ITRM20000309A1 - Desensibilizzazione di materiali energetici. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione avente per titolo:
La presente invenzione si riferisce alla desensibilizzazione di materiale energetici cristallini, in particolare (HNIW) esanitroesaazaisowurtizano (anche designato come CL20), ma anche altri esplosivi alla nitrammina, come la ciclotrimetilen trinitrammina (RDX) e la ciclotetrametilen tetranitrammina (HMX) .
L'HNIW comprende una molecola ingabbiata ad alta densità riconosciuta come un conveniente materiale di carica o riempitivo per materiali propellenti ed esplosivi. Il suo impiego come potenziale succedaneo dei riempitivi esistenti, come RDX e HMX, in propellenti fusi a doppia base compositi ed originali ed altri materiali esplosivi è già stato postulato:
Le composizioni propellenti usate per il lancio di proiettili di massa relativamente elevata sono desiderabilmente altamente energetiche ed energeticamente dense, vale a dire che un piccolo volume del materiale produrrà una elevata energia cinetica potenziale per effetto di rapida gassificazione a seguito della accensione. In generale, una tale composizione propellente comprende tre materiali componenti: un riempitivo energetico, un plasticizzante ed un legante, gli ultimi due componenti principalmente forniscono le desiderabili proprietà meccaniche del risultante materiale propellente. La scelta del legante e del plasticizzante per un particolare riempitivo energetico dipenderà da numerosi fattori, come la gittata di proiezione per il proiettile, gli estremi di temperatura ai quali si prevede che opererà il prodotto finale e le interazioni chimiche e fisiche dei materiali.
Tuttavia, a parte le prestazioni funzionali del materiale propellente in qualità di prodotto finale, i produttori industriali di nuovi materiali debbono prendere in considerazione i problemi di sicurezza associati alla incorporazione ed alla fabbricazione di questi materiali riempitivi, leganti o plasticizzanti nei razzi. Perciò, mentre, da un punto di vista delle prestazioni, un materiale energetico può apparire desiderabile per l'impiego come legante, plasticizzante o riempitivo nella prevista formulazione propellente, il materiale deve essere sicuro per la incorporazione, il trattamento ed il trasporto. Se un materiale energetico carente di sicurezza-dovesse essere incorporato in un sistema propellente o esplosivo, tale materiale carente di sicurezza potrebbe innescarsi durante il procedimento di fabbricazione oppure durante il trasporto del prodotto finale. L'innesco potrebbe aver luogo per effetto di attrito incidentale o per stimolazione da impatto e potrebbe condurre alla deflagrazione o possibilmente ad una transizione da deflagrazione a detonazione nel materiale esplosivo in misura sufficiente a provocare una indesiderata prematura esplosione. Per questa ragione di sicurezza, la maggior parte dei materiali propellenti noti (per esempio un propellente composito a base di perclorato di ammonio e polibutadiene con terminazione ossidrilica) comprendono, comparativamente componenti plasticizzanti e leganti energeticamente inerti.
In generale, i materiali propellenti solidi, come quelli basati su perclorato di ammonio, polibutadiene con terminazione ossidrilica (legante) e diottri sebacato (plasticizzante) sono fabbricati tramite un procedimento di miscelamento e rimescolamento a secco: ciò significa che a questa miscela non viene aggiunto alcun ulteriore solvente desensibilizzante (per esempio acqua), eccetto quelli che saranno incorporati nella formulazione propellente’finale. Questo miscuglio secco, una volta prodotto, viene trattato in modo da facilitare l'indurimento del materiale legante per realizzare le desiderabili proprietà meccaniche per il materiale propellente. Questa procedura è generalmente ritenuta preferibile a fronte di un procedimento di miscelamento ad umido (in cui un ulteriore solvente viene incluso come supporto di trasporto o come agente ausiliario di trattamento oppure come desensibilizzante per il miglioramento della sicurezza), dato che esso fornisce una migliore omogeneità di miscelamento e minimizza i ritardi introdotti dalle operazioni di pulitura dell'apparecchiatura di miscelamento o di essiccamento del prodotto finale miscelato, prima di procedere ad ulteriore trattamento (per esempio, fusione ed indurimento) .
