s cg 01354292

Upload: anonymous-figyuonxuu

Post on 08-Jul-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    1/31

    UNCLASSIFIED

    AD NUMBER

    LIMITATION CHANGES

    TO:

    FROM:

    AUTHORITY

    THIS PAGE IS UNCLASSIFIED

     ADB004012

     Approved for public release; distribution isunlimited.

    Distribution authorized to U.S. Gov't. agenciesonly; Test and Evaluation; MAR 1975. Otherrequests shall be referred to Edgewood Arsenal, Attn: SAREA-TS-R, Aberdeen Proving Ground, MD21010.

    EA, D/A notice, 13 Oct 1977

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    2/31

    TECHNICAU 

    LIBRARY

     

    [ A H ;

     

    USADAC

     TECHNICAL 

    LIBRARY

     

    5 7 2 

    7757 

    EDGEWOOD ARSENAL

     

    CONTRACTOR

     

    REPORT 

    EM-CR-74053 

    (E A - 4D41) 

    EFFECTS 

    OF

     

    ENVIRONMENTAL

     

    AND 

    PROCESSING 

    CONDITIONS 

    ON

     

    COMPOSITION AND SENSITIVITY

     OF

     

    HC

     WHITE SMOKE MIX

     

    m^ftffr 

    by 

    J.

     

    . ankow 

    G.

     .

     McKown 

    March 

    1975 

    NASA NATIONAL

     

    SPACE

     

    TECHNOLOGY LABORATORIES 

    General

     Electric

     

    Company

     

    Engineering

     and

     

    Science Services Laboratory 

    Bay

     

    Saint Louis,

     

    Mississippi

      39520

     

    Contract

     No.

     NAS8-27750 

    DEPARTMENT

     

    OF HE ARMY  

    Headquarters, Edgewood Arsenal 

    Aberdeen Proving Ground, Maryland  21010 

    ETIC QUALITY 

    IIT6PECTKD

     

    d

     

    Distribution limited

     

    to U S Government agencies

     only

     because

     

    of

     

    test and evaluation; 

    March

     

    1975.

     

    Other

     

    requests or this

     

    document must

     

    be referred

     

    o

     

    Commander , 

    Edgewood

     Arsenal, ttn: 

    SAREA-TS-R,

     

    Aberdeen

     Proving Ground, Maryland 

    21010.

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    3/31

    Disclaimer 

    The 

    findings n this report are 

    not

     

    to

     be 

    construed 

    as 

    an

     official Department of 

    the

     Army 

    position,

     unless 

    so 

    designated by 

    other

     authorized

     

    documents. 

    Disposition

     

    Destroy his 

    report

     

    when

     it is

     

    no longer needed.  Do not 

    return

     

    t to

     

    he originator. 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    4/31

    P V 1

     

    m

     

    J

     

    THIS

     

    REPORT

     

    HAS  BEEN  PELI^'TEC

     

    AND

     

    CLEARED

     

    FOR

     

    M&LIC.

     

    RELEASE

     

    UNDER

     

    DOD

     

    DIRECTIVE

     

    5^J0,20

     MO 

    NO  RESTRICTIONS   ARE

     

    3 POs£b  UPON

     

    I T S 

    USE  AND  DISCLOSURE, 

    D I S T R I B U T I O N

     

    S T T E M E N T A 

    APPROVED  FOR  PUBLIC REL5ASE; 

    DISTRIBUTION  UNLIMITED,

     

    S

     

    ~-.>-

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    5/31

    SECURITY CLASSIFICATION 

    OF

     

    THIS

     

    PAGE When Data

     

    Bntmrmd

    REPORT

     

    DOCUMENTATION AGE 

    1.  

    REPORT

     

    NUMBER

     

    EM-CR-74053

     

    READ INSTRUCTIONS

     

    BEFORE COMPLETING FORM 

    2. GOVT 

    ACCESSION

     O 

    3.   RECIPIENT S

     

    CATALOG

     

    NUMBER

     

    4.   TITLE

     

    and

     

    Subtitle

    EFFECTS OF ENVIRONMENTAL AND PROCESSING 

    CONDITIONS 

    ON

     COMPOSITION 

    AND

     SENSITIVITY 

    OF

     

    HC

     

    WHITE

     

    SMOKE

     

    MIX

     

    5. TYPE 

    OF

     

    REPORT

     

    ERIOD

     

    COVERED 

    Technical Report 

    September 1973-September 1974i

     

    6   PERFORMING  ORG. REPORT NUMBER 

    EA-4D41

     

    7.   AUTHOR  ̂

    J. F. ankow 

    G . .

     McKown

     

    8.   CONTRACT

     

    OR

     

    GRANT

     NUMBERf«) 

    NAS8-27750

     

    MIPR B4030 

    9.  

    PERFORMING ORGANIZATION

     

    NAME

     AND ADDRESS 

    NASA National 

    Space

     Technology Laboratories

     

    General Electric Company

     

    Engineering

     and

     Science Services 

    Laboratory 

    Bay

     Saint 

    Louis.

     S

      39520

     

    10 .  PROGRAM

     

    ELEMENT.

     

    PROJECT,

      TASK  

    AREA

     

    WORK 

    UNIT

     

    NUMBERS

     

    PEMA 4932

     

    Project 5744099

     

    «

      ONTROLLING OFFI E

     

    N ME  ND  DDRESS 

    Commander , dgewood Arsenal 

    Atta:

      SAREA-TS-R 

    Aberdeen

     

    Proving 

    Ground,

     

    MD

     

    21010

     

    12 .

      REPORT

      DATE

     

    March

     

    1975 

    13   NUMBER 

    OF

     

    PAGES 

    25

     

    14.

     

    MONITORING

     

    AGENCY

     NAME 

    ADDRESSf//

     

    different rom

     

    Controlling

     

    Office

    Commander , dgewood 

    Arsenal

     

    Atta:  SAREA-MT-TS 

    Aberdeen 

    Proving

     

    Ground, 

    MD 

    21010

     

    (CPO

     

    Mr.

     .

     . enderson.

     71-2301) 

    15 .

     

    SECURITY

     CLASS, 

    of

     hle eport

    UNCLASSIFIED

     

    15«.

    DECLASSIFIC

     AT I ON/ DOWN  

    GRADING

     

    SCHEDULE

     

    NA 

    16 .  DISTRIBUTION

    STATEMENT

     

    of

     

    thle Report

    Distribution limited o 

    U S

     Government agencies 

    only

     because of 

    test

     and evaluation; 

    March 

    1975. 

    Other

     requests 

    or

     

    this document 

    must 

    be

     referred o

     Commander , 

    dge-

     

    wood Arsenal,

     

    Atta: SAREA-TS-R, Aberdeen

     

    Proving Ground,

     

    Maryland 

    21010.

     

    17 .

     

    DISTRIBUTION

     

    STATEMENT

     

    of

     

    th e

     

    ebetrmct

     

    entered

     

    n

     

    Block

     

    20 ,

     

    f

     

    different

     

    rom

     

    Report

    18 .  SUPPLEMENTARY

     

    NOTES

     

    19 -  KEY

     WORDS 

    Continue

     on

     everee eide 

    t

     naceaeary

     

    an d

     

    dentify by block

     

    number

    Jet

     Airmix process

     

    Blending

     

    DTA

     

    Parr bomb calorimetry 

    Environmental 

    effects

     

    Input

     

    sensitivity

     

    HC

     

    white

     moke

     

    mix

     

    20 .   ABSTRACT

     

    Continue on everee aide 

    t

     necememry an d Identity

     by

     btock

     

    number

    A

     

    series

     of 

    experiments 

    were

     

    performed

     

    to

     

    determine environmental 

    condition

     

    effects

     of HC white smoke mix.  Temperature,

     

    umidity level, lending rates and time 

    were ound o have 

    minimal

     effect

     

    on

     

    input sensitivities and energy release.

