способ получения баллиститного пороха

Формула изобретения

1. Способ получения баллиститного пороха, включающий фазу смешения компонентов, вальцевание массы, прессование и резку на элементы, отличающийся тем, что на фазе смешения компонентов вводят сферические элементы, содержащие высокоазотные нитраты целлюлозы, в количестве 30 70 мас. диаметром 0,025 0,25 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сферические элементы дополнительно содержат пластификатор.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сферические элементы дополнительно содержат пластификатор и взрывчатое вещество.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения баллиститных порохов и может найти применение в производстве баллиститных порохов для зарядов к артиллерийским системам.

Известен способ получения бездымных порохов разных типов, заключающихся в том, что особым образом приготовленные сферические частицы нитратов целлюлозы (НЦ) смешивают с порошкообразными добавками и нелетучим растворителем, после чего осуществляют пластификацию при повышенной температуре. В состав пороха могут входить: нитраты целлюлозы, нелетучий растворитель более 25% тонкоизмельченные неорганические добавки (NH₄ClO₄, катализатор горения, например, окись, сульфид, хромат или азид Pb, Al -пудра и др.) в количестве до 65% В качестве растворителя используют нитроглицерин (НГЦ), бутантриолнитрат, динитратдиэтиленгликоль и невзрывчатые вещества дибутилфталат, триацетил и др. [1]

Недостатком данного способа является ограничение по размеру изделий (диаметр 12-96 мм и длина до 60 см), введение большого количества порошкообразных веществ на фазе изготовления, низкая энергетика, вследствие большого количества инертных добавок.

Известен способ получения бездымного пороха, который основан на принципе насыщения сферических гранул НЦ жидких нитроэфиром (НЭ) (тринитратом глицерина, динитратом диэтиленгликоля, динитратом триэтиленгликоля) и состоит из следующих операций: перемешивание гранул НЦ в воде до образования суспензии; введение в суспензию несмешивающегося с водой растворителя НЦ; выдержка суспензии до полного поглощения растворителя гранулами НЦ; добавление к суспензии раствора НГЦ (или др. НЭ) в несмешивающемся с водой растворителе; выдержка суспензии до момента насыщения НЦ-гранул [2]

Недостатком данного способа является ограниченность введения различных порошкообразных добавок, влияющих на энергетические и эксплуатационные характеристики пороха, невозможность получения порохов трубчатой и зерненой формы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения баллиститных порохов но баллиститной технологии. В основу способа изготовления порохов баллиститного и типа положен метод смешивания составных компонентов в водной среде ("варка"). При таком методе смешивания происходит набухание коллоксилина в растворителях, пластификации пороховой массы здесь не происходит, так как ей препятствует вода. Пластификация массы и уплотнение достигается специальной термохимической обработкой массы (на обогреваемых вальцах). Полученная пластичная масса прессуется в пороховые трубки или элементы другой формы. Далее они режутся на требуемую длину, а затем отправляются на разработку, мешку и укупорку [3]

Недостатком этого способа является опасность технологического процесса при подготовке и при введении порошкообразных взрывчатых веществ (например, кристаллических нитроаминов), а также низкие физико-механические характеристики порохов, получаемых по этой технологии.

Задачей данного изобретения является разработка способа получения баллиститного пороха с высокой прочностью к ударным нагрузкам при низких температурах.

Поставленная задача решается тем, что предварительно изготовленные сферические элементы (СФЭ) диаметром 0,025 0,25 мм на основе высокоазотных нитратов целлюлозы или НЦ и пластификатора (нитратов многоатомных спиртов или нитроаминов), или НЦ, пластификатора и взрывчатых веществ (например, кристаллических нитроаминов, таких как октоген, гексоген) вводятся в баллиститный порох в количестве 30-70 мас. на фазе смешения компонентов в водной среде ("варки"). Такой способ ввода мощных взрывчатых веществ, а также НЦ и пластификатора в составе сферических элементов значительно повышает безопасность технологического процесса и позволяет ввести большое количество компонентов, что значительное увеличивает энергетические характеристики пороха. На фазе смешения компонентов происходит коллоксилина в растворителях; пластификации пороховой массы здесь не происходит, так как ей препятствует вода. Пластификация массы и уплотнение достигается термомеханической обработкой массы на вальцах. Баллиститный порох получают в виде трубки методом проходного прессования.

