НЕТОКСИЧНАЯ КАПСЮЛЬНАЯ СМЕСЬ Российский патент 1999 года по МПК C06B25/04 C06B33/10 

Изобретение, в целом относится к капсюлям-восспламенителям, точнее, к капсюльному составу для использования в боеприпасах, в котором отсутствуют соединения свинца и бария.

Различные капсюльные составы без соединений свинца для применения в боеприпасах были разработаны в течение нескольких последних лет. Например, нетоксичная некоррозионная капсюльная смесь, описанная в патенте США N 4675059, является одним из таких составов. Этот капсюльный состав специфически адаптирован для оправных огнестрельных (rimfire) патронов и содержит диазодинитрофенол (известный также под названием динол или ДДНФ), двуокись марганца, тетразен и стекло.

Другой пример нетоксичной капсюльной смеси описан в патенте США N 4963201 (Bjerke et al.). Этот состав содержит денол или натрий динитробензофуроксан в качестве первичного взрывчатого вещества, тетразен - в качестве вторичного взрывчатого вещества, нитратно-эфирное горючее и нитрат стронция в качестве окислителя.

Другие примеры описаны в патентах США N 4363679 и 4581082 (Hagel et al. ). В примерах этих патентов инициирующим взрывчатым веществом могут быть соли тринитрорезорцинола или соли тринитрофенола, соли металлов моно- и динитродигидроксидиазобензолов, соли азотоводородной кислоты и соединения, не содержащие металлов, такие как диазодинитрофенол, нитроформфенолдиазонийтетразен или четырехсернистый азот. Перекись цинка используется в качестве единственного или преобладающего окислителя. Перекись цинка является сильным окислителем, однако она является неэффективной, так как для окислительных реакций на молекулу приходится только один атом кислорода. Трудно также получить перекись цинка в чистой форме. В результате уменьшается выделение газообразных продуктов и образуется холодное пламя с высоким содержанием окалины в продукте горения.

Другой нетоксичной воспламеняющейся смесью является смесь, описанная в патенте США N 4608102 (Krampen). Эта смесь содержит двуокись марганца в качестве окислителя с динолом. Двуокись марганца, подобно двуокиси цинка, является сильным окислителем, но также малоэффективна и имеет те же недостатки, что и смеси, разработанные Hagel с соавторами. Данный состав выбран в качестве прототипа.

Эти нетоксичные смеси являются менее чувствительными, чем композиции на основе стифната свинца. Следовательно, конфигурация металлических частей капсюля должна быть точно оптимизирована для обеспечения надежного возгорания. Это условие может быть точно выполнено только в воспламеняющей системе Berdan'a, где наковальня капсюля-воспламенителя является частью патрона и воспламенение производится в строго контролируемых условиях. Таким образом, эти нетоксичные смеси являются предпочтительно используемыми в капсюлях типа Berdan. Патроны, в которых используются капсюли этого типа, не являются перезаряжаемыми (повторно используемыми), поскольку наковальня патрона представляет собой существенную часть патронной гильзы. Гильза капсюля-воспламенителя не является также легко удаляемой, и полость капсюля не может быть достаточно очищена после использования.

Средства воспламенения боксерного (ударного типа Boxer type), напротив, содержат наковальню внутри чашки капсюля и, следовательно, необходима только простая полость в головной части гильзы для вставки чашки капсюля. Полость легко очищается и чашка быстро удаляется при соответствующем ударе. Таким образом, капсюли-воспламенители боксерного типа используются в перезаряжаемых боеприпасах и, разумеется, более предпочитаемы охотниками.

Итак, на сегодняшний день существует необходимость в чувствительной, чисто сгорающей, эффективной капсюльной смеси, нетоксичной для человека, которая может быть использована в капсюлях боксерного типа, широко применяемых в настоящее время в перезаряжаемых патронах.

Неожиданно было найдено, что состав, содержащий в основном динол и бор, является нетоксичным составом для капсюлей боксерного типа. Для специального изготовления капсюля могут добавляться другие ингредиенты, например динол, бор, карбонат кальция и нитратно-эфирное горючее, двойное основное реактивное горючее (проспеллант), такое как Ball Powder, является приемлемым для нетоксичного капсюльного состава, используемого в капсюлях боксерского типа.

Композиция данного изобретения, точнее, может содержать диазодинитрофенол в качестве инициирующего взрывчатого вещества, тетразен - в качестве вторичного взрывчатого вещества, бор - в качестве абразивного агента и горючего, карбонат кальция - в качестве окислителя, нитратно-эфирное горючее, такое как RETN (тетранитропентаэритрит), нитроцеллюлозу или ружейный порох в качестве вторичного топлива.