      Significant 

    findings

     

    were;

     

    gross

     sublimation 

    of hexachloroethane from 

    stored

     

    samples;

     

    large 

    nho- 

    mogeneities

     in he blended 

    samples;

     and 

    inconsistencies

     

    n

     

    impact 

    sensitivities of all 

    samples 

    compared

     to

     

    previous results. 

    D D 5 

    ORM 

    AN

     

    73

     

    1473

     

    EDITION

     

    OF  NOV

     

    65

     S

     OBSOLETE

     

    UNCLASSIFIED

     

    SECURITY

     CLASSIFICATION

     

    OF

     

    THIS

     

    PAGE

     

    When 

    Data

     

    Entered

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    6/31

    PREFACE 

    The work described n his 

    report 

    was authorized under Edgewood

     

    Arsenal 

    MIPR

     Num- 

    ber

     

    B4030, RON 81-4-B4030-01-F4-W5, AMCMS

     

    4932.05.4099.0. 

    It

     was performed at 

    the NASA National Space Technology Laboratories 

    NSTL)

     

    or

     he Edgewood Arsenal Resi- 

    dent 

    Laboratory EARL)

     nd 

    NASA-NSTL  y

     

    he 

    General

     Electric

     

    Company

     

    under

     

    Contract 

    No. AS8-27750. 

    Reproduction

     

    of

     

    this

     document in whole or n 

    part is

     prohibited

     

    except with

     

    permission 

    of

     th e Commander, 

    dgewood

     

    Arsenal,

     

    Attn:

      SAREA-TS-R, Aberdeen 

    Proving

     Ground, 

    Maryland

      21010;

     

    however,

     DC

     s authorized o reproduce he 

    document

     for United States 

    Government purposes. 

    The

     

    use of

     

    trade names n

     

    this report does not 

    constitute

     n

     

    official endorsement

     

    or 

    approval

     

    of the

     

    use

     

    of

     

    such

     

    commercial

     

    hardware

     

    or

     

    software.

     

    his

     

    report

     

    may

     

    not

     

    be

     

    cited or purposes of

     advertisement.

     

    The 

    nformation

     

    n

     his

     

    document 

    has

     not been cleared or release 

    o

     

    he

     general

     

    public. 

    SUMMARY 

    A program was conducted o determine sensitivity

     

    and

     

    energy

     release 

    of

     HC

     

    white smoke 

    mixes prepared under a

     

    variety

     

    of environmental

     

    nd blending

     

    conditions. 

    The 

    effects

     

    of 

    temperature,

     

    umidity,

     

    mixing 

    rate

     

    nd

     

    ime 

    on

     

    moisture 

    content,

     

    nitiation

     

    sensitivity,

     

    homogeneity,

     utput energy nd reaction mechanism were nvestigated. 

    Impact

     

    sensitivity,

     

    thermal stability, electrostatic 

    sensitivity,

     

    hemical

     

    analysis,

     ifferential hermal analysis, 

    and Parr bomb

     

    calorimetry results 

    are

     

    reported

     on samples prepared

     

    within he ollowing 

    matrix 

    of 

    conditions: 

    • emperatures

     

    of 24°C

     

    and 41°C 

    • elative

     humidity

     of 35,

     

    5,

     

    nd

     

    90

     

    percent 

    • wo

     blending

     times 

     

    hree sampling 

    imes

     

    • 

    our

     HC mix compositions 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    7/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    8/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    9/31

    EFFECTS 

    OF 

    ENVIRONMENTAL 

    AND

     PROCESSING

     CONDIT IONS

     

    ON 

    COMPOSIT ION

     

    AND SENSITIVITY

     OF

     

    HC 

    WHITE SMOKE 

    MIX

     

    1.0 

    NTRODUCT ION

     

    1.1 

    bjective,

      The

     

    objective 

    of this

     work 

    o provide he

     

    ollowing

     

    nformation for HC 

    white

     smoke

     mix

     compositions: 

    • o

     

    determine the

     effect of

     

    humidity

     

    and 

    temperature on

     absorption

     of moisture 

    during 

    blending

     

    by

     

    he Jet Airmix( Process. 

    • 

    o

     determine he 

    relationship between

     

    moisture

     content

     

    and 

    nitiation sensitivity.

     

     o

     

    determine

     

    the

     

    effect 

    of

     

    mixing

     

    rate

     

    and

     

    time

     

    on

     

    he

     

    composition

     

    and

     

    homoge-

     

    neity

     

    of

     

    the mixture. 

    • o

     

    examine

     

    changes 

    n

     

    reaction processes

     

    by 

    determination

     

    of

     th e

     

    thermal

     decom- 

    position and

     output

     energy variations

     

    with

     

    hexachloroethane concentration.

     

    1. 2 uthority. 

    his 

    work

     was

     

    authorized 

    by

     

    Technical

     

    Work Request

     

    EA-4D41, ated 

    September 1973, 

    s

     amended

     on

     21 

    June

     

    1974. 

    1.3  Background.

     

    HC white

     

    smoke

     mix 

    is

     

    a

     

    commonly

     

    produced

     pyrotechnic

     

    composition

     

    used

     

    or numerous

     signal applications 

    n

     

    he

     

    U S 

    Army.

     

    The

     mix

     

    nominally contains

     46.

     5

     

    percent

     

    ZnO,

     

    4.5

     

    percent

     

    hexachloroethane,

     

    nd

     

    9.

     

    0

     

    percent

     

    aluminum

     

    powder

     

    by

     weight,

     

    although

     

    small

     

    adjustments 

    these 

    percentages

     

    are permitted 

    to 

    control burning rate

     

    and 

    ignition 

    characteristics.

     

    The

     

    reaction

     of 

    H C

     smoke

     mix s presumed

     o

     

    nvolve

     

    ormation of aluminum

     

    oxide and

     

    zinc 

    chloride, 

    hich

     

    hydrolyzes

     n air 

    to 

    orm a

     

    dense 

    aerosol,

     

    nd small amounts of

     

    free 

    carbon.

     

    The

     percentage 

    composition

     

    of the

     

    mix 

    not 

    simple 

    stoichiometric

     ratios, 

    nd 

    a

     complex reaction s predicted that 

    approximated

     

    by

     

    the equation 

    2A1 

    +

     7ZnO

     

    + 2C

    0

    C1 _-^A1_0

    0

     

    6ZnCl_

     3C O 

    C +

     

    ZnO Eq.

     

    1)

     

    2

     

    3

     

    An 

    excess

     

    of

     

    the 

    diluent

     

    (coolant)

     zinc oxide s

     

    noted.

     

    he carbon

     

    monoxide

     and

     

    some of

     

    the 

    carbon

     

    formed 

    s expected to

     combine

     

    with atmospheric oxygen

     

    at 

    he temperature

     

    of 

    the reacting mass. 

    2

     

    The nput 

    sensitivity

     and output

     energy

     of

     HC smoke 

    mix

     has

     

    been

     determined,

      result-

     

    ing in

     

    an 

    assignment

     of Class

     

    2

     

    fire hazard) for 

    the 

    bulk composition.

     

    The

     

    classification

     

    data

     shows

     

    evidence of

     

    the

     

    rather 

    nert

     nature

     

    of 

    the

     

    standard

     mix toward

     

    all 

    normal

     modes 

    of

     

    initiation,

     

    nd both 

    starter

     and first

     

    fire nitiators are 

    required

     n

     

    end-item usage.  An 

    extensive 

    evaluation

     program

     has recently

     

    been

     concluded

     that

     provided data

     

    for 

    safety

     

    cer- 

    tification 

    of

     

    Jet

     Airmix blending of HC

     

    smoke mix n

     

    quantities up to 2170

     

    pounds.

