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1/3
3 , 7 2 8 , 1 7 3
P a t e n t e d
A p r . 1 7 ,
1 9 7 3
1
3 , 7 2 8 , 1 7 3
DENSE
EXPLOSIVE
SLURRY
COMPOSITIONS
OF
HIGH ENERGY
CONTAINING
A GUM IXTURE
M e l v i n
A .
C o o k , Lex L . Udy, and A l b e r t G. F u n k , S a l t
Lake C i t y ,
U t a h ,
a s s i g n o r s t o I n t e r m o u n t a i n R e s e a r c h
& n g i n e e r i n g C o . ,
I n c .
No r a w i n g .
F i l e d O c t . 1 7 , 1 9 6 9 , S e r . No. 8 6 7 , 3 8 8
I n t . C l . C06b N00
US .
C l . 149-21 1 0 C l a i m s
ABSTRACT
OF
THE
DISCLOSURE
A e n s e e x p l o s i v e c o m p o s i t i o n o f h i g h e n e r g y
i s made
up in
h e a v y
s l u r r y form p r i m a r i l y
o f
c o n c e n t r a t e d a q u e o u s
s o l u t i o n o f
a p e r c h l o r a t e ,
p r e f e r a b l y s o d i u m
p e r c h l o r a t e ,
? n e l y d i v i d e d m e t a l l i c
aluminum,
a
s e l f - e x p l o s i v e s u c h a s
TNT r RDX,
a n d
a l o n g
term s t a b l e
t h i c k e n e r c o m p r i s
i n g
a guar gum r
s t a r c h i n
combination with a
x ant h an
gum. Sodium n i t r a t e m a y
b e
a d d e d t o r e d u c e f u d g e p o i n t .
BACKGROUND AND PRIOR ART
US.
P a t .
No. 2 , 8 3 6 , 4 8 4 s u g g e s t e d a n e x p l o s i v e s l u r r y
c o u l d
b e made
o f h i g h p r o p o r t i o n s o f m e t a l l i c aluminum
i n a
c o n c e n t r a t e d
a q u e o u s
s o l u t i o n
o f i n o r g a n i c n i t r a t e s ,
p e r c h l o r a t e s , e t c . , a s o x i d i z e r s .
M or e
s u c c e s s f u l e x p l o s i v e s
w e r e made u p
l a t e r , u s i n g
l e s s e r q u a n t i t i e s
o f
a l u m i n u m ,
a d d i n g t h i c k e n e r s , c r o s s - l i n k i n g
a g e n t s
f o r t h e t h i c k e n e r s ,
s t a b i l i z e r s , and t h e l i k e . O t h e r s
h a v e
t a u g h t t h e u s e o f
s e l f - e x p l o s i v e s s u c h
a s
TNT p a r t i c l e s s u s p e n d e d
i n
t h e
s l u r r y , a s i n C o o k and F arn am
US .
P a t . No.
2 , 9 3 0 , 6 8 5 .
I t
i s
w e l l k n o w n t h a t
? n e l y d i v i d e d
m e t a l l i c
aluminum
c a n
serve
bo t h
a s
a
f u e l
a n d
as a
s e n s i t i z e r
f o r blasting
s l u r r y
c o m p o s i t i o n s
b a s e d o n aqueous s o l u t i o n s
o f
am
m o n i u m n i t r a t e
a n d / o r
o t h e r
i n o r g a n i c
o x i d i z e r
s a l t s . I t
i s k n o w n
a l s o
t h a t , d e s p i t e
o b v i o u s t h e o r e t i c a l a d v a n t a g e s
i n
u s e o f h i g h d e n s i t y
s l u r r y e x p l o s i v e s , t h o s e
o f h i g h e r
d e n s i t i e s
a r e e x t r e m e l y
d i f ? c u l t and
o f t e n i m p o s s i b l e t o
d e t o n a t e . For t h i s r e a s o n , t h e
i n d u s t r y
h a s
o f t e n
found i t
e x p e d i e n t
t o a c c e p t l e s s d e n s e ( a n d
h e n c e
l e s s p o w e r f u l )
e x p l o s i v e s i n s l u r r y form in o r d e r t o o b t a i n
d e t o n a b i l i t y .
T h u s , v a r i o u s e x p e d i e n t s
h a v e
b e e n p r o p o s e d t o r e d u c e
d e n s i t y b y
a d d i n g
i n e r t
? l l e r s ,
? b r o u s
m a t e r i a l s ,
a n d p a r
t i c u l a r l y t o
i n c o r p o r a t e
g a s
o r g a s s i n g
a g e n t s .
