Characterization of MCX-8100

Abstract

Independent of application, certain explosive composition properties are important to know. Performance depends on properties like detonation velocity and detonation pressure. Sensitivity of munitions is dependent on properties such as critical diameter to fulfill IM requirements. MCX-8100, studied in this report, is one of the new compositions developed with large critical diameter to withstand shock threat in the form of Bullet Attack, Fragment Impact, Sympathetic Detonation and Shaped Charge Jet Attack. MCX-8100 is a composition developed and produced by Chemring Nobel. It is a melt-cast composition with main applications in large calibre fillings, for example 120 mm and 155 mm shells. We have characterized MCX-8100 due to potential for utilisation in these ammunition types. MCX-8100 has DNAN as binder. The solid filler is a mixture of NTO and HMX. Nominal content for MCX-8100 is NTO/DNAN/HMX (53/35/12). Selecting DNAN as binder makes it possible to use the same filling plants as for TNT or TNT based compositions to fill MCX-8100 into warheads. MCX-8100 has been characterized with regards to critical diameter, detonation velocity and detonation pressure. In addition, theoretical calculations of performance at different densities have been performed with Cheetah 2.0. The quality of the casted test items with regard to density is variable. Most items have a density of 97+2 % of TMD (Theoretical Maximum Density). X-ray images of the charges show lower density in the upper part than at the bottom. In addition, the casted items contain some bubbles, particularly in the upper part of the charges. The casting process has large potential for improvement. Critical diameter for MCX-8100 Lot DDP13A0002E seems relatively reproducible. Four test items have been tested giving a critical diameter of 19.7 mm. Detonation velocities have been determined for cylindrical charges with diameter 36+1 mm. Detonation velocity varies with the density of the charges. Average detonation velocity for the four tested items with average density 1.72+0.02 g/cm3 is 7106+148 m/s. This result is 3-400 m/s below the theoretical velocity calculated with Cheetah 2.0 Average detonation pressure determined by Plate Dent test for 2 test charges is 208 kbar. As for the detonation velocity this result is below the theoretical result calculated by Cheetah 2.0. The difference is in order of 20+10 kbar.

Uavhengig av hva en sprengstoffkomposisjon skal brukes til, er det noen egenskaper som er viktig å ha kjennskap til. Virkningen til sprengstoff er avhengig av egenskaper som detonasjonshastighet og detonasjonstrykk, mens følsomhet til ammunisjon er avhengig av egenskaper som kritisk diameter for å kunne oppfylle kravet til IM. MCX-8100 er en av de nye komposisjonene utviklet med stor kritisk diameter for å motstå trusselen fra sjokk. For IM testene Bullet Attack, Fragment Impact, Sympathetic Detonation og Shape Charged Jet Attack er hovedtrusselen sjokk som gir sjokkinitiering av sprengstoffet. Komposisjonen MCX-8100 er utviklet og produsert av Chemring Nobel. Det er en smeltestøpt komposisjon som kan anvendes i større kalibre som 120 mm og 155 mm granater. Vi har karakterisert komposisjonen utfra dens potensiale for bruk i denne type ammunisjon. MCX-8100 har DNAN som bindemiddel. Faststoffet er en blanding av NTO og RDX. Nominell sammensetning for MCX-8100 er NTO/DNAN/HMX (53/35/12). Ved å bruke DNAN som bindemiddel kan alle fyllingsanlegg for TNT eller TNT-baserte komposisjoner også benyttes til fylling av MCX-6100. I denne rapporten har ulike prøver av MCX-8100 blitt karakterisert med hensyn på kritisk diameter, detonasjonshastighet og detonasjonstrykk. I tillegg er teoretiske beregninger av virkning ved ulike tettheter blitt utført ved bruk av Cheetah 2.0. De støpte testlegemene varierer i kvalitet med hensyn på tetthet. De fleste testlegemer hadde en tetthet på 97+2 % av TMD. Røntgenbilder av ladningene viser lavere tetthet i toppen enn i bunnen. I tillegg inneholder de støpte ladningene luftbobler/porer som også i stor grad er konsentrert til den øvre halvdel av ladningene. Benyttet støpeprosedyre har derfor utvilsomt potensiale for forbedringer. Kritisk diameter for MCX-8100 Lot DDP13A0002E er reproduserbar. Fire testobjekter er testet og har alle en kritisk diameter på 19,7 mm. Detonasjonshastighet er bestemt for ladninger med diameter 36+1 mm. Detonasjonshastigheten varierer med tettheten på testladningen. Gjennomsnittshastigheten for de fire testlegemene med gjennomsnittlig tetthet 1,72+0,02 g/cm3 er målt til 7106+148 m/s. Dette resultatet er 3-400 m/s lavere enn den teoretisk beregnede detonasjonshastigheten med Cheetah 2.0. Detonasjonstrykk bestemt ved bruk av Plate Dent-test for to testladninger gir et gjennomsnittlig trykk på 208 kbar. Eksperimentelt målt detonasjonstrykk er lavere enn teoretisk beregnet med Cheetah 2.0. Forskjellen er i størrelsesorden 20+10 kbar.