способ изготовления полуфабриката для производства смесевого ракетного твердого топлива
Классы МПК: | C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка |
Автор(ы): | Куценко Геннадий Васильевич (RU), Ковтун Виктор Евгеньевич (RU), Хименко Людмила Леонидовна (RU), Трахтенберг Софья Иосифовна (RU), Ощепкова Ирина Федоровна (RU), Бахмутова Венера Миратовна (RU), Зуев Кирилл Викторович (RU), Стряпунина Татьяна Анатольевна (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-08-31 публикация патента:
10.02.2012 |
Изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к разработке способа изготовления полуфабриката для производства смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), малочувствительного к механическим воздействиям и электрической искре. Способ изготовления полуфабриката для производства СРТТ заключается в том, что в суспензию октогена в водном растворе поливинилового спирта при соотношении октогена к поливиниловому спирту 100:0,05 0,2 при перемешивании вводят малочувствительное взрывчатое вещество 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол при соотношении октогена к 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензолу 100:1 5, перемешивают в течение 10 20 минут при соотношении общего количества октогена и 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензола к воде 1:20 30 с последующим добавлением баллистического модификатора-углерода, на котором высажен оксид металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn или их смесь), в количестве 0,3 0,5%, перемешивают в течение 40 60 минут при температуре 20±5°С, осадок отфильтровывают и сушат при 80+5°С. Изобретение обеспечивает снижение пожароопасности процесса. 2 табл.
Формула изобретения
Способ изготовления полуфабриката для производства смесевого ракетного твердого топлива с использованием октогена, отличающийся тем, что в суспензию октогена в водном растворе поливинилового спирта при соотношении октогена к поливиниловому спирту 100:0,05-0,2 при перемешивании вводят малочувствительное взрывчатое вещество 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол при соотношении октогена к 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензолу 100:1-5, перемешивают в течение 10-20 мин при соотношении общего количества октогена и 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензола к воде 1:20-30 с последующим добавлением баллистического модификатора-углерода, на котором высажен оксид металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn или их смесь), в количестве 0,3-0,5%, перемешивают в течение 40-60 мин при температуре 20±5°С, осадок отфильтровывают и сушат при 80±5°С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к разработке способа изготовления полуфабриката для производства смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), малочувствительного к механическим воздействиям и электрической искре.
Повышение эффективности топлив и взрывчатых веществ (ВВ) является основной задачей при создании высокоэнергетических материалов. Одновременно возникает вопрос о создании низкочувствительных компонентов, позволяющих повысить безопасность технологического цикла изготовления зарядов, которые обладают высокими энергетическими характеристиками. Этого можно достичь путем обработки поверхностей ВВ специальными добавками, понижающим чувствительность ВВ к механическим воздействиям.
Одной из таких добавок является 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол (ТАТБ), которая используется для снижения чувствительности высокоэнергетических ВВ (например, нитраминов) к механическим воздействиям, обладающая высокой термостойкостью, высокой плотностью и скоростью детонации. Известно использование ТАТБ в этом качестве в статье «Новые тенденции в области создания перспективных высокоэнергетических материалов» авторов М.Б.Талавара, Р.Сивабалана, М.Аннияпана и др. «Физика горения и взрыва», 2007 г., т.43 № 1, с.72-85. В статье «Новый способ снижения чувствительности и улучшения технологических свойств некоторых нитраминов», авторы В.И.Ильин, С.П.Смирнов и др., в сборнике «Современные проблемы специальной технической химии», Казань, 2006 г., рассмотрены способы нанесения добавок на высокочувствительные ВВ. Один из способов заключается в механическом смешении ВВ и добавки в виде малочувствительного ВВ. Недостатком такого способа является то, что интенсивное перемешивание может привести к локальному взрыву за счет трения частиц. Следует отметить, что при таком перемешивании за счет разной плотности нитрамина и флегматизатора нельзя гарантировать однородность распределения частиц по всему объему.