     

    3

     

    Results

     

    of

     

    this

     

    project

     

    yielded

     

    no

     

    evidence

     

    of

     

    hazardous 

    situations

     

    due

     

    o

     

    nitiation

     

    stimuli

     

    evels

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    10/31

    found

     

    n

     

    he blending 

    process, 

    nd

     

    showed critical detonable) 

    mass-diameter 

    of 

    the

     mix to 

    be

     greater than 500 pounds 

    at 

    eet

     diameter even

     under

     

    severe

     conditions of energy 

    nput.

     

    However, 

    ccidents

     nvolving production of

     

    HC smoke 

    mix

     

    have

     been reported.  It has been 

    specifically

     

    determined

     

    hat

     the 

    presence

     of

     moisture

     n the composition can

     be

     potentially 

    hazardous.

     

    4

      A

     otal

     

    moisture

     

    content 

    greater

     than

     

    0.6

     

    percent by weight 

    has

     been observed 

    to 

    be

     

    extremely dangerous,

     nd 

    is postulated 

    hat

     a decomposition process 

    nvolving chlo-

     

    ride

     on 

    s

     

    responsible.

      The acidic 

    chloride

     solution probably catalyzes reaction

     of

     the 

    aluminum

     

    metal;

     

    i.e. cts

     

    as

     an

     etchant

     

    to

     expose 

    resh

     

    aluminum

     surfaces hat

     

    can react 

    with

     

    water

     

    in a 

    highly

     exothermic

     

    manner: 

    2A1

     3H

    2

    0 -Al

    2

     0

    3

     

    3H

    2

     

    Eq. 

    1A)

     

    The hydrogen, eleased interstitially, s n intimate contact with the 

    other

     mix compo- 

    nents.  At

     the 

    elevated

     emperature

     

    of 

    the

     

    nitiation,

     

    reduction

     of 

    the

     hexachioroethane 

    could be 

    effected: 

    H

    0

     

    C

    0

    C

    1

      -HC1 CJHC1 

    tc.

      (Eq.

     B)

     

    1

     

    6

     

    The

     acid 

    ormed promulgates urther

     

    reaction

     

    resulting 

    in

     

    production 

    of highly lamma- 

    ble partially hydrogenated 

    chlorocarbons

     

    and 

    hydrogen

     gas.  The 

    sensitivity

     

    of these

     

    pro- 

    ducts

     o nitiation by electrostatic,

     

    hermal, 

    or

     electromagnetic stimuli s obvious. 

    It is known that a least one previous accident involved extended blending of HC smoke 

    mix under hot, humid environmental conditions,

     

    nd nitiation mechanisms such as that 

    postulated

     

    are

     

    suspect.

     

    The

     

    present

     study

     was

     

    undertaken to determine

     

    he nfluence

     

    of 

    environmental

     and

     

    processing

     

    parameters

     

    with

     

    respect 

    to

     

    safety

     

    of

     

    HC

     

    smoke

     

    mix

     

    manu-

     

    facturing

     

    operations. 

    A factor

     that

     potentially

     could create

     

    abnormally

     high

     hazard

     

    levels

     

    s

     

    he

     

    sublimation

     

    rate

     

    of hexachioroethane.  The

     cubic crystalline orm of 

    this

     

    compound

     

    exhibits

     

    sublima-

     

    tion pressure 

    of

     

    1.6mm 

    at 

    41°C. 

    *  Thus 

    significant

     

    removal 

    of this 

    constituent

     

    rom

     

    mix-

     

    ture,

     

    articularly 

    during

     blending, 

    s expected even at normal

     ambient temperatures.

     

    It is

     easonable o 

    assume

     

    hat the

     

    reaction

     

    process will 

    depend

     on the

     constituency of 

    the mix. 

    For

     

    he

     

    case

     with 

    no

     zinc oxide present, he ollowing reaction is 

    expected:

     

    2A1

     

    C

    0

    C

    1

      -2A1C1

    0

     

    2C

     

    Eq.

     

    2)

     

    A

     

    composition

     with excess

     

    aluminum

     

    might

     

    ollow

     

    the 

    equation:

     

    2A1 3ZnO C

    0

    C

    1

    _

    —  

    Al

     O. 

    3ZnCl

     

    2C 

    (Eq.

     ) 

    2

     

    6

     

    3

     

    Finally,

     otal absence of hexachioroethane permits only

     

    the well-known 

    thermite-type

     

    reaction: 

    2Al+3ZnO

     

    * A 1 

    +3Zn

     

    Eq.

      4) 

      o

     

    For

     

    hexachioroethane

     cubic 

    form), og

     P(mm) -

     

    8.731 

    2677/T(°K)

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    11/31

    An

     investigation 

    of the 

    reaction

     

    energy

     

    depending on hexachloroe

     thane concentration

     was

     

    attempted

     

    o

     determine whether his

     

    situation could be

     

    a

     

    relevant safety actor. 

    2.

     0  TECHNICAL

     

    APPROACH 

    Experiments

     

    were

     

    performed

     

    or

     

    determination

     

    of chemical

     

    analysis

     

    and

     

    nput

     

    sensiti-

     

    vities

     of 

    HC

     smoke batches

     

    blended within a matrix

     

    of 

    environmental

     

    and

     

    process

     

    parame- 

    ters.  Blending 

    of

     standard

     formula

     

    HC 

    moke 

    mix

     was accomplished

     

    bench

     mode l Jet 

    Airmix 

    TM)

     

    blender,

     etails of 

    which

     

    have

     been described

     

    previously. 

    Four

     hundred

     

    gram 

    batches were blended

     

    n the mixer under a

     

    variety of

     

    conditions, s

     ollows: 

     

    emperatures of 24° + 3°C

     

    and 

    41°

     + 3°C

     

    • elative

     

    humidities

     

    of 90 

    5% , 5

     +

     

    5 5 

    + 5

     

    lending

     

    repetitions of

     

    five

     5)

     and two

     

    2)

     

    two-second blend/four-second pause

     

    sequences.

     

    Appropriate 

    sample 

    sizes were

     removed 

    rom 

    he

     blender 

    and

     packaged

     

    n sealed 

    containers 

    (polyethylene

     bags) 

    o

     

    aid

     

    n

     

    preservation of the

     

    original

     

    material

     condition. 

    6

     

    i

    Impact 

    sensitivity, thermal

     

    stability 

    and electrostatic

     sensitivity 

    tests were 

    per- 

    formed

     

    on 

    each of the samples.

     

    Chemical analysis was accomplished

     as 

    ollows:

     

    • 

    etermination

     of moisture

     

    content

     

    by a

     

    desiccation 

    method .

     

    • etermination of 

    chemical

     composition; a known quantity of

     

    the

     

    mixture was eluted

     

    with sopropyl alcohol 

    and

     

    filtered.  The 

    residue

     was dissolved

     n

     nitric and

     

    hy-

     

    drochloric

     acid

     

    solutions and he 

    resulting

     solution 

    diluted 

    to one

     

    liter.  Aliquots 

    were urther

     diluted 

    and

     

    ntroduced

     

    nto 

    a

     

    Perkin-Elmer Model

     

    403 atomic

     

    absorp- 

    tion

     spectrometer 

    fitted 

    with appropriate

     

    amps.

     

    The

     percentages of zinc 

    and

     

    aluminum

     

    were

     determined 

    by

     

    comparison

     o known

     standards; 

    he percentage 

    of

     

    hexachloroethane

     was

     determined

     

    by

     

    difference. 

    Inherent

     

    experimental

     

    accuracy

     

    of

     this

     

    method was

     calculated 

    to 

    be

     better

     

    than 

    three percent

     

    of 

    the 

    composition

     

    fo r

     

    any 

    component;

     

    .

     e.,

     

    or 

    the 

    percentages

     n

     

    tandard

     

    HC

     smoke

     

    mix:

     

    Aluminum + 0. 