E x p e d i e n t s
s u c h a s a e r a t i o n , c a r b o n a t i o n , a d d i t i o n o f g a s g e n e r a t i n g
s u b s t a n c e s s u c h
a s n i t r i t e s ,
c a r b o n a t e s
i n combination
w i t h w e a k
a c i d s ,
h a v e
b e e n
s u g g e s t e d
and some
o f t h e s e
h a v e b e e n u s e d c o m m e r c i a l ly .
W h i l e
i t
i s w e l l k n o w n t h a t
s e n s i t i v i t y
o f t h e s e
e x p l o s i v e
s l u r r i e s u s u a l l y
i n c r e a s e s
w i t h
d e c r e a s i n g d e n s i t y , t h e
h i g h e r s e i s m i c e n e r g y o f t h e
d e n s e r
s l u r r i e s i s o f g r e a t
v a l u e w h e n t h e y c a n
be d e t o n a t e d . S m a l l e r b o r e h o l e s , o r
more w i d e l y s p a c e d
b o r e h o l e s ,
c a n b e d r i l l e d , a t
s u b s t a n
t i a l l y
r e d u c e d
d r i l l i n g c o s t s , w h e n t h e e x p l o s i v e s a r e t o
b e
u s e d i n mining o r e x c a v a t i o n . C o n c e n t r a t i o n o f e n e r g y i n
m i n i m a l v o l u m e o b v i o u s l y
i s
d e s i r a b l e f o r m i l i t a r y a p p l i
c a t i o n s .
An
o b j e c t
o f
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n
i s t o ma k e
a v a i l a b l e
u n u s u a l ly d e n s e
a n d p o w e r f u l
b l a s t i n g
a g e n t s t h a t
c a n
b e
d e t o n a t e d
by u s e o f b o o s t e r s
o f r e a s o n a b l e s i z e a n d
c o s t .
A n o t h e r
o b j e c t i s
t o
p r o v i d e
d e n s e b l a s t i n g a g e n t s w h i c h
a r e
s u ? i c i e n t l y ? u i d w h e n ? r s t produced t h a t
t h e y
c a n
b e p o u r e d o r p u m p ed
i n t o a r e c e p t a c l e , a n d s t i l l
s o l i d i f y
o r
s t i f f e n u p
s u ? i c i e n t l y
a s t o
become
e s s e n t i a l l y
s o l i d .
I n t h i s
w a y ,
any
t e n d e n c y
o f
p a r t i c u l a t e
components t o
s e p a r a t e
from
a
l i q u i d o r g e l l e d
menstruum
i s p r e v e n t e d .
C o n t a i n e r s , s u c h a s l a r g e bombs, a r e
d y n a m i c a l l y
s t a b l e
b e c a u s e t h e c o n t e n t s d o n o t r e m a i n l i q u i d . T h i s i s im
p o r t a n t
f o r
s a f e t r a n s p o r t a t i o n o f
l a r g e
m a s s e s o f s u c h
m a t e r i a l s
i n v e h i c l e s
where ? u i d m o t i o n
would b e
o b j e c
t i o n a b l e , i n a i r c r a f t o r s m a l l w a t e r
c r a f t , f o r
e x a m p l e .
10
15
20
25
30
35
40
45
50
5 5
60
65
7 0
2
SUMMARY
P o w e r f u l d e n s e
e x p l o s i v e s ,
o f
s l u r r y
f o r m ,
w h i c h
a r e
r e l a t i v e l y
? u i d
w h e n ? r s t
m i x e d , b u t w h i c h
e s s e n t i a l l y
s o l i d i f y a n d r e m a i n
s t a b l e by r e a s o n o f p o w e r f u l l y c r o s s
l i n k e d
g e l l i n g a g e n t s , a r e
m a de up
o f re l a t iv e l y
l a r g e p r o
p o r t i o n s o f
m e t a l l i c
aluminum i n c o m b i n a t i o n w i t h
s e l f
e x p l o s i v e p a r t i c l e s , i n a n
a q u e o u s
s o l u t i o n o f
a m m on i u m ,
a l k a l i
m e t a l
o r a l k a l i n e e a r t h
m e t a l
p e r c h l o r a t e .
S u p p l e
m e n t a l o x i d i z e r s , s u c h
a s
sodium
n i t r a t e ,
e t c . ,
m a y
b e
added
t o t h e p e r c h l o r a t e .
T h i c k e n i n g
a g e n t s i n c l ud e
c o n
v e n t i o n a l
guar
gum or
s t a r c h
c o mb ined with a s m a l l
a m o u n t
o f a
xanthan gum w h ich
i m p a r t s
l o n g - t e r m s t a
b i l i t y a n d a
v i s c o s i t y
o f ?rm r u b b e r y c o n s i s t e n c y .
