DE3535281C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kunst­ stoffgebundener Treibladungspulver und Sprengstoffe mittels eines Extruders, bestehend aus einem Gehäuse mit wenigstens einer Einzugsöffnung, ggfls. einer Lösungsmittel-Zugabe­ öffnung und wenigstens einer Extruderwelle mit Knet- und Fördersegmenten, wobei das Gehäuse wenigstens einen für UV/VIS- oder X-Strahlen durchlässigen Abschnitt aufweist und ein unter diesen Strahlen polymeri­ sierbarer Kunststoffbinder über die Einzugsöffnung solange zugegeben wird, bis die Segmente der Extruderwelle ohne Wandreibung im Kunststoffbinder "schwimmen" und anschließend die Komponenten des Treibladungspulvers bzw. der Explosiv­ stoff in kristalliner Form zugegeben werden.

Es ist bekannt (DE-PS 30 44 577, DE-OS 32 42 301), einbasige, zweibasige, wie auch dreibasige Treibladungspulver, die sämt­ lich auf Nitrozellulose-Basis aufbauen, durch Extrudieren in eine Strangform zu bringen, aus der sich dann Treibsätze oder Treibladungspulver durch Schneiden herstellen lassen. Es sind ferner Treib­ ladungspulver und Sprengstoffe bekannt, die in einer Kunst­ stoffmatrix gebunden sind. Hierfür kommen kristalline Explosivstoffe und darunter in erster Linie Hexogen, Oktogen oder Gemische derselben (HMX-RDX) und/oder Nitroguanidin in Frage. Dabei können das Anzündverhalten verbessernde Zusätze, wie Nitrozellulose, in kleiner Menge oder andere hochenergetische Polymere zugegeben werden. Solche kunst­ stoffgebundenen Treibladungspulver und Sprengstoffe ließen sich bisher nur chargenweise herstellen, wobei der Binder­ anteil relativ hoch bei ca. 15% und mehr liegt.

Mit dem eingangs genannten Verfahren (DE-PS 34 12 410) gelingt es, auch die vorgenannten Treib­ ladungspulver bzw. Sprengstoffe mit kristallinem Korn in einer Kunststoffmatrix durch Extrudieren herzustellen. Dabei wird auf den Extruder zunächst der Kunststoffbinder in fester, gelöster und suspendierter Form über die Einzugs­ öffnung solange zugegeben, bis die Schnecken ohne gegen­ seitige Reibung und Wandreibung im Kunststoffbinder "schwimmen" und werden anschließend die Komponenten des Treibladungs­ pulvers bzw. der Explosivstoff in kristalliner Form mit stetig zunehmendem Anteil bei gleichzeitiger Annahme des Kunststoffbinderanteils zugegeben und schließlich das Mischungsverhältnis konstant gehalten. Sofern die Zugabe in gelöster oder suspendierter Form erfolgt, sind Vor­ kehrungen zum Abzug des Lösungsmittels bzw. der Suspen­ sionsflüssigkeit vorgesehen, während bei Zugabe fester Kunststoffbinder innerhalb des Extruders ein Schmelz­ prozeß bei Temperaturen bis maximal 130°C durchgeführt wird. Auf diese Weise lassen sich Treibladungspulver in Strangform mit Kanälen oder auch Sprengstoffe in Strangform herstellen. Bei dieser Verarbeitung hoch­ energetischer Stoffe ist besonderes Augenmerk auf die Vermeidung jeder metallischen Reibung sowie auf eine hinsichtlich Temperatur, Druck und Polymerisationsge­ schwindigkeit einwandfreie Prozeßführung zu achten. Der erstgenannten Gefahr wird dadurch begegnet, daß die Extrudersegmente zunächst mit dem Kunststoffbinder "ge­ füttert" werden, wodurch die Reibung zwischen den Segmenten und die Wandreibung ausgeschlossen wird, indem sich die Schnecke oder die Schnecken innerhalb des Extruders selbst zentrieren. Die weiterhin einzuhaltende Prozeßführung hin­ gegen bereitet gewisse Schwierigkeiten, wenn die Polymeri­ sationsvorgänge ausschließlich bei erhöhter Temperatur und/oder im Mehrkomponentensystem und/oder im Beisein von Katalysatoren erfolgt. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden (DE-PS 34 12 410), Kunststoffbinder einzusetzen, deren Polymerisation auf phototechnischem Wege oder unter Röntgenstrahlen erfolgt. Dabei sind für eine UV- oder VIS-Bestrahlung insbesondere Polymere mit Nitro­ gruppen, die ihrerseits als hochenergetische Binder ange­ sehen werden können, geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorgenannte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß insbesondere unter UV/VIS- oder X-Bestrahlung polymeri­ sierende Kunststoffbinder im Extruder verarbeitet werden können.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Polymerisation innerhalb des Extruders mittels um ihn angeordneter UV/VIS- oder X-Strahlen­ quellen eingeleitet und die Strahlungsintensität und/oder die Wellenlänge der Strahlung in Abhängigkeit von der im endständigen Verdichtungsbereich des Extruders über eine definierte Wegstrecke vorhandene Druckdifferenz Δ p (Druck­ aufbau) gesteuert werden derart, daß der Treibstoff- bzw. Sprengstoffstrang (oder -stränge) den Extruder formstabil und schneidfähig verläßt. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß unter dem Begriff UV/VIS-Strahlen auch Laser verstanden werden.