    08%

     

    Zinc Oxide 

    +

     1.0%  

    H exachloroethane + 1.0%  

    The 

    nvestigation

     

    of reaction process was accomplished 

    as

     ollows:

     

     

    smoke

     

    mix 

    samples were prepared with

     

    varied

     composition

     as 

    hown 

    in

     table 1.

     

    • 

    eighed 

    samples of

     

    each

     mix

     were

     

    conditioned

     

    fo r

     

    24 

    hours

     

    at constant

     

    tempera- 

    tures n desiccators

     

    containing 

    H2SO4 solutions

     of concentrations

     

    appropriate or 

    maintenance

     

    of 

    35 ,

     

    5,

     

    nd

     

    90

     

    percent

     

    relative

     

    humidities.

     

    Other

     

    samples

     

    were

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    12/31

    ovendried

     

    or

     

    maintained at low humidity, 

    nd

     control 

    samples

     were taken

     

    imme-

     

    diately 

    after

     

    blending.

     

    Details

     are given in able 2.

      Samples

     were 

    e-weighed

     

    after

     

    the 

    24

     hour period to 

    determine

     weight

     

    loss

     

    n

     each

     

    of

     

    the environments. 

    • ifferential

     hermal analysis

     

    of

     

    50 milligrams 

    of

     

    each

     

    sample 

    was performed 

    on

     

    Fisher

     Thermalyzer(

     .

     

    All

     sotherms

     

    were ecorded over the ange 

    rom

     

    ambient temperature

     

    to beyond the 

    melting

     point of

     

    aluminum. 

    • 

    xygen-bomb

     calorimetric

     measurements

     were

     

    made

     

    on one

     

    gram

     

    sample

     of

     each

     

    batch using

     a standard Parr(TM)

     bomb

     

    calorimeter.

      The

     

    heat

     of 

    combustion n 

    calories 

    per gram,

     was

     

    obtained

     

    rom

     

    he

     

    equation;

     

    H  = 

    tW

     

    e

    6

    2

     

    6

    Where:

      t 

    is he

     

    temperature 

    rise

     

    is

     the energy equivalent of calorimeter 1386) 

    e

      is

     he correction

     for

     heat

     

    of

     formation of 

    HNO

     

    in 

    calories, 

    hich

     was

     

    used as

     

    an 

    estimation

     for

     

    acidity

     

    of

     

    combustion

     residue due o 

    ormation 

    of amphoteric metal 

    chlorides 

    e  is

     he

     correction 

    for

     

    heat

     of formation of H 

    O

     

    in 

    calories,

     

    iven 

    by

     14 ) 

    x

     

    sulfur

     n 

    sample)

     x weight of 

    sample in

     

    grams) 

    e

     

    is he correction for

     

    heat of combustion of

     

    firing

     

    wire n 

    calories; 

    2.

     3 x centimeters of chromel C wire consumed; 

    and

     

    g

     

    is he weight

     of 

    sample n

     

    grams 

    3.

     0

     

    RESULTS AND DISCUSSION

     

    3.1 xperimental Data.  Experimental results 

    are

     given in tables 

    hrough

     

    8.

     

    3.2

     

    iscussion of Results. 

    3.2.1

     

    Input

     

    Sensitivity

     vs Mixing

     Parameters. 

    A serious 

    anomaly 

    exists n 

    the

     

    results

     

    shown

     

    in

     

    table 

    3

     

    or

     

    the

     

    mpact

     

    sensitivity

     

    tests.

     

    These

     

    results

     

    ndicate

     

    decomposition

     

    in

     

    3 9

     

    percent of

     

    all

     

    ests using

     

    drop heights

     

    rom

     

    . 5 

    to 

    25.4 

    cm and

     n

     

    59  percent

     

    of the tests

     

    at

     

    25.4 cm 10-inch drop height).  These 

    observations

     contrast 

    strikingly

     with those obtained 

    in

     previous classification 

    tests

     or HC white smoke mix

    2

     

    which

     

    showed

     

    no

     apparent 

    reaction

     

    at

     any drop height. 

    Based

     on the

     results 

    of this

     project, he classification

     of

     

    HC 

    white

     

    smoke mix as Class 

    2

     s highly suspected. 

    There does not appear

     

    to be any

     

    significant

     

    correlation between

     

    the mixing parameters 

    (temperature, humidity, 

    irmix

     sequence)

     nd any of

     

    the nput

     

    sensitivity

     tests;

     nternal 

    comparisons of the mpact sensitivity results 

    are

     

    erratic. 

    The 

    mix

     prepared 

    at

     a

     

    tempera- 

    ture of 41

     

    °C and 0

     

    percent

     

    relative

     humidity

     gave some detectable evidence 

    of

     decomposi- 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    13/31

    Table 

    1.

     

    Composition 

    of

     Samples 

    Mixture

     

    Constituent

     

    Composition

     

    Mole

     

    Composition

     

    Rationale

     

    Aluminum  5.0 

    1

     

    Standard 

    Mix

     

    Zinc 

    Oxide 

    48.6

     

    3.6

     

    Equation 

    Hexachloroethane 

    46.4 

    1.

     

    2

     

    Aluminum

     

    18.6 

    2

     

    No 

    diluent;

     

    Hexachloroethane

     

    81.4

     

    Equation 2 

    3

     

    Aluminum

     

    10.0 

    No excess diluent; 

    Zinc

     

    Oxide

     

    46.0

     

    3

     

    Equation

     

    3

     

    Hexachloroethane 

    44.0

     

    4

      Aluminum

     

    18.1

     

    No

     

    oxidizer; 

    Thermite

     

    Zinc Oxide 

    81.9

     

    3

     

    reaction;

     

    Equation

     4

     

    Table

     

    2. 

    Conditioning 

    Parameters for

     

    Samples 

    Relative

     

    Humidity  %

      Temperature 

    Desiccant 

    Period

     

    24.7°C 

    Drierite

    (TM

    CaS0

    4

    )

     

    24

     hours 

    35

     

    24.7°C 

    so. 

    o o ;

     

    H

     

    SO

    4

     

    24 

    hours

     

    6 5  24.7°C 

    35.8'Y 

    0

    SO.

     

    2

      4 

    24 

    hours

     

    90

      30.0°C 

    18.6

    r

    i

     

    2

    S0

    24 

    hours

     

    40.5°C 

    Oven Dried  24

     

    hours 

    Conti

     

    P O l

     

    None

     

    Immediately

     

    after

     

    mixing

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    14/31

    Table

     3.  Test Results,Sensitivity of

     

    Mixes 

    Sample 

    Number 

    Mixing Parameters  Thermal

     Stability

     

    Test

     

    Electrostatic

     

    Sensitivity 

    Impact

     Sensitivity 

    Tests*

     

    Temp.

     

    R.H. 

    No. f 

    Pulses 

    Time

     

    Lapse 

    W t.

     

    (g )

     

    Wt. 

    (g ) 

    Loss 

    (g ) 

    Loss 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    15/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    16/31

    and high 

    humidity

     was 

    ndicated, 

    albeit 

    based 

    upon

     shallow

     

    evidence. 

    The most striking 

    observation

     

    was he overall nput 

    sensitivity

     results nd the magnitude of weight loss n 

    the

     thermal stability

     

    test, 

    result 

    expected n view

     of

     the probable 

    extent

     

    of

     hexachloro- 

    ethane

     

    sublimation from

     samples 

    maintained 

    at

     75°C

     

    or 

    a

     

    period 

    of

     24

     hours. 

    3.2.2

     

    Variances

     

    n

     Moisture

     

    Content

     and

     

    Chemical

     

    Composition.

    Determination

     

    of

     

    the

     

    percentage 

    moisture

     

    n

     batches of

     

    HC smoke mix

     

    was 

    nconclusive, ue

     primarily o the 

    experimental method desiccator)

     employed

     

    nd

     

    the overwhelming 

    interference 

    of hexachlo-

     

    roethane

     sublimation 

    on

     sample 

    weight

     losses with 

    time.