Tipicamente, i materiali propellenti esistenti comprendono circa il 6% in peso di plasticizzante sull' 85% in peso del riempitivo energetico. Il materiale propellente in generale comprenderà anche il 9% sul peso totale del legante e di altri materiali riempitivi.
L'HNIW è un materiale altamente sensibile all'attrito avente un indice di attrito alla prova dell'attrito rotativo (3Γ-Hi F) di 0,7 e produce una risposta altamente vivace a seguito di reazione innescata da stimoli di attrito. Il valore eccezionalmente basso dell'indice F di F dell'HNIW {quando confrontato con altri ingredienti generalmente usati nelle formulazioni di propellenti/esplosivi) impone un considerevole rischio nel trattamento iniziale del miscelamento a secco del plasticizzante, del legante e del riempitivo o carica, come è pratica convenzionaie nella fabbricazione di propellenti solidi. Il basso valore dell'indice F di F esclude l'impiego del CL20 nella fabbricazione su larga scala di propellenti da alcuni fornitori di esplosivi. Pertanto, il produttore deve affrontare il compito di fornire un procedimento sicuro tramite il quale l'HNIW possa essere incorporato in materiali esplosivi e propellenti, presentando nello stesso tempo un effetto minimo sulle prestazioni complessive caratteristiche del prodotto finale.
Sotto un primo aspetto, l'invenzione concerne un materiale energetico comprendente un materiale energetico cristallino sostanzialmente incorporato in un materiale energetico plasticizzante.
Preferibilmente, il materiale energetico cri-stallino è un materiale particellare, mentre il materiale energetico plasticizzante sostanzialmente ricopre le singole particelle del materiale energetico cristallino .
Il materiale energetico si presente vantaggiosamente sotto forma di polvere, la polvere comprendendo particelle di materiale energetico cristallino ricoperte con materiale energetico plasticizzante.
Vantaggiosamente, il materiale energetico comprende dal 90% al 99% in peso di una materiale energetico cristallino e dall' 1% al 10% in peso del materiale energetico plasticizzante.
Nel quadro della presente invenzione è stato constatato che la combinazione soltanto di una piccola quantità del materiale energetico plasticizzante con il materiale energetico cristallino prima della incorporazione nella massa del miscuglio del plasticizzante, del legante e della carica riempitiva di una composizione esplosiva o propellente presenta due effetti inaspettati e vantaggiosi. In primo luogo, l'aggiunte del plasticizzante comporta una riduzione della sensibilità all’attrito del materiale energetico cristallino a valori equivalenti o inferiori a quelli di molti materiali energetici di carica comunemente usati, come il perclorato di ammonio, e, in secondo luogo, l'aggiunta del plasticizzante si traduce anche in una ridotta vivacità'della risposta alla stimolazione. Il risultante originale prodotto intermedio del materiale energetico cristallino e del plasticizzante può quindi essere usato con maggiore sicurezza come materiale di partenza per i procedimenti di miscelamento/mescolamento/indurimento a secco descritti in precedenza, usati nella fabbricazione delle note composizioni esplosive e propellenti. Questi originali prodotti intermedi di materiali energetici cristallini, con aggiunta di plasticizzante, sono anche manipolati e trasportati con maggiore sicurezza in confronto con il materiale energetico cristallino puro.
