PYROTECHNICAL SMOKE GENERATING CHARGE

Abstract: 1. Pyrotechnical smoke compositions which produce impenetrable smoke in the visible and infra-red range based on halogen donors, as well as metal powders and/or oxides or on the basis of red phosphorus, which contain additional alkali metal salts, characterised in that caesium compounds are additionally admixed with the smoke compositions which are dispersed in the case of combustion and absorb radiations in the infra-red range.

Description: Pyrotechnische Nebelsätze Die vorliegende Erfindung betrifft pyrotechnische Nebelsätze, die im sichtbaren und infraroten Bereich undurchdringliche Nebel erzeugen, wie sie durch die Ansprüche gekennzeichnet sind. Künstliche Nebel werden in der Technik einmal angewandt, um Frost aus Pflanzungen fernzuhalten (insbesondere Obstoder Weinbau). Dabei wird üblicherweise entweder Rauchoder blnebel erzeugt oder ein feiner Wassernebel versprüht, der zusätzlich durch Glycerin, Fettalkohole oder ähnliches stabilisiert sein kann und über die zu schützende Kultur in einer mehr oder weniger dicken Schicht ausgebreitet ist, um die vom Boden abgestrahlte Wärme zu reflektieren und damit ein Auskühlen zu verhindern. Dem Zweck entsprechend müssen diese Nebel bzw. Wolken über längere Zeiten aufrechterhalten werden, d.h. der durch Auskondensieren und Windbewegung entstehende Verlust muss durch laufende Neuerzeugung nachgeliefert werden. Zu diesem Zweck werden deshalb meist kontinuierlich arbeitende Anlagen verwendet. Eine weitere Anwendung finden künstliche Nebel vor allem im militärischen Sektor zur Tarnung von militärischen Anlagen, Truppenteilen und Fahrzeugen. Insbesondere beim Schutz von Truppenteilen und Fahrzeugen kommt es dabei darauf an, diese'für kurze Zeit einer direkten Beobachtung durch den Gegner zu entziehen, wozu üblicherweise eine pyrotechnische Ladung in Richtung des Gegners verschossen wird, die sich schrotschussartig aufteilt und eine Vielzahl von Nebel-erzeugenden Partikeln bildet, die für eine sehr rasche und gleichmässige Vernebelung grösserer Flächen sorgen (vgl. DE-AS 30 31 369 und die dort zitierte Literatur). Für diesen Zweck sind eine grosse Anzahl von verschiedenen Rauch- und Nebelmischungen bekannt geworden. Beispielsweise sei Tltantetrachlorid, Siliciumtetrachlorid, Chlorsulfonsäure bzw. ihre Kombinationen mit Ammoniak oder Schwefeltrioxid als flüssige Nebelbildner oder roter Phosphor, HC-Mischungen (Hexachloräthan/Zink/Zinkoxid) und Ammoniumperchlorat/Zinkoxid als feste Nebelbildner genannt. Im Einsatzfall werden diese Stoffe entweder durch eine sekundäre Verbrennungsreaktion oder durch die bei ihrer Umsetzung miteinander freiwerdendengeeignetenProduktein Nebel umgewandelt. Für die Qualität der Nebelbildung entscheidend ist die Geschwindigkeit der Bildung, die Konzentration und Art seiner Ausbreitung sowie die Dauer der Vernebelung. Für all diese Zwecke geeignete Nebelmischungen sind bereits bekannt (vgl. DE-AS 30 31 369). Siehe z.B. DE-OS 25 56 256 DE-OS 25 09 539 DE-OS 18 12 027 DE-AS 12 46 488 DE-OS 30 12 405 DE-OS 27 29 055 DE-OS 27 43 363 DE-OS 19 13 790. Für eine breite Anwendung