DESCRIPTION OF
PREFERRED
EMBODIMENT
T h i s
i n v e n t i o n i s
based
o n
t h e
d i s c o v e r y
t h a t
by
a c a r e
f u l
s e l e c t i o n
o f
i n g r e d i e n t s
a n d p r o p o r t i o n s , u s i n g a p e r
c h l o r a t e
a s
a n i m p o r t a n t i n g r e d i e n t
i n
t h e
o x i d i z e r ,
a l o n g
w i t h
o t h e r
k n o w n i n g r e d ie n t s a s
t h e m o r e
i m p o r t a n t
con
s t i t u e n t s ,
e x p l o s i v e
a g e n t s o f
u n u s u a l l y
h i g h
d e n s i t y a n d
o f v e r y h i g h s e i s m i c
energy
a r e o b t a i n e d .
These
a r e u s e f u l
i n h a r d r o c k m i n i n g
w h e r e
h i g h
b r i s a n c e ,
h i g h
s h a t t e r i n g
e f f e c t s , a r e d e s i r e d . They a r e u s e f u l a l s o o r o t h e r a p p l i c a
t i o n s w h e r e t h e i r v e r y h i g h e n e r g i e s , c o n s i d e r a b l y h i g h e r
t h a n
TNT, a r e d e s i r e d
a l o ng w i t h r e a s o n a b l y h i g h b r i s
a n c e . Sodium p e r c h l o r a t e i s s p e c i ? c a l l y p r e f e r r e d a s
a
m a j o r o x i d i z e r
i n g r e d i e n t
b u t a m m o n i u m p e r c h l o r a t e
a n d/ r c a l c i u m p e r c h l o r a t e a r e o f t e n
j u s t a s
s a t i s f a c t o r y .
These c o m p o s i t i o n s a r e
m a d e u p o f
about
3 2
t o 45
by w e i g h t o f a n o x i d i z e r c o n s i s t i n g m a i n l y o f an i n o r g a n i c
p e r c h l o r a t e
d i s s o l v e d o r a t l e a s t d i s s o l v e d t o a
s u b s t a n t i a l
d e g r e e
in
a q u e o u s l i q u i d t o p r o v i d e an
e s s e n t i a l l y
c o n
t i n u o u s
l i q u i d
p h a s e .
T h i s
l i q u i d
m a y
b e
t h i c k e n e d
o r
g e l l e d ;
h e n c e , t h e e x p r e s s i o n
c o n t i n u o u s l i q u i d
p h a s e
w i l l
be
u n d e r s t o o d t o
i n c l u d e
a
c o n t i n u o u s ,
o r
s u b s t a n t i a l l y
c o n t i n u o u s g e l p h a s e . The a q u e o u s l i q u i d , w h i c h m a y i n
c l u d e
minor p r o p o r t i o n s o f w a t e r
c o m p a t i b l e
o r g a n i c
l i q u i d
s u c h a s e t h y l o r m e t h y l a l c o h o l ,
e t h y l e n e
o r d i e t h
y l e n e
g l y c o l ,
f o r m a m i d e ,
d i m e t h y l
f o r m a m i d e , o r
a n a l o g
o u s a l d e h y d e s ,
k e t o n e s ,
e t h e r s ,
e t c . ,
c o m p r i s e s 1 0
t o 17%
b y w e i g h t
o f t h e
t o t a l , p r e f e r a b l y
1 1 t o
15%.
S u s p e n d e d i n
t h e l i q u i d
o r
g e l
p h a s e
t o
form a s l u r r y
a r e p a r t i c l e s
o f
m e t a l l i c a l u m i n u m
o r
magnesium,
o r
b o t h ,
and
p a r t i c l e s o f a p o w e r f u l s e l f - e x p l o s i v e . The l a t t e r m a y
b e
TNT,
RDX
r
s i m i l a r
m a t e r i a l s .
The
t o t a l w e i g h t p r o
p o r t i o n s o f m e t a l l i c
a n d
s e l f - e x p l o s i v e
p a r t i c l e s
i s s u b s t a n
t i a l l y h i g h e r
t h a n
p r o p o r t i o n s
o f
s e l f - e x p l o s i v e
n o r m a l l y
u s e d
i n
e x p l o s i v e
o f
t h e
g e n e r a l t y p e
m e n t i o n e d
in
C o o k
and F arn am US.
P a t .
N o .
2 , 9 3 0 , 6 8 5 ,
m e n t i o n e d
a b o v e .
P r e f e r a b l y ,
t h e t o t a l w e i g h t
o f t h e s e
p a r t i c u l a t e
i n g r e d i e n t s
i s
b e t w e e n 4 5 a n d
5 5 % o f
t h e
t o t a l c o m p o s i t i o n , a l t h o u g h
i n
s o m e c a s e s the
t o t a l may
be
a s l i t t l e a s
40
o r
a s
much
a s 60%.
