DE2329558B2 - Giessfaehige gasgeneratortreibstoffe - Google Patents
Giessfaehige gasgeneratortreibstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft gießfähige Gasgeneratortreibstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 wie sie
z. B. aus der OS 20 63 586 bekannt ist.
Feststoffgasgeneratoren werden in ständig wachsendem Umfang für verschiedene Anwendungszwecke,
z. B. als Anlaßvorrichtung für Düsentriebwerke, als Preßgaserzeuger für Flüssigkeitsraketen, als Gaserzeuger
für Rudermaschinen oder Unterwasserantriebe sowie als Gaslieferanten für Rettungsrutschen in
Flugzeugen und als Insassenschutz in Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Für die meisten Anwendungszwecke sollen die von Gasgeneratortreibstoffen entwickelten Gase nicht korrosiv,
nicht toxisch und möglichst kalt sein sowie möglichst wenig Wasserdampf enthalten. Außerdem
dürfen je nach Verwendungszweck bezüglich der Größe und Menge von im erzeugten Gas enthaltenen
Feststoffteilchen bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Als Gasgeneratortreibstoffe wurden
früher in der Regel Gemische verwendet, die als Oxydationsmittel bis zu etwa 80% Ammoniumnitrat
und als Brennstoff und Binder Reaktionspolymere, z. B. Polyester sowie gegebenenfalls Plastifizierungsmittel,
Katalysatoren und Verarbeitungshilfsmittel enthielten. Diese bekannten Gasgeneratortreibstoffe konnten
aufgrund verschiedener Eigenschaften des in ihnen als Hauptbestandteil enthaltenen Ammoniumnitrats, das
stark hygroskopisch ist und im Einsatztemperaturbereich von —40 bis +500C zwei jeweils mit einem
Dichtesprung verbundene Kristallmodifikationsumwandlungspunkte aufweist, nicht befriedigen. Hinzu
kommt, daß bei den von diesen bekannten Gasgeneratortreibstoffen entwickelten Verbrennungsgasen der
Wasserdampfgehalt ungünstigerweise ziemlich hoch ist. Außerdem lassen sich Gasgeneratortreibstoffe mit
hohem Füllstoffanteil auf Ammoniumnitratbasis wegen ihrer hohen Viskosität nur durch aufwendige Preßverfahren
zu Treibsatzformkörpern verarbeiten. Schließlich sind ammoniumnitrathaltige Gasgeneratortreibstoffe
noch insofern nachteilig, als bei ihnen erhebliche Anzündprobleme bestehen.
Es wurden deshalb Gasgeneratortreibstoffe entwikkelt,
die anstelle des Ammoniumnitrats Nitroguanidin oder Guanidinnitrat enthalten (deutsche Offenlegungsschrift
20 04 620).
Gasgeneratcrtreibstoffe auf Nitroguanidin- oder
ίο Guanidinnitratbasis werden meist mit geringen Anteilen
an Hilfsmitteln zu Treibsätzen verpreßt. Nachteilig bei diesen Gasgeneratortreibstoffen ist, daß daraus hergestellte
Treibsatzpreßkörper schlechte mechanische Eigenschaften aufweisen und insbesondere zu spröde
is sind sowie daß bei größeren Treibsätzen die Homogenität
zu wünschen übrig läßt.
Auch doppelbasige bzw. zusammengesetzte-doppelbasige Treibstoffe (britische Patentschrift 12 77 192)
würden sich an sich gut als Gasgeneratortreibstoffe eignen und wurden auch bereits für diesen Zweck in
Betracht gezogen (deutsche Offenlegungsschrift 20 63 586), wenn nicht ihre Flammentemperatur für die
meisten Anwendungszwecke zu hoch wäre. Man hat deshalb bereits versucht, die Flammentemperatur
derartiger Festtreibstoffe durch Zusatz von Kühlstoffen, d. h. Stoffen, die einen erheblichen Teil der bei der
Verbrennung frei werdenden Reaktionswärme durch einen gleichzeitig verlaufenden endothermen Vorgang
verbrauchen, wie Ammoniumoxalat, Oxalsäurediamid, Carbohydrazidoxalat oder in endothermer Reaktion
zerfallende Kohlenwasserstoffe, z. B. Cyclopentadien, zu senken (deutsche Patentschriften 8 82 825 und
1150 914). Es wurde jedoch festgestellt, daß die Verwendung von Kühlstoffen in Mengen, die ausreichen,
um die gewünschte Senkung der Flammentemperatur zu erzielen, zu einem ungewöhnlich hohen Anstieg
des Druckexponenten der linearen Abbrandgeschwindigkeit auf Werte von 0,8 bis
>10 führt. Bei diesen hohen Druckexponenten ist jedoch die Funktionssicherheit
während des Abbrands nicht mehr gewährleistet.