      As shown 

    in

     table 

    5,

     pproximate- 

    ly 

    one

     percent

     loss

     

    weight 

    of all

     samples was observed

     

    within 

    period

     of 72 

    hours

     and 

    the

     

    loss 

    rate

     

    continued

     until he experiment

     

    was erminated after 15 

    days. 

    The average 

    weight

     

    loss 

    rate

     was 0. 

    21 

    jf

     

    04

     

    percent-per-day

     

    over the 

    period

     of

     

    observation,

     

    even

     

    in 

    the 

    closed

     

    vessel conditions

     of

     

    the desiccation

     method.

     ̂  

    An

     attempt was made 

    obtain

     

    percentage 

    moisture

     content

     

    of

     

    the samples by extrapo- 

    lation of the weight loss/time

     

    data backward

     to

     time

     zero. 

    It 

    was assumed that

     sublimation

     

    of

     

    the

     

    hexachloroethane 

    would

     

    proceed

     

    at

     

    constant 

    rate 

    and

     

    hat

     

    moisture

     

    oss

     

    would 

    cease

     

    after some nitial period of time.  Nonlinear variations n the 

    oss/time

     curve near 

    time

     

    zero could 

    be attributed to

     

    the loss of

     moisture.

      Straight-line

     

    extrapolation of

     

    the curves 

    from

     regions 

    of

     constant loss 

    rate

     

    o

     zero time 

    would

     

    yield

     the percent weight

     

    loss not attri- 

    butable

     

    o sublimation;

     

    i.e.

    he

     

    percent

     of 

    moisture n he original sample.

      These

     attempts 

    were eventually abandoned for

     

    the ollowing reasons: 

    • 

    t

     was

     required

     to use

     

    several 

    different desiccators 

    n he 

    experiment,

     nd 

    weight 

    losses

     or

     

    both

     

    water

     

    and

     hexachloroethane

     

    are 

    expected to

     

    be strongly

     dependent

     

    on

     

    the 

    physical

     characteristics,

     

    e.g. ightness 

    of 

    cover

     

    and percent

     

    of desiccant 

    expended,

     

    a

     

    particular desiccator 

    system. 

    This situation

     

    was n fact

     

    observed 

    during the 

    experiment.

     

     

    here 

    s

     no 

    reason

     

    to believe

     that 

    sublimation

     rate 

    from

     a 

    10 

    gram 

    sample

     would 

    be constant, articularly at

     

    the 

    start

     

    of 

    the experiment,

     ince

     

    material-air 

    and 

    material-material nterface partition

     

    functions 

    would 

    be different. 

     he desiccators were opened 

    periodically

     for

     

    weighing of samples nd consequently 

    the closed system environment 

    was

     altered. 

    • everal 

    samples

     were maintained

     

    n each

     

    desiccator,

     

    nd complex

     

    partition

     func-

     

    tions,

     

    po n

     

    which

     

    weight

     

    loss

     

    rates

     

    depend,

     

    ould

     

    be

     

    nvolved.

     

    Despite

     the

     

    failure o

     obtain

     reliable moisture content 

    information, he 

    weight

     loss

     mea- 

    surements

     

    provide

     

    valuable

     gross sublimation

     

    rates 

    or 

    he

    xachloroe

    thane 

    rom

     HC smoke 

    mix

     under

     

    semiconfined

     

    conditions.

     

    The 

    chemical 

    analysis

     data shown

     n

     

    table 

    appears 

    o be 

    inconsistent

     

    in

     

    several 

    ways:

     

     he 

    variation

     in percentage 

    composition

     for 

    samples

     aken from 

    a

     particular 

    batch 

    at different

     

    times s much 

    larger

     than

     

    both

     

    the

     expected 

    effect and he 

    inherent

     analytical

     reliability.

     

    The 

    expected

     variation

     would be

     due

     

    entirely

     

    to 

    changes

     

    n

     moisture

     

    content

     

    with

     

    sampling time,

     

    which

     effect

     

    should

     

    not

     

    exceed

     

    12

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    17/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    18/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    19/31

    For

     a given mixture ormulation,

     

    here 

    s

     ittle or no significant difference n 

    he

     heats 

    of combustion 

    or

     samples conditioned 

    under

     various 

    humidity

     environments,

     nd

     nearly 

    all 

    such

     results are within 

    he

     standard deviation expected or a single value.  The 

    only

     no- 

    table

     

    exceptions

     

    o

     this general observation occur in he results or 

    samples

     oven-dried or 

    24 hours 

    at

     41 °C . 

    Comparison

     of values or this conditioning with data rom all 

    other

     simi- 

    lar

     

    samples s shown

     in

     table 6.

      It is

     noted hat the comparison or 

    Mixture

     

    s

     

    based

     on 

    a

     

    single

     

    data

     

    point

     

    at

     

    a

     

    different

     

    pressure

     

    value

     

    nd

     

    s

     

    considered

     

    o

     

    be

     

    unreliable. 

    There does

     not

     

    appear 

    o be

     any

     significant

     

    rend 

    in he 

    observed 

    percentage

     differences.

     

    It

     s possible

     

    hat the 

    differences

     

    are

     due

     

    o

     

    combustion

     properties

     

    of

     material

     

    emaining

     

    after

     sublimation of 

    hexachloroethane

     rom 

    he

     oven-conditioned sample,

     

    ut this should 

    show 

    a

     greater effect for Mix 

    1

     since he 

    percentage

     

    of

     HC s higher. 

    The 

    effect 

    of 

    the

     

    diluent

     

    ZnO)

     may

     

    be 

    seen 

    in 

    he

     

    results

     shown 

    in

     

    able

     

    7.

      Mixes 

    and 

    3

     both

     how

     H

     

    values significantly lower than hat 

    of

     

    Mix

     

    3,

     ince 

    he

     latter

     

    contains 

    no zinc oxide.  At 

    1

     

    atmosphere,

     

    equation 

    1)

     ndicated probable 

    ormation

     of zinc chloride 

    rather than ZnO.

      However,

     t high 

    pressures

     of

     

    oxygen,

     

    ully oxygenated

     

    products 

    are

     

    anticipated;

     

    i.e. :

     

    ZnCL

     

    30  (20 atm)  ZnO + C1_0  (etc.) 

    The net result 

    is

     hat 

    th e

     original 

    zinc

     

    oxide

     

    does

     not contribute o he heat of 

    reaction

     

    observed 

    and calorie-per-gram

     quantities

     are educed n

     

    mixtures 

    containing that consti-

     

    tuent.

     

    Caloric 

    and

     DTA) 

    measurements

     on 

    Mix

     4 containing only aluminum nd zinc oxide 

    were

     difficult o obtain.  Heat 

    from

     his hermite-type eaction s iberated so apidly 

    hat

     

    sample crucibles,

     hermocouples, 

    nd other parts

     

    of apparatus 

    were

     destroyed. 

    Conse-

     

    quently he measurements on 

    this

     material 

    were

     seriously 

    curtailed. 

    As

     expected, 

    he ob- 

    served value 

    or

     heat of 

    reaction

     for Mix 

    4

     

    s

     

    equivalent

     to hat obtained 

    or

     oven-conditioned 

    (excluded

     HC) 

    Mix

     3; the reason 

    for

     

    a

     

    low

     value for oven-dried Mix may 

    be

     due o 

    he

     

    high-

     

    er pressure

     used

     

    n hat

     

    experiment. 

    In general, Differential Thermal Analysis results on a given mixture under various 

    environmental

     

    conditions

     do not 

    exhibit 

    large 

    variations. 