Of
p a r t i c u l a r
i m p o r t a n c e
f o r
p u r p o s e s o f t h i s i n v e n
t i o n
i s t h e
c h o i c e
o f
t h i c k e n e r . For c o n v e n i e n t h a n d l i n g ,
t h e
c o m p o s i t i o n
w h e n f r e s h l y
p r e p a r e d , s h o u l d
b e p o u r
a b l e and
pumpable by
means
o f a
c o n v e n t i o n a l
s l u r r y
pump, s u c h a s one o f r o t a r y
o r
p i s t o n t y p e . However, b e
c a u s e
t h e s l u r r y c o n t a i n s
s u s p e n d e d
p a r t i c l e s o f d e n s i t y
which
m a y d i f f e r c o n s i d e r a b l y from t h a t o f t h e l i q u i d o r
g e l
p h a s e ,
t h e s e m a y s e g r e g a t e a n d / o r s e p a r a t e from t h e
c o n t i n u o u s p h a s e
u n l e s s t h e
v i s c o s i t y
o f t h e l a t t e r
s o o n
becomes s u f l i c i e n t
t o p r e v e n t s u c h
s e p a r a t i o n .
H e n c e , t h e
v i s c o s i t y
i m p a r t i n g o r
g e l l i n g
a g e n t
must
b e
o n e
which
i s
n o t s o i m m e d i a t e l y
e f f e c t i v e a s t o
m a k e
t h e s l u r r y
t o o
t h i c k t o
p u m p ,
p o u r ,
e t c . , b u t i t
mus t t h i c k e n u p
s u b s t a n
t i a l l y
a n d v e r y soon
a f t e r p u m p i n g
o r p o u r i n g
s o t h a t t h e
s u s p e n d e d p a r t i c l e s
r e m a i n
i n
r e a s o n a b l y
h o m o g e n e o u s
d i s p e r s i o n
t h r o u g h o u t .
I n
a d d i t i o n , p a r t i c u l a r l y i f t h e
c o m p o s i t i o n
i s t o
b e
u s e d o r c a r r i e d i n l a r g e
m e t a l
c o n t a i n e r s , i t i s p r e f e r r e d
7/25/2019 US3728173.pdf
2/3
3 , 7 2 8 , 1 7 3
t h a t
t h e g e l become
h i g h l y
v i s c o us s o o n , i . e . s u b s t a n t i a l l y
s o l i d . T h i s
i s
d e s i r a b l e b e c a u s e
i f
l a r g e l i q u i d ? l l e d c o n
t a i n e r s a r e c a r r i e d o n c e r t a i n
v e h i c l e s , e . g . i n a i r c r a f t ,
and
s u c h c o n t a i n e r s u s u a l l y c o n t a i n a t
l e a s t
a s m a l l
v o i d ,
mo tio n
o f
t h e
v e h i c l e m a y c a u s e
o r p e r m i t l i q u i d
contents
t o
move
a n d
s l o s h
around. This
m o v e m e n t
c a n
c o n t r i b u t e
t o i n s t a b i l i t y
i n
a i r c r a f t ,
e v e n
i n s m a l l
w a t e r
c r a f t and
i t
m a y be d e s i r a b l e t o a v o i d s u c h
where
r e a s o n
a b l y
p o s s i b l e .
G e n e r a l ly , t h e t h i c k e n i n g o r g e l l i n g a g e n t s h o u l d h a v e
a t
l e a s t
t h e f o l l o w i n g
p r o p e r t i e s :
I t s h o u l d b e h i g h l y
e f f e c t i v e in s m a l l p r o p o r t i o n s b e c a u s e ,
a s
a
r u l e , i t
h a s
l i t t l e v a l u e
a s
a c o n t r i b u t o r
t o
t h e energy o f e x p l o s i o n .
I t
s h o u l d s h o w a t l e a s t a s h o r t
d e l a y i n i t s
t h i c k e n i n g
e f f e c t , f o r h a n d l i n g , p u m p i n g , e t c . , f o r r e a s o n s a l r e a d y
m e n t i o n e d .
I t
s h o u l d s e t
u p
f a i r l y s o o n t o p r o d u c e a h i g h
v i s c o s i t y .
For c e r t a i n a p p l i c a t i o n s , e . g .
a t a
d i s t a n c e f r om
t h e p l a c e
w h e r e
t h e
s l u r r y i s
p r e p a r e d , i t
s h o u l d b e
h i g h l y
s t a b l e
o v e r l o n g p e r i o d s o f t i m e
a n d
o v e r f a i r l y w i d e
t e m p e r a t u r e
r a n g e s .
