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Explosive Calciumnitrat-Komposition Explosive Kompositionen auf Basis
anorganischer orJrdierender Salze sind bek2nnt. Die meisten dieser Kompositionen
enthalten als hauptsächlichen anorganiseben oxydierenden Salzbestandteil Ammoniumnitrat.
Man hat auch daran gedacht, daB gewisse andere anorganische oxydierende Salze weniger
potent oder so empfindlich und unstabil sind, daß sie gefährlich sind.
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Bei einigen Kompositionen wurde ein Teil des Ammoniumnitrats durch
andere anorganische oxydierende Salze ersetzt, wie z.B.
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Natriumnitrat, Calciumnitrat, gewisse Perchlorate und andere anorganische
oxydierende Salze. Diese gegebenenfalls vorhandenen anorganischen oxydierenden Salze
wurden aus verschiedenen Gründen verwendet, z.B. Wirtschaftlichkeit, fluidisierende
Eigenschaften, verbesserte Empfindlichkeit etc.
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Diese explosiven Kompositionen auf Basis von anorganischen oxydierenden
Salzen wechseln von trockenen zu aufgeschlämmten Mischungen, welche Wasser und/oder
andere Flüssigkeiten enthalten, wie Glykole, Heizöle etc. Typische aufgeschlämmte
explosive Kompositionen enthalten anorganische oxydierende Salze, welche normalerweise
zum größten Teil aus Ammoniumnitrat bestehen, Wasser, einen Treibstoff und/oder
Sensibilisierungsmittel und ein Verdickungsmittel.
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Im US-Patent 3,660,181 und 3,713,971 sind Kompositionen beschrieben,
die einen Erweichungspunkt (d.h. die Salze beginnen sich zu verfestigen und die
Komposition verdickt) haben, der oberhalb der Temperatur des Bohrloches liegt, so
daß die Komposition im Bohrloch oder in der Packung fest wird. Zur Erzielung dieses
Ergebnisses werden die Kompositionen bei erhöhter Temperatur hergestellt (z.B. 55-7Q°C).
Diese Systeme sollen bei 35-50°O fest werden (das ist der Erweichungspunkt).
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Obwohl dieser Typ Kompositionen winschenswert ist, wäre es in speziellen
Fällen besonders günstig, wenn die Kompositionen bei Raumtemperatur hergestellt
werden könnten (z.Bn 2oG), wobei sie sehr beweglich und sogar praktisch vollständig
flüssig sind und bis zu Temperaturen von 1200 oder niedriger flüssig bleiben. Überraschenderweise
wurde gefunden, daß man Kompositionen herstellen kann, die nicht nur die oben genannten
Flüssigkeitseigenschaften haben, sondern auch für die Detonation mit einem kleinen
hoch-explosiven Verstärker bei sehr niedrigen Temperaturen empfindlich bleiben,
und zwar auch ohne Anwesenheit von Sensibilisierungsmitteln, wie gepulverten metallen,
selbst-explosiven Mitteln etc. (gewünschtenfalls können diese Bestandteile aber
auch verwendet werden). Die vorliegende Erfindung betrifft derartige Kompositionen.
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Die erfindungsgemäßen Kompositionen bestehen aus mindestens 50 Gew.-
der folgenden Mischung: 51-85 Gew.-% einer Mischung von anorganischen oxydierenden
Salzen, welche im wesentlichen aus 53-95 Gew.- Calciumnitrat und dem Rest aus Ammoniumnitrat
bestehen; 9-35 Gew.-% von mindestens einem mit Wasser mischbaren organischen Brennstoff;
5-21 Gew.-nG Wasser; der gegebenenfalls vorhandene Rest der Komposition besteht
aus mindestens einem weiteren Brennstoff oder Sensibilisierungsmittel (außer dem
mit Wasser mischbaren organischen Brennstoff), Dichte-Kontrollmittel, Geliermittel
oder Verdickungsmittel etc.
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Die gegebenenfalls vorhandene Menge Hydratwasser, die mit dem Calciumnitrat
verbunden ist, ist in der Gesamtmenge des vorhandenen Wassers eingeschlossen. Der
Galciumnitrat-Gehalt bezieht sich auf wasserfreies Calciumnitrat; man kann jedoch
auch andere Calciumnitrate zur Herstellung der KomDosition verwenden. Innerhalb
der oben genannten Bereiche sollten die einzelnen Bestandteile der Mischung möglichst
so einem stellt sein, daß die Sauerstoffbilanz +20 bis -8 g Sauerstoff pro 100 g
der Gesamtmischung beträgt. Außerdem sollte -das Gewichtsverhältnis des mit Wasser
mischbaren organischen Brennstoffs zu Calciumnitrat O 0-0,-0 betragen.
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In der Komposition sollten genügend Gaslücken vorhenden sein, so
daß die Dichte der Nasse 0,80-1,40 g/cm3 beträgt.
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Der hier verwendete Begriff Sauerstoffbilanz bedeutet den Überschuß
oder Mangel an Sauerstoff (O2), ausgedrückt in + oder -Gramm Sauerstoff pro 100
g der Gesamt-Komposition beim Verbrennen, wobei die Verbrennungsprodukte als C02,
H20, N2 und CaO angenommen werden. Hat eine Komposition eine negative Sauerstoffbilanz,
so ist ungenügend Sauerstoff für die Bindung des gesamten Wasserstoffs und Kohlenstoffs
vorhanden, so daß bei der Detonation E2 und CO gebildet werden.
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Hat die Komposition eine positive Sauerstoffbilanz, so bilden sich
Stickstoffmonoxyd-Verbindungen.
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Fig. 1 zeigt graphisch gewisse Daten von Beispiel 5.
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Fig. 2-4 zeigen graphisch gewisse Daten von Beispiel 6.
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Fig. 5-7 zeigen graphisch gewisse Daten von Beispiel 7.
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Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Kompositionen mindestens
70 Gew.-% der folgenden Mischung. 55-75 Gew.-% einer Mischung von anorganischen
oxydierenden Salzen, die im wesentlichen aus 53-85 Gew.-% Calciumnitrat und dem
Rest aus Ammoniumnitrat bestehen; 10-27 Gew.-% eines mit Wasser mischbaren organischen
Brennstoffs' und zwar Äthylenglykol, Formamid, Methanol, Glycerin, Diäthylenglykol
oder Äthanol bzw.
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Mischungen derselben; ferner 7-20 Gew.-% Wasser. Die Mischung hat
vorzugsweise ebene Sauerstoffbilanz von 0 bis +15 g bei optimaler Empfindlichkeit.
Die oben genannten vier Bestandteile sollten in den angegebenen Gewichtsverhältnissen
vorhanden sein, auch wenn andere Bestandteile in der Gesamt-Kompösition enthalten
sind. Formamid ist besonders bevorzugt, wegen seiner günstigen Effekte auf die niedrige
Temperatur-Empfindlichkeit und die Flüssigkeit der Komposition Bei der bevorzugtesten
Komposition besteht daher mindestens ein Teil (d.h. mindestens 50 Gew.-%) des mit
Wasser mischbaren organischen Brennstoffs aus Formamid. Aus wirtschaftlichen Grinden
kann ein Teil des
mit Wasser mischbaren organischen Brennstoffs
außer Formamid weitere Brennstoffe enthalten, wie Äthylenglykol, Propylenglykol,
Methanol etc.
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Das optimale Gewichtsverhältnis von dem mit Wasser mischbaren organischen
Brennstoff zu Calciumnitrat hängt von de speziellen Brennstoff ab, der verwendet
wird. Ist beispielsweise der Brennstoff Formamid, so liegt das Gewichtsverhältnis
Formamid/Calciumnitrat vorzugsweise zwischen 0,30 und 0,70.