In una particolare procedura in accordo con la presente invenzione per la fabbricazione di un materiale energetico comprendente una miscela di materiale energetico cristallino e materiale energetico plasticizzante, convenientemente il materiale energetico cristallino ed il materiale energetico plasticizzante vengono mescolati con un procedimento di miscelamento ad umido aggiungendo il materiale plasticizzante, per esempio, ad HNIW inumidito con acqua. Le caratteristiche intrinseche del miscelamento ad umido riducono l'attrito che si verifica all'interno della miscela durante il procedimento di miscelamento e con ciò mininiizza il rischio di reazione esplosiva nel Materiale energetico cristallino per vie di stimolazione ad attrito. Dopo il miscelamento, il materiale energetico cristallino plasticizzato ed inumidito con acqua può essere lasciato essiccare fino ad assumere uno stato polverulento, la risultante polvere secca formata essendo finemente rivestita con il componente plasticizzante energetico. La risultante miscela del materiale energetico cristallino e del materiale energetico plasticizzante così formata è un materiale energetico relativamente insensibile all'attrito quando viene confrontato con il materiale energetico cristallino secco puro.
Nel quadro della presente invenzione è stato constatato che la combinazione soltanto dì una piccola quantità del materiale energetico plasticizzante con il materiale energetico cristallino come l'HNIW durante la fabbricazione di una composizione esplosiva o propellente presenta un effetto inaspettato e vantaggioso di riduzione della sensibilità all'attrito dell'HNIW a valori equivalenti o inferiori a quelli dei materiali energetici di carica comunemente usati, come il perclorato di ammonio o HMX. I risultanti originali prodotti intermedi fabbricati seguendo questa procedura di desensibilizzazione possono essere usati con maggióre sicurezza come materiale di partenza per i procedimenti di miscelamento/mescolamento/ indurimento a secco convenzionalmente usati nella fabbricazione delle note composizioni esplosive e propellenti. Questi originali prodotti intermedi sono anche manipolati e trasportati con maggiore sicurezza in confronto con il materiale energetico cristallino puro. Una ulteriore inaspettata e tuttavia vantaggiosa caratteristica di questi nuovi materiali consiste nel fatto che, una volta innescati, essi presentano una ridotta vivacità di risposta in confronto con quella del prodotto puro.
Il materiale energetico plasticizzante è scelto preferibilmente dal gruppo che comprende butan triol trinitrato (BTTN), trimetilol etan trinitrato (TMETN), diazidonitrazapentano (DANPE), glicidil azide polimero (derivato di azide) (GAP azide), bis(2,2-dinitropropil)acetale/bis (2,2-dinitropropil)formale (BDNPAF) oppure miscele di due o più di questi plasticizzanti. Oltre a realizzare il desiderato effetto di desensibilizzazione, questi plasticizzanti aumentano l'energia del sistema propellente, in confronto con l'impiego di materiali analoghi inerti. Come con-seguenza, il materiale intermedio prodotto presenta una superiore densità energetica in confronto con gli analoghi inerti: questa è una caratteristica desiderabile dei materiali da impiegare nei programmi relativi allo sviluppo di razzi/esplosivi dato che tutti i costituenti delle successive formulazioni esplosive/propellenti fabbricate utilizzando il prodotto intermedio contribuiscono energeticamente alla formulazione finale. L'impiego dei materiali energetici cristallini desensibilizzati con plasticizzanti energeticamente inerti offrirebbe una energia relativamente inferiore in confronto con quella delle proposte formulazioni plasticizzanti energetiche.
Il materiale energetico plasticizzante può comprendere il 100% di uno qualsiasi dei plasticizzanti precedentemente riportati, miscele dei plasticizzanti sopra riportati o facoltativamente può essere una miscela del materiale energetico plasticizzante e di un materiale legante (per esempio poli(3-nitratometil-3-metilossetano) (poliNIMMO), poli glicidil nitrato (poliGLYN) oppure glicidil azide polimero(GAP)) con proporzioni comprese fra una quantità minima che prevede il 10% in peso del plasticizzante ed 90% del legante e una quantità che prevede il 100% di plasticizzante e lo 0% di legante. Il termine " materiale energetico plasticizzante", come riferito nel seguito dovrebbe essere interpretato conformemente alla precedente descrizione .
Preferibilmente, il nuovo materiale energetico comprenderà fra l'1% ed il 5% in peso di materiale energetico plasticizzante e con la massima preferenza fra il 3% ed il 5% in peso di materiale energetico plasticizzante .