T h i s
i s l e s s i m p o r t a n t
f o r
m a n y min
mg p p l i c a t i o n s b u t i s s t i l l d e s i r a b l e . I t s h o u l d
b e
e f f e c t i v e
a n d
s t a b l e ,
q u i t e
i n d e p e n d e n t l y o f t h e
a c i d i t y
o r
p H
o f
t h e li q u i d p h a s e .
Some
o f t h e p r i o r
a r t t h i c k e n i n g a g e n t s ,
such
a s
s o m e
o f
t h e c r o s s - l i n k e d
g uar g u m s
a r e q u i t e
d e p e n d e n t ,
b o t h in t h e i r t h i c k e n i n g e f f e c t a n d i n t h e i r
s t o r a g e s t a b i l i t y , o n s u c h p H . Of c o u r s e , pH
m a y
b e
a d j u s t e d , a s by a d d i n g a c i d , b u t t h i s i s n o t d e s i r a b l e i n
m os t c a s e s .
The
t h i c k e n e r s u s e d in t h e c o m p o s i t i o n s o f
t h i s i n v e n t i o n a r e n o t
l i m i t e d t o
g e l s a n d s l u r r i e s
o f
l o w
pH n t h e i r u s e f u l n e s s .
The p r e f e r r e d t h i c k e n e r s o r g e l l i n g
a g e n t s f o r
t h e com
p o s i t i o n s o f t h i s i n v e n t i o n a r e m a d e
up i n
p a r t o f k n o w n
m a t e r i a l s , o r
a
c o m b i n a t i o n , o f c o n v e n t i on a l t h i c k e n e r s .
T h e s e
a r e
c a r b o h y d r a t e s ,
e s p e c i a l l y
p o l y s a c c h a r i d e s s u c h
a s
a
gu a r gum o r s t a r c h ,
o r a
c o m b i n a t i o n , p r e f e r a b l y
combined
w i t h a
c r o s s - l i n k i n g a g e n t
o r
component. How
e v e r ,
a
t h i c k e n e r
o f t h e r m a l
s t a b i l i t y
s u p e r i o r t o
g u a r
gum, s u c h a s a xanth an gum,
i s a d d e d ,
t o o .
The l a t t e r
1 8 found t o
b e
needed f o r i m p a r t i n g s t o r a g e s t a b i l i t y .
S u c h gums b e c o m e s
e s s e n t i a l ,
p a r t i c u l a r l y
f o r
e x t e n d e d
s t o r a g e o f t h e s l u r r y w h e r e h i g h a m b i e n t t e m p e r a t u r e s
a r e
l i k l y t o b e
e n c o u n t e r e d .
U n d e r
t h e
l a t t e r c o n d i t i o n s ,
o r d i n a r y guar
gum o r
s t a r c h
t y p e t h i c k e n e r s a r e i n
a d e q u a t e .
A r e f e r r e d t h i c k e n e r
c o m b i n a t i o n , t h e r e f o r e , i s ma de
u p o f a c o m p o s i t e
of
about 3 t o 5 p a r t s by w e i g h t o f a
t h e r m a l l y s t a b l e
x a n t h a n
gum, p l u s
a b o u t
two p a r t s
o f a
k n o w n t y p e o f g u a r gum. A m a l l a m o u n t , p r e f e r a b l y 0 . 3
t o
0 . 6 p a r t o f a c r o s s - l i n k i n g
a g e n t
i s
added
t o a c t i v a t e
t h e guar
gum.
B o r i c a c i d i s u s e f u l f o r t h e l a t t e r p u r p o s e .
A l k a l i metal
d i c h r o m a t e s a l s o can be
u s e d . T h i s
c o m
p o s i t e
t h i c k e n e r
c a n b e
u s e d
i n
p r o p o r t i o n s b r o a d l y o f
0 . 1 t o
2 s u a l l y
a t
l e a s t 0.25% b a s e d o n t h e
t o t a l w e i g h t
o f t h e c o m p o s i t i o n . P r e f e r r e d p r o p o r t i o n s
u s u a l l y
a r e
a b o u t 0 . 5 t o 1.5%
o f
t o t a l s l u r r y w e i g h t .
The
l i q u i d
component i s a q u e o u s ,
i . e .
c o n s i s t s o f o r
c o m p r i s e s
w a t e r , w h i c h m a y c o n t a i n o r g a n i c
s o l v e n t s
s u c h
a s a l c o h o l s , g l y c o l s ,
a m i d e s ,
e t c . , a s
p o i n t e d
o u t
m or e f u l l y b e l o w . A l l l i q u i d c o m p o n e n t s
p r e f e r a b l y
a r e
s o l v e n t s f o r
t h e
o x i d i z e r
s a l t s o r
f o r
a
major
p a r t t h e r e o f .