В статье «Нанопокрытия компонентов смесевых конденсированных систем» авторов В.А.Алейникова, В.М.Мальцева, Ю.М.Милехина и др. в сборнике «Нанокомпозиты: исследования, производство и применение». Тезисы докладов международной научно-технической конференции по перспективным композиционным материалам: «Нанокомпозиты - 2004 г.» г.Сочи, с.102-103, под редакцией А.А.Берлина, И.Г.Ассовского, Москва, 2004 г., рассмотрен способ модифицирования октогена графитовыми нанопокрытиями. При этом он становится полупроводником, что делает его взрывобезопасным ввиду исключения возникновения статической электризации при работе с ним. Недостатком этого способа является огнеопасность процесса, поскольку графит наносится из спиртового коллоидного раствора, что делает процесс пожароопасным и малотехнологичным. Этот способ выбран нами в качестве прототипа.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного способа изготовления полуфабриката для производства СРТТ с целью снижения чувствительности к механическим воздействиям и электрической искре его компонентов и снижения пожароопасности процесса.
Технический результат достигается тем, что в суспензию октогена в водном растворе поливинилового спирта при весовом соотношении октогена к поливиниловому спирту 100:0,05 0,2 при перемешивании вводят малочувствительное взрывчатое вещество 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол при весовом соотношении октогена к 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензолу 100:1 5, перемешивают в течение 10 20 минут при массовом соотношении общего количества октогена и 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензола к воде 1:20 30 с последующим добавлением баллистического модификатора - углерода, на котором высажен оксид металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn) или их смеси, в количестве 0,3 0,5%, перемешивают в течение 40 60 минут при температуре 20±5°C, осадок отфильтровывают и сушат при 80±5°C.
Полуфабрикат, состоящий из октогена, ТАТБ, поливинилового спирта, углерода с нанесенным оксидом металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn или их смеси) представляет собой хорошо рассыпающийся порошок темно-серого цвета. Прочность покрытия достигается за счет формирования межмолекулярных водородных связей между водородными группами ПВС и атомами кислорода нитраминных групп октогена, а также нитрогрупп ТАТБ.
Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является то, что проведение процесса высаживания компонентов на октоген происходит в воде без использования органического растворителя, тем самым понижается пожароопасность процесса, исключается операция по отгонке растворителя, повышается экологическая безопасность процесса.
Предлагаемый полуфабрикат для производства СРТТ содержит следующие компоненты:
- основной окислитель-октоген (циклотетраметилентетранитроамин) по ОСТ В 84-2515-2001;
- адгезионная добавка - поливиниловый спирт по ГОСТ 10779-69;
- малочувствительное ВВ - 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол по ТУ 7511903-538-90;
- модификатор баллистических свойств - катализаторы-модификаторы горения по ТУ 2171-008-047440886-2007.
Весовое соотношение октогена и ТАТБ к воде составляет 1:(20 30), которое взято в целях безопасности процесса. Большее количество воды брать нежелательно ввиду снижения производительности аппарата.
Высаживание ТАТБ на октоген протекает при температуре 20±5°C. Повышение температуры нежелательно, поскольку происходит перерасход энергии, что приводит к удорожанию процесса, а снижение температуры приводит к замедлению образования водородных связей между октогеном и ТАТБ.
Для получения суспензии октогена в воде в присутствии ПВС проводят перемешивание в течение 10 20 минут. Перемешивание менее 10 минут нежелательно, поскольку октоген не успевает распределиться в водном растворе ПВС, а увеличение времени свыше 20 минут способствует нерациональному перерасходу энергии, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта.
Соотношение октогена и ТАТБ к поливиниловому спирту составляет 1:0,05 0,2, что создает условия для высаживания ТАТБ на октоген и не снижает энергетические характеристики полуфабриката и топлива на его основе.
Продолжительность процесса высаживания ТАТБ на октоген, покрытый адгезивом ПВС, составляет 10-20 минут, которое необходимо для формирования нового продукта-октогена, покрытого адгезивом ПВС и высаженного на него ТАТБ.
