Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für ein festes, gegossenes, explosives Produkt, welches als Zündkapsel und als Explosivstoff mit geringem Durchmesser geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein explosives Produkt, welches mit dem obigen Verfahren erhältlich ist.

Mit dem Aufkommen von Ammoniumnitrat und Brennstoff-Öl-Mischungen, bekannt unter ANFO, in der Explosionsstoff-Industrie in den frühen 1950ern und anderen, mehr oder weniger empfindlichen explosiven Mischungen seit dieser Zeit wurde nach Wegen zur Entwicklung eines Zünders für diese Materialien für Oberflächen- und Untergrundsprengungen gesucht. Als Resultat wurde eine gegossene Zündkapsel oder Booster entwickelt. Die gegossene Zündkapsel wurde aus selbstauslösenden Sprengstoffen, wie Trinitrotoluene [TNT], Cyclotrimethylentrinitramin [RDX], Pentaerythritoltetranitrat [PETN], und deren Mischungen hergestellt, wie eine Zusammensetzung B, die etwa 60% RDX, 40% TNT enthält und etwas Wachs als Unempfindlichmacher. Die ersten gegossenen Produkte wurden mit verschiedenen, empfindlichen Kernen hergestellt, wie PETN oder einer spiralförmigen Sprengsicherung.

Das bekannte und derzeit verwendete Verfahren zur Herstellung einer solchen gegossenen Zündkapsel oder Boosters besteht aus Schmelzen der oben erwähnten, empfindlichen Sprengstoffe oder deren Kombinationen, oft bei Temperaturen von 100°C oder höher, und Gießen des geschmolzenen Sprengstoffs in Formen. Die größte Gefahr, die bei diesem Prozess entsteht, ist das Risiko, dass die Temperatursteuerungsmittel ausfallen und daher der Sprengstoff die Zerfallstemperatur erreicht und explodiert. Unabhängig von diesem schwerwiegenden Risiko ist das Verfahren als solches gefährlich, weil selbstauslösende Sprengstoffe gehandhabt werden. Diese können einer Schock-Detonation sogar bei geringeren Temperaturen ausgesetzt sein. Weiterhin kann bei der Handhabung von gegossenen Produkten ein extrem empfindlicher Staub erzeugt werden, der sogar noch gefährlicher ist als die gegossene Zündkapsel selber. Zum Beispiel wurde beobachtet, wie Pentolite Zündkapseln nach der Versendung einen Rest von abgeschabtem, feinen Partikelstaub in den Versandbehältern zurückließen.

Es gibt andere Nachteile, als das Risiko der Explosion. Die verwendeten Materialien sind teuer und einige stehen bei den Heimatquellen nicht zur Verfügung. Die Formen müssen selbstverständlich der Hitze des geschmolzenen Sprengstoffs widerstehen. Trotzdem werden diese Zündkapseln weithin verwendet, weil sie den Vorteil haben, dass sie relativ wasserabweisend sind. Andere Kombinationen von Zündkapseln und Booster, die auf Wassergel und/oder Emulsions-basierten Zusammensetzungen basieren, können nur etwas wasserabweisend sein oder gar nicht wasserabweisend.

In der Vergangenheit hat es Versuche gegeben einen unempfindlichen Schlamm oder emulsionsartige Sprengstoffe zu formulieren, die wässrige Lösungen aus anorganischen Chloraten und Perchloratsalzen, d. h. Salzen von entweder Chlorat-(ClO₃) oder Perchlorat-(ClO₄)-Anionen, verwenden. Diese anorganischen Chlorat- und Perchloratschlämme und -emulsionen haben wesentliche Nachteile. Ihre Dichte muss sorgfältig überwacht werden, indem Gase (als kleine Blasen), Mikroballons oder ähnliche inerte, unempfindliche Materialien verwendet werden, die die Herstellung komplizieren und die Energie der Zündkapsel beeinträchtigen.