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Ist der Brennstoff Äthylenglykol, so ist das Gewichtsverhältnis Äthylenglykol/Calciumnitrat
im Bereich von 0,25-0,70.
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Mit Wasser mischbare organische Brennstoffe, welche bei der Komposition
verwendet werden können, sind organische Verbindungen und Mischungen derselben,
die mit wäßrigen Lösungen von Calciumnitrat mischbar sind. Beispiele derartiger
organischer Verbindungen sind gewisse Amine (primäre, sekundäre, tertiäre und quartäre
Amine);Amide; Alkohole (ein- und mehrwertige); Alkohol-Äther; niedermolekulare Kohlenwasserstoffe
(Saccharide und Polysaccharide). Spezielle brauchbare Verbindungen sind z.B. Formamid,
Glycerin, Essigsäure, Äthylenglykol-monomethyläther, Methanol, Äthanol, Diäthylenglykol,
Hexamethylentetramin, Hexamethylentetramin-mono- und dinitrat, Acetamid, Äthylenglykol,
Propylenglykol, Harnstoff, Thioharnstoff, Butylamin, Methylamin, Äthylamin, Thiodiglykol,
Mono-, Di- und Driäthanol-amine, sowie Mischungen der miteinander verträglichen
Verbindungen. Wasserlösliche Polymere können auch als zusätzliche Brennstoffe verwendet
werden, in manchen Fällen auch als Verdickungsmittel. Derartige Polymere sind z.B.
Polyamide, Cellulose, Galactomannane (wie Guar), Polyole, Polyalkylamine, Polyäthylenimine
und andere ähnliche mit Wasser mischbare Polymere.
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Unter "mischbar" ist zu verstehen, daß die Menge des in dieser Mischung
enthaltenen Brennstoffs praktisch vollständig mit der Menge der in der Mischung
vorhandenen wäßrigen Calciumnitrat-Lösung mischbar ist, ohne daß sich zwei flssie
Phasen abscheiden. Organische Brennstoffe, die bei Raumtemperatur
fest
sind, liefern normalerweise ein dickeres, weniger flüssiges Sprengmittel als solche
organischen Brennstoffe, die bei Raumtemperatur (z.B. 20-23°C) flüssig sind. Vorzugsweise
verwendet man einen organischen Brennstoff, der bei Anwesenheit in dem angegebenen
Prozentbereich in der wäßrigen Oxyd&tionsmittel-Phase vollständig löslich ist.
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Außer Calciumnitrat und Ammoniumnitrat kann man auch andere anorganische
oxydierende Salze in geringen Mengen verwenden, z.B.
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Erdalkali- und Alkall-nitrate, -sulfate, -chlorate, und -perchlorate,
insbesondere Natriumnitrat, Ammonlumperchlorat, Bariumnitrat, Ammoniumsulfat, Natriumsulfat,
Natriumperchlorat, Kaliumperchlorat etc. Es wurde gefunden, daß einige dieser anorganischen
oxydierenden Salze gewisse explosive Eigenschaften der Calciumnitrat-Mischung verbessern,
während andere gewisse explosive Eigenschaften hemmen, jedoch aus anderen Gründen
vorteilhaft sind. So können z.B. einige Salze für die Einstellung der Sauerstoffbilanz
verwendet werden, und zwar auf Kosten einer anderen Eigenschaft, wie der Empfindlichkeit.
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Es wurde gefunden, daß Ammoniumnitrat dazu neigt, die Empfindlichkeit
des Calciumnitrat-Sprengstoffs in gewissem Ausmaß zu steigern. Natriumnitrat vermindert
die Empfindlichkeit des Calciumnitrat-Sprengstoffs, wenn man es in Mengen von mehr
als etwa 30 Gew.-% der Gesamt-Komposition verwendet; aber es kann zur Einstellung
der Sauerstoffbilanz der Kompositionen eingesetzt werden. Werden also zusätzliche
anorganische oxydierende Salze verwendet, so sollte vorher bestimmt werden, welchen
Effekt das Salz auf den endgültigen Sprengstoff haben wird. Die anorganischen oxydierenden
Salze können in Teilchenform, in Lösung oder in beiden Formen verwendet werden.
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Ammoniumnitrat ist das bevorzugte zusätzliche anorganische oxydierende
Salz, da es die Empfindlichkeit und Flüssigkeit innerhalb gewisser vorgeschriebener
Mengengrenzen steigert.
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Weitere Sensibilisierungsnittel und/oder Brennstoffe können außer
den oben beschriebenen bei den erfindungsgemäßen Kompositionen verwendet werden,
im gewisse explosive Eigenschaften der Komposition zu verändern oder zu verbessern.
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Zu diesem Zweck benützt man die üblicherweise bei bekannten
explosiven
Kospositionen auf Basis anorganischer oxydierender Salze verwendeten Sensibilisierungsmittel
und/oder Brenns-on Es handelt sich hierbei z.B. um Metalle, selbst-explosive Stoffe
und nicht-explosive, wasserunlösliche Kohlenstoffmaterialien oder andere Brennstoffe,
wie Schwefel, sowie Mischungen von zwei oder mehr dieser Materialien. Man verwendet
sie in ausreichenden Mengen, so daß die explosive Basis-Komposition in der gevunschten
leise verbessert wird.
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Beispielsweise kann man Metall in einer Menge einsetzen, daß das Gewichtsverhältnis
Metall/Basis-Komposition bis zu 1/1 und mehr beträgt. Die Teilchengrößen-Verteilung
der Metall-Teilchen bewirkt in bekannter Weise gewisse Eigenschaften des Sprengmittels.
Feinere Metalle, z.B. minus 200 mesh (U.S. Standard Sieb-Serie) Aluminium (d.h.Barbstoff-Qualität)
sensibilisiert die explosive Komposition für die Detonation; d.h. die Komposition
kann mit einem kleineren, schwächeren Initiator zur Detonation gebracht werden.
Demgegenüber steigern gröbere Metalle die Stärke der Komposition bei der Explosion,
sie haben aber einen weniger sensibilisierenden Effekt. So kann z.B. die Empfindlichkeit
der Komposition durch Zugabe von etwa 2-10 Gew.-3 Aluminium (Xarbstoff-Qualität)
zum Gemisch erhöht werden. Die Verwendung derartiger Metalle spezieller Größe ist
in den US-Patenten 3,307,986 und 3,432,371 beschrieben.
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- Spezielle -verwendbare Metalle sind z.B. Aluminium, Magnesium,
Eisen, Silicium, Titan, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Ferrosilicon,
Siliciumcarbid, Ferrophosphor, Zink, Bor und andere Metalle, welche den Sprengstoff
sensibilisieren und/oder als Brennstoff dienen. Von besonderer Bedeutung sind die
teichtmetalle, z.B. Aluminium, Magnesium, Beryllium, Legierungen derselben etc.
Im allgemeinen beträgt die Teilchengröße der Metalle -4 bis +325 mesh (U.S. Standard
Sieb-Serie); in den Beispielen ist jedoch gezeigt, daß man auch -325 mesh-Metalle
zur Verbesserung gewisser Eigenschaften der Komposition verwenden kann. Für Metalle,
die mit der Komposition reagieren können, lassen sich in der Sprengstoff-Chemie
übliche Inhibitoren einsetzen, welche die Kompositionen stabilisieren, z.B. gewisse
Phosphor-haltige
Verbindungen und Fettsäuren.
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Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten selbst-explodierenden
Stoffe sind nitrierte organische Substanzen, die selbst allgemein als Sprengstoffe
bekannt sind und üblicherweise mit einem Standard-Zündhütchen detoniert werden können.