S p e c i ? c e x a m p l e s a r e g i v e n
b e l o w
t o i l l u s t r a t e t h e i n v e n
t i o n f u r t h e r .
Example
No . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
-- I
10
20
25
30
3 5
40
50
5 5
C r i t i c a l diameter _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . :
Detonation
elocity
m./sec_
..._ ... . . _ . . . . .
_
. ._ . .
..
Detonation
ressure,
kllobars
......__ 4
______________
._
Energy Q=cal./gram_
- 1 ,
960
......
.
2 , 000 2 , 300
Seismic s t r e n g t h
o f .
TNT 1 . 4 1 . 4 1 . 4 5 1 . 5
M i n i m u m
b o o s t e r 5 0 / 5 0
P e n t o l i t e ,
g . . _ . . 2 0 2 0 2 0 2 0
1 2 6 5 a t 2 0
C .
. 7 5
a t
65
t o +165 F .
I
2 a t
2 0
C .
4 3 at
20 .
7 5
4
I n
t h e a b o v e e x a m p l e s a l l o f t h e c o m p o s i t i o n s w e r e
s u f f i c i e n t l y
i n s e n s i t i v e
t h a t t h e y w o u l d
n o t
d e t o n a t e
w i t h a
No.
6
e l e c t r i c b l a s t i n g cap
a t
2 5 C . N e i t h e r w ou l d t h e y
d e t o n a t e
i n
a 2 - i n c h s t e e l p i p e
c a p p e d ,
w h e n ? r e d a t w i t h
a
3 0 . 0 6 - c a l i b r e
r i ? e a t
25
y a r d s
r a n g e .
A l l o f
t h e
c o m p o s i t i o n s
s h ow n
i n
t h e
f o r e g o i n g
t a b l e
a r e
h i g h e n e r g y and h i g h e x p l o s i v e s l u r r i e s which can b e
m a d e a t r e l a t i v e l y low c o s t s .
They
d e t o n a t e w e l l under
p r e s s u r e . Some o f t h e s e
c o m p o s i t i o n s
have been s t o r e d
f o r
a
period of twelve m o n t h s or m o r e
w i t h
n o
apparent
d e g r a d a t i o n . Because w a t e r i s a s u b s t a n t i a l i n g r e d i e n t ,
i t
i s n e c e s s a r y , o f
c o u r s e , t h a t t h e
c o n t a i n e r s f o r t h e s e
c o m p o s i t i o n s
b e
k e p t
a i r
t i g h t
t o
p r e v e n t
l o s s
o f t h e
w a t e r
b y
e v a p o r a t i o n o v e r l o n g
p e r i o d s
o f
t i m e .
While w a t e r i s u s e d a s
t h e
s o l v e n t
i n
t h e
examples
a b o v e , i t i s sometimes
a d v a n t a g e o u s
t o
a dd o r s u b s t i t u t e
a s m a l l q u a n t i t y o f an o r g a n i c w a t e r m i s c i b l e l i q u i d ,
e . g .
a l c o h o l , p r e f e r a b l y a g l y c o l , s u c h a s e t h y l e n e o r d i e t h y l
e n e g l y c o l . These n o r m a l l y w i l l b e u s e d i n s m a l l p r o p o r
t i o n s ,
e . g . 0 . 2
t o
3 o r 4 p e r c e n t
o f t h e
t o t a l . Proper
u s e
o f
s u c h
o r g a n i c
l i q u i d m a y
i n v o l v e b l e n d i n g t h e g u m
t y p e t h i c k e n e r
i n t o
i t
t o
f a c i l i t a t e
t h e d i s p e r s i o n
o f
t h e
t h i c k e n e r i n t o t h e
s l u r r y .
The
t h i c k e n e r
a d v a n t a g e o u s l y
c a n b e ? r s t
d i s p e r s e d i n
s u c h l i q u i d ,
e . g .
a l c o h o l o r
g l y c o l ,
a n d t h e n s t i r r e d
i n t o
t h e m i x t u r e
t o
g e t a h o m o g e n e o u s
d i s t r i b u t i o n
o f t h e g u m t h r o u g h o u t t h e
who le
mass b e f o r e
t h e t h i c k e n e r
b e g i n s
t o s e t u p .
The xanthan
g u m i s
i m
p o r t a n t
b e c a u s e
i t
h a s
h i g h e r
t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y
t h a n
guar g u m .
While
a lum in um
i s
t h e
p r e f e r r e d m e t a l ,
i t
can
b e
r e
p l a c e d i n p a r t , o r under s ome c i r c u m s t a n c e s
c o m p l e t e l y ,
w i t h
m a g n e s i u m . G e n e r a l l y s p e a k i n g ,
a
s m a l l p a r t o f t h e
a lum in um p r e f e r a b l y i s
o f
a v e r y ? n e l y d i v i d e d
o r ?ne
? a k e d p a i n t g r a d e .