GB-A-907611 betrifft einen schlammiges Sprengmittel, enthaltend, als wesentliche Komponenten, und jede in Gewichtsprozent bezogen auf den Schlamm, ein festes Oxidationsmittel, ausgewählt aus anorganischen Chloraten und Perchloraten und vorhanden in einer Menge zwischen 70% und 90%, ein wasserlöslicher, flüssiger Brennstoff, ausgewählt aus Methanol, Ethanol, Isopropanol, mehrwertigem Alkohol, wie Ehylenglykol, Diethylenglykol, Glycerol, Ketone, wie Aceton oder Methylethylketon und vorhanden in einer Menge in einem Bereich zwischen 5% und 20% und Wasser in einer Menge in einem Bereich zwischen 1% und 10%. Wahlweise kann das feste Oxidationsmittel 0 Gew.-% bis 70 Gew.-% Ammoniumnitrat enthalten und der Schlamm kann ein hydrophiles Kolloid enthalten, wie Guargum oder Stärke um die Viskosität des Schlamms zu steuern. Der Schlamm kann durch Mischen der Komponenten sicher hergestellt werden; Der Schlamm kann sicher gelagert und versendet werden oder vor Ort zubereitet werden.

US-A-3 695 948 betrifft eine gegossene Sprengstoffzusammensetzung, die bei Umgebungstemperatur ohne ein Verdickungsmittel gegossen und vulkanisiert wird, und die als wesentliche Komponenten jeweils in Gewichtsprozent der Sprengstoffzusammensetzung, enthält: ein anorganisches, oxidierendes Salz einschließlich Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumchlorat oder -perchlorat in einer Menge im Bereich zwischen 30% bis 93%, Thiourea in einer Menge im Bereich von 5% bis 40% und Wasser in einer Menge im Bereich zwischen 2% bis 20%. Die Mischung kann optional bis zu 30% Wasser-unlöslichen Brennstoff in Form von Petroleumflüssigkeit enthalten, d. h. Brennstofföl und grobe Ölfraktionen, bis zu 5% Dichte-steuernde Mittel in Form von hohlen Glasmikrospheren und bis zu 2% Verdickungsmittel oder Geliermittel zum Verhindern von Erstarren des Schlamms vor dem Eingießen. Die Bestandteile werden lediglich gemischt und der resultierende Schlamm verfestigt sich beim Stehen, wodurch sich ein steifer und harter Körper ergibt.

Die US-A-3,390 029 betrifft eine anorganische, oxidierende Salz-Sprengstoff-Zusammensetzung enthaltend organisches Brennstoff-Lösungsmittel für das Salz. Die Sprengstoff-Zusammensetzung enthält, als wesentliche Komponenten und jede in Gewichtsprozent der Sprengstoff-Zusammensetzung, ein anorganisches, oxidierendes Salz, ausgewählt aus Ammoniumnitrat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Kalziumnitrat, Ammoniumperchlorat, Natriumperchlorat und Magnesiumperchlorat und vorhanden in einer Menge im Bereich von 60% bis 90%, einen organischen Brennstoff in Form von wasserlöslichem, polaren Lösungsmittel, ausgewählt, unter anderen, aus Glykol, Milchsäure, Glykolsäure, Amiden und organischen Carbonaten und vorhanden in einer Menge im Bereich von 5% bis 40% und ein Vernetzungsmittel in einer Menge im Bereich von etwa 0,1% bis etwa 1% zum Verfestigen.

Die US-A-3 395 056 betrifft einen anorganischen, oxidierenen Salz-Alkohol-Sprengstoffschlamm enthaltend ein Alkohol-verdickendes Mittel. Der Sprengstoffschlamm enthält, als wesentliche Komponenten und jede in Gewichtsprozent des Schlamms, ein anorganisches, oxidierendes Salz, ausgewählt aus Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumnitrat, -chlorat oder -perchlorat oder deren Mischungen und vorhanden in einer Menge im Bereich von 0% bis 95%, einen niederen aliphatischen Alkohol, ausgewählt aus den C₁ bis C₄-Alkoholen und vorhanden in einer Menge, die ausreicht um 75% bis 125% des Sauerstoff-Gleichgewichts zu schaffen, und Wasser in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%. Ein Alkohol-verdickendes Mittel, wie Guargum oder seine Derivate wird in einer Menge im Bereich von 0,1% bis 3% hinzugefügt, so dass die erforderliche Konsistenz des Schlamms geschaffen wird. Die Sprengstoffzusammensetzung wird zubereitet, indem die festen Materialien gemischt werden und Wasser und Alkohol hinzugefügt werden.