Die Intensität der Strahlenquellen läßt sich leicht durch Zu- oder Abschalten einzelner Quellen, durch Zwischen­ schalten von Absorbern oder dergleichen und die Wellen­ länge durch Zwischenschalten von Filtern einstellen. Dadurch ist eine sehr genaue Einstellung der Viskosität bzw. der Schubspannung der viskosen Mischung möglich. Über die Aufnahme der Druckdifferenz im Verdichtungsbereich des Extruders vor den Austrittsdüsen läßt sich ein Maß für die dort vorhandene Viskosität bzw. Schubspannung erhalten, das als Führungsgröße zum Regeln der Intensität und/oder der Wellenlänge herangezogen wird. Intensität und/oder Wellenlänge werden so eingestellt, daß im Bereich der Austrittsdüsen ein Polymerisationsgrad erreicht wird, der zu einem formstabilen und schneidfähigen Strang am Austritt des Extruders führt. Gegebenenfalls kann der Verlauf der Schubspannung für einen bestimmten Binder­ typ bzw. für eine bestimmte Mischung aus Binder und kristallinen Komponenten in Modellversuchen aufge­ nommen und als Sollwert eingespeichert werden. Die Inten­ sität und/oder die Wellenlänge wird dann über die gemes­ senen Istwerte der Druckdifferenz Δ p an den Sollwert herangeregelt.

Die Polymerisation wird bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren im Extruder lediglich eingeleitet, um einen form­ stabilen und schneidfähigen Strang zu erhalten. Sie kann dann außerhalb des Extruders, ggfls. unter weiterer Be­ strahlung, vollendet werden. Die Einleitung der Poly­ merisation geschieht vorzugsweise in einer drucklosen Zone des Extruders.

Für das Extrudieren sind die Drehzahl der Extruderwelle, der Durchsatz und die Verweilzeit weitere Einflußparameter. Diese lassen sich über die Drehmomentaufnahme des Extruder­ antriebs als Kontrollgröße erfassen.

Zur Durchführung des Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung mit einem Extruder aus (DE-PS 34 12 410), der aus einem Gehäuse mit wenigstens einer Einzugs­ öffnung, gegebenenfalls einer Lösungsmittel-Zugabeöffnung und einem für UV/VIS- oder X-Strahlen durchlässigen Gehäuse­ abschnitt und wenigstens einer Extruderwelle mit Knet- und Fördersegmenten besteht, und mit einem der Einzugs­ öffnung zugeordneten Vorratsbehälter mit Dosiervorrichtung für den Kunststoffbinder und einem Vorratsbehälter mit Dosiervorrichtung für die Komponenten des Treibladungs­ pulvers bzw. der Explosivstoffe in kristalliner Form, der entweder der Einzugsöffnung oder einer stromabwärts von dieser liegenden Zugabeöffnung zugeordnet ist. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß im Bereich des strahlendurchlässigen Gehäuseab­ schnittes UV/VIS- oder X-Strahlungsquellen angeordnet sind, eine Einrichtung zum Regeln der Intensität und/oder der Wellenlänge vorgesehen ist und am endständigen Gehäuseab­ schnitt mit der Verdichtungszone mindestens zwei Druckaufnehmer in Förderrichtung hintereinander angeordnet sind, deren Druck­ differenz zur Regelung der Intensität und/oder der Wellen­ länge der Strahlung dient.

Für photochemisch polymerisierende Kunststoffbinder ist der strahlungsdurchlässige Gehäuseabschnitt aus druck­ stabilem Glas gebildet. Dabei kann es sich insbesondere um Quarzglas oder amorphe, hochfeste Gläser handeln.

Die UV/VIS-Strahlungsquellen können entweder außerhalb des transparenten Gehäuseabschnittes angeordnet oder aber auch in dem Gehäuseabschnitt aus Glas bzw. Quarz­ glas eingebettet und gegebenenfalls mit einer Kühlung versehen sein.

In bevorzugter Ausführung ist für den Fall der photo­ chemischen Polymerisation an dem Extruder eine druck­ lose Zone im Bereich des strahlungsdurchlässigen Gehäuse­ abschnittes ausgebildet. Dies ist ohne weiteres durch entsprechende Konfiguration der Schneckengeometrie bzw. durch entsprechend kontrollierte Segmente möglich. Damit wird eine Überlastung des transparenten Extruderabschnit­ tes vermieden.