Außerdem sind mit der Einarbeitung von kristallinen Füllstoffen in die Nitrocellulose/Sprungöl-Matrix auf
Walzen erhebliche Sicherheitsrisiken verbunden.
Man hat deshalb versucht, mit hohen Flammentemperaturen verbrennende Treibstoffe als Gasgeneratortreibstoffe
einzusetzen und die Temperatur der entwickelten heißen Verbrennungsgase durch den
Gasgeneratoren nachgeschaltete Kühler zu senken. Durch diesen konstruktiven Kunstgriff wird jedoch die
Gaserzeugungseinheit meist zu groß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gießfähige Gasgeneratortreibstoffe zu schaffen, die die
vorstehend aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik überwinden und insbesondere auch ohne
Kühlstoffzusatz mit Flammentemperaturen unterhalb 1500° K verbrennen.
Es wurde nun gefunden, daß sich diese Aufgabe überraschenderweise durch Gasgeneratortreibstoffe
lösen läßt, die als Füllstoff statt der beispielsweise bei Feststoffraketentreibstoffen dieses Typs üblichen Metalle
bestimmte verbrennbare stickstoffhaltige Verbindungen mit Zersetzungstemperaturen unter 2000° K
enthalten.
Gegenstand der Erfindung sind somit gießfähige
h5 Gasgeneratortreibstoffe, die dadurch gekennzeichnet
sind, daß sie außer den Salpetersäureestern und dem polymeren Binder noch verbrennbare stickstoffhaltige
Verbindungen mit Zersetzungstemperaturen unter
200O0K, insbesondere Guanidinnitrat, Mono- und
Diaminoguaniüinnitrat, Nitroguanidin, Nitraminotriazol,
Semicarbazidnitrat, Nitrodicyandiamid, Formamidcnitroguar.idin
oder Guanylharnstoffnitrat enthalten.
Neben einfacher Verarbeitbarkeit weisen die Gasgeneratortreibstoffe
der Erfindung zahlreiche weitere wünschenswerte Eigenschaften auf. So kann die Flammentemperatur durch entsprechende Wahl der
Zusammensetzung in einem Bereich von 900 bis 1500° K
eingestellt werden. Der Druckexponent liegt in einem Bereich von etwa 03 bis 0,6. Die Rauchgasanalyse ergibt
bei bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Gasgeneratortreibstoffe einen sehr geringen Wassergehalt
von weniger als 6 Volumenprozent. Die Anzündung erfolgt ohne Verzögerung in jedem
Druckbereich. Aus erfindungsgemäßen Gasgeneratortreibstoffen hergestellte Treibsätze sind nicht hygroskopisch
und weisen gummielastische Eigenschaften auf. Die Gasgeneratortreibstoffe lassen sich nach einem
Vakuumverfahren zu Treibsätzen vergießen und ermöglichen die Herstellung komplizierter Profile bzw.
Formkörper beliebiger Größe. Bezüglich Art und Menge der Füllstoffe bestehen große Variationsmöglichkeiten.