US-A-3 684 594 betrifft wässrige Sprengstoff-Zusammensetzungen, die reversible flüssig – nichtflüssige Eigenschaften haben. Die Sprengstoff-Zusammensetzung enthält spezifisch, als wesentliche Komponenten und jede in Gewichtsprozent der Sprengstoff-Zusammensetzung, ein anorganisches, oxidierendes Salz, ausgewählt aus Alkali-, Erdalkali- und Aluminiumperchlorat und vorhanden in einer Menge im Bereich von 25% bis 90%, und Wasser in einer Menge im Bereich von 3% und 15%. Optional werden weiterhin ein metallischer Brennstoff, wie Aluminiumpulver hinzugefügt und ein organisches Lösungsmittel, welches in der Lage ist, Solvate mit dem anorganischen, oxidierenden Salz zu bilden, und ausgewählt, unter anderem, aus mehrwertigen Alkoholen, Ethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, wobei das organische Lösungsmittel in einer Menge im Bereich von 0% bis 5% vorliegt. Zur Herstellung der Sprengstoff-Zusammensetzung wird dem anorganischen, oxidierenden Salz bei einer Temperatur oberhalb der Hydrat-Zerfallstemperatur eine Menge an Wasser hinzugefügt, die ausreicht um ein Hydrat zu bilden, die übrigen Komponenten werden zu dem so erhaltenen Schlamm bei der oben aufgeführten Temperatur hinzugefügt und der Schlamm wird dann, in einen Behälter gefüllt und unterhalb die Hydrat-Zerfallstemperatur abgekühlt, so dass der Schlamm sich aufgrund der Bildung von kristallinem Hydrat verfestigt.

Es ist die Hauptaufgabe bei dem Entstehen der vorliegenden Erfindung, einen gießbaren Zündkapsel-Sprengstoff zu schaffen, der den Bohrloch-Druck maximiert (was eine Funktion von sowohl der Geschwindigkeit, als auch der Dichte ist) und der unempfindliche, anorganische Perchloratsalze verwendet, insbesondere das relativ Schock-unempfindliche Natriumperchlorat, statt selbstzündender Sprengstoffe. Andere Aufgaben der Erfindung waren es, in der Lage zu sein eine gegossene Zündkapsel oder Booster bei Umgebungstemperaturen herzustellen und damit die Gefahr zu vermeiden, mit Sprengstoffen bei erhöhten Temperaturen zu arbeiten; eine gegossene Zündkapsel oder Booster zu schaffen, die während ihrer Handhabung keinen empfindlichen oder gefährlichen Staub erzeugt; und eine gegossene Zündkapsel oder Booster zu schaffen, welche die Empfindlichkeit erhöht, nachdem sie formuliert und in einem Behälter platziert wurde, so dass das Sicherheitsniveau bei der Handhabung des Sprengstoffs verbessert wird.

Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer gegossenen Zündkapsel werden diese Aufgaben durch die folgenden Schritte erreicht:

• (a) Auswählen eines trockenen, anorganischen Perchloratsalzes aus der Gruppe bestehend aus Natriumperchlorat, Kaliumperchlorat, Ammoniumperchlorat und ihren Mischungen,
• (b) Auswählen eines trockenen, anorganischen Nitratsalzes aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumnitrat, Kalziumnitrat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat und ihren Mischungen,
• (c) Herstellen einer flüssigen Matrix, welche einen wasserlöslichen, oxidierten organischen Brennstoff geringer Volatilität in einer Menge von 50 Gew.-% bis 84 Gew.-% enthält, wobei der wasserlösliche, oxidierte organische Brennstoff aus der Gruppe mehrwertiger Alkohole ausgewählt ist, die besteht aus Glycerol, Propylenglycol, Dipropylenglycol, Tripropylenglycol, der nach deren Reinigung verbleibende Bodensatz und die Mischungen daraus, und weiterhin, jeweils in Gewichtsprozent, ein Verdickungsmittel in einer Menge von 0% bis 15%, ein Nitratsalz in einer Menge von 0% bis 22%, eine Säure in einer Menge von 0% bis 5% und Wasser in einer Menge von 0% bis 15% enthält,
• (d) Mischen der flüssigen Matrix mit dem trockenen, anorganischen Perchloratsalz und trockenen Nitratsalz und damit Herstellen einer anfänglich gießbaren Mischung, die, jeweils in Gewichtsprozent, die flüssige Matrix in einer Menge von 20% bis 50%, das trockene anorganische Perchloratsalz in einer Menge von 50% bis 80% und optional das trockene anorganische Nitratsalz in einer Menge von 0% bis 22% enthält, und wodurch die anfänglich gießbare flüssige Matrix-Trockensalz-Mischung unempfindlich bezüglich einer Nr. 8-Sprengkapsel ist,
• (e) Eingießen der Flüssigmatrix-Trockensalz-Mischung in einen Behälter, und
• (f) Ermöglichen des Vulkanisierens der Matrix-Trockensalz-Mischung in dem Behälter unter Bildung eines explosiven Produkts, welches für die Verwendung als Zündkapsel und als Explosivstoff mit geringem Durchmesser geeignet ist, welches mit einer Nr. 8-Sprengkapsel detonierbar ist.