    DTA results rom able 

    8,

     

    om-

     

    bined n 

    bands,

     

    re

     

    compared 

    to 

    values

     

    obtained

     or he 

    Aluminum

     powder and

     hexachloro-

     

    ethane constituents n 

    he

     igure on page 18. Zinc oxide does 

    not

     

    produce

     isotherms in the 

    temperature ange 

    of

     interest.) 

    The

     following 

    observations

     can 

    be

     made: 

     

    catter of 

    data

     appears 

    o

     be 

    governed

     more by 

    sample

     nhomogeneities nd 

    heating rates han o

     

    differences n

     

    experimental parameters.

     

    The heating 

    rate

     

    used 

    in

     

    the

     DTA

     

    analyses was

     

    25°C per minute, nd would 

    appear

     o be

     signifi- 

    cantly 

    oo 

    high. 

     

    hermograms

     of 

    oven-dried 

    41°C) 

    samples

     appear o be 

    simpler

     han those of

     

    th e

     humidity-conditioned materials, 

    ndicating

     

    the

     complexity ntroduced 

    by

     he 

    presence

     of 

    hexachloroethane

     

    in

     the 

    atter.

      The

     expelling 

    of

     HC

     from 

    sample

     

    during

     he 

    course

     of 

    a

     

    DTA

     analysis complicates he spectrum

     

    by

     causing

     signifi- 

    cant

     base line drift.  The

     

    presence 

    of

     water in all samples 

    except

     those hat

     

    were

     

    oven-conditioned

     

    is

     

    indicated

     

    by 

    the

     

    100°C

     

    sotherms. 

    15 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    20/31

    Table 7. 

    Calorimetry

     

    and

     

    Weight

     Loss Data 

    Number

     

    of

     

    Trials 

    Number

     

    of

     

    Results 

    Conditioning

     

    (24 H r)

     

    Pressure

     

    (ATM)

     

    Cal/gm

     

    (Average)

     

    (

     

    Std

     

    Dev) 

    Acidity**

     

    24

     

    our

     

    Weight 

    Loss 

    MIX 

    4

     

    2

     

    (Immed. fter

     Mix)

     

    20

     

    827+2 

    0.55

     

    -

     

    3  2

     

    RH

     

    20 

    826.5+0.1 

    0.47 

    1.41 

    5

     

    RH

     

    20 

    831+9 

    0.90 

    *0. 51*

     

    2

     

    2  20  861+49 

    0.50

      *1.22% 

    RH 

    20

     

    840+20

      0.50

     

    1.31

     

    2

     

    24 hr

     

    at

     41°C°C

     

    20  804+29  0.00  49.415% 

    MIX 2 

    4

     

    (Immed. fter Mix)

     

    15 

    2,100

     

    + 1 80

     

    3.15

     

    4

     

    3

     

    RH

     

    20 

    2,377+45 

    1.65 

    1.14

     

    9

     

    2

     

    35* RH 

    20

     

    2,132+2  3.38 

    0.93

    f

    ;

     

    65* 

    RH

     

    15

     

    2,100+240

     

    1.66 

    0.77

    r

    :

     

    6

     

    2

     

    90*

     RH 

    15

     

    2,510+54 

    1.85

     

    0.89

    r

     

    24 hr

     at

     41°C°C 

    3,402+?

      0.20  68.40* 

    MIX 3

     

    3

     

    (Immed.

     

    fter 

    Mix) 

    1,294+70  3.07

     

    2

     

    0*

     RH 

    1,241+22 

    4.15

     

    2.oi

    (

    ;

     

    2

     

    RH 

    1,263+50 

    3.47

     

    i.08

    (

    2

     

    65^ H

      1,264+53 

    4.23

     

    0.5591 

    2

      2

     

    90^

     

    RH  1,299+7 

    3.8 

    2.48

    r

    ;

     

    3

     

    24 

    hr at 

    41°C°C 

    1,050+85 

    *

     0.72 

    49.85*

     

    MIX

     

    4

     

    3

     

    (Immed.

     fter Mix) 

    1

      1,100+16 

    0.00

     

    Different hexachloroethane

     ot

     used. 

    **

     Ml standard alkali 0. 

    0725N)

     o titrate calorimeter residue. 

    16 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    21/31

    Table 8.

      Summary

     Date, DTA °C) 

    Mix 

    Conditioning

     

    Endo

     

    therms 

    1

     

    2

     

    4

     

    5

     

    I

     

    RH

     

    35',

     RH

     

    65' , H

     

    90', RH

     

    105°F 0',

     

    RH

     

    Immed. 

    fter 

    Mix

     

    667.61

     

    684.83

     

    682.50

     

    660.50

     

    640.08 

    86.49

     

    90.33

     

    89.00

     

    95.50

     

    92.31

     

    103.99 

    110.08

     

    106.25 

    112.81

     

    176.43 

    191.33 

    182.75 

    172.88 

    191.18 

    682.05 

    693.83

     

    714.50

     

    671.25

     

    687.03 

    683.93

     

    2

     

    RH

     

    35% RH

     

    6 5%

     RH 

    90

    p

    ; H

     

    105°F

     RH

     

    Immed. fter Mix

     

    697.22 

    653.56 

    647.00

     

    683.50 

    603.67 

    672.78

     

    99.30 

    96.31 

    92.50

     

    92.50

     

    92.78

     

    124.30

     

    110.00

     

    115.50

     

    132.28 

    205.60 

    168.56

     

    178.75

     

    196.13

     

    201.67 

    178.53 

    712.22

     

    673.06

     

    680.25

     

    700.00

     

    664.17 

    692.28

     

    3

      RH

     

    $591 H

     

    6 5%

     

    RH 

    90

    f

    RH

     

    105°F 0° /

     

    H

     

    Immed. fter

     

    Mix 

    648.75

     

    671.47 

    678.00

     

    663.67 

    669.80

     

    689.96

     

    99.50

     

    104.78

     

    81.00

     

    91.45

     

    104.25

     

    103.67

     

    164.38 

    171.72 

    184.25

     

    171.67 

    183.20

     

    666.25

     

    681.72

     

    692.75

     

    680.92 

    698.55 

    727.25 

    Aluminum

     

    %

     

    665.89

     

    -

     

     

    690.54

     

    Hexachloroethane

     

     

    92.57

     

    112.64

     

    182.59

     

    — 

    Zinc 

    Oxide

      Based

     

    on Handbook of

     Chemistry:

     

    decomposes

     at 

    >1800 C 

    17 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    22/31

    00 

    ALUMINUM

     

    HEXACHLO-

     

    ETHANE 

    OVEN 

    MIX 

    OTHER 

    OVEN 

    MIX 

    OTHER 

    OVEN 

    MIX 

    OTHER

     

    m

     

    100

     

    - y

     A

     

    TEMPERATURE,  C 

    5

    600 

    I  

    1

     

    W77?m 

    wmm

     

    7

    Summary

     of DTA esults 

    Temperature of 

    Endotherms

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    23/31

    • 

    Isothermal

     behavior was observed n he region of 530

    o

    C-ß00°C

     

    only or oven-

     

    dried 

    Mixes nd 

    3 and

     

    for

     Ü Ü 

    percent

     

    U I

     samples

     of Mix 

    3.  This 

    esult may

     be 

    attributed

     o

     

    mproperly obtained thermograms

     or

     o 

    peculiar

     sample

     

    behavior. 

    The

     possibility 

    hat

     

    the

     

    sotherms

     

    are

     

    due

     

    o

     

    presence

     of

     

    A1/II

     

    O/C

     

    l

      reaction

     

    products eqs. 

    1A,

      IB) cannot be proven

     

    rom

     he 

    existing data.  Possible

     

    eaction

     

    products

     

    and

     

    known

     

    sotherms

     

    are: 

    A1C1 6H

      00°C

     Decomposition)

     

    AiCl

    78°C

     Sublimation) 

    Al (OH )

     

    00°C

     Decompositon)

     

    •j 

    C

     C l

    r

     62 °C Boiling

     

    point) 

    —   o

     

    83°C Melting

     

    point)

     

    732°C (Boiling 

    point) 

    None of these

     

    temperatures

     

    correspond o he

     

    anomaly

     observed. 

