способ модификации октогена

Формула изобретения

Способ модификации октогена, включающий высаживание на октоген компонента в растворителе, отличающийся тем, что готовят раствор эпоксидной смолы Э-44 во фреоне, перемешивают при температуре (20±5)°С в течение 8 10 мин до полного растворения смолы, дозируют октоген тремя равными порциями при весовом соотношении эпоксидной смолы Э-44, фреона, октогена (0,3 0,5):(300 400):100 в течение 5 7 мин, выдерживают при перемешивании в течение 20 30 мин и дополнительно дозируют раствор отвердителя эпоксидной смолы Э-44 - полиэтиленполиамина во фреоне при весовом соотношении 1:(4...5) в течение 10 15 мин, весовое соотношение эпоксидной смолы и полиэтиленполиамина составляет 10:(1 1,05), фреон отгоняют и сушат в течение 1,5 2,0 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к модификации октогена эпоксидным соединением с отвердителем, которое способно изменять физико-механические характеристики взрывчатых веществ (ВВ). Эти соединения находят применение как компоненты смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), баллиститного (БТ) и порохов.

В настоящее время наиболее используемым в промышленности ВВ является октоген, но он обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям, что создает опасные ситуации при использовании в СРТТ. Известно, что СРТТ с высоким содержанием октогена имеют пониженную прочность, обусловленную отсутствием адгезии октогена к горючему-связующему. Одним из возможных путей улучшения прочностных характеристик является использование адгезионных добавок, в том числе эпоксидных соединений. Применение эпоксидного соединения с отвердителем способствует обеспечению технологической безопасности, а также улучшению физико-механических и эксплуатационных характеристик СРТТ.

С целью улучшения прочностных характеристик СРТТ разработан способ модификации поверхности частиц октогена соединением, имеющим хорошую совместимость с компонентами СРТТ. Этим соединением являются эпоксидные смолы. Для модификации выбрана эпоксидная смола Э-44, представляющая собой твердое соединение, состоящее из дифенолпропана и эпихлоргидрина с молекулярной массой ~1100 2800, содержанием эпоксидных групп 3 12%, с температурой плавления 54 56°С по ТУ 6-10-1347-78.

В последние годы в ряде опубликованных работ отмечается, что для формирования адгезии октогена к активному связующему, содержащему нитроэфиры, необходимо поверхность октогена модифицировать. Модифицирующее вещество должно препятствовать явлениям адсорбции жидких компонентов на поверхности октогена, тем самым обеспечивая свое целевое назначение - статья «Исследование смачиваемости жидкостями порошка октогена с модифицированной поверхностью» авторов Е.А.Кукариной, A.M.Громова, И.С.Кононова, напечатана в сборнике «Современные проблемы технической химии», материалы докладов международной научно-технической конференции, 2006, Казань.

Из литературы также известно о применении эпоксидной смолы Э-44 в статье «Адгезия полимера к кристаллическим компонентам в топливах на активном связующем» авторов Ю.М.Баранцева, Д.А.Бакулина, Д.В.Кондратьевой, А.Астахова «Боеприпасы и спецхимия», № 2, 2009, с.34-38.

Известен патент RU № 2358957 МПК С06В 25/34, С06 23/00, С06В 45/22 от 20.06.09 на способ модификации октогена поливинилбутиралем. Одним из недостатков данного способа является высокая энергоемкость процесса, заключающаяся в нагреве реакционной массы с последующим охлаждением. Сложность процесса также связана с разделением твердой и жидкой фазы. Большие энергозатраты вызваны сушкой продукта, а также длительностью технологического процесса, обусловленной сушкой продукта в течение суток. Данный способ выбран нами в качестве прототипа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка нового способа модифицирования октогена эпоксидным соединением с отвердителем, который позволяет улучшить взрывчатые характеристики СРТТ, а также понизить температуру начала интенсивного разложения компонента.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что готовят раствор эпоксидной смолы Э-44 во фреоне, перемешивают при температуре (20±5)°С в течение 8 10 минут до полного растворения смолы, дозируют октоген тремя равными порциями при весовом соотношении эпоксидной смолы Э-44, фреона, октогена (0,3 0,5):(300 400):100 в течение 5 7 минут, выдерживают при перемешивании в течение 20 30 минут и дополнительно дозируют раствор отвердителя эпоксидной смолы Э-44 - полиэтиленполиамина во фреоне при весовом соотношении 1:(4 5) в течение 10 15 минут, весовое соотношение эпоксидной смолы и полиэтиленполиамина составляет 10:(1 1,05), фреон отгоняют и сушат в течение 1,5 2,0 часов.

Сущность предлагаемого нового способа модификации октогена эпоксидной смолой состоит в том, что смола Э-44 высаживается на поверхность октогена с добавлением отвердителя в процессе модификации при температуре 20±5°С (меньше энергозатраты), а количество используемого растворителя резко сокращается (8 10 раз) по сравнению с прототипом. Все это делает процесс более безопасным, уменьшает временные и энергетические затраты, увеличивает производительность аппарата.

Высаживание эпоксидной смолы на октоген с последующим отверждением способствует более прочному закреплению Э-44 на поверхности октогена, понижает взрывчатые характеристики модифицированного компонента, а также способствует понижению температуры начала интенсивного разложения.