Bezüglich der erfindungsgemäßen Zündkapsel, werden diese Aufgaben auch gelöst, indem die Zündkapsel durch die Schritte (a) bis (f) wie oben aufgeführt, erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird ein festes, gießbares Sprengstoff-Produkt, welches für die Verwendung als Zündkapsel oder Sprengstoff mit geringem Durchmesser geeignet ist, durch Kombinieren von etwa 20 bis etwa 50 Gew.-% einer flüssigen Matrix und etwa 50% bis etwa 80% eines trockenen, unempfindlichen, oxidierenden Salzes oder einer Mischung aus solchen Salzen, hergestellt. Bevorzugte Salze sind anorganische Chlorate oder Perchlorate.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird nachstehend als Matrix-Trockensalz-Mischung bezeichnet. Die Erfinder entdeckten, dass eine solche Mischung zu einem Feststoff vulkanisiert, wenn es eine wesentliche Menge an trockenen Perchloratsalz oder -salzen enthält. Die Vulkanisierung erfolgt recht schnell, aber bevor dies passiert, kann die Matrix-Trockensalz-Mischung in eine Form gepresst, eingegossen oder gegossen werden. Das geformte Produkt kann mit einem Pentolite-Zünder von etwa 8 Gramm gezündet werden. Ausführungsbeispiele enthalten Mengen an anorganischen Perchloraten, die mit einer Nr. 8 Sprengkapsel, vorzugsweise mit einer Nr. 6 Sprengkapsel gezündet werden können.

Eine typische flüssige Matrix enthält von etwa 50 Gew.-% bis etwa 84 Gew.-% nicht-explosiven flüssigen Brennstoff, vorzugsweise einen mehrwertigen Glykol, wie Diethylenglykol; 0 bis 22%; 0 bis etwa 22 Gew.-% eines anorganischen Nitrat-Oxidationssalz, wie Ammoniumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumnitrat oder Kalziumnitrat; 0% bis etwa 15 Gew.-% Wasser; 0% bis etwa 15 Gew.-% eines wasserlöslichen Polymer-Verdickungsmittel, wie Guargum; 0% bis etwa 5 Gew.-% einer Säure, wie etwa Eisessig; und 0% bis etwa 2 Gew.-% eines Tensids. Der Brennstoff ist ein wasserlösliches, oxidiertes, organisches Material mit geringer Flüchtigkeit. Beispiele des bevorzugten Brennstoffs umfassen mehrwertige Alkohole, wie Glycerol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol und deren Mischungen. Es ist auch der nach deren Reinigung verbleibende Bodensatz aufgrund der geringen Kosten bevorzugt. Je nach ihrer Zusammensetzung kann der Bodensatz allein oder in Kombination mit irgendeinem der obigen mehrwertigen Alkohole verwendet werden. Als zusätzliche Option kann die Matrix ein Vernetzungsmittel, wie etwa Kaliumpyroantimonat enthalten.

Die endgültige Mischung umfasst etwa 50 bis etwa 80 Gew.-% eines trockenen, anorganischen Perchlorat-Salzes. Natriumperchlorat wird bevorzugt, aber Ammoniumperchlorat kann verwendet werden. Die endgültige Mischung kann zusätzlich zu dem Nitratsalz, welches in der Matrix enthalten sein kann, weiterhin zusätzliche 0% bis etwa 22 Gew.-% eines trockenen Salzes, wie Ammoniumnitrat, Kalziumnitrat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat oder deren Mischungen enthalten. Etwas oder alles dieses zusätzlichen Salzes kann Natriumchlorid sein. So können die Zündkapseln so formuliert werden, dass die Kosten minimiert werden, da der Preis und die Verfügbarkeit der Bestandteile variiert.

Eine grobe Richtlinie für einen Ansatz der erfindungsgemäßen Zündkapseln ist es, die anorganischen Oxidationsmittel und die organischen Brennstoffe so zueinander zu proportionieren, dass alle Wasserstoff-Atome der Formel zu Wasser konvertiert werden und alle Sauerstoff-Atome der Formel zu Kohlendioxid konvertiert werden. Es ergeben aber auch große Abweichungen von dieser Richtlinie Zündkapseln mit guten mechanischen Eigenschaften, die zuverlässig mit einer Nr. 8 Sprengkapsel detonieren.