Per i sistemi fissi legante/plasticizzante, preferibilmente il materiale energetico plasticizzante comprenderà fra il 30% ed il 100% del plasticizzante energetico e fra il 70% e lo 0% del legante. Con la massima preferenza, il contenuto del plasticizzante sarà compreso nell'intervallo fra il 60% ed il 100%.
Pertanto, la presente invenzione fornisce un procedimento per la fabbricazione di un materiale intermedio altamente energetico basato su un materiale energetico cristallino desensibilizzato per essere sicuramente incorporato in formulazioni propellenti o esplosive.
Sotto un secondo aspetto, la presente invenzione fornisce un procedimento per la fabbricazione di un materiale propellente contenente un materiale energetico cristallino comprendente le seguenti operazioni:
(i) miscelare dall’ 1% al 10% in pesodi un materiale energetico plasticizzante con dal 99% al 90% in peso del materiale energetico cristallino,
(ii) miscelare e/o mescolare il prodotto risultante dell’operazione (i) con ulteriori quantità di materiale plasticizzante e legante come appropriato per la applicazione finale del materiale propellente,
{iii) indurire il prodotto risultante dell'operazione (ii).
Il materiale energetico plasticizzante preferibilmente contiene un plasticizzante scelto fra butan triol trinitrato (BTTN), trimetHanoi etan trinitrato (TMETN), diazidonitrazapentano (DANPE), glicidil azide polimero (derivato di azide) (GAP azide), bis(2,2-dinitropropil)acetale/bis (2,2-dinitropropil)formale (BDNPAF) oppure miscele di due o più di questi plasticizzanti .
Sotto un terzo aspetto, l'invenzione concerne una composizione esplosiva o propellente prodotta da un materiale energetico comprendente:
(i) dal 90% al 99% in peso di HNIW; e
(ii) dall' 1% al 10% in peso di un materiale energetico plasticizzante scelto dal gruppo che comprende butan triol trinitrato (BTTN), trimetilanol etan trinitrato (TMETN), diazidonitrazapentano (DANPE), glicidil azide polimero (derivato di azide) (GAP azide), bis(2,2-dinitropropil)acetale/bis (2,2-dinitropropil)formale (BDNPAF) oppure miscele di due o più di questi componenti.
Allo scopo di illustrare più esaurientemente i nuovi procedimenti, prodotti ed applicazioni della presente invenzione ed i loro associati vantaggi, dei dati sperimentali per alcune specifiche forme di realizzazione dell'invenzione sono ora forniti soltanto a titolo di esemplificazione. Sebbene tutte le’,analisi siano state eseguite utilizzando la forma epsilon di HNIW, si prevede che questo procedimento di desensibilizzazione sia efficace su altri polimorfi cristallini di HNIW come anche noti materiali energetici cristallini, come la ciclotrimetilen trinitrato (RDX) e ciclotetrametilen tetranitrammina (HMX).
1) La prova di attrito rotativo di HNIW nella forma cristallina epsilon è stata eseguita ottenedosi un valore dell'indice di attrito (F di F) di 0,7. La risposta del campione durante la prova è stata un violento scoppio ed un lampo.
2) 0,25 g di TMETN con l'l% di 2-nitrodifenilammina (2NDPA) sono stati aggiunti a 5 g della forma epsilon secca di HNIW con successivo miscelamento. Il materiale formato era-una polvere di colore arancione chiaro. Il materiale è stato valutato mediante attrito rotativo ed il valore dell'indice F di F è stato trovato uguale a 2,2. In aggiunta alla riduzione della sensibilità all'attrito, la violenza della risposta è stata ridotta da un violento scoppio/lampo relativo al materiale HNIW puro riportandola ad un lieve scoppio senza lampo.
3)Una replicata analisi dell'esempio di formulazione riportato nell'esempio 2 venne eseguita con la sostituzione di TMETN con BTTN, una miscela di ΒΤΓΝ e TMETN, DANPE, GAP azide, BDNPA/F, poliNIMMO, poliGLYN e GAP. Tutti i materiali sono apparsi come polveri bianche/gialle. Per queste miscele, la sensibilità all'attrito determinata venne stabilita come riportato nella Tabella 1.