Die Gasgeneratortreibstoffe enthalten als polymere Salpetersäureester vorzugsweise Nitrocellulose
und/oder Polyvinylnitrat. Als Plastifizierungsmittel werden dabei bevorzugt sauerstoffhaltige Verbindungen,
insbesondere monomere Salpetersäureester, wie Nitroglycerin, Äthylenglykoldinitrat, Diäthylenglykoldinitrat,
Triäthylenglykoldinitrat, Pentaerythrittrinitrat, Propylenglykoldinitrat und/oder Methyltrimethylolmethantrinitrat,
verwendet
Als Füllstoffe werden verbrennbare stickstoffhaltige Verbindungen mit Flammentemperaturen unter 2000° K
verwendet, die die Brennkammertemperatur senken und die Gasausbeute erhöhen. Bevorzugte Beispiele als
Füllstoff verwendbarer stickstoffhaltiger Verbindungen sind bestimmte Nitrate von Stickstoffbasen oder
Nitrostickstoffverbindungen, insbesondere Guanidinnitrat, Nitroguanidin, Mono- und Diaminoguanidinnitrat,
Semicarbazidnitrat, Nitraminotriazol, Nitrodicyandiamid, Formamidonitroguanidin und Guanylharnstoffnitrat
oder ähnliche Verbindungen.
Zur Bildung eines brennbaren, polymeren Binders werden vorzugsweise endhydroxylierte Polyesteroligomere
verwendet, die mit Vernetzern und Diisocyanaten zu elastomeren Polyurethanen aushärtbar sind. Vorzugsweise
werden dreiwertige Vernetzer, d. h. dreiwertige Hydroxylverbindungen verwendet, die mit den
Polyesterpräpolymerisaten bei Zugabe eines Diisocyanathärters ein dreidimensionales bzw. dreidimensional
vernetztes Polymeres bilden, das dem Treibstoff seine gummielastischen Eigenschaften verleiht.
Außerdem werden den Gasgeneratortreibstoffen vorzugsweise Plastifizieru.igs- und Stabilisierungsmittel,
Abbrandmoderatoren und Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt.
Die Beispiele erläutertn die Erfindung.
60
Beisoiel 1
Guanidinnitrat
Nitrocellulose
Nitrocellulose
10 bis 50%
10 bis 40%
10 bis 40%
Nitroglycerin 10 bis 25%
Elastischer Polyurethanbinder 15 bis 30%
Ballistische Moderatoren und
Zusätze 4%
Ballistische Moderatoren und
Zusätze 4%
Nach der vorstehenden Rezeptur wird ein Gasgeneratortreibstoff hergestellt, indem man in einem Mischer
die Nitrocellulose in den sauerstoffhaltigen Plastifizierungsmitteln
und den flüssigen Binderkomponenten suspendiert lind unter Rühren vorquellen läßt. Dann
werden bei einer Temperatur von 20 bis 50°C die nicht löslichen Komponenten zugegeben und eingemischt.
Nach Zugabe des Härters wird die pastenförmige Masse dann unter Anwendung von Vakuum in Formen
vergossen.
Die Gesamtmolzahl auf diese Weise hergestellter Gasgeneratortreibstoffe beträgt 50 bis 53 Mol/kg, ihre
Flammentemperatur 900 bis 1300° K.
Beispiel 1 wird unter Verwendung folgender
Ausgangsmaterialien wiederholt:
Ausgangsmaterialien wiederholt:
Nitroguanidin 20 bis 50%
Polyvinylnitrat 10 bis 30%
Diäthylenglykolnitrat 20 bis 40%
Elastischer Polyurethanbinder 10 bis 30%
Ballistische Moderatoren und
Ballistische Moderatoren und
Zusätze 4%
Dabei erhält man Gasgeneratortreibstoffe mit einer Gesamtmolzahl von 50 bis 54 Mol/kg und Flammentemperaturen
von 900 bis 1300° K.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die gießfähigen Gasgeneratortreibstoffe mindestens
einen hochmolekularen Salpetersäureester eines mehrwertigen Alkohols und mindestens einen niedrigmolekularen
Salpetersäureester als Weichmacher, ein polymeres Bindemittel und einen Füllstoff, sowie
gegebenenfalls übliche Zusätze, wobei sie als Füllstoff(e) mindestens eine verbrennbare Stickstoffverbindung mit
einer Zersetzungstemperatur von höchstens 2000° K in einer Menge enthalten, die eine Flammentemperatur
von höchstens 1500° K ergibt.