Es wird anfänglich nach dem Mischen der flüssigen Matrix mit dem trockenen, anorganischen, oxidierendem Salz oder Salzen eine gießbare oder pumpbare Mischung gebildet. Nach Stehen für irgend etwas zwischen zwanzig Minuten und einigen Stunden, je nach Formel und Temperatur, vulkanisiert die Mischung zu einer festen, wachsartigen Masse mit guten mechanischen Eigenschaften. Der Vulkanisierungsprozess ist nicht vollständig verstanden, insbesondere mit solchen Ansätzen, bei denen das wasserlösliche Polymer nicht absichtlich vernetzt wird, aber es kann mit Interaktionen zusammenhängen, bei welchen die Matrix-Polyole als polydentate Liganden gegenüber den Kationen des Oxidationsmittels agieren.

Dieses Verfahren, einen festen, gießbaren Sprengstoff herzustellen, ist eine Sicherheits-Verbesserung gegenüber gegossenen Zündkapseln nach dem Stand der Technik, insbesondere wenn Natriumperchlorat verwendet wird, da keiner der Ausgangsstoffe ein selbstzündender Sprengstoff ist und es nicht erforderlich ist, die Mischung zu erwärmen um eine extrudierbare, ausgießbare oder pumpbare Zusammensetzung zu erhalten. Es erfolgt tatsächlich nur eine milde exotherme Reaktion bei der Präparation der flüssigen Matrix. Kühlen der Matrix, bevor das trockene Produkt hinzugefügt wird, kann die Mischung über eine längere Zeitspanne gießbar halten, d. h. die Gieß-Lebensdauer oder Behälter-Lebensdauer verlängern. Die gegossene Zündkapsel, die sich so ergibt, ist wirtschaftlich, hitzebeständig, begrenzt wasserabweisend und weist eine Explosivkraft auf, die zu derjenigen der gegossenen Zündkapseln nach dem Stand der Technik äquivalent ist. Die Verwendung eines Heißschmelzsiegels auf der Oberfläche des Explosiv-Feststoffs in dem Behälter macht den Behälter und seine Inhalte wasserdicht.

Eine weitere überraschende Sicherheitseigenschaft der Erfindung ist es, dass die Zündkapsel dazu neigt, die Sprengempfindlichkeit zu erhöhen, wenn sie vulkanisiert und daher ein sichereres Mischen und Handhaben in einem weniger empfindlichen Zustand ermöglicht. Dieses Phänomen ist entgegengesetzt zu dem herkömmlicher Zündkapseln oder Booster.

Ein weiterer deutlicher Vorteil der Zündkapseln nach der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist die Tatsache, dass sich ihre Wirksamkeit ausgedrückt in Schockwellen-Geschwindigkeit mit steigender Dichte verbessert. Die optimale Dichte für bestimmte Ansätze ist 1,80 Gramm qcm. Überraschenderweise zeigen Ansätze nur eine geringfügig geringere Aktivität und Wirksamkeit bis hinunter zu 1,50 Gramm qcm.

Dies ist in unmittelbarem Gegensatz zu vielen Zündkapseln, welche eine verringerte Geschwindigkeit aufweisen, wenn die Dichte sich erhöht. Es müssen zum Beispiel Mikro-Ballons oder Luft-Einschlüsse verwendet werden, damit die Dichte verringert wird um Zündkapseln aus Materialien wie ANFO-Emulsionen oder -schlämmen herzustellen. Selbstzündende Sprengstoffe erfordern üblicherweise auch eine Mischung, damit die optimale Dichte von etwa 1,5 bis 1,6 Gramm/qcm erreicht wird.

Es ist selbstverständlich das Ziel den Bohrlochdruck, der eine Funktion sowohl von der Geschwindigkeit, als auch von der Dichte ist, zu maximieren.

Der erfindungsgemäße, feste Sprengstoff wird aus einer Mischung einer flüssigen Matrix und einem trockenen, oxidierenden Salz oder Salzen hergestellt, d. h. eine Matrix-Trockensalz-Mischung. Nach der Kombination wird die Matrix-Trockensalz-Mischung in einen Zündkapsel-Behälter oder eine Form überführt. Die resultierende, geformte Mischung vulkanisiert zu einem festen Produkt in etwa zwei Stunden, mehr oder weniger, je nach Temperatur, dem Fließvermögen der Mischung bei der Herstellung, der Korngröße und der Korngrößen-Verteilung des verwendeten Trockensalzes oder der Salze. Falls gewünscht, kann der flüssigen Matrix ein Tensid hinzugefügt werden, um die Vulkanisierungsrate zu verlangsamen.