Beispiele für verwendbare selbst-explodierende Stoffe sind organische Nitrate, Nitroverbindungen
und Nitramine, z.B. TNT, Pentaerythrit-tetranitrat (PETN), Cyclotrimethylentrinitramin
(RDX), Cyclotetramethylen-tetranitramin (HMX), Tetryl, Nitrostärke und explosive
Nitrocellulose sowie Mischungen derselben mit anderen selbst-explodierenden Stoffen.
Die selbst-explodierenden Stoffe können in jeder beliebigen Form vorliegen, z.B.
als Schuppen, Kügelchen oder Kristalle.
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Beispiele für wasserunlösliche Kohlenstoff-haltige nichtexplosive
Brennstoffe und Sensibilisierungsmittel sind feinverteilte Kohle und Kohlenstoff,
feste Kohlenstoff-haltige Pflanzenprodukte, wie Kornstärke, Holzbrei, Steinnußmehl
und Zuckerrohr-Rückstände, organische Flüssigkeiten, wie Kohlenwasserstoff-Öle,
Brennstoff öle, Fett öle, Pflanzenöle, sowie Mischungen von zwei oder mehr dieser
wasserunlöslichen Kohlenstoff-haltigen nicht-explosiven Brennstoffe. Diese Brennstoffe
können mit der wäßrigen Basismischung vermischt werden, wobei man z.B. ein geeignetes
Emulgiermittel einsetzt, so daß eine Wasser-in-Öl oder Öl-in-Wasser-Emulsion entsteht.
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Man kann sie auch als ueberzug für nicht-lösliche Brennstoffe und
andere Additive wie UNIT, Metallteilchen etc. verwenden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann man jede Art Calciumnitrat
verwenden, z.B. wasserfreies oder hydratisiertes.
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Man kann also ein praktisch ganz vom Hydratwasser oder absorbierten
Wasser befreites Calciumnitrat oder Mono-, Di-, Tri-, Tetra- oder eine andere hydrierte
Form des Calciumnitrats sowie die Lösungen des hydrierten Calciumnitrats in Wasser
oder organischen Flüssigkeiten verwenden. Setzt man hydriertes Calciumnitrat ein,
sp muß das Hydratwasser
bei der Berechnung des Wassergehalts des
Sprengstoffs berücksichtigt werden. So kann das im Sprengstoff vorhandene Wasser
aus dem Hydratwasser stammen, oder es kann separat zugesetzt werden; auch lassen
sich Kombinationen dieser beiden Arten verwenden.
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Man kann bei den erfindungsgemäße-n Kompositionen auch Verdickungsmittel
und/oder Geliermittel einsetzen. Diese Nittel verwendet man in solchen Mengen, daß
man Verdickte, freifließende pumpbare bis ganz steife, praktisch unbewegliche Kompositionen
erhält. Die gewünschten physikalischen Eigenschaften hängen hauptsächlich vom endgültigen
Verwendungszweck des Sprengstoffes ab. So sind s.B. bei wasserhaltigen Böhrlöchern
sehr starke Gele erwünscht, damit verhindert wird, daß die explosive Èomposition
ausgelaugt oder erodiert wird.
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Man verwendet Geliermfttel und/oder Verdickungsmittel, Welche in dem
flüssigen System, das gelöstes Calelumnitrat, Wasser und den wasserlöslichen organischen
Brennstoff enthält, quellen und/oder vernetzt werden können. Beispiele für geeignete
Geliermittel sind synthetische Polymere, z.B Polyacrylamid, Polyamine; Stärke; Polysaccharide;
Mehl (z.B. Weizenmehl); Galactomannan-Gummi (z.B. Guar, Karaya) etc. Spezielle brauchbare
Verdickungsmittel sind Polyalkylenglykol, Hydroxyalkylcellulose, Kartoffelstärke,
Weizenstärke, Kornstärke, Carboxymethylhydroxyäthyl-cellulose, Methylcellulose,
Polyäthylenamin, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon etc.
Es wurde gefunden, daß Cellulosematerialien (z.B. Carboxymethyl-hydroxyäthylcellulose,
Methyl- und Äthyl-cellulose etc.) und Guar-Gummi erfindungsgemäß bevorzugt sind.
Beispiele für Verdickungsmittel, welche Verdickungs- und Suspensionseigenschaften
infolge der physikalischen Form aufweisen, sind Magnesiumoxide, Asbestfasern, Baumwollfasern,
Glasfasern, Holzfasern etc.
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Verschiedene Dichte-Kontrollmittel können auch erfindungsgemäß verwendet
werden. Diese Materialien verwendet man zur Verminderung der Dichte des Sprengstoffs,
zur Sonsibilisierung der Komposition, zur Änderung der Energiefreimachung der explosiven
Komposition und/oder zur Gewinnung von Kompositionen
die unter
erhöhtem Druck und/oder niederen Temperaturen leichter zur Explosion gebracht werden
können. Geeignete Dichte-Kontrollmittel sind Hohlraum-haltige Ilaterialien, z.B.
Hohlkugeln aus Metallen, Ton, Glas, Thermoplasten und thermisch härtbaren Harzen
und ähnlichen Materialien. Spezielle Beispiele von Hohlraum-haltigen Maberialien
sind in den US-Patenten 3,456,589, 3,101,288 und 3,773,573 beschrieben. Auch, natürlich
vorkommende Hohlraum-haltige Materialien können in dem Sprengstoff verwendet werden,
z.B. gemahlene Maiskolben, Zuckerrohr-Rückstande, Walnußschalen und andere bekannte
Materialien. Die Kohlenstoff-haltigen Verdickungsmittel, Geliermittel und Dichte-Kontrollmittel
liefern auch zusätzlichen Brennstoff für die explosive Komposition. Man kann auch
Hohlraum- oder Gas-bildende Chemikalien zur Bildung von gasförmigen Hohlräumen in
situ einsetzen. Beispiele für derartige Chemikalien sind gewisse Nitrite, allein
oder in Kombination mit Sulfaminsäure, gewisse Sulfamate, Carbonate und Dicarbonate.
Andere Hohlraum-bildende Verbindungen sind z.B. Kombinationen von Carbonaten oder
Bicarbonaten mit Säuren, z.B. Salzsäure. Auch Gasblasen kann man während der Herstellung
in die Mischung einarbeiten, z.B. durch schnelles Einleiten von Luft in die Mischung;
die Gasblasen werden dann it Viskositätsbildenden Polymeren stabilisiert.
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Die erfindungsgemäßen Kompositionen reichen von wasserklaren flüssigen
Substanzen bis zu sehr dicken Massen, die Teilchen enthalten, z.B. Teilchen anorganischer
oxydierender Salze und/oder Sensibilisierungsmittel und/oder Brennstoffe.
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Die erfindungsgemäßen explosiven Kompositionen können in folgender
Weise hergestellt werden. Die erforderliche Menge des wasserlöslichen organischen
Brennstoffs und Wasser werden miteinander vermischt. Etwaige Dichte-Kontrollmittel,
die man verwendet, werden nun in die Mischung gegeben. Materialteilchen, z.B. Calciumnitrat,
anorganische oxydierende Salze, Metalle etc. werden -nun mit der flüssigen Mischung
vermischt und gerührt, bis eine gleichmäßige Mischung entstanden ist. Das Verdickungsmittel
wird vorzugsweise in einem Dispergiermittel dispergiert, z.B. Salzteilchen oder
eine wasserlösliche Flüssigkeit,
in der das Polymere nicht oder
nur sehr langsam quillt (z.B. Propylenglykol); nach der Zugabe des Verdickungsinittels
wird die Komposition gerührt, bis die Viskosität ausreichend geworden ist, um die
Teilohen-förmigen Bestandteile in Suspension zu halten.