    3.2.4  General Discussion.

     

    The results 

    obtained

     

    n

     

    this

     

    experiment 

    showing

     

    marked dif-

     

    ferences 

    rom those

     

    obtained previously

     may

     be a unction

     

    of

     he purity

     

    differences n

     

    a- 

    boratory

     samples

     prepared rom 

    chemically

     pure components 

    and 

    technical 

    grade

     commer-

     

    materials

     used

     

    the

     manufacturing

     

    process.

     

    It is possible

     

    that technical

     

    grade ma-

     

    terials

     would 

    produce

     less

     

    sensitive

     

    mixes

     

    han 

    that

     

    prepared

     

    from

     pure 

    components, 

    s

     

    observed, 

    ut

     this

     phenomenon

     

    would

     not

     be

     

    expected.  The

     

    absence

     of 

    gross

     moisture

     

    absorption 

    by

     

    the

     mixes

     

    prepared rom 

    chemically

     pure components may 

    not

     relate o

     the 

    same effect in plant 

    material.  It

     is feasible 

    that

     impurities

     n

     the

     

    hexachloroethane

     

    or the

     

    other components

     

    could

     

    contribute significantly to absorption of

     

    moisture.

      These

     

    effects

     

    cannot 

    be

     

    completely

     

    determined

     

    by

     

    the

     

    results of

     

    this

     

    experiment. 

    The choice

     

    of

     HC 

    white

     smoke mix and

     

    he 

    Jet

     

    Airmix blender

     

    as 

    subjects or this

     study 

    of

     environmental

     

    effects 

    an d reaction processes was

     prompted

     by he

     

    current 

    interest

     n

     

    he 

    products. 

    However,

     

    t

     devolved

     hat this 

    selection 

    was 

    ll-advised.

      The reactions of

     

    the 

    hexachloroethane-based pyrotechnics

     

    are

     

    apparently quite

     complex

     

    and 

    deduction of 

    reaction 

    mechanisms

     

    are

     

    difficult.

     

    Furthermore,

     

    he 

    sensitivity

     

    of

     

    the

     

    normal

     

    mix

     

    o

     

    nput

     energy

     

    tests

     

    s

     

    such 

    that

     slight variations

     

    dependent 

    on

     

    environmental

     

    or

     other 

    parameters

     cannot

     

    be readily 

    detected. 

    Other 

    objections relate

     

    o he 

    quality 

    of 

    technical grade 

    materials and 

    th e

     

    difficulty

     

    n achieving

     satisfactorily homogeneous 

    blending 

    of

     semi-solid, 

    lutinous

     hexa- 

    chloroethane.

     

    The

     

    use

     

    of 

    the 

    Jet

     

    Airmixer

     

    or

     

    these 

    studies was

     also

     unfortunate.  Sample

     exposure 

    times

     o 

    environmental 

    conditions

     s

     

    so

     brief 

    and

     mixing 

    energy

     

    so

     ow

     

    that

     

    little effect 

    on 

    the

     mixes s 

    expected.  It s 

    nteresting

     o

     

    speculate what results 

    may 

    have been

     obtained 

    had

     a

     mechanical mixer

     

    been

     used with blending 

    times of

     several 

    minutes rather

     

    han

     a ew

     

    seconds.

     

    19

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    24/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    25/31

    Cl

     

    Cl

     

    Cl 

    - c -  C

     

    -

     

    Cl 

    Cl 

    Since

     ree radical

     

    reactions

     

    usually obey

     

    apparent

     high 

    order 

    kinetics,

     ast 

    re- 

    action 

    nvolving he

     

    reactive aluminum

     metal and uch 

    radicals 

    or 

    ons

     

    may

     

    be 

    possible.

      The 

    high

     enthalpy of formation of most 

    aluminum

     salts

     

    act o

     avor 

    this ype of 

    reaction.

      Possible reactions 

    nvolving 

    free 

    radical

     catalysis

     

    are 

    shown below: 

    h

     

    l

     

    Cl 

    Cl—-Cl -

     

    c

     

    c \

    Cl  Cl 

    Cl 

    c

    2

    ci-+ci

     

    Jc- ci

    3

    4

    ci

    10

      t

     

    Cl 

    3d* +

     l—A1C1

    0

     

    + heat 

    Etc . 

    Similar

     electrophilic

     

    and nucieophilic

     

    mechanisms would be

     

    possible

     f

     

    ionization

     

    schemes

     are mportant.

     

    4.

     0

     

    FINDINGS AND CONCLUSIONS 

    4.1

     

    Summary

     

    Findings.

     

    a. mpact

     sensitivity 

    data obtained from HC smoke mix

     

    differ radically rom

     pre- 

    vious 

    results 

    and from interpretation

     

    of

     

    the 

    Class 

    2

     

    designation 

    fo r 

    he bulk

     

    material.

     

    b . ublimation of 

    hexachlo roe

     thane 

    rom

     HC

     

    smoke

     mixes

     

    s significant 

    under

     any

     

    of 

    the 

    conditions

     studied,

     

    ven under 

    conditions

     

    of

     

    semiconfinement.  Complete 

    loss occurred when openly 

    stored

     fo r 24 

    hours

     at 

    41°C.

     

    c. ross nhomogeneities were ound for HC smoke

     

    ormulations 

    prepared

     n

     

    he 

    bench

     

    mode l

     

    Jet

     

    Airmixer.

     

    d . vidence 

    was

     

    obtained

     hat 

    absorption

     of 

    moisture

     

    occurs

     

    under

     

    the

     

    conditions 

    studied; 

    however,

     

    uantitative

     

    evaluation of

     moisture

     content 

    was

     nconclusive. 

    e.

     o

     

    contributions 

    o

     nput sensitivity or output 

    energy

     

    were

     

    ound

     rom blending 

    or

     storage

     n

     

    humid environments 

    or

     from

     variances

     

    n

     mixing 

    times. 

    f.

     

    eaction 

    mechanisms were

     ndeterminant,

     

    nd changes

     thereto

     with 

    concentra- 

    tion

     

    of hexachloroethane were not

     proven 

    with 

    certainty. 

    g.

     

    TA

     

    and

     

    Parr

     

    bomb

     

    calorimetry

     

    d id

     

    not

     

    provide

     

    readily

     

    nterpre

     

    table,

     

    seful

     

    results.

     

    21 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    26/31

    4.2  Conclusions Refer o Paragraph 3.2.4). 

    a.

     he present Class hazard classification or bulk

     IC

     smoke mix does

     

    no t

     

    correlate 

    with

     he overall results of this 

    experiment;

     

    n

     error

     

    exists

     

    n one or 

    the other.

     

    b.

     

    here s ittle influence of moist atmosphere 

    or

     moderately high 

    temperatures 

    on he 

    sensitivity

     of HC smoke mix; results were consistently nconsistent 

    with

     

    prior work. 

    f k  

    c.

     

    ixing

     

    rates

     and imes,

     

    blending procedure,

     

    sed

     

    or

     

    he

     

    Jet

     Airmixer, may

     

    not produce an adequately

     homogeneous

     

    HC

     

    smoke

     mix.

     

    d.

     ublimation

     of

     hexachloroethane

     

    rom

     

    HC smoke

     

    mix occurs 

    at

     

    normal

     

    ambient 

    temperatures.

      Mix sensitivity as a function of lost HC s nconclusive.

     

    e.

      Reaction

     process/mechanism

     

    determinations were

     

    nconclusive.