Eine typische, erfindungsgemäße Matrix enthält etwa 50% bis 80 Gew.-% eines nicht-explosiven, flüssigen Brennstoffs, wie Diethylenglykol, anderen mehrwertigen Glykolen, Ketonen und Kohlenwasserstoffen, wie Brennstoff-Öle oder deren Mischungen; 0% bis 15 Gew.-% Wasser; 0% bis etwa 22 Gew.-% eines organischen oder anorganischen Nitratsalzes, wie Kalziumnitrat, Ammoniumnitrat oder Natriumnitrat; 0 bis etwa 15% eines wasserlöslichen, polymerischen Verdickungsmittels, wie Guargum, 0% bis etwa 5 Gew.-% einer Säure, wie Eisessig; und 0% bis etwa 2 Gew.-% eines Tensids.

Das oxidierende Salz ist ein anorganisches Perchloratsalz, wie Ammoniumperchlorat, Natriumperchlorat oder deren Mischungen. Ein wesentlicher Teil des oxidierenden Salzes muss in trockener Form zugefügt werden, um eine Zündkapsel mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Das trockene, oxidierende Salz kann geringe Mengen an trockenen Nitratsalz enthalten. Die Matrix-Trockensalz-Mischung enthält etwa 50% bis 80 Gew.-% eines trockenen, anorganischen Perchlorats, 0% bis etwa 15 Gew.-% eines trockenen Nitratsalzes; und von etwa 20% bis etwa 50 Gew.-% Matrix.

In den unten aufgeführten Beispielen für Matrix-Trockensalz-Mischungen, veranschaulicht die 68% Perchlorat- und 32% Matrix-Mischung die größte Tendenz zu kürzerem Behälterleben oder Gießleben. Die Verwendung von 10% Natriumnitrat, welche das Perchlorat ersetzen, erstrecken das Behälterleben in Mischungen die von 4,5 kg bis 11,3 kg reichen für eine Dauer von 30 Sekunden bis 1,5 Minuten. Auch die Zugabe von verschiedenen Tensiden, wie Amphoteric L und Amphoteric C, die beide von Exxon Chemical Company, Milton, Wisconsin erhältlich sind, steigern in Mengen von 0,25% bis 0,5% das Behälterleben. Die endgültige Dichte kann jedoch aufgrund der Natur der Tenside von 0,5 g/qcm auf 0,1 g/qcm reduziert werden. Diese Behälterlebensdauer-Erstreckung wird fraglich, wenn kontinuierlich gemischt wird.

Es wurde auch gefunden, dass die Korngröße des Natriumperchlorats einen Effekt auf die Behälterlebensdauer hat. Die folgende Tabelle zeigt den Prozentsatz, der in U.S. Standardsieben für drei Proben, die als Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 bezeichnet sind, zurückbehalten wird.

Wie gezeigt wurde nur 35,2% der Probe Nr. 1 in einem 100 Maschen-Sieb zurückbehalten. Bei Hinzufügen zu der Matrix, ist dieses Natriumperchlorat so ausgestaltet, dass es in weniger als einer Minute nicht gießbar ist. Die Proben Nr. 2 und Nr. 3 hatten akzeptable Gießzeiten bei 4,5 kg bis 13,6 kg Sätzen von bis zu 3 bis 4 Minuten. Bei Zurückbehalten von 80% bis 90% in einem 100 Maschen-Sieb, wurden die Gießzeiten als adäquat für das Mixen eines Satzes und Gießen befunden.

Unter Sicherheitsaspekten gesehen ist Natriumperchlorat ist das bevorzugte Salz. Ammoniumperchlorat ist ebenfalls recht sicher zu handhaben, aber wesentlich teurer. Diese Salze ergeben ein endgültiges Produkt, das viel sicherer zu handhaben ist, als herkömmliche Zündkapseln.

Je größer die Menge an Perchlorat, um so größer wird die Dichte und die Leichtigkeit mit welcher die Zündkapsel detoniert.