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Eine weitere Methode zur Herstellung der explosiven Komposition besteht
darin, daß man Ammoniuranitrat in einen mit Wasser mischbaren organischen Brennstoff
löst, der vorzugsweise geliert oder verdickt ist, worauf man festes Ammoniumnitrat
zu der gelierten oder verdickten Mischung iind anschließend gelöschten oder ungelöschten
Kalk zugibt. Der Kalk reagiert in situ unter Bildung von Ca(N03)2, Wasser und Ammoniak,
wobei eine Aufschlammung entsteht, die die oben genannten Bestandteile enthält.
Weitere Bestandteile können zugegeben werden, z.B. Metall-Teilchen, Dichte-Kontrollmittel
etc.
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Die Kompositionen der vorliegenden Erfindung sind einzigartig, da
sie gegenüber einer Detonation bei niedrigen Temperaturen empfindlicher sind, eine
bessere Fluidität bei niedrigen Temperaturen aufrechterhalten und bei höheren Dichten
bei niedrigeren Temperaturen zur Detonation gebracht werden können, als ähnliche
Sprengstoffe, welche Ammoniumnitrat als hauptsächliches anorganisches oxydierendes
Salz oder Calciumnitrat in geringeren Mengen enthalten.
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In den folgenden Beispielen ist die Erfindung näher erläutert.
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In den Beispielen wird ein dünnwandiger Polyäthylen-Behälter mit
ca. 4,8 cm Durchmesser und einer Volumenkapazität von etwa 167 cm3 mit einer Testkomposition
gefüllt, die eine bekannte Dichte und Temperatur aufweist. Der gefüllte Behälter
wird auf einer zylindrischen Stahl-Treibplatte mit 10 cm Durchmesser und 4,1 cm
Dicke zentriert (sofern nicht anders angegeben). Die Treibplatte wiederum ist oben
auf einem 7,4 cm langen zylindrischen Gußblei-Block von 3,Ç; cm Durchmesser zentriert.
Der Blei-Block wird oben auf eine 3,8 cm dicke
zylindrische Stahl-Basisplatte
(15,2 cm Durchmesser) gestellt, welche sich auf dem Boden befindet. Man gibt einen
Detonator und eine hoch-explosive Verstärker-I.adung oben auf den Polyäthylen-Behälter
und bringt die Testkomposition zur Detonation.
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Die Höhenverminderung des Blei-Blocks wird dann gemessen.
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Beispiel 1 Verschiedene Kompositionen (Tabelle I) werden hergestellt,
welche unterschiedliche Mengen Formamid, Äthylenglykol oder eine Formamid/Äthylenglykol-Mischung
(Gewichtsverhältnis 50/50) als wasserlöslichen organischen Brennstoff, ferner Ammoniumnitrat,
Calciumnitrat (Düngemittel-Qualität) sowie Wasser enthalten. Jede dieser Kompositionen
wird im Standard-Bleiblock-Detonationstest (siehe oben) getestet, wobei man einen
37 g 50/50 Pentolit-Verstärker (eine gegossene Mischung von gleichen Teilen Pentaerythrit-tetranitrat
und Trinitrotoluol) und ein Nr. 6-Zündhütchen als Detonator verwendet. Die Dichte
der Kompositionen wird durch Zugabe von plstischen Mikrokugeln mit einer Dichte
von etwa 0,03 g/cm3 kontrolliert.
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Die zu untersuchenden Proben werden hergestellt, indem man Wasser,
Brennstoff, Plastikkugeln und gemahlenes NH4NO-und Ca(NO3)2 unter 6-8-stiindigem
Rühren vermischt. Die Plastikkugeln werden in einer solchen Menge zugegeben, daß
man die in jedem Test gewünschte Dichte erhält. Etwa 1,5 Gew.-Teile (pro foo Te
iile der Gesamtmischung) Carboxymethyl-hydroxyäthyl-cellulose als Geliermittel werden
mit etwa 3 Gew.-Teilen Propylenglykol vermischt und das Ganze in die Aufschlämmung
gegeben. Das Verdickungsmittel und das Propylenglykol sind charakteristische wasserlösliche
organische Brennstoffe, die erfindungsgemäß verwendet werden können.
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Die Menge dieses zusätzlichen Brennstoffs muß berücksichtigt werden,
wenn die oben angegebenen erfindungsgemäßen Bereiche bestimmt werden. Man läßt die
Kompositionen bis zu einer Gummi-artigen Konsistenz verdicken und gibt sie dann
in die Bleiblock-Behälter.
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Zunächst versucht man, jede Komposition bei einer Temperatur von
7,30C zur Detonation zu bringen. Wird der Bleiblock nicht mehr als etwa 1,26 cm
bei dieser Temperatur verformt, so wird üblicherweise die gleiche Komposition bei
15,500 untersucht. Wird jedoch der Bleiólock bei 7,3°C um mehr als etwa 1,26 cm
deformiert, so wird die gleiche Komposition bei OOC getestet; erfolgt auch hier
eine Deformation,
so wird die gleiche Komposition bei 120C getestet.
Die 1,26 cm-Deformation ist ein willkürlich gewählter Schnittpunkt, der auf früheren
Beobachtungen basiert: Wenn eine Komposition keine derartige Deformation gibt, so
ist das Ergebnis iiblicherweise auch bei niedriger Temperatur negativ. Man macht
6 Testserien unter Verwendung von 26 verschiedenen Basis-Kompositionen.
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Die Serien unterscheiden sich voneinander 1) dadurch, daß bei Serie
1,2 und 3 Formamid als Brennstoff verwendet wird, während bei Serie 4, 5 und 6 Äthylenglykol
zum Einsatz kam. Der zweite Unterschied ist, daß bei Serie 2, 3, 5 und 5 im Gegensatz
zu Serie 1 und 4 eine zusätzliche Menge Wasser neben dem Hydratwasser des Calciumnitrats
zu der Komposition gegeben wurde (Serie 2 und 5: 5 ß zusätzliches Wasser, Serie
3 und 6: 10 , zusätzliches Wasser).
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Tabelle I zeigt die in den Båsis-Kompositionen Nr. 1-12 enthaltenen
Bestandteile (Gew.-%). Bei jeder Serie wurde Calciumnitrat in Form von "Metallkönige"
(CNF, Düngemittel-Qualität) verwendet. Eine chemische Analyse des CNF ergibt 4,5
% Ammoniumnitrat, 14,4 % Wasser, 80,5 % Calciumnitrat, wobei der Rest inert ist.
Die Zahlen in Tabelle I zeigen die wirkliche Menge Ammoniumnitrat und Calciumnitrat.
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Die Tabelle Il-VIl -zeigen die Resultate der Bleiblock-Weste bei
den Serien 1-6. H bedeutet die Deformation (cm des Bleiblocks bei jedem Schuß).
X bedeutet die Bleiblock-Deformation geteilt durch die Dichte der untersuchten Komposition.
Dieser Faktor erlaubt einen Vergleich der Werte, wenn die zu vergleichenden Kompositionen
keine gleiche Dichte haben, denn bei sich voll ausbreitendem Sprengstoff ist die
Deformation bei gleichen Volumen Sprengstoff proportional der Dichte des Sprengstoff
s .