В качестве отвердителя используются полиамины, а именно полиэтиленполиамин (ПЭПА) по ТУ 2413-357-00203447-99.

Отверждение происходит по реакции взаимодействия эпоксидных групп смолы Э-44 с аминными группами ПЭПА по следующей схеме:

или

Из таблицы 1 видно, что температурный предел высаживания эпоксидной смолы на октоген составляет 20±5°С. Повышение температуры нежелательно, поскольку способствует более быстрой отгонке фреона, что может привести к образованию сгустков эпоксидной смолы на поверхности октогена (опыт 5). Снижение температуры приводит к замедлению процесса высаживания (опыт 1).

Соотношение общего количества эпоксидной смолы, растворителя и октогена составляет (0,3 0,5):(300 400):100, что позволяет получить суспензию, которая необходима для проведения процесса модификации октогена (опыт 2).

Перемешивание эпоксидной смолы во фреоне 8 10 минут необходимо для получения раствора смолы. Увеличение времени перемешивания более 10 минут приводит к увеличению длительности производственного цикла (опыт 6). Уменьшение времени приводит к неполному растворению смолы, что может привести к комкованию октогена (опыт 1).

Дозировка октогена в три приема в течение 5 7 минут необходима для равномерного распределения раствора эпоксидной смолы на поверхности октогена. Дозировка менее 5 минут нежелательна, поскольку октоген не успевает распределиться в растворе (опыт 4), а увеличение времени способствует увеличению длительности производственного цикла (опыт 5, 6).

Время выдержки суспензии октогена в растворе эпоксидной смолы составляет 20 30 минут. Увеличение времени выдержки более 30 минут экономически нецелесообразно (опыт 5, 6), а уменьшение времени выдержки может привести к неполному высаживанию смолы на октоген (опыт 1).

Приведенное соотношение эпоксидной смолы и отвердителя соответствует тому уровню получаемых характеристик, которые необходимы для разработки нового продукта для использования в новых составах разрабатываемых топлив и порохов (опыт 2,3). Октоген, модифицированный эпоксидной смолой с отвердителем, позволяет решить задачу по равномерному распределению ее в составе топливе, что необходимо для получения стабильных характеристик топлива с улучшенными свойствами.

Благодаря отвержденному покрытию удается регулировать технологические и эксплуатационные свойства разрабатываемого топлива.

Процесс отверждения эпоксидной смолы на октогене приводит к получению твердой, нерастворимой, неплавкой композиции, которая менее подвержена воздействию нитроэфиров (в случае применения активного связующего), поэтому адгезия наполнителя к связующему улучшается. Применение такого способствует увеличению физико-химической стабильности смесевых составов на его основе.

Пример выполнения заявленного изобретения

В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой для дозирования, помещают фреон и присыпают эпоксидную смолу Э-44, перемешивают при температуре 20±5°С в течение 10 минут до полного растворения смолы, далее равномерно через воронку присыпают в три приема октоген в течение 5 7 минут при весовом соотношении фреона к октогену и эпоксидной смоле 400:100:0,5, перемешивают до получения однородной суспензии и выдерживают при равномерном перемешивании в течение 20 30 минут, дополнительно дозируют раствор полиэтиленполиамина во фреоне в соотношении 1:5 в течение 15 минут, а соотношение эпоксидной смолы к полиэтиленполиамину составляет 10:1,05, фреон отгоняют, продукт сушат в течение 1,5-2 часов.

Полученный октоген, модифицированный эпоксидной смолой Э-44 и отвердителем ПЭПА, представляет собой порошок с желтоватым оттенком, который хорошо рассыпается, не слипается, не комкуется.

Результаты эксперимента приведены в таблице 1, в которой представлены параметры процесса высаживания эпоксидной смолы и отвердителя на октоген, выполненные в пределах предлагаемого изобретения.

В результате проведенных экспериментов следует, что покрытие получается равномерное, модифицированный октоген имеет хорошие технологические характеристики.

В таблице 2 приведены взрывчатые характеристики модифицированного октогена и температура начала интенсивного разложения.

Из таблицы 2 следует, что октоген, модифицированный эпоксидной смолой Э-44 и отвердителем, стал менее чувствителен к удару (было при нагрузке Р=10 кг, 50 мм, а стало при Р=10 кг, 250 мм) и менее чувствителен к трению (было Р₀=110 МПа, а стало >500 МПа), чувствительность к электрической искре осталась на прежнем уровне.

В данном изобретении предлагается новый компонент СРТТ в виде кристаллов октогена с высаженной на его поверхности отвержденной эпоксидной смолой Э-44 в виде адгезионной добавки. Полученный модифицированный октоген предназначен для использования в составах с целью улучшения взрывчатых характеристик СРТТ.

Высаживание на поверхности октогена эпоксидной смолы с последующим отверждением способствует ее закреплению на кристаллах октогена, что приводит к улучшению адгезии наполнителя к связующему.

Предложенный способ модификации октогена эпоксидной смолой Э-44 и отвердителем может быть использован для приготовления СРТТ. Топлива, изготовленные с