Баллиститный порох компонуется по типу "гранула в высокоэластичной полимерной матрице". Сферические элементы не растворяются в труднолетучем пластификаторе, так как они изготовлены на основе высокоазотных нитратов целлюлозы. За счет этого происходит сохранение сферических гранул в полимерной матрице. Гранулы оказывают упрочняющее действие, за счет чего достигается высокий уровень физико-механических характеристик. Данная компоновка позволяет получить баллиститный порох с высокой прочностью к ударным нагрузкам при низкой температуре при одновременном сохранении высокого уровня энергетических показателей, достигаемого за счет высокоазотных нитратов целлюлоз, или НЦ и высокоэнергетического активного пластификатора, или НЦ, пластификатора и мощность взрывчатого вещества. Гранулу применяют в виде мелкодисперных сферических элементов диаметром 0,025 0,25 мм и готовят на основе высокоазотных нитратов целлюлозы по эмульсионной технологии лаковым способом, которая включает в себя приготовление порохового лака на основе НЦ; НЦ и пластификатора; НЦ, пластификатора и взрывчатого вещества и легколетучего растворителя (этилацетат), с последующим диспергированием в водной среде и удалением легколетучего растворителя.

Вследствие малой растворимости высокоазотных нитратов целлюлозы в труднолетучих пластификаторах применение их в качестве высокомолекулярной основы сферических элементов (СФЭ) позволяет сохранить структуру баллиститного пороха по типу "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" в процессе переработки и эксплуатации пороха. Для порохов типа "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" необходимо получение мелкодисперсных сферических элементов.

Высокоэластичная матрица баллиститного пороха, представляющая собой низкоазотный нитрат целлюлозы, пластифицированный смесью активных пластификаторов (нитратов многоатомных спиртов), обеспечивает необходимый комплекс физико-механических свойств баллиститного пороха в диапазоне температур от +20 до -50^oC и других эксплуатационных характеристик.

Пример 1. СФЭ получают по эмульсионной технологии лаковым способом. Для приготовления порохового лака 170 г высокоазотных нитратов целлюлозы растворяют в 800 мл легколетучего растворителя (этилацетат) и диспергируют в водной среде (при модуле 1:8) в реакторе в течение 1 ч при скорости перемешивания 650 об/мин T=55-60^o, потом удаляют легколетучий растворитель ступенчатой отгонкой в течение 2,5 ч при медленном повышении температуры до 84^o. Получение сферические элементы диаметром 0,025-0,25 мм, промывают, сушат, рассеивают на фракции.

Для получения баллиститного пороха сферические элементы диаметром 0,25 мм массой 30 г смешивают в варочном котел с 31 г коллоксилина, 36 г пластификатора (нитраты многоатомных спиртов) и 3 г технологических добавок (индустриальное масло, централит N 2) в течение 1 ч при комнатной температуре, модуль по воде 1:5. Полученную пороховую массу отжимают от воды до влажности 30% и отвальцовывают при температуре 70^oC. Готовое плотно формуют через матрицу на гидравлическом прессе при T=75^oC и давлении прессования 110 кгс/см². Полученный пороховой шнур диаметров 6 мм разрезают на элементы длиной 6 см и проводят физико-механические испытания.

Пример 2. При получении сферических элементов для приготовления порохового лака 153 г высокоазотных целлюлозы и 17 г активного пластификатора растворяют в 800 мл легколетучего растворителя. Дальнейший процесс аналогичен примеру 1.

Пример 3. При получении сферических элементов для приготовления порохового лака 51 г высокоазотных нитратов целлюлозы, 17 г активного пластификатора и 102 г взрывчатого вещества (кристаллического нитроамина) растворяют в 800 мл легколетучего растворителя. Дальнейший процесс аналогичен примеру 1.