in der'modernen Wehrtechnik haben diese Mischungen jedoch einen ganz wesentlichen Nachteil. Während es früher insbesondere darauf ankam, einen im sichtbaren Licht möglichst dichten Nebel zu erzeugen, verfügen heutige militärische Beobachter zusätzlich über Infrarotpeilund ärmebildgeräte, die die Tatsache ausnutzen, dass militärische Ziele aufgrund ihres Energieumsatzes sehr intensive Wärmestrahlung aussenden, die auf grosse Entfernungen detektierbar ist. Da durch atmosphärische Bestandteile wie C02 und Wasserdampf die Infrarotstrahlung bestimmter Wellenlängen selektiv absorbiert wird, arbeiten diese Geräte vorzugsweise in den sog. "Fenstern" der Atmosphäre, die bei 0,7 - 1,5 ssm, 2-2,5 ssm,3-5 ssm und12 Amliegen. Insbesondere ist man bestrebt, im 8-12 wm ereich zu arbeiten, da in diesem diese Störungen durch Rauch, Dunst und normalen Nebel ein Miniumum einnehmen. Aufgabe pyrotechnischer Nebelsätze ist es deshalb, umgekehrt- indiesen'Bereich eine möglichst hohe, Absorption oder Reflektion der IR-Strahlung zu gewährleisten. Darüber hinaus enthalt.en die meisten pyrotechnischen Nebelsätze ätzende, giftige oder stark saure Komponenten, wie Phosphorpentoxid, Salzsäure, Schwefelsäure, Titan- oder Zinksalze, die in der im Nebel vorkommenden Konzentration für Menschen und Pflanzen ausserordentlich schädlich sind. Durch Zusatz von Metalloxiden, Puffersubstanzen und Ammoniumverbindungen hat man deshalb in den meisten heutigen Nebelsätzen dafür gesorgt, dass der erzeugte Nebel nur noch möglichst schwach sauer oder neutral ist. Eine Aufgabe der Erfindung liegt deshalb auch darin, die bekannten Nebelsätze so zu modifizieren, dass diese möglichst nicht sauer reagieren. Diese Aufgaben werden überraschenderweise durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Massnahmen gelöst, d.h. dadurch, dass man den an sich bekannten Nebelsätzen eine ausreichende Cäsium-Verbindungen zusetzt. Durch diesen Zusatz an Cäsium-Verbindungen wird überraschenderweise die Durchsichtigkeit der Nebel mit IR-Licht, insbesondere von Infrarotlicht mit Wellenlängen von 3-5 bzw. 8-12 Am ganz entscheidend herabgesetzt, wobei bisher nicht festgestellt werden konnte, worauf dieses beruht. Da bekanntlich Cäsium- Salze im nahen Infrarot Bereich bis 12 ssm keine Absorptionen aufweisen, die auf Schwingung zurückzuführen sind, an denen die Cäsium Ionen'beteiligt' sind (Cäsium-Malogenide weisen keine, Cäsiumnitrat lediglich die Schwingung der Nitratgruppe bei 7,2 ssm auf),kann eine direkte Absorption des IR-Lichts nicht für den Effekt infrage kommen. Da die verwendeten Mengen bezogen auf die Menge des gesamtenNebelsatzes relativ klein sind, nur durchschnittlich 25 % entsprechen, und entsprechend die übrigen nebelbildenden Komponenten in geringerer Menge vorhander sin-d, kann auch die Erhöhung der Teilchenzahl des dispergierten Systems nicht für den Effekt verantwortlich gemacht werden. Da nach den bisherigen Beohachtungen auch die Sinkgeschwindigkeit und Kondensierbarkeit' der gebildeten Nebelwolken sich nicht von denen der entsprechenden Nebelsätze ohne Zusatz von Cäsiumsalze unterscheidet, scheint auch eine Verbesserung der