Ferner empfiehlt es sich in diesem Fall, im Bereich des aus Glas gebildeten Gehäuseabschnittes die Schneckensegmente ganz oder teilweise aus Kunststoff auszubilden, um einen Verschleiß an der Extruder-Innenseite, unter dem die Transpa­ renz leiden könnte, zu vermeiden.

Für die Polymerisation unter Röntgenstrahlen ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, daß wenigstens zwei X- Strahlungsquellen an gegenüberliegenden Seiten des strahlen­ durchlässigen Gehäuseabschnittes angeordnet und von einer Abschirmung umgeben sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl bei Einwellen- als auch bei Doppelwellenextrudern sowie bei Gleich- und Gegenläufern anwendbar. Praktische Versuche haben gezeigt, daß beispielsweise bei einem Doppelwellen-Extruder, dessen Schnecken beide einen Durchmesser von 58 mm aufweisen, je nach Bindertyp einen Durchsatz von 25-70 kg/h erreicht werden kann.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeich­ nung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Längsansicht eines Extruders;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den Extruder mit einer Ausführungsform eines strahlungs­ durchlässigen Gehäuseabschnittes;

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt einer anderen Ausführungsform des strahlungsdurch­ lässigen Gehäuseabschnittes und

Fig. 4 einen den Fig. 2 und 3 entsprechender Schnitt einer weiteren Ausführungsform des strahlendurchlässigen Gehäuseabschnittes.

Der in Fig. 1 wiedergegebene Extruder weist ein Gehäuse 1 aus mehreren baukastenartig zusammengesetzten Gehäuse­ abschnitten 2 bis 7 auf. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Doppelwellen-Extruder, der von einem Motor 8 bzw. Hydraulikantrieb über ein Getriebe 9 angetrieben wird. Einige der Gehäuseabschnitte - beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Gehäuseabschnitte 2, 3; 5, 6 und 7 - können von einem Wärmeträger entsprechend den angedeuteten Richtungspfeilen 10, 11 durchflossen sein, um den Extruder auf erhöhter Temperatur zu fahren oder im Be­ darfsfall auch zu kühlen.

Der erste Gehäuseabschnitt 2 weist eine Einzugsöffnung 12 auf, über die die festen Komponenten (fester Binder, kristalliner Explosivstoff bzw. kristalline Komponenten des Treibladungspulvers) zudosiert werden können. Stromabwärts können sich noch ein oder mehr Öffnungen (nicht dargestellt) zum Einspritzen von Lösungsmittel be­ finden. Ferner sind im Bereich der Gehäuseabschnitte 4 und 6 Entgasungsöffnungen 13 vorgesehen, die gegebenen­ falls verschließbar sind.

Der Extruder weist an seinem Ende einen Verdichtungskonus 14 und daran anschließend eine Matritze 15 auf, die für die gewünschte Formgebung sorgt, beispielsweise im Falle von Treibladungspulvern einen oder mehrere Stränge mit Kanälen erzeugt.

Im Bereich der Verdichtungszone 14 sind wenigstens zwei - beim gezeigten Ausführungsbeispiel drei - Druckaufnehmer 16 ange­ ordnet, mittels der ein Wert für die dort herrschende Druck­ differenz (Druckaufbau) gewonnen wird, die ein Maß für die Viskosität und damit für den Polymerisationsgrad unmittel­ bar vor Austritt des Strangs gibt.

Einer der Gehäuseabschnitte, beispielsweise der Gehäuse­ abschnitt 6, der vorzugsweise eine drucklose Zone bildet, ist je nach Bindertyp für UV/VIS-Strahlen oder für X- Strahlen durchlässig. In den Fig. 2 bis 4 sind Aus­ führungsformen dieses Gehäuseabschnittes 6 mit einem Flansch 17 zum Verschrauben mit benachbarten Gehäuse­ abschnitten gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 besteht das Gehäuse 18 aus Glas, vorzugsweise aus Quarzglas oder einem amorphen, hochfesten Glas. Als UV/- VIS-Strahlungsquellen sind einige Lampen 19 angedeutet, die um den Gehäuseabschnitt 6 herum vorzugsweise symme­ trisch angeordnet sind. Statt einfacher Lampen können auch solche mit Kühhlung eingesetzt werden, wie dies bei 20 angedeutet ist.