Характеристики образцов, полученных по предлагаемому способу получения баллиститного пороха, приведены в таблице.

Удельную ударную вязкость образцов измеряют на маятниковом копре МК-0,5 в соответствии с ОСТ В-84-619-72 при температуре 20^oC и -50^oC.

Введение нитратцеллюлозных сферических элементов на фазе смещения в количестве от 30 до 70 мас. приводит к увеличению удельной ударной вязкости при -50^oC до 10 кДж/м², при изменении количества сферических элементов в меньшую (25% ) сторону, прочностные характеристики остаются на уровне, не превышающем штатные значения. При увеличении содержания СФЭ до 75% и выше вальцованное полотно получается некачественным, связующей полимерной матрицы не хватает на такое большое количество СФЭ, резко возрастает давление прессования, баллиститный порох получается хрупким, с удельной ударной вязкостью на уровне штатных значений и ниже. Такое же влияние оказывает введение сферических элементов диаметром 0,01 мм. Применение сферических элементов диаметром в интервале 0,025-0,25 мм позволяет увеличить эластичность пороха за счет упрочняющего действия гранул и получить удельную ударную вязкость при -50^oC на уровне 100 кДж/м² и выше. С увеличением диаметра СФЭ свыше 0,30 мм, образцы становятся хрупкими и имеют низкие технологические показатели в процессе получения и удельную ударную вязкость на уровне штатных значений и ниже.

Введение сферических элементов на основе НЦ и активного пластификатора позволяет при повышении энергетических характеристик одновременно улучшить деформационно-прочностные характеристики и получить значение удельной вязкости при -50^oC на уровне 10 кДж/м². Введение пластификатора более 10% не рекомендуется, так как при большем содержании он начинает мигрировать из сферических элементов, что значительно меняет эксплуатационные свойство пороховых элементов, т.е. приводит к снижению значений до уровня штатных значений.

Введение сферических элементов на основе НЦ, активного пластификатора и мощного взрывчатого вещества повышает энергетические характеристики пороха и одновременно увеличивает эластичность пороха, что позволяет получить значения удельной ударной вязкости при -50^oC на уровне 12 кДж/м². Введение более 60% взрывчатого вещества снижает прочностные характеристики до уровня штатных значений и ниже. Вводить более 60% взрывчатого вещества не рекомендуется, так как при увеличении содержания ВВ в СФЭ наблюдается их нахождение не в виде гранул, а в кристаллическом виде, так как для образования полимерной оболочки с СФЭ не хватает нитратов целлюлозы, что приводит к хрупкости образцов и резкому уменьшению значений до уровня штатных значений.

Улучшение физико-механических характеристик объясняется тем, что гранула сохраняет свою форму в полимерной матрице в процессе изготовления и применения пороха, упрочняя таким образом пороховые элементы. Это приводит к эффекту резкого повышения эластичности и увеличения прочности пороха к ударным нагрузкам, что особенно важно в процессе выстрела. Предлагаемый способ получения баллиститного пороха по способу компоновки "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" позволяет регулировать путем варьирования компонентов в СФЭ и их количества энергетические и эксплуатационные характеристики баллиститных порохов в зависимости от их назначения и повышает безопасность процесса их изготовления.

Преимуществами предлагаемого способа получения баллиститного пороха являются:

высокая прочность получаемых составов к ударным нагрузкам при низких температурах (-50^oC) и повышение безопасности технологического процесса получения пороха за счет введения на фазе смещения компонентов сферических элементов на основе высокоазотных нитратов целлюлозы (НЦ), или НЦ и активного пластификатора, или НЦ, пластификатора и мощного взрывчатого вещества за счет сохранения сферических гранул в полимерной матрице пороха в процессе его получения и применения;

получение баллиститного пороха по способу компоновки "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" на основе штатной баллиститной технологии, что позволяет варьировать в широких пределах форму и размер баллиститного пороха;

компоновка "гранул в высокоэластичной полимерной матрице" позволяет варьировать в широких пределах энергетические и эксплуатационные характеристики порохов в зависимости от назначения и за счет изменения количества компонентов получать составы с заданными характеристиками.