I n
s u c h c o n d i t i o n i t
i s
an e x t r e m e l y
p o w e r f u l s e n s i t i z e r .
The
t o t a l p r o p o r t i o n s o f
aluminum
a n d h i g h e x p l o s i v e ,
p r e f e r a b l y
r a n g e
between
a b o u t 4 5
and
6 5 %
o f
t h e
who le
c o m p o s i t i o n . Of h i s , t h e aluminum s h o u l d
c o m p r i s e
from
about 20 t o
45
a n d
t h e
remainder
i s
m a d e
u p o f t h e
s e l f - e x p l o s i v e ,
i . e .
TNT
o r
e q u i v a l e n t . I n
l i u
o f
TNT,
o t h e r
g r a n u l a r h i g h e x p l o s i v e s , s u c h
a s RDX,
Composi
t i o n B or PETN may be u s e d ,
o r
a combinat io n
o f
TNT
with o ne or m o r e
o f
such s u b s t i t u t e d h i g h . e x p l o s i v e s
can
b e
u s e d w i t h o u t
d e p a r t i n g from
t h e
i n v e n t i o n . Water i s
u s e d
a s n e e d e d t o g i v e r e q u i r e d ? u i d i t y and v i s c o s i t y
over
t h e temperature range o f u s e . Usually i t w i l l m a k e
u p n o t l e s s t h a n
10%
n o r m o re t h a n 20
by
w e i g h t
o f t h e
t o t a l , p r e f e r a b l y 1 1 t o
15
O t h e r i n g r e d i e n t s m a y
b e
u s e d w i t h i n t h e
l i m i t s
d e
s c r i b e d
above
and v a r i o u s
c o n v e n t i o n a l components
m a y
be
added
i n s m a l l
p r o p o r t i o n s ,
s u c h a s
? n e l y d i v i d e d c a r
bonaceous
f u e l , and t h e l i k e . I t i s o f t e n d e s i r a b l e t o i n
c l u d e a s m a l l a m o u n t o f a wa ter-a lumin um s t a b i l i z e r ,
p a r t i c ul a r l y i f t h e s l u r r y
i s
l i k e l y t o r e m a i n i n l i q u i d
c o n d i t i o n
f o r any
e x t e n d e d p e r i od o f t i m e . A m a l l p r o
p o r t i o n ,
s u c h
a s
0 . 0 5 t o 0.2% o f a m m o n i u m
p h o s p h a t e
o r e q u i v a l e n t
i s
u s e f u l f o r
t h i s
p u r p o s e , a s i s a l r e a d y
k n o w n i n
t h e
a r t .
W h a t s c l a i m e d i s :
1 .
A
d e n s e h i g h e n e r g y e x p l o s i v e c o m p o s i t i o n c o m
p r i s i n g a b o u t
3 2
t o 4 5 % by
w e i g h t , b a s e d
o n
t h e t o t a l
c o m p o s i t i o n ,
o f an
o x i d i z e r which
c o n s i s t e s s e n t i a l l y
o f
an i n o r g a n i c p e r c h l o r a t e s e l e c t e d from t h e g r o u p which
c o n s i s t s o f a m m on i u m , a l k a l i
and a l k a l i n e
e a r t h m e t a l
p e r c h l o r a t e s , s a i d
o x i d i z e r b e i n g
d i s s o l v e d i n
1 0
t o 20%
by w e i g h t ,
b a s e d
on s a i d t o t a l
c o m p o s i t i o n , o f
a q u e o u s
l i q u i d ,
s a i d c o m p o s i t i o n c o n t a i n in g a s f u e l
a n d
s e n s i t i z e r
a c o m b i n a t i o n
t o t a l i n g
b e t w e e n 4 5
and
65%
by
W e i g h t
o f
a
c o m b i n a t i o n o f ? n e l y d i v i d e d m e t a l l i c p o w d e r , s e
l e c t e d f r om t h e g r o u p which c o n s i s t s
o f
aluminum, m a g
n e s i u m ,
and
m i x t u r e s
t h e r e o f ,
w i t h a h i g h b r i s a n ce s e l f
e x p l o s i v e c o m p o u n d , s a i d
c o m p o s i t i o n b e i n g
v i s c o u s a n d
g e l - l i k e
i n
form and i n c l u d i n g 0 . 1 t o
2
o f a
g e l l i n g
a g e n t , s a i d
g e l l i n g
a g e n t c o m p r i s i n g a m i x t u r e o f a w a t e r
s w e l l i n g g u m
and
a
c r o s s - l i n k i n g
a g e n t
combined
w i t h
7/25/2019 US3728173.pdf
3/3
3 , 7 2 8 , 1 7 3
a n o t h e r g u m o f h i g h e r t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y t h a n g u a r
g u m .
