In Fig. 4 again the reservoir 12 with the explosives and the metering device 14 can be seen . In this embodiment, the polymer is added as a water- or solvent-containing suspension at 25 in the shaft 10 . Furthermore, the extruder is provided at its drive end with a drain line 26 for dewatering or for squeezing off excess solvent.

Claims

1. Device for producing plastic-bound propellant powder and explosives, consisting of an extruder with Ge housing, two co-rotating or counter-rotating screw shafts, at least one feed opening, optionally a solvent addition opening and a molding head, the feed opening being supplied with a reservoir with a controllable metering device arranges and a further storage container with a controllable metering device is provided, which is assigned either at the feed opening or a feed opening located downstream thereof, characterized in that the one storage container ( 11 ) contains a plastic binder in solid, dissolved or suspended form, which first metered through the feed opening ( 9 ) is added until the screws "float" in the plastic binder without mutual friction and wall friction, that the further reservoir ( 12 ) contains the components of the propellant powder or the explosive in crystalline F contains orm, which is then metered in with a steadily increasing proportion with a simultaneous decrease in the proportion of plastic binder, and finally the mixing ratio is kept constant.

2. Device according to claim 1, characterized in that the solvent addition opening ( 15 ) is arranged downstream of the feed opening ( 9 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 1 ) of the extruder has a feed opening ( 21 ) lying downstream of the feed opening ( 9 ) for a plasticizer.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing ( 1 ) downstream of the solvent addition opening ( 15 ) has a suction opening ( 16 ) for excess solvent.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the housing ( 1 ) is at least partially permeable to X-rays.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the housing ( 1 ) is at least partially permeable to light or is provided with an opening for a light source.