Streuwirkung der erzeugten Partikel nicht für den Effekt verantwortlich zu sein. Unter der Annahme nämlich, dass für diese Partikel in erster Näherung das Stokessche Gesetz gilt, d.h. die Sinkgeschwindigkeit dem Quadrat des Partikeldurchmessers proportional ist, würde eine Vergrösserung des Partikeldurchmessers von 1am in üblichen Nebelsätzen auf 10 leim, die für eine wirksame Streuung im IR Bereich von 8-12Wm Cim notwendig wären, eine Erhöhung der Sink- geschwindigkeit um einen Faktor 100-bedeuten. Es bleibt deshalb weiteren Untersuchungen vorbehalten, eine befriedigende Theorie zu finden, warum die erfindungsgemässen pyrotechnischen Nebelsätze sowohl im sichtbaren als auch im Infrarot eine befriedigende Dichte aufweisen. Die vorliegende Erfindung hat sich weiterhin die Aufgabe gestellt, die Nebelausbeute von phosphorhaltigen Nebel sätzen zu erhöhen. Die üblicherweise verwendeten Metalle Magnesium und Titan führen zu einem Aschegehalt nach dem Abbrand der Nebel sätze von 60 - 70 8 Uberraschenderweise gelingt es, die Effektivität derartiger Nebelsätze zu steigern, indem man anstelle von Magnesium und Titan eine ZirkoniNickellegierung vorzugsweise mit 70 % Zirkon und 30 % Nickel einsetzt. Der Aschegehalt derartiger Sätze kann dadurch bis auf 5 % gesenkt werden. Zusätze an Bor wirken in gleicher Richtung und verbessern zusätzlich die IR-Absorption. Durch Zusätze an Amoniumchlorid kann die Wirksamkeit zusätzlich gesteigert werden. Der grosse Vorteil der, vorbeschriebenen Nebelsätze besteht darin, dass sie passiv wirksam sind. Das bedeutet, dass sie eine eigene Wärmetönung aufweisen und somit das Umgebungsbild in Infrarotsichtgeräten nicht verändern. In den folgenden Beispielen sind eine Reihe von erfindungsgemässen Nebelsätzen mit entsprechenden Nebelsätzen ohne den erfindungsgemässen Zusatz verglichen. Beispiel 1 Ammoniumperchloratnebel 1,7 kg Ammoniumperchlorat, 1,5 kg Zinkoxid, 0,8 kg Polychlorisopren und 0,5 kg Ammoniumchlorid werden mit einer Lösung aus 0,5 kg Dioctylphthalat in 1 Liter Methanol angeteigt. Die Mischung wird durch ein Sieb mit einer 1V,aschen weite von 0,3-0,5 mm gedrückt und auf Horden getrock:et., Das getrocknete Granulat wird dann gemäss DE-AS 30 31 369 zu Presskörpern von ca. 50 g verpresst. Jeweils 20 Pre- körper werden mit einem Anzündsatz gemäss Beispiel 2 der DE-AS 30 31 369 in einer Kunststoff- oder Metallhülle zu einer Ladung vereinigt. Der Anzündsatz hat folgende Bestandteile: Magnesiumpulver (1,2 kg) Eisenblau (0,9 kg), Bor amorph (2,39 kg), pulverförmiges Chlorparaffin (0,8 kg) und Schwarzpulvermehl (4,71 kg). Das Magnesiumpulver und das Eisenblau wurden vorgemischt; das Chlrparaffin, gelöst in 2 Litern Perchloräthylen, wurde hinzugegeben und vermengt. Das Bor amorph wurde hinzugegeben und der Mischvorgang 5 Minuten wiederholt. Als letzter Bestandteil wurde das Schwarzpulverhinzugegeben, mit den anderen Bestandteilen 10 Minuten gemischt, getrocknet und mit 1500 bar gepresst. Die gleiche Mischung, wie vorstehend, wird zusätzlich mit 0,4 kg Cäsiumnitrat vermischt und in gleicher Weise zu Presskörpern mit einem Gewicht von ca. 50 g verarbeitet. Wie