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T a b e l l e I Wasserlöslicher Komposition organischer Nr. Brennstoff
NH4NO3 CNF % H2O 1 27 31.2 35.2 6.60 2 27 21.7 43.2 8.10 3 27 12.2 51.2 9.60 4 27
3.65 58.4 10.95 5 19 30.65 42.4 7.95 6 19 21.15 50.4 9.45 7 19 11.65 58.4 10.95
8 19 4.05 64.8 12.15 9 10 33.0 48.0 9.00 10 10 23.5 56.0 10.50 11 10 14.0 64.0 12.00
12 10 4.5 72.0 13.50
T a b e lle II Serie Nr. 1, Formamid-Brennstoff
| Basis- |
| Komposition -12°C 0°C 7.3°C 15.5°C |
| Nr. #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X |
| 1 0 1.22 0 2.0 1.22 1.64 |
| 2 1.55 1.18 1.3 2.16 1.20 1.8 2.74 1.19 2.3 |
| 3 1.85 1.25 1.47 2.16 1.21 1.78 2.42 1.25 1.93 |
| 4 0 1.22 0 1.83 1.25 1.46 2.18 1.23 1.78 |
| 5 1.32 1.24 1.07 2.11 1.27 1.65 2.39 1.23 1.94 |
| 6 1.02 1.27 .81 1.22 1.27 .96 1.96 1.27 1.54 |
| 7 .89 1.29 .69 1.85 1.27 1.46 |
| 8 .79 1.24 .64 1.22 1.24 .98 |
| 9 0 1.23 0 1.47 1.24 1.19 |
| 10 0 1.24 0 0 1.26 0 |
| 11 1.09 1.26 .87 1.37 1.23 1.11 |
| 12 0 1.46 0 0 1.47 0 |
T a b e l l e III Serie Nr. 2, Formamid, 5 Gew.-% zusätzliches
Wasser
| Basis- |
| Komposition -12°C 0°C 7.3°C 15.5°C |
| Nr. #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X |
| 1 .08 1.17 .06 2.34 1.17 2.01 |
| 2 0 1.24 0 2.29 1.24 1.85 2.46 1.23 2.01 |
| 3 1.37 1.18 1.17 2.24 1.18 1.90 2.16 1.17 1.85 |
| 4 0 1.20 0 .79 1.19 .66 1.90 1.19 1.60 |
| 5 0 1.22 0 2.21 1.22 1.80 2.18 1.22 1.80 |
| 6 1.3 1.26 1.01 1.91 1.27 1.55 2.08 1.28 1.63 |
| 7 .51 1.30 .38 |
| 8 .58 1.25 .46 .84 1.26 .66 |
| 9 0 1.25 0 1.07 1.23 .86 |
| 10 0 1.29 0 |
| 11 0 1.27 0 0 1.28 0 |
| 12 0 1.32 0 |
T a b e l l e IV Serie Nr. 3 Formamid, 10 Gew.-% zusätzliches
Wasser
| Basis- |
| Komposition -12°C 0°C 7.3°C 15.5°C |
| Nr. #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X |
| 1 0 1.17 0 .89 1.18 .75 |
| 2 0 1.19 0 .83 1.20 .69 .83 1.20 .69 |
| 3 0 1.22 0 .21 1.24 .17 .79 1.24 .64 |
| 4 0 1.23 0 |
| 5 0 1.22 0 2.34 1.24 1.88 2.46 1.24 1.98 |
| 6 .51 1.22 .41 1.85 1.24 1.50 2.08 1.23 1.70 |
| 7 .20 1.27 .15 .33 1.27 .25 |
| 8 0 1.28 0 0 1.28 0 |
| 9 0 1.21 0 0 1.21 0 |
| 10 0 1.27 0 0 1.27 0 |
| 11 0 1.23 0 0 1.23 0 |
| 12 0 1.29 0 |
T a b e l l e V Serie Nr. 4, Äthylenglykol-Brennstoff
| Basis- |
| Komposition -12°C 0°C 7.3°C 15.5°C |
| Nr. #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X |
| 1 0 1.15 0 0 1.17 0 |
| 2 .10 1.15 .09 1.78 1.17 1.52 |
| 3 1.04 1.14 .91 2.01 1.13 1.78 2.23 1.13 1.98 |
| 4 Not Run |
| 5 0 1.18 0 2.29 1.18 1.93 2.23 1.17 1.91 |
| 6 1.63 1.19 1.37 2.21 1.19 1.85 2.72 1.17 2.31 |
| 7 0 1.23 0 1.91 1.25 1.52 2.21 1.24 1.78 |
| 8 Not Run |
| 9 Not Run |
| 10 Not Run |
| 11 Not Run |
| 12 .0 1.29 0 |
T a b e l l e VI Serie Nr. 5, Äthylenglykol- 5 % zusätzliches
Wasser
| Basis- |
| Komposition -12°C 0°C 7.3°C 15.5°C |
| Nr. #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X |
| 1 0 1.16 0 |
| 2 0 1.24 0 |
| 3 .56 1.19 .48 1.60 1.18 1.35 2.49 1.18 2.11 |
| 4 1.80 1.22 1.47 |
| 5 2.34 1.17 2.01 2.57 1.17 2.18 |
| 6 0 1.19 0 2.39 1.31 1.83 2.49 1.30 1.91 |
| 7 1.27 1.22 1.04 2.16 1.18 1.83 |
| 8 0 1.26 0 2.11 1.25 1.68 |
| 9 0 1.49 0 0 1.50 0 |
| 10 0 1.48 0 0 1.50 0 |
| 11 0 1.29 0 0 1.28 0 |
| 12 0 1.29 0 |
T a b e l l e VII Serie Nr. 6, Äthylenglykol- 10 % zusätzliches
Wasser
| Basis- |
| Komposition -12°C 0°C 7.3°C 15.5°C |
| Nr. #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X #H Dichte X |
| 1 0 1.18 0 |
| 2 0 1.18 0 |
| 3 0 1.27 0 |
| 4 0 1.26 0 |
| 5 0 1.26 0 2.57 1.26 2.03 2.39 1.26 1.89 |
| 6 .81 1.25 .66 2.16 1.28 1.69 |
| 7 .20 1.21 .15 2.13 1.19 1.78 |
| 8 1.91 1.22 1.57 |
| 9 1.70 1.22 1.40 |
| 10 0 1.32 0 |
| 11 0 1.26 0 .33 1.26 .25 |
| 12 0 1.29 0 |
Wie durch diese Testserien gezeigt wird, zeigen viele der Kompositionen'
eine ausgezeichnete Empfindlichkeit und Energie, was durch die Deformation des Bleiblocks
sogar bei so niedriverl Temperaturen von -120G ersichtlich wird. Dies ist umso bedetl-tender,
wenn die Kompositionen keine zus gleichen Sensibilisatoren und/ oder Brennstoffe
enthal-ten, z.B. Metall-Teilchen, selbst-explodierende Stoffe etc. Die Leistung
der Kompositionen kann durch die Zugabe derartiger Hilfsmaterialien verbessert werden,
wie es in einigen der folgenden Beispiele gezeigt wird. Jedoch demonstrieren diese
Teste die einzigarti«;e Verbesserung, die durch die neue Komposition geboten wird,
weil in vielen Fällen derartige kostspielige und/oder gefährliche Additive unnötig
sind.