In einem ersten Beispiel der Erfindung hatte die Matrix folgende Formel:

Bei der Herstellung dieser Matrix wurde das Kalziumnitrat zuerst in Wasser aufgelöst. Diese Lösung wurde dem nicht-explosiven, flüssigen Brennstoff, d. h. Dietyhlenglykol hinzugefügt, in welchem eine milde exotherme Reaktion erfolgte. Es war wünschenswert die Temperatur der Mischung gering zu halten, oder sie anschließend an die exotherme Reaktion zu verringern. Das Niedrighalten der Temperatur verlängerte die Zeit, während der die frisch hergestellte Matrix-Trockensalz-Mischung überführbar blieb.

Nach der wässrigen Lösung, welche das Nitrat enthielt, wurde dem nicht-explosiven, flüssigen Brennstoff Guargum, das in einem Aliquot des flüssigen Brennstoffs suspensiert war, Wasser und das Nitratsalz hinzugefügt. Einmal suspensiert wurde es der flüssige Brennstoff-Wasser-Nitratmischung zugefügt.

Die flüssige Matrix in diesem Ansatz kann einen Teil der Gesamtmenge an Natriumperchlorat als ihre wässrige Lösung enthalten, wie sie aus kommerziellen Quellen verfügbar ist. Wenn es der Matrix als eine Lösung hinzugefügt wird, wird selbstverständlich die verwendete Menge an Wasser, das als solches hinzugefügt wird, reduziert, damit die Gesamtmenge an Wasser innerhalb eines akzeptablen Bereichs bleibt.

Der Eisessig wird als nächstes hinzugefügt und untergemischt. Eisessig ist ein Viskositätsverstärker in dem Guar-System. Die Matrix war nun bereit zum Mischen mit dem Trockensalz. Die Matrix hatte anfänglich eine geringe Viskosität und dickte mit der Zeit ein, während das Guar sich löste. Nach Stehen über mehrere Stunden wurde sie dick und Honigartig. Es wurde jedoch gefunden, dass keine beobachtete Änderung oder Unterschied bei der Handhabung und Effektivität des Endprodukts vorlag, je nachdem ob die Matrix frisch verwendet wurde oder einige Tage alt war.

Trockenes Natriumperchloratsalz wurde der flüssigen Matrix hinzugefügt, wodurch sich eine Matrix-Trockensalz-Mischung ergab, die aus 67 Gew.-% Natriumperchlorat und 33 Gew.-% Matrix bestand. Das in diesem Beispiel und anderen, unten aufgeführten Beispielen verwendete Nariumperchlorat war im wesentlichen trocken, d. h. weniger als ein Prozent oder so Wasser. Es wird jedoch angenommen, dass, da etwas Wasser in allen akzeptablen Ansätzen vorhanden ist, es nicht erforderlich ist, dass das Trockensalz im wesentlichen wasserfrei sein muss und dass vielleicht sogar das Monohydrat trocken genug ist um für die Bildung der fluiden Flüssigmatrix-Trockensalz-Mischung verwendet zu werden.

Es wurde erfindungsgemäß entdeckt, dass die fluide Mischung bezüglich einer Nr. 8 Sprengkapsel nicht empfindlich ist, während das fertige Produkt, das nach etwa zwei Stunden aushärtet, bezüglich einer Nr. 8 Sprengkapsel empfindlich ist. Dies verbessert die Sicherheit bei der Handhabung der Mischung erheblich. Das Endprodukt hat eine Dichte von 1,49 Gramm qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung wurde auf einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlplatte zur Explosion gebracht und verursachte ein Loch der Platte.

In einem zweiten Beispiel hat die flüssige Matrix die folgende Formel:

Trockenes Natriumperchlorat wurde zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 60% trockenem Sodiumperchlorat und 40% Matrix bestand. Das Endprodukt hat eine Dichte von 1,40 Gramm qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war empfindlich gegenüber einer Nr. 8 Sprengkapsel. Die Ladung wurde auf einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte zur Explosion gebracht und verursachte das Abplatzen der Platte.

In einem dritten Beispiel hat die flüssige Matrix die folgende Formel:

Trockenes Natriumperchlorat wurde zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 65% trockenem Sodiumperchlorat und 35% Matrix bestand. Das Endprodukt hat eine Dichte von 1,40 Gramm qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war empfindlich gegenüber einer Nr. 8 Sprengkapsel. Die Ladung wurde auf einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte zur Explosion gebracht und verursachte das Abplatzen der Platte.