Суть данного изобретения составляет комбинация динола и бора. Бор повышает чувствительность смеси по двум причинам. Во-первых, бор является очень твердым абразивным агентом, показатели, характеризующие твердость которого превосходят показатели твердости сульфида сурьмы и силицида кальция. Во-вторых, он является сильным восстановителем, более сильным, чем алюминий, сульфид сурьмы или силицид кальция, и других восстановителей, которые используются в настоящее время. Его значительный восстановительный потенциал дает возможность использовать более слабые, но одновременно более эффективные окислители, чем двуокиси или перекиси цинка или марганца.

Повышающее чувствительность действие бора настолько велико, что такие окислители, как карбонаты, могут быть использованы в сочетании с такими известными окислителями, как нитрат стронция. Такие карбонаты, как карбонат кальция и карбонат магния обычно не рассматривают в качестве окислителей в капсюльных составах. При сравнении окислителей-карбонатов выбор падает на карбонат кальция вследствие его нерастворимости в воде и того, что он является абсолютно нетоксичным.

Смесь данного изобретения является настолько чувствительной, что присутствие тетразена не обязательно. В большинстве случаев применения без тетразена смесь является достаточно чувствительной, а повышающее чувствительность действие бора можно в значительной степени регулировать подбором размера его частиц. При более крупных размерах частиц смесь будет более чувствительной. Например, смесь является достаточно чувствительной для использования в оправных огнестрельных боеприпасах (не содержащих тетразена) при размерах частиц бора приблизительно 120 меш без необходимости добавления измельченного стекла. Кроме того, нет необходимости добавлять другое горючее, такое как алюминий, титан, силицид кальция или сульфид сурьмы (хотя эти материалы могут быть включены по другим соображениям). Дополнительным преимуществом использования бора в качестве горючего является то, что бор имеет высокую теплотворность (теплотворную способность). Следовательно, это дает возможность получать смесь, сравнимую с точки зрения производимых температуры пламени, выделения газов, импульса, горючих частиц и т.д. с традиционными смесями на основе стифната свинца.

Смесь данного изобретения можно использовать непосредственно в компонентах боксерного типа без какой бы то ни было модификации. Это особенно важно, так как охотники могут перезаряжать патроны капсюлем этого типа, не покупая новые капсюльные гильзы. Наконец, смесь данного изобретения образует нетоксичные продукты, включая окись кальция и окислы бора. Окислы бора при взаимодействии с водой образуют борную кислоту, которая используется для антисептического промывания глаз.

Капсюльный состав, используемый в стрелковом оружии, должен обладать определенной областью чувствительности к механическому воздействию или удару. Эта чувствительность определяется падением предварительно определенного веса с данной высоты на воспламеняющую чеку на испытываемом капсюле. Как правило, для оценки чувствительности используют выборку (группу) из 50 капсюлей. Испытания этих капсюлей приводят при различных высотах падения для того, чтобы получить величины, соответствующие отсутствию воспламенения, 50% воспламенению. Требованиями SAAMI (Small Arms and Ammunition Manufacturers Jnstitute - Институт Производителей Стрелкового Оружия и Боеприпасов) являются для капсюлей малого пистолета отсутствие возгорания при высоте падения менее одного дюйма (2,54 сантиметров) и полное возгорание при высоте падения более 11 дюймов (27,94 сантиметров).

Соответствие этому требованию данной продукции на Winchester'e для капсюлей боксерного типа состоит в том, что полное возгорание происходит при высоте сбрасывания 8,1 дюйма (20,57 сантиметра) пара весом 1,94 унции (60,334 грамма). Данный опыт является стандартным тестом для промышленной продукции. Смесь данного изобретения попадает в пределы этого требования, как показано примерами, приведенными ниже.

Примеры
Приготавливают чувствительный к удару капсюльный состав для использования в капсюлях боксерного типа, который состоит из 45% по весу динола с размерами частиц приблизительно 20 - 30 микрон, 5% по весу тетразена, имеющего величину зерна приблизительно 100 меш, 10% карбоната кальция (сорт реагента, имеющий размер частиц 270 меш), 15% порошкообразного бора (сорт реагента, имеющий размер частиц 325 меш) и 25% пропелланта марки WC350 Ball Powder. Для получения небольшого количества однородной легкотекущей смеси используют метод сухого смешения. На технологическом уровне будет использоваться метод влажного смешения. В первую очередь смешивают тетразен, карбонат кальция и WC350 пропеллант. К сухой смеси затем добавляют динол, полученный по методике патента США 2408059. Наконец, добавляют бор и вносят воду для увлажнения смеси. Содержание воды во влажной смеси составляет приблизительно 22%.