-
Beispiel 2 In diesem Beispiel werden gewisse Kompositionen in einem
Standard-Unterwasser- und einem anderen Bleiblock-Test als dem vorher beschriebenen
untersucht, und zwar bei normalen und niedrigen Temperaturen. Bei dem Unterwasser-Test
wird die zu untersuchende Komposition zusammen mit einer 0,15 kg Verstärker-Ladung
hoher Dichte in einen 2 Gallon-Eimer gegeben. Der Eimer wird mit einem Deckel verschlossen,
durch welchen die Zündschnur geführt ist. Die Wasserdichtigkeit wird durch eine
Dichtungsring-Vorrichtung an der Öffnung gewährleistet, wo die Zündschnur durch
den Deckel läuft. Beim-est wird die Zündschnur mit einer Initiator- und Abfeuer-Leitung
verbunden; den Eimer taucht man in eine Wassermasse bei etwa halber Tiefe eines
Sees ein (der Eimer wird etwa 13,5 m unterhalb der Wasseroberfläche placiert). Die
Komposition wird zur Explosion gebracht und das erhaltene Druck-Profil der Explosion
wird durch ein piezoelektrisches Meßgerät, das im Wasser in der gleichen Höhe in
einem bekannten horizontalen Abstand vom Sprengstoff eingetaucht ist, in elektrische
Impulse umgewandelt.
-
Die elektrischen Impulse werden aufgezeichnet und in den entsprechenden
Druck umgewandelt; hieraus errechnet man den Spitzendruck, die Stoßenergie, die
Blasenenergle und die Gesamtenergle des Sprengstoffs nach den Methoden, welche in
"Underwater
Explosives", R.g. Cole, Princeton University Press (1948) beschrieben sind. In diesem
Beispiel und in Tabelle VIII wird der Spitzendruck als "PK" bezeichnet, die Stoßenergie
als "ESN", die' Blasenenergie als llyl und die Gesamtenergie als "ET".
-
Die Resultate der Untersuchung von 8 Kompositionen im Unterwasser-Test
und das Verfahren sind in der Tabelle VIII zusammengestellt. Die bei Versuch Nr.
4-8 verwendeten Kompositionen fallen unter die vorliegende Erfindung. Versuch Nr.
1 und 2 zeigen die Ergebnisse, die man bei Verwendung von Ammoniumnitrat als einzigem
oxydierenden Salz erhält. Die Komposition in Versuch Nr. 3 ist ähnlich der im Handel
erhältlichen nicht-metallisierten aufgeschlämmten Sprengstoff-Formulierung. Wie
durch diese Tests gezeigt wird, zeigen gewisse erfindungsgemäße Kompositionen eine
höhere Energie gegenüber den anderen getesteten Kompositionen; alle zeigten überlegene
Spritzendrucke.
-
Um die einzigartige niedrige Temperatur-Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen
Kompositionen zu demonstrieren, wurden diese in Versuch Nr. 3 und 8 in einem Standard-Bleiblock-Deformationstest
wie oben beschrieben untersucht. Die Komposition von Versuch Nr. 8 detonierte bei
-12 0C und einer Dichte von 1,25 g/cm) mit einer Deformation von 1,85 cm, während
die Komposition gemäß Versuch Nr. 3 im Bleiblock-Test sogar bei einer niedrigeren
Dichte von 0,93 g/cm3 bei 23°C nicht detonierte.
-
Die niedrige Dichte und höhere Temperatur begünstigen die Detonation
von Sprengstoffen.
-
Diese Daten zeigen die überlegene Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen
Komposition bei Verwendung bei niedrigen Temperaturen.
-
T a b e l l e VIII Bestandteile (Gew.-Teile) Versuch Wt.
-
Nr. CNF AN1 SN2 NH3 H2O F3 EG4 PG5 Zucker Gummi Lbs ESN Y ET PK 1
67.8 8.14 11.6 10.5 1.96 22.1 .015 .000 .015 1367 2 73.9 13 11.4 1.7 23.09 .010
.011 .021 1380 3 69 8 7 10 1 4 1 ~19 .265 .338 .603 2018 4 60.13 17.12 4.75 18 22.1
.284 .285 .574 2408.8 5 63 18 19 21.4 .317 .303 .620 2406.7 6 57.3 16.3 9.1 16.3
20.7 .350 .340 .690 2575.5 7 57.3 16.3 9.1 16.3 21.5 .319 .293 .612 2417.4 8 64
9 27 21.2 .328 .316 .644 2651.5 1AN - Ammoniumnitrat 2SN - Natriumnitrat 3F - Formamid
4EG - Äthylenglykol 5PG - Propylenglykol
Beispiel 3 Um die überlegene
niedere Temperatur-Empfindlichkeit der erfindungsgemä en Kompositionen zu zeigen,
werden verschiedene Kompositionen hergestellt, die CNF, Formamid, Wasser und Ammoniumnitrat
enthalten. Fünf Kompositionen werden aus den in der folgenden Tabelle IX angegebenen
Bestandteilén (Gew.-Teile) hergestellt. Man testet die Kompositionen in dem oben
beschriebenen Standard-Bleiblock-Test bei 7,3°C, wobei die Zündkapsel aus einem
37 g 50/50 Pentolit-Verstärker besteht.
-
Die Ergebnisse des Tests sind ebenfalls in der Tabelle IX angegeben.
Jede Komposition unterscheidet sich von der Komposition des Tests Nr. 1 dadurch,
da eine Menge Calciumnitrat durch das analoge Gewicht Ammoniumnitrat ersetzt ist.
Ferner verwendet man 5 Gew.-% mehr Wasser als im CNF vorhanden ist.
-
Die Einzigartigkeit der Kompositionen, welche größere Mengen Calciumnitrat
enthalten, bei niedrigeren Temperaturen wird durch die Tatsache ersichtlich, daß
in den Versuchen 3-5 (mindestens 55 oder mehr Gew.-Teile Ammoniuinnitrat) keine
nachweisbare Bleiblock-Deformierung erhalten wird, obwohl die Sauerstoffbilanz bei
hohen Ammoniumnitrat-Spiegeln günstiger erscheint.
-
T a b e l l e IX Versuch Spezifisches Gewicht emp.
-
Nr. Gewicht GNS C. #H Form CAN AN H,O 1 1.17 191 7,2 2.44 17 58 25
5 2 1.15 184 7,2 2.62 17 43 40 5 3 1.16 188 7,2 0 17 28 55 5 4 1.15 186 7,2 0 17
13 70 5 5 1.16 188 7,2 0 17 0 83 5
B e i s p i e 1 4 Verschiedene
explosive Eigenschaften der folgenden Kompositionen werden verglichen.
-
Komposition Er.
-
Bestandteile (Gew.-Teile) 1 2 3 ~ 4 CNF 57-NH4NO3 15 62,75 70,5 46,75
NaNO3 8 8,0 8 H20 12 7,5 15 Formamid 28 4 15 4 Äthylenglykol 3 1 2 Al (Teilchen)
5,25 9 23 Verdickungsmittel 1 1 1 Weitere - 0,25 0,25 Komposftion Nr. 1 fällt unter
die vorliegende Erfindung, während die Kompositionen 2-4 aus handelsüblichen Sprengstoff-Formulierungen
bestehen.
-
Die Untersuchungen bestanden aus (1) einem Plattenbeulungstest zur
Bestimmung der durchschnittlichen Detonationsgeschwindigkeit eines eingesperrten
Sprengstoffs und des Beulungsdrucks; (2) ein@@ Detonationsgeschwindigkeits-Test
mit einem nichteingesperrten Sprengstoff und (3) ein@@ Kegeltest zur Bestimmung
der minimalen kritischen Durchmesser.
-
Beim Plattenbeulungstest wird die durchschnittliche Detonationsgeschwindigkeit
eines eingesperrten Sprengstoffs bestimmt. Sowohl die DetonationsSeschwindigkei-t
als auch die Plattenausbeulung haben eine Beziehung zum Spitzendruck oder zur Brisanz
des Sprengstoffs. Im vorliegenden Beispiel wirdein extra schweres, offen-endiges
Stahlrohr (51 cm lang 5,1 1 cm Innendurchmesser) mit der zu untersuchenden Sprengstoff
-Komposition
gefüllt. Das Rohr enthält zwei Öffnungen in der Wandung in einem-bestimmten Abstand.