vorstehend,werden jeweils 20 Presskörper mit einem Zündsatz in einer Hülle zu einer Ladung zusammengefügt. Zur Beurteilung der Nebelwirkung werden nebeneinander 3 weisse auf ca. 40 oC aufgeheizte Platten im Gelände im Abstand von 10 m aufgestellt und aus einer Entfernung'von 100 m mit Infrarot und optischen Sichtgeräten bei Wellenlängen von 10 Wm, 3,5 Wm und O,6Wm beobachtet. Nebelladungen der obigen Zusammensetzung werden mit einer Treibladung ca. 40-50 m vor das Ziel geschossen, wo sich innerhalb von Sekunden eine 3-15 m hohe und 25-40 m breite und tiefe Nebelwand ausbildet. Bei Temperaturen von 220C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 48 % werden die in der folgenden Tablelle aufgeführten Abdeckungsverhältnisse ermittelt. Unter sehr gut wird eine Abdeckung von 95-100 % verstanden, d.h. das Ziel ist nicht mehr vom Hintergrund zu unterscheiden. Unter gut wird eine Abdeckung von 80-95 % verstanden, d.h. das Ziel ist fast nicht auszumachen. Unter mässig ist eine Abdeckung von 50-80 % zu verstehen. Unter schlecht ist eine Abdeckung von unter 50 z zu verstehen,bei der das Ziel noch deutlich auszumachen ist. T a b e l 1 e 1 Abdeckungsverhältnisse bei Beobachtungswellenlänge 0,6 ssm 3,5 ssm 10 ssm Perchlorat gut schlecht schlecht Perchlorat/CsNO3 sehr gut gut gut B e i s p i e l 2 Hexachlorethannebel 2,5 kg Hexachlorethan, 0,8 kg Zinkoxid, 0,4 kg Siliciumpulver, 0,3 kg Aluminiumpulver und 0,3 kg amorphes Bor werden intensiv gemischt und in einem Kneter mit 2 kg einer 10 %igen Elastomer binderlösung in Aceton angeteigt. Die Mischung wird dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 zu Presskörpern verarbeitet die durch einen zusätzlichen Ueberzug ans Methacrylharz isoliert und gemäss Beispiel 1 zu Nebelladungen vereinigt werden. Die gleiche Mischung wie oben, jedoch unter Zusatz von 1 kg Cäsiumnitrat wird in entsprechender Weise zu Nebelladungen verarbeitet. Die Nebelwirkung wird gemäss Beispiel 1 bestimmt, wobei die Resultate der folgenden Tabelle 2 erhalten werden. Die gebeildeten Nebel haben einen pH-Wert von ca. 5-7. Das Elastomer bestand aus Butadien. Polybutadien ist ebenfalls verwendbar. Tabelle 2 Abdeckungsverhältnisse bei Beobachtungswellenlänge - 0,6 ssm 3,5 Fm 10 ssm HC-Mischung sehr gut mässig mässig HC / CsCl sehr gut sehr gut sehr gut Beispiel 3 Roter Phosphornebel 0,65 kg roter Phosphor, 0,15 kg Eisen (III) oxid, 0,15 kg Aluminiumpulver und 0,15 kg Magnesiumpulver werden mit 0,2 kg 10 %-igem Elastomerbinder verknetet und gemäss Beispiel 1 zu Presskörpern verarbeitet. In gleicher Weise werden Mischungen,die zusätzlich 0,40 kg Cäsiumnitrat enthalten,zu Presskörpern verarbeitet. Die Nebelwirkung wird gemäss Beispiel 1 bestimmt, wobei die Resultate der folgenden Tabelle 3 erhalten werden. T a b e l l e 3 Abdeckungsverhältnisse bei Beobachtungswelienlänge 0,6 m 3,5 An 10 ss m Phosphor sehr gut schlecht schlecht Phosphor/CsNO3 sehr gut sehr gut sehr gut Beispiel 4 0,65 kg Hexachlorethan, 0,2 kg Siliziumpulver und 0,15 kg Aluminiumpulver werden vermischt, und unter schwachem Druck in eine Hülle gepresst, die mit einem Treib- und Anzündsatz verbunden ist. In