In einem vierten Beispiel hat die flüssige Matrix die folgende Formel:

Trockenes Natriumperchlorat wurde zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 55% trockenem Sodiumperchlorat und 45% Matrix bestand. Das Endprodukt hat eine Dichte von 1,40 Gramm/qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war empfindlich gegenüber einer Nr. 8 Sprengkapsel.

In einem fünften Beispiel hat die flüssige Matrix die folgende Formel:

Trockenes Natriumperchlorat wurde zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 62% trockenem Sodiumperchlorat und 38% Matrix bestand. Das Endprodukt hat eine Dichte von 1,54 Gramm qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war empfindlich gegenüber einer Nr. 8 Sprengkapsel. Die Ladung wurde auf einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte zur Explosion gebracht und verursachte ein Loch in der Platte.

Im sechsten, siebten, achten und neunten Beispiel hat die flüssige Matrix die folgende Formel:

Im sechsten Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 68% trockenem Sodiumperchlorat und 32% Matrix bestand. Eine 250-Gramm-Ladung wurde auf einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte zur Explosion gebracht und verursachte ein Loch in der Platte.

Im siebten Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 53% trockenem Sodiumperchlorat und 32% Matrix bestand. Die verbleibenden 15% des Endprodukts wurden mit zusätzlichem Kalziumnitrat aufgefüllt. Eine 250-Gramm-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich.

Im achten Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 53% trockenem Sodiumperchlorat und 32% Matrix bestand. Die verbleibenden 15% des Endprodukts wurden mit zusätzlichem Natriumnitrat aufgefüllt. Eine 250-Gramm-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich.

Im neunten Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 60,5% trockenem Sodiumperchlorat und 32% Matrix bestand. Die verbleibenden 7,5% des Endprodukts wurden mit zusätzlichem Natriumnitrat aufgefüllt. Das Endprodukt hatte eine Dichte von 1,72 Gramm qcm. Eine Ein-Pfund (452 Gramm)-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich. Die Ladung wurde auf einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte zur Explosion gebracht und verursachte ein 1/2 bis 3/4-Zoll (1,27–1,9 Zentimeter)-großes Loch in der Platte.

In einem zehnten und elften Beispiel hatte die flüssige Matrix die folgende Formel:

Im zehnten Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 64,5% trockenem Sodiumperchlorat und 28% Matrix bestand. Die verbleibenden 7,5% des Endprodukts wurden mit Kalziumnitrat aufgefüllt. Das Endprodukt hatte eine Dichte von 1,67 Gramm/qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich.

Im elften Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 53% trockenem Sodiumperchlorat und 32% Matrix bestand. Die verbleibenden 15% des Endprodukts wurden mit Kalziumnitrat aufgefüllt. Das Endprodukt hatte eine Dichte von 1,64 Gramm qcm. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich.

In einem zwölften Beispiel hatte die flüssige Matrix die folgende Formel:

In diesem zwölften Beispiel, in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Natriumperchlorat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 58% trockenem Sodiumperchlorat und 32% Matrix bestand. Die verbleibenden 10% waren Natriumnitrat. Das Endprodukt hatte eine Dichte von 1,75 bis 1,80 Gramm/qcm mit guten mechanischen Eigenschaften. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich und verursachte ein Loch mit einem Durchmesser von 1,0 bis 1,5 Zoll (2,54 bis 3,81 Zentimeter) in einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte.

In einem dreizehnten Beispiel in welchem obige Matrix verwendet wurde, wurde trockenes Ammoniumperchlorat und Natriumnitrat zu der Matrix hinzugefügt um ein Endprodukt herzustellen, das aus 58% trockenem Ammoniumperchlorat, 10% Natriumnitrat und 32% Matrix bestand. Das Endprodukt hatte eine Dichte von 1,75 bis 1,80 Gramm qcm mit guten mechanischen Eigenschaften. Eine Ein-Pfund (454 Gramm)-Ladung war gegenüber einer Nr. 8-Sprengkapsel empfindlich und verursachte ein Loch mit einem Durchmesser von 1,0 bis 1,5 Zoll (2,54 bis 3,81 Zentimeter) in einer 3/4 Zoll (1,9 Zentimeter) dicken Stahlkegelplatte. Ähnliche Ergebnisse wurden mit 68% Ammoniumperchlorat und 32% Matrix erhalten.

Tests an den verschiedenen Beispielen zeigten, dass die Geschwindigkeit je nach Rezeptur von 19 000 bis 23 000 ft/sec (9791 Meter/s bis 7010 Meter/s) für verschiedene Endprodukte reichte.