1jan fihrt Vont. aktoren durch diese Öffnungen ein und verwendet sie zur Bestimmung
der Detonationsgeschwindigkeit. Ein Ende des Rohrs wird auf einer zylindrischen
Stahlplatte (7,6 ctl Durchmesser, 10 cm Dicke) zentriert. Eine 37 g Hochdruck-Sprengkapsel
wird am entgegengesetzten Ende des Rohrs in Kontakt mit der Sprengstoffmischung
zentriert. Die Sprengkapsel wird mit Hilfe eines elektrischen Zündhütchens zur Detonation
gebracht. Die Detonationsgeschwindigkeit wird nach der Detonation durch geeignete
Zeitmeßgeräte bestimmt, die dem Fachmann bekannt sind; hierbei mißt man die Zeit,
innerhalb der die Detonationswelle vom ersten zum zweiten Kontaktor fortschreitet.
Der Plattenbeul-Druck wird durch übliche Berechnung bestimmt, und zwar auf Basis
der durch den Sprengstoff in der Stahl-Basisplatte bewirkten Beule.
-
Beim zweiten Test wird die Detonationsgeschwindigkeit eines nicht-eingesperrten
Sprengstoffs bestimmt. Hierzu gibt man den zu untersuchenden Sprengstoff in ein
41 cm langes Papprohr, dessen Durchmesser über die gesamte Länge konstant ist. Der
Durchmesser ist beliebig, muß aber größer als der kritische Durchmesser des zu untersuchenden
Sprengstoffs sein. Die Geschwindigkeit wird unter Verwendung von Kontaktoren in
derselben Weise wie oben beim Plattenbeultest gemessen. Ein 37 g Hochdruck-Verstärker
wird am einen Ende des Rohrs in Kontakt mit dem Sprengstoff gebracht und der Verstärker
mit einem elektrischen Zündhütchen zur Detonation gebracht Der dritte Test ist ein
Kegeltest zur Bestimmung der minimalen Durchmessersäule des Sprengstoffs, welche
der Ausbreitung widersteht. Hierbei werden hohle spitzzulaufende Röhren aus Pappe
gemacht (61 cm lang), welche mit dem zu untersuchenden Sprengstoff gefüllt werden.
Man untersucht die Sprengstoffe zuerst in einem Rohr, das gleichmäßig von 10 auf
7,6 cm Durchmesser tugespitzt ist. brenn die gesamte Sprengstoffsäule sich ausgebreitet
hat, gibt man
die gleiche Komposition in eine Röbre, die gleichmäßig
von 7,5 auf 5,1 cm Durchmesser zugespitzt ist. Der Sprengstoff wird inmer vom breiteren
Ende der Röhre her zur Detonation gebracht. Nach der Detonation wird der Durchmesser
aller übrig gebliebenen Röhren gemessen, und zwar an der Stelle, wo der Sprengstoff
sich nicht mehr auszubreiten scheint.
-
Die Resultate dieser Untersuchungen sind in der folgenden Tabelle
X zusammengestellt.
-
Wie durch die Daten gezeigt wird, zeigen die metallisierten Kompositionen
der vorliegenden Erfindung eine überlegene Leistung gegenüber anderen metallisierten
und nicht-metallisierten Sprengstoff-Kompositionen, wenn man sie bei normalen und
niederen Temperaturen testet.
-
T a b e 1 l'e X Komposition Nr.
-
1 2 3 4 Plattenbeultest Dichte des Sprengstoffs (g/cm ) 1,25 1,23
1,20 1,27 Detonationsgeschwindigkeit (m/sek.) 5,150 4,790 keine 4,220 Spitzendruck
(kbar)+ 29 33 -- 26 Temperatur (°C) 24 24 24 24 +kbar = 1 Kilo-Bar = 1000 Bar.
-
T a b e 1 1 e X (Fortsetzung) Komposition Nr.
-
1 2 3 4 Detonationsgeschwindigkeit-Test (nicht-eingesperrt) Röhrendurchmesser
(cm) 10 10 10 10 Temperatur (°C) 24 24 24 24 Dichte des Sprengstoffs (g/cm)) 1,25
1,25 1,20 1,27 Detonationsgeschwindigkeit (m/sek.) 5,750 3,048 keine keine Kegeltest
Temperatur (°C) 24 24 nicht nicht Dichte des Sprengstoffs (g/cm ) 1,20 1,21 untersucht
untersucht minimaler Durchmesser (cm) 3,8 8,9 Wie diese Untersuchungen zeigen, besitzen
die erfindungsgemäßen Kompositionen eine überlegene Detonationsgeschwindigkeit und
bessere Empfindlichkeit (besserer minimaler Durchmesser) als die anderen zwei metallisierten
Kompositionen, welche größere Mengen Metall enthalten.
-
In den Beispielen 5-7 werden Daten gegeben, um die Plastizitätseigenschaften
der erfindungsgemäßen Kompositionen zu zeigen.
-
Beispiel 5 Die Fluidität einer Komposition wird bestimmt, indem man
die Menge eines Gemischs beobachtet, welches nicht-gelöste Feststoffe enthält, wenn
das System ein Gleichgewicht erreicht hat. Dieser Parameter wurde gewählt, da die
Fluidität (und die Pumpbarkeit) von aufgeschlämmten Sprengstoffen abnimmt,
sobald
das durch die Fest stoffe eingenommene Volumen sich dem Volumen der Gesamt-Komposition
nähert.
-
Die Bestandteile werden in einen klaren zylindrischen Plastikbehälter
eingewogen. Dann rührt man die Mischung mehrere Stunden bei Raumtemperatur (24°C)
und läßt über Nacht absitzen.
-
Die Höhe der Feststoff-Schicht (HS) und die Höhe der Gesamtmischung
(HO) im Behälter werden gemessen und das Verhältnis wie folgt berechnet: HS RH =
100 HO Auf diese Weise erhält man Daten für Mischungen von NHpNO3 und CNF (Düngemittelqualität)
in Äthylenglykol, Formamid und Formamid/Äthylenglykol-Mischungen (50/50 Gew.-Verhältnis)
mit Brennstoffen, jeweils mit 0, 5 und 10 Gew.-,60 zusätzlichem Wasser. Auch Methanol
wird als Brennstoff mit 10 % Wassergehalt untersucht. Bei den Methanol-Tests rührt
man die Proben mit Hand zwei oder dreinal täglich mehrere Tage lang und läßt sie
dann absetzen. Man arbeitet in diesem Fall nicht mit mechanischen Rührern wegen
der möglichen Verdampfungsverluste. Das Methanol-System.wird sowohl bei Raumtemperatur
(24°C) als auch bei -14°C beobachtet.
-
Die RH-Werte für verschiedene Kompositionen sind in den folgenden
Tabellen XI und XII zusammengestellt. In Tabelle XII sind jeweils die Gew.- 0NF
und NH4NO3 angegeben, wobei der Rest aus Methanol besteht. Die Löslichkeit der Kompositionen
mit Äthylenglykol und 10 % Wasser ist in Fig. 1 gezeigt. In diesem Diagramm bedeuten
die festen und unterbrochenen Linien konstante RH-Werte von etwa 25 bzw. 50 bei
verschiedenen untersuchten Kompositionen. Die Punkte bedeuten die untersuchte Komposition
und die Ziffern über den Punkten bedeuten den Wert (für diese Komposition). Diese
Linien von angenähert konstanten RH-Werten wurden durch visuelle Interpolation erhalten.