Der Gehalt der Gasgeneratortreibstoffe an als Füllstoff dienenden verbrennbaren Stickstoffverbindungen
mit Zersetzungstemperaturen von höchstens 2000° K beträgt zweckmäßig etwa 10 bis 50, vorzugsweise
20 bis 50 und insbesondere etwa 30 bis 40%. Der Gehalt an polymeren! Salpetersäureester beträgt
zweckmäßig etwa 10 bis 40, vorzugsweise etwa 10 bis 30 und insbesondere etv/a 15 bis 25%. Der Gehalt an
monomeren, als Plastifizierungsmittel dienenden Salpetersäureestern beträgt zweckmäßig 10 bis 40,
vorzugsweise 15 bis 35 und insbesondere etwa 20 bis 30%.
Als polymere Binder enthalten die Gasgeneratortreibstoffe bzw. daraus hergestellte Treibsätze vorzugsweise
elastische Polyurethanbinder. Der Bindergehalt beträgt zweckmäßig 10 bis 30, vorzugsweise 15 bis 30
und insbesondere etwa 20 bis 25%.
Der Gehalt an üblichen Stabilisierungsmitteln, Abbrandmoderatoren und/oder Verarbeitungshilfsmitteln
beträgt zweckmäßig etwa 1 bis 6, vorzugsweise 2 bis 5 und insbesondere etwa 3,5 bis 4,5%.
Claims (3)
1. Gießfähige Gasgeneratortreibstoffe mit Flammentemperaturen unterhalb 1500° K aus monomeren
und polymeren Salpetersäureestern und einem polymeren Binder, gegebenenfalls unter Zusatz von
Weichmachern, Stabilisatoren und/oder Abbrandmoderatoren,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außer den Salpetersäureestern und dem polymeren Binder noch verbrennbare stickstoffhaltige
Verbindungen mit Zersetzungstemperaturen unter 2000° K, insbesondere Guanidinnitrat, Monour.d
Diaminoguanidinnitrat, Nitroguanidin, Nitraminotriazol, Semicarbazidnitrat, Nitrodicyandiamid,
Formamidonitroguanidin oder Guanylharnstoffnitrat enthalten.
2. Gasgeneratortreibstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als polymere
Salpetersäureester kugelförmige Nitrocellulose und/oder Polyvinylnitrat enthalten.
3. Gasgeneratortreibstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als polymere
Binder in den Plastifizierungsmitteln lösliche und mit dreiwertigen Vernetzern und Diisocyanaten zu
gummielastischen Massen aushärtbare endhydroxylierte Polyesteroligomere enthalten.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732329558 DE2329558C3 (de) | 1973-06-09 | 1973-06-09 | Gießfähige Gasgeneratortreibstoffe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732329558 DE2329558C3 (de) | 1973-06-09 | 1973-06-09 | Gießfähige Gasgeneratortreibstoffe |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2329558A1 DE2329558A1 (de) | 1975-01-23 |
| DE2329558B2 true DE2329558B2 (de) | 1978-02-02 |
| DE2329558C3 DE2329558C3 (de) | 1978-10-05 |
Family
ID=5883593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19732329558 Expired DE2329558C3 (de) | 1973-06-09 | 1973-06-09 | Gießfähige Gasgeneratortreibstoffe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2329558C3 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3744680A1 (de) * | 1986-07-04 | 1991-11-28 | Royal Ordnance Plc | Energiereiche materialien |
| DE4415255A1 (de) * | 1994-04-30 | 1995-11-02 | Fraunhofer Ges Forschung | Pyrotechnische Ladung zur Freigabe von eingeschlossenem Druckgas |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2411817A1 (fr) * | 1977-12-15 | 1979-07-13 | Poudres & Explosifs Ste Nale | Chargement unitaire fragmentable de poudre propulsive, contenant un liant au nitrate de polyvinyle |
| FR2444651A1 (fr) * | 1978-12-22 | 1980-07-18 | Poudres & Explosifs Ste Nale | Nouvelles poudres propulsives en grains a base de nitrocellulose, d'huile nitree et de nitrate de polyvinyle et leur procede de fabrication |
| DE3532525A1 (de) * | 1985-09-12 | 1987-03-19 | Fraunhofer Ges Forschung | Dreibasiges treibladungspulver und verfahren zu seiner herstellung |
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-
1973
- 1973-06-09 DE DE19732329558 patent/DE2329558C3/de not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2329558C3 (de) | 1978-10-05 |
| DE2329558A1 (de) | 1975-01-23 |
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