Количество высаженного ТАТБ на октоген составляет от 1 5 вес.ч. на 100 вес.ч. октогена и его количество зависит от уровня требуемых механических характеристик ВВ. Введение ТАТБ более 5 вес.ч. на поверхность октогена понижает уровень энергетических характеристик.
Для регулирования баллистических характеристик в полуфабрикат вводят углерод с высаженным на его поверхности оксидом металла в количестве 0,3 0,5%.
Следующая стадия заключается в добавлении к суспензии комплексного модификатора баллистических свойств - катализатора горения, состоящего из углерода, на поверхности которого высажена окись металла. Этот процесс проводят при перемешивании при температуре 20±5°C в течение 40-60 минут с целью равномерного распределения всех компонентов по составу. Перемешивание менее 40 минут нежелательно, поскольку возможно неравномерное распределение компонентов, а увеличение времени свыше 60 минут нерационально из-за увеличения производственного цикла получения полуфабриката.
Температура сушки полуфабриката составляет 80±5°C, выбрана исходя соображения безопасности процесса, поскольку октоген при температуре выше 105°C переходит из одной модификации в другую, а это приводит к изменению свойств продукта. Понижение температуры сушки полуфабриката ниже 80°C способствует увеличению продолжительности процесса и увеличению себестоимости конечного продукта.
В таблице 1 приведены основные параметры техпроцесса изготовления полуфабриката СРТТ, выполненные в рамках заявленного изобретения.
Рассмотренные пределы позволяют получать полуфабрикат для производства СРТТ, состоящий из окислителя, малочувствительного ВВ, катализатора-модификатора баллистических свойств и адгезионной добавки в виде поливинилового спирта. Способ изготовления позволяет получать устойчивые стабильные, воспроизводимые характеристики составов топлив с новыми свойствами, где все порошкообразные компоненты равномерно распределены по составу.
Пример изготовления полуфабриката СРТТ
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой, помещают водный раствор поливинилового спирта и присыпают октоген при соотношении 0,1:100. Количество воды берут исходя из заданного соотношения октогена и ТАТБ к воде (1:20) при этом соотношение ТАТБ и октогена 3:100, перемешивают в течение 10 20 минут до получения суспензии с последующим добавлением комплекса углерода с окисью металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn) или их смеси в количестве 0,3% перемешивают в течение 40 60 минут при температуре 20±5°C, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 80±5°C, до постоянного веса, предварительно распределив готовый полуфабрикат тонким слоем.
Из табл.2 видно, что чувствительность к удару у полуфабриката улучшилась по сравнению с чистым октогеном с 300 до 500 мм (при Р=2 кг), к трению также улучшилась с 50 до 180 МПа. Чувствительность к электрической искре не ухудшилась, а осталась на том же уровне Wmin>100 мДж.
Таблица 2 | ||||
Чувствительность исследуемых веществ к механическим воздействиям и электрической искре | ||||
Наименова- ние соединений | Чувствительность к удару по ОСТ В 84-892-74 | Чувствительность к трению | Чувствительность к ударному сдвигу | Чувствительность к электрической искре |
Ho, мм при P=2 кг | По ОСТ 84-894-74 при скорости трения 520 об/мин нижний предел, Р0, МПа | По ОСТ 84-895-74 | По МТ 840-83 | |
нижний предел, Р0, МПа | Wmin, мДж | |||
Октоген м. В по ОСТ В 84-2515-2001 | 300 | 50 | 200 | >100 |
Полуфабри- кат на основе октогена | 500 | 180 | 200 | >100 |
Технологический процесс производства полуфабриката СРТТ реализован на действующей установке в условиях ФГУП «НИИПМ».
Предлагаемый способ изготовления полуфабриката СРТТ позволяет значительно упростить технологический процесс за счет равномерного распределения ТАТБ и углерода с высаженным оксидом металла по всему объему октогена, все это создает условия, которые способствуют снижению чувствительности к механическим воздействиям, отпадает необходимость в дозировке каждого компонента, значительно упрощается технология изготовления топлива в дальнейшем, улучшаются эксплуатационные характеристики.
Класс C06B21/00 Способы или устройства для обработки взрывчатых веществ, например формование, резка, сушка