Um mit größtmöglicher Intensität bestrahlen zu können, ist es ferner möglich, wie Fig. 3 zeigt, in das Gehäuse 18 aus Quarzglas oder amorphem Glas die UV- oder VIS-Strahlungs­ quellen 21 unmittelbar einzubetten. Dabei kann weiterhin auch hier die Strahlungsquelle 21 von einer eingebetteten Kühlung umgeben sein. In das Glasgehäuse 18 sind die Extruderräume 22 , die in Form einer Acht ineinander über­ gehen, eingeformt. In den Extruderräumen 22 laufen die beiden Wellen mit den Schnecken- bzw. Knetsegmenten 23 um. Im Bereich des Gehäuseabschnittes 6 können diese Segmente 23 gegebenenfalls aus Kunststoff bestehen.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform für Bindertypen gezeigt, die unter Röntgenstrahlen polymerisieren. Hier besteht das eigentliche Gehäuse 18 aus einem ausreichend stabilen, für Röntgenstrahlen gut durchlässigen Werkstoff. Außer­ halb des Gehäuseabschnittes 6 sind an wenigstens zwei gegenüberliegenden Seiten X-Strahlungsquellen 24 ange­ ordnet, die ihrerseits von einer Abschirmung 25 umgeben sind. Gegebenenfalls kann diese Abschirmung auch den gesamten Gehäuseabschnitt 6 umfassen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung kunststoffgebundener Treib­ ladungspulver und Sprengstoffe mittels eines Extruders, bestehend aus einem Gehäuse mit wenigstens einer Ein­ zugsöffnung, gegebenenfalls einer Lösungsmittel-Zugabe­ öffnung und wenigstens einer Extruderwelle mit Knet- und Fördersegmenten, wobei das Gehäuse wenigstens einen für UV/VIS- oder X-Strahlen durchlässigen Abschnitt aufweist und ein unter diesen Strahlen polymerisierbarer Kunststoffbinder über die Einzugsöffnung solange zugegeben wird, bis die Segmente der Extruderwelle ohne Wandreibung im Kunststoffbinder "schwimmen" und anschließend die Komponenten des Treib­ ladungspulvers bzw. der Explosivstoff in kristalliner Form zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation innerhalb des Extruders mittels um ihn angeordneter UV/VIS- oder X-Strahlungsquellen einge­ leitet und die Strahlungsintensität und/oder die Wellenlänge der Strahlung in Abhängigkeit von der im endständigen Verdichtungsbereich des Extruders über eine definierte Wegstrecke vorhandenen Druck­ differenz Δ p (Druckaufbau) gesteuert werden, derart, daß der Treibstoff- bzw. Sprengstoffstrang (oder -stränge) den Extruder formstabil und schneidfähig verläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in einer drucklosen Zone des Extruders eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz im endständigen Verdichtungsbe­ reich des Extruders als Führungsgröße zum Regeln der Intensität und/oder der Wellenlänge der Strahlungs­ quellen und als Kontrollgröße die Drehmomentaufnahme des Extruderantriebs verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Extruder, der aus einem Gehäuse mit wenigstens einer Einzugsöffnung, gegebenenfalls einer Lösungsmittel- Zugabeöffnung und einem für UV/VIS- oder X-Strahlen durch­ lässigen Gehäuseabschnitt und wenigstens einer Extruder­ welle mit Knet- und Fördersegmenten besteht, und mit einem der Einzugsöffnung zugeordneten Vorratsbehälter mit Dosiervorrichtung für den Kunststoffbinder und einem Vorratsbehälter mit Dosiervorrichtung für die Komponenten des Treibladungspulvers bzw. der Explosivstoffe in kristal­ liner Form, der entweder der Einzugsöffnung oder einer stromabwärts von dieser liegenden Zugabeöffnung zuge­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des strahlendurchlässigen Gehäuseabschnittes (6) UV/VIS- oder X-Strahlungsquellen (19, 20, 21, 24) angeordnet sind, eine Einrichtung zum Regeln der Intensität und/oder Wellenlänge vorgesehen ist und am endständigen Gehäuse­ abschnitt (14) mit der Verdichtungszone wenigstens zwei Druckaufnehmer (16) in Förderrichtung hintereinander angeordnet sind, deren Druckdifferenz zur Regelung der Intensität und/oder der Wellenlänge der Strahlung dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für photochemisch-polymerisierende Kunststoffbinder der strahlungsdurchlässige Gehäuseabschnitt (6) aus druck­ stabilem Glas gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (6) aus Quarzglas oder amorphem hochfestem Glas besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die UV/VIS-Strahlungsquellen (21) in den Gehäuseabschnitt (6) aus Glas eingebettet und gegebenenfalls mit einer Kühlung versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Extruder (1) eine druck­ lose Zone im Bereich des strahlendurchlässigen Gehäuse­ abschnittes (6) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckensegmente (23) im Bereich des aus Glas gebildeten Gehäuseabschnittes (6) ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei X-Strahlungsquellen (24) an gegenüber­ liegenden Seiten des strahlendurchlässigen Gehäuseab­ schnittes (6) angeordnet und von einer Abschirmung (25) umgeben sind.