gleicher Weise werden Mischungen verarbeitet, die zusätzl 0,01-0,10 kg Cäsiumchlorid enthalten. Die folgenden Nebelwirkungen werden erhalten: Tabelle 4 Äbdeckungsverhältnisse bei Beobachtungswel lenlänge 0,6 m 3,5 m 10 m HC-Nebel gut mässig mässig HC-CsCl sehr gut sehr gut sehr gut In den nachstehenden Beispielen werden bewährte Rezepturen angegeben. Als Binder wird Butadien 1Polybutadien) eingesetzt. Beispiel 5 55 % Roter Phosphor 23 % Cäsiumnitrat 12 % Zirkonium/Nickel-Legierung 70 : 3Q 10 % Butadien Beispiel 6 55 % Roter Phosphor 20 % Cäsiumnitrat 4 %, Mangan-Pulver 6 % Zirkonium/Nickel-Legierung 70 : 30 5 % feines Aluminiumpulver 10 % Butadien B e i s p i e l 7 27 % NH4Cl O4 8 % Zr/Ni 70 : 30 5 % feines Aluminium-Pulver 25 g Cs NO3 25 % NH4Cl 10 % Butadien Beispiel 8 43,75 % roter Phosphor 33,00 % Cs NO3 6,00 % Bor amorph 4,75 % Titanpulver kleiner-,100 m 12,50 % Polybutadien B e i s p i e 1 9 43,75 % roter-Phosphor 33,00 % Cs NO3 6,00 % Bor amorph 4,75 % Zirkonium/Nickel-Legierung 70 : 30 12,50 % Macroplast B 202 (Butadien im Lösungsmittel hergestellt von Fa. Henkel, -Düsseldorf, BRD)

Claims: Patent a n S p r u c h e 1.) Pyrotechnische Nebelsätze, die im sichtbaren und infra roten Bereich undurchdringliche Nebel erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass den Nebelsätzen zusätzlich Cäsium Verbindungen beigemischt sind, die beim Abbrand dispergiert werden und Strahlungen im Infrarot bereich absorbieren. 2.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Gehalt an Cäsium-Verbindungen 0,5 50 % beträgt. 3.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Gehalt an Cä.sium-Verbindungen S - 25 % beträgt. 4.) Pyrotechnische Nebel sätze nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Cäsium-Verbindung ent halten ist. 5.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass als Cäsium-Verbindung Cäsiumchlorid, Cäsiumbromid, Cäsiumnitrat, Cäsiumoxid enthalten ist. 6.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 1 - 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Cäsium-Verbindung einem Hexachlorethansatz mit Silicium und Aluminium als Metallpulver beigemischt ist. 7.)-Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 6, enthaltend 50 - 70 -Gew % Hexachlorethan 20 - 40 Gew % Silicium und/oder Aluminiumpulver sowie 1 - 20 Gew % CEsium-Verbindung. 8.) Pyrotechnische Nebelsätze mit Phosphorgehalten von etwa über 50 Gew %, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Zir konium/Nickellegierung, vorzugsweise im Legierungsver hältnis 70/30. 9.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an amorphem. Bor. 10.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet durch nachstehendes Mischungsver- hältnis roter Phosphor 30 - 50 % Zirkonium/Nickel 3 - 15 % Bor 5 - 20 % Cäsiumverbindung 5 - 25 % und gegebenenfalls Aluminiumpulver in Mengen von 3 % bis 20 % . 11.) Pyrotechnische Nebelsätze nach Anspruch 8 bis 10, gekennzeichnet durch Zusätze an Amoniumchlorid in Mengen von 5 % bis 25 %.

Inventors: WEBER, MANFRED
Applicants: PYROTECHNISCHE FABRIK F. FEISTEL GMBH + CO KG
Application year: 1983
Main classification: C06D3
IPC codes: C06D3