-
Sie zeigen, daß man bessere Flüssigkeitseigenschaften bei höheren
Ca(NO3)2-Mengen und einem sogar geringeren Flüssigkeitsgehalt erhält als bei höheren
NH4NO3-Mengen. Zeichnet man die mit anderen Brennstoff-Systemen erhaltenen Daten
in gleicher Weise auf, so erhält man ähnliche Fluiditäts-Charakteristiken.
-
T a b e l l e XI RH-Werte = 100 x (HS/HO) Bestandteile Formamid+ Äthylenglykol+
50/50 Formamid/ % 0% Äthylenglykol+ Komposition Nr. NH4NO3 CNF H2O 5% 10% 0% 5%
10% 0% 5% 10% 1 50 15 34 17 0 60 41 33 54 36 9 2 40 25 26 9 0 64 35 24 45 25 4 3
30 35 10 0 0 71 38 8 28 11 0 4 20 45 0 0 0 68 39 13 17 0 0 5 10 55 0 0 0 75 49 33
23 0 0 6 0 65 0 0 0 100 78 42 42 0 0 7 49 24 48 42 10 85 57 33 63 42 77 8 39 34
34 18 1 93 57 21 51 29 10 9 29 44 20 0 0 100 53 15 46 5 0 (9) 18 0 0 100 49 14 49
5 0 10 19 54 0 0 0 100 53 26 42 0 0 (10) 0 0 0 100 58 20 49 0 0 11 9 64 0 0 0 100
62 35 41 0 0 12 0 73 0 0 0 100 70 45 15 12 0 13 58 23 73 50 32 100 66 48 90 61 43
14 48 33 53 35 22 100 74 35 75 45 24
T a b e l l e XI (Fortsetzung)
RH-Werte = 100 x (HS/HO) Bestandteile Formamid+ Äthylenglykol+ 50/50 Formamid/ %
0% Äthylenglykol+ Komposition NH4NO3 CNF H2O 5% 10% 0% 5% 10% 0% 5% 10% Nr.
-
15 38 43 25 17 4 100 61 22 79 25 11 16 28 53 2.5 0 0 100 63 11 77
22 0 17 18 63 11 0 0 100 71 27 68 40 0 18 8 73 42 3 0 100 65 34 100 22 0 (18) 35
75 0 100 75 39 100 30 0 19 0 81 42 38 0 100 85 44 100 46 9 20 60 30 85 58 44 100
100 56 100 75 50 21 50 40 76 34 22 100 56 38 100 57 32 22 40 50 77 25 7 100 67 27
100 44 11 23 30 60 52 2.5 0 100 38 28 100 45 7 (23) 60 5.1 0 100 72 36 100 50 0
24 20 70 85 23 2 100 55 31 100 59 24 25 10 80 100 45 24 100 67 39 100 68 36 26 0
90 100 86 55 100 100 63 100 100 55 Bemerkung: Systeme in Klammern sind Duplikat-Teste.
-
+Der Brennstoff ist der Rest, bezogen auf 100 Gew.-% NH4NO3, CNF und
Brennstoff; Wasser ist zusätzlich zu den 3 Basis-Komponenten der Komposition vorhanden.
-
T a b e 1 1 e XII Komposition Gew.-% Gew.-% RH-Werte bei Nr. NH4NO3
CNF Raumtemperatur 1 45 26 29 2 38 33 18 3 30 41 6 4 22 48 0 5 15 56 0 6 8 63 0
7 9 71 2 8 53 25 43 9 46 32 31 10 38 40 19 11 31 47 6 12 23 55 2 13 16 62 0 14 8
70 4 15 1 77 13 16 60 25 56 17 53 32 42 18 45 40 28 19 38 47 15 20 30 55 4 21 23
62 3 22 15 70 9 23 8 77 21 24 0 85 34 25- 67 25 67 26 60 32 57 27 52 40 41
T
a b e 1 1 e XII (Fortsetzung) Komposition Gew.-% Gew.-% RH-Werte bei Nr. NH4NO3
CNF Raumtemperatur 28 45 47 25 29 37 55 9 30 30 62 2 31 22 70 9 32 15 77 50 33 7
85 50 34 0 92 63 B e i s p i e l 6 In diesem Beispiel werden Löslichkeitsdaten eines
NH4NO-, CNF-und Formamid-Systems in gleicher Weise wie im vorherigen Beispiel erhalten.
Die Daten sind in Fig. 2 und 3 zusammengestellt. Man läßt die Mischungen bei 24°C
ins Gleichgewicht kommen und stellt die Anwesenheit von Feststoffen fest. Dann werden
die Mischungen abgekühlt, zuerst auf 0°C und dann auf -12°C, worauf die Anwesenheit
der Feststoffe bei jeder Temperatur notiert wird. 24 Stunden ist die Minimalzeft
für die Gleichgewichtseinstellung.
-
In Fig. 2 bedeuten die Punkte die Gew,- der drei Bestandteile jeder
Testkombination; in allen Figuren bedeuten die festen Kurven etwa konstante RH-Werte
von ca. 25 . Fig. 2 zeigt die Änderung der Löslichkeit bei dem System, welches kein
Wasser enthält, außer dem urspriinglich im CNF enthaltenen. Fig. 3 zeigt ähnliche
Daten für das System, welches 10 ß zusätzliches Wasser enthält, Fig. 4 setzt sich
zusammen aus den -1200-Daten der Kurven für 0, 5 und 1O- zusätzliches Wasser.
-
Es ist bedeutsam, daß die hauptsächliche Veränderung der Komposition
von der Fest-Flüssig-iiinie mit der Temperatur bei hohem Gehalt an Formamid und
NH4NO3 erfolgt. Am Minimum der Kurve bei etwa 20 % NH4NO3-20 % Formamid-CNF ist
nur eine relativ geringe Änderung der Gleichgewichtskomposition mit der Temperatur.
-
Beispiel 7 11 verschiedene Basis-Kompositionen plus 10 Gew.-^;Ó zusätzliches
Wasser werden jeweils mit 3 Brennstoffen (Formamid, Äthylenglykol und Methanol)
formuliert und in 1,9 Liter (aufgestapelte 0,94 Liter zylindrische Pappbehälter
mit 7,6 cm Durchmesser) gegeben sowie auf -7°C gekühlt. Diese Proben untersucht
man hinsichtlich der Fluidität, indem man die relative Leichtigkeit beobachtet,
mit der man einen Finger mit normalem Handdruck in die Mischung einführen kann.
-
Die Plastizität wird als H bezeichnet, wenn die Mischung so hart
ist, daß sie mit dem Fingerdruck nicht wesentlich deformiert werden konnte. Sie
wird als P bezeichnet, wenn sie plastisch deformierbar ist, ähnlich einem sehr schweren
Fett oder weichem Wachs. Die Bezeichnung S gibt an, daß die Mischung sehr weich
ist und wenig oder keine Kraft zur Deformierung erfordert.
-
Fig. 5-7 zeigen die Plastizitätsdaten, die man auf diese Weise für
verschiedene Kompositionen bei 700 erhalten hat.
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Der die Plastizität bezeichnende Buchstabe ist im Diagramm an dem
Punkt angegeben, der dem Verhältnis Brennstoff/NH4NO3/ CNF der Komposition entspricht.
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Aus diesen Datenpunkten sind die Regionen der weichen und plastischen
Mischungen skizziert und schattiert, um diewenigen Kompositionen mit einzigartigen
Fluiditätseigenschaften bei niedriger Temperatur anzuzeigen.
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Es ist bemerkenswert, daß die Regionen der weichen und plastischen
Formulierungen gemäß Fig. 5-7 eng den Regionen der niedrigen Temperatur-Löslichkeit
gemäß Fig. 2-4 entsprechen.