TABELLA 1
4) Una replicata analisi dalla formulazione riportata nell'esempio 2 è stata eseguita con sostituzione del TMETN con formulazioni miste legante:plasticizzante.
Tutte le miscele formate erano sotto forma di polvere di colore bianco/giallo chiaro. Per queste miscele, la sensibilità all'attrito determinata è stata stabilita come specificato nella Tabella 2.
TABELLA 2
5) 40 g di CL20 furono inumiditi fino ad un contenuto di umidità del 25% con acqua deionizzata e quindi vigorosamente mescolati. Quindi, 2 g di TMETN (stabilizzati con 2% di 2NDPA) vennero aggiunti e di nuovo vigorosamente mescolati. La miscela finale di CL20/acqua/TMETN/2NDPA venne messa sul banco aperto per consentire la evaporazione dell'acqua e l'acqua finale venne allontanata per immagazzinamento sotto vuoto per 2 ore alla temperatura di 80°C. La valutazione della sensibilità della polvere secca all'attrito venne effettuata riscontrando un valore dell'indice F di F di 2,4.
Il lettore esperto comprenderà che i principi implicati nella presente invenzione possono essere ugualmente applicabili ad un qualsiasi futuro materiale energetico di natura chimica simile a quella dell'HNIW anche se essi stessi non sono ancora stati prodotti .
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.- Materiale energetico comprendente un materiale energetico cristallino sostanzialmente incorporato in un materiale energetico plastificante. 2.- Materiale energetico secondo la rivendicazione 1, in cui il materiale energetico cristallino è particellare ed il materiale energetico plasticizzante ricopre sostanzialmente le singole particelle del materiale energetico cristallino. 3.- Materiale energetico secondo la rivendicazione 2, in cui il materiale energetico si presente in forma di polvere. 4.- Materiale energetico secondo una qualsiasi precedente rivendicazione, in cui il materiale energetico comprende dal 90% al 99% in peso di materiale energetico cristallino e da 1% a 10% in peso di materiale energetico plasticizzante. 5.- Materiale energetico secondo una qualsiasi precedente rivendicazione, in cui il materiale energetico plasticizzante è scelto dal gruppo che comprende butan triol trinitrato (BTTN), trimetilanol etan trinitrato (TMETN), diazidonitrazapentano (DANPE), glicidil azide polimero (derivato di azide) (GAP azide), bis(2,2-dinitropropil)acetale/bis (2,2dinitropropil) formale (BDNPA/F) oppure miscele di essi . 6.- Materiale energetico secondo una qualsiasi precedente rivendicazione, in cui il materiale energetico cristallino è esanitroesaazaiso'wurtizano. 7.- Procedimento per la produzione di un materiale energetico secondo una qualsiasi precedente rivendicazione comprendente le seguenti operazioni: (i) miscelare ad umido dall' 1% al 10% in peso di un materiale energetico plasticizzante con dal 99% al 90% in peso del materiale energetico cristallino, (ii) essiccare il materiale miscelato umido per formare una polvere. 8.- Procedimento per la produzione di un materiale propellente contenente un materiale energetico cristallino comprendente le seguenti operazioni: (i) miscelare dall' 1% al 10% in peso di un materiale energetico plasticizzante con dal 99% al 90% in peso del materiale energetico cristallino, (ii) miscelare e/o mescolare il prodotto risultante dell'operazione (i) con ulteriori quantità di materiale plasticizzante e legante come appropriato per la applicazione finale del materiale propellente, (iii) indurire il prodotto risultante dell'operazione (ii) . 9.- Procedimento per la produzione di un materiale propellente secondo la rivendicazione 8, in cui il materiale energetico plasticizzante ed il materiale energetico cristallino sono preliminarmente miscelati tramite una procedura di miscelamento ad umido. 10.- Impiego di un materiale energetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 6 nella produzione di una composizione esplosiva o propellente.
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