Эту влажную смесь затем просеивают через мультиперфорированное сито для образования гранул смеси. Эти гранулы вносят в капсюли марки Winchester # 108, сушат и затем собирают. Описанным выше методом получают 500 капсюлей. Произвольно выбирают из них 50 единиц и испытывают с получением следующих результатов чувствительности: при высоте падения 4 дюйма ни один из капсюлей не возгорелся. При высоте падения 6 дюймов все капсюли возгорались. При высоте падения 5 дюймов приблизительно 80% капсюлей возгорелись.

Методом, описанным выше, получают и испытывают на чувствительность к удару следующие смеси:
1. 45% динола, 5% тетразена, 10% карбоната кальция, 25% двойного основного пропелланта (WC350) и 15% бора.

2. 47% динола, 26% WC350 Ball Powder пропелланта, 16% бора и 11% карбоната кальция.

3. 47% динола, 16% бора и 37% WC350 Ball Powder пропелланта.

Данное испытание на чувствительность к удару включает нанесение приблизительно 1 - 2 мг высушенной смеси на наковальню, сбрасывание веса 1,5 кг с высоты 8 см на наковальню и визуальное фиксирование наличия детонирования образца смеси. Каждый из вышеприведенных составов легко детонировал без видимого уменьшения чувствительности.

Как показывают вышеуказанные второй и третий образцы, тетразен не является обязательным в качестве сенсабилизатора взрыва в том случае, когда используется бор. Третья из описанных выше смесей не содержит ни сенсабилизатора взрыва, ни отдельного окислителя. Такая смесь может быть прекрасным кандидатом для коммерческих капсюльных применений и четко иллюстрирует вклад бора в капсюльный состав, содержащий динол.

Следующий пример состава без тетразена, в котором в качестве окислителя используется нитрат стронция, содержит 45% динола, 15% двойного основного пропелланта, 10% бора и 25% нитрата стронция. В общем случае нитрат стронция может быть замещен на карбонат кальция в описанных выше примерах с аналогичными результатами чувствительности, благодаря присутствию бора в качестве горючего и абразивного сенсибилизатора. Следовательно, нитрат стронция может быть использован в качестве окислителя от приблизительно 55 до приблизительно 50%.

Смесь в соответствии с данным изобретением может содержать от 25 до 75% динола, от 0 до 25% тетразена, от 2 до 30% бора, от 0 до 30% карбоната металла и от 0 до 30% вспомогательного горючего, такого как PETN, черный порох, гексанитроманнитол, сульфид сурьмы, силицид кальция или нитрацеллюлоза или другое нитроэфирное горючее, в зависимости от применения.

Бор в составе, соответствующем данному изобретению, дает дополнительные преимущества. Он образует в качестве продукта горения окись бора. Окись бора быстро взаимодействует с влагой, которая также является продуктом сгорания, с получением борной кислоты. Борная кислота экологически безвредна и нетоксична. Кроме того, борная кислота может действовать как смазочный материал. Следовательно, состав изобретения может являться самосмазывающим капсюльным составом, который может сдерживать компонент боеприпаса и износ ствола.

Следует также уяснить, что приведенные выше воплощения изобретения являются только его иллюстрациями. Видоизменения его могут иметь место во всех отношениях. Соответственно, изобретение не ограничивается воплощениями, описанными здесь, но определяется областью и чистотой прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к ударным составам для использования в капсюле-воспламенителе, а именно в капсюле боксерного типа. Изобретение позволяет получить нетоксичную капсюльную композицию, не содержащую соединений свинца и бария, которая имеет достаточно простой компонентный состав и в то же время является высокоэффективной и достаточно чувствительной к удару. Композиция содержит, мас. %: диазодинитрофенол 25-75, окислитель 5-50 и бор 2-30. Кроме основных компонентов, композиция может содержать нитроэфирное горючее до 30, тетразен до 25 мас. %. В качестве окислителя может быть карбонат кальция или нитрат стронция. 3 з.п.ф-лы.

1. Нетоксичный капсюльный состав, содержащий диазодинитрофенол в качестве неметаллического чувствительного взрывчатого вещества и окислитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Диазодинитрофенол - 25 - 75
Окислитель - 5 - 50
Бор - 2 - 30
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нитроэфирное горючее в количестве до 30 мас.%. 3. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тетразен в количестве до 25 мас.%. 4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя содержит карбонат кальция или нитрат стронция.