     

    5.0

     

    RECOMMENDATIONS 

    The

     

    ollowing

     

    recommendations

     

    are

     

    made: 

    • 

    study should

     

    be

     

    made

     o determine suitability of end 

    tems

     prepared rom

     

    material blended

     

    n

     pneumatic 

    mixers. 

    • 

    he classification of bulk 

    HC

     

    smoke

     

    mix

     should

     be

     

    eexamined. 

    #N.

     

    The 

    sensitivity

     of

     

    HC smoke mixes o all normal modes of initiation should be

     

    investigated, ncluding dependency 

    on

     hexachloroethane concentration.

     

    Quantities of

     

    HC white smoke mix 

    should

     

    not

     be stored 

    n

     open or 

    semiconfined

     

    containers or more han

     

    a few

     

    hours.

     

    The

     

    entire

     scenario

     of HC

     

    smoke

     

    mix 

    life 

    cycles

     

    should be

     

    nvestigated

     

    o deter- 

    mine 

    he

     nfluence of hexachloroethane

     

    sublimation. 

    Techniques should

     

    be 

    developed

     for

     detection of

     chloride on n 

    aw

     materials

     

    and

     

    n

     

    th e

     

    mixing

     

    process. 

    22 

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    27/31

    REFEREN ES 

    1. yrotechnic 

    Mix

     

    Formulary

     

    and 

    End Item 

    nformation, eapons Development

     and

     

    Engineering

     Laboratories,

     

    hemical

     Process Laboratory, dgewood

     

    Arsenal,

     

    Mary-

     

    land, 970;

     

    drawing 

    number 

    B-143-1-1. 

    2.

     E-MTSD-R-035,

     

    yrotechnic 

    Hazards

     Classification and 

    Evaluation

     Program,

     

    hase 

    I, 

    ontract

     NAS8-23524,

     

    May 

    1970.

     

    3.

     

    A-FR-4D21, dentification and

     

    Evaluation

     

    of

     

    Hazards

     Associated with 

    Blending

     of

     

    HC 

    White

     Smoke Mix by Jet 

    Airmlx 

    Process,

     

    dgewood Arsenal,

     

    Maryland, 974. 

    4.

     ngineering Design 

    Handbook,

     Military

     

    Pyrotechnic

     

    Series

     Part 1,

     

    heory

     

    and Appli- 

    cation, AMC

     

    706-185,

     

    186, 187, nd -189, evision 1967. 

    5. 

    angerous

     Properties 

    of

     

    Industrial

     Materials,

     . 

    rving Sax,

     econd

     

    Edition, 963 .

     

    6 .

     

    epartment

     

    of

     

    the

     

    Army

     Technical Bulletin

     700-2, 9

     

    May

     

    1974, hapters

     and 

    5. 

    7. 

    ATR, 

    Application

     

    of

     

    Explosive

     

    Test Technology

     

    o

     Determine Pyrotechnic Hazard 

    Classification, 974, n 

    preparation.

     

    GENERAL

     BIBLIOGRAPHY 

    1. dgewood Arsenal, lectrostatic

     

    Hazard Evaluation of Pneumatic Dispersive 

    Mixing

     

    Operation, 

    inal

     

    Report

     

    EA-FR-1HOX, 

    973.

     

    2. 

    S

     

    Army

     Munitions Command ,

     

    Military Chemistry and Chemical Agents,

     

    echnical 

    Manual

     TM3-215,

     963 . 

    3.

     ational 

    Bureau

     of 

    Standards, recision

     Measurement 

    and

     Calibration-Heat,

     BS

     

    Special Publication

     

    300,

     ol, , 

    970. 

    4.

     dgewood

     Arsenal, yrotechnic

     

    Hazards Classification

     and 

    Evaluation

     Program,

     

    hase

     

    m,

     

    egments 

    1-4, 

    nvestigation

     

    of Sensitivity

     

    Test 

    Methods

     

    and 

    Procedures 

    or

     

    Pyro-

     

    technic

     

    Hazards

     

    Evaluation

     

    and

     

    Classification,

     

    inal

     

    Report

     GE-MTSD-R-059,

     

    971.

     

    5. 

    MC 

    385-100

     Safely Manual,

     

    pril 1970 revised 

    4

     January 1974, lectrostatic Hazard 

    Evaluation of Pneumatic Dispersive 

    Mixing

     Operation, 

    A-FR-1HOX , 

    0 June 1973. 

    23  

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    28/31

    DISTRIBUTION 

    LIST 

    Addressee

    o.

     

    f

     

    Copies 

    Commander

    U S Army Armament

     

    Command

     

    ATTN:

     

    Safety

     

    Office 

    Rock

     

    Island

     

    Arsenal

     

    Rock

     

    Island,

     L

     

    61201

     

    Commander

    Picatinny 

    Arsenal 

    ATTN: 

    Safety Office

     

    Dover,

     J

     

    07801

     

    Commander

    Pine Bluff

     Arsenal

     

    ATTN: 

    Safety

     

    Office

     

    Pine Bluff,

     R

      71601 

    Commander

    Frankford Arsenal 

    ATTN: 

    Safety 

    Office 

    Bridge

     and 

    Tacony 

    Streets 

    Philadelphia, A  19137 

    Commander

    Rocky Mountain

     

    Arsenal 

    ATTN : 

    Safety Office 

    Denver,

     

    80240

     

    Director

    National

     Aeronautics

     and 

    Space

     Administration 

    ATTN : 

    Safety Office

     

    Washington, C  20546 

    Director

    NASA 

    National 

    Space Technology Laboratories 

    ATTN:  Safety Office 

    Bay

     St.

     

    Louis,

     MS 

    39520 

    Commander 

    Edgewood Arsenal 

    ATTN :

     

    SAREA-MT-C

    SAREA-MT-TL

    SAREA-SA

    SAREA-TS-L

    SAREA-TS-R

    Aberdeen Proving

     Ground, MD 

    21010

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    29/31

    Commander

    U S 

    Army

     Armament 

    Command 

    ATTN:  AMSAR-MT CPT

     

    Lewis)

     

    Rock 

    Island

     

    Arsenal 

    Rock 

    Island,

     

    L  61201

     

    Chairman

    Department of

     

    Defense

     

    Explosives 

    Safety Board

     

    Forrestal

     

    Building, 

    GB-270

     

    Washington, 

    20314 

    Commander 

    U S 

    Army 

    Materiel

     

    Command 

    ATTN: 

    Safety

     Office

    AMCSA-BC 

    COL Aaron)

    5001 

    Eisenhower 

    Avenue 

    Alexandria,

     A

      22333

     

    Office

     of 

    th e Project

     

    Manager

     for

    Munition

     

    Production Base Modernization 

    and

     Expansion 

    ATTN:  AMCPM-PBM-E 

    Mr.

     ybacki) 

    U SA

     

    Materiel

     

    Command

     

    Dover, J  07801

     

    Director

    U S

     

    Army

     

    Ballistics Research

     

    Laboratories 

    ATTN:  Safety

     

    Office 

    Aberdeen Proving Ground,

     

    MD 

    21005 

    Director

    Defense

     

    Research

     & 

    Engineering

     

    Pentagon 

    Washington, 

    20310 

    Record Copy

    Commander 

    Aberdeen

     Proving 

    Ground 

    ATTN:

     

    STEAP-AD-R/RHA

     

    APG-Edgewood Area, ldg E5179 

    Aberdeen

     

    Proving 

    Ground,

     

    MD 

    21010

     

    Administrator

    Defense Documentation Center

     

    ATTN: 

    Accessions 

    Division

     

    Cameron

     

    Station 

    Alexandria,

     

    A

     

    22314 

    Director

     of

     Procurement

    ATTN:

     

    Contracting

     

    Officer's

     

    File

     

    Aberdeen Proving Ground,

     MD

     

    21010 

    25

     

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    30/31

  • 8/19/2019 s Cg 01354292

    31/31