2 . C o m p o s i t i o n
a c c o r d i n g
t o
c l a i m
1
w h e r e i n t h e
o x i
d i z e r
i s
p r i m a r i l y
s o d i u m
p e r c h l o r a t e .
3 .
C o m p o s i t i o n a c c o r d i n g
t o
c l a i m
1
w h e r e i n t h e
o x i
d i z e r i s made u p p r i m a r i l y o f s o d i u m p e r c h l o r a t e w i t h
a
minor
p r o p o r t i o n o f
so d i um
n i t r a t e .
4 . C o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 w h e r e i n t h e f u e l
c o m p r i s e s
1 5 t o 40 by
w e i g h t ,
based o n t h e
t o t a l c o m
p o s i t i o n , o f
m e t a l l i c p a r t i c l e s ,
t h e r e m a i n d e r
o f
s a i d f u e l
b e i ng a h i g h e x p l o s i v e c om p ou n d i n p a r t i c u l a t e
form a n d
o f h i g h b r i S a n c e .
5 .
C o m p o s i t i o n
a c c o r d i n g
t o
c l a i m 4 w h e r e i n t h e m e t a l
l i c
p a r t i c l e s
a r e o f
? n e l y
d i v i d e d p a r t i c u l a t e a l u m i n u m .
6 .
C o m p o s i t i o n
a c c o r d i n g t o c l a i m 1 w h e r e i n t h e o x i
d i z e r
i s p r i m a r i l y
s o d i u m
p e r c h l o r a t e
i n
p r o p o r t i o n s o f
3 3 t o 4 5 % b y w e i g h t , b a s e d on t h e
t o t a l
c o m p o s i t i o n .
7 .
C o m p o s i t i o n a
c c o r d i n g
t o
c l a i m
6 w h e r e i n
t h e f u e l
i s
a
m i x t u r e o f 1 6
t o
3 5 p a r t s
o f
p a r t i c u l a t e a l u m i n u m
and 20 t o 3 0 p a r t s o f p e l l e t i z e d t r i n i t r ot o l u e n e .
8 .
C o m p o s i t i o n a c c o r d i n g
t o
c l a i m 1 w h i c h c o n t a i n s
3 3
t o
41%
by
w e i g h t o f
sodium
p e r c h l o r a t e ,
which c o n
t a i n s a l u m i n u m
and
a h i g h l y
b r i s a n t
h i g h e x p l o s i v e c o m
p o u n d ,
b o t h s a i d
a l u m i n u m a n d
s a i d h i g h
e x p l o s i v e
b e i n g
in p a r t i c u l a t e
f o r m ,
a n d
s u f f i c i e n t
t h e r m a l l y s t a b l e g u m
i n t h e t h i c k e n e r
t o p r o d u c e a
c o n s i s t e n c y
a p p r o x i m a t e l y
10
1 5
20
25
6
s i m i l a r t o t h a t o f
g u m
r u b b e r , s a i d
c o m p o s i t i o n h a v i n g
a d e n s i t y
o f
a t
l e a s t a b o u t
1 . 8 .
9 .
C o m p o s i t i o n
a c c o r d i n g t o , c l a i m 8 w h e r e i n t h e
t o t a l
f u e l a n d h i g h e x p l o s i v e c o n s t i t u t e 4 5
t o
5 5 % b y w e i g h t
o f
t h e
t o t a l c o m p o s i t i o n ,
t h e p r o p o r t i o n s
o f a l u m i n u m
t o s a i d h i g h e x p l o s i v e c o m p o u n d b e i ng a p p r o x i m a t e l y
W i t h i n t h e
l i m i t s
o f
35
t o
1 5
a n d
1 5
t o 3 5 , s a i d
c o m
p o s i t i o n h a v i n g a s e i s m i c s t r e n g t h r a t i o o f a t l e a s t 1 . 2 / 1
compared
t o c a s t t r i n i t r o t o l u e n e .
1 0 . A
o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m
1 i n w h i c h t h e
g e l l i n g a g e n t
i s
m a d e
up
o f a combination o f about
t w o
p a r t s by w e i g h t
o f
g u a r
g u m
a n d 3 t o
5
p a r t s
o f a t h e r
m a l l y s t a b l e
x a n t h a n
g u m s t a b i l i z e r , a n d w h e r e i n t h e
g u a r gum s
c r o s s - l i n k e d .
R e f e r e n c e s
C i t e d
UNITED STATES PATENTS
3,153,606 10/1964 B r e za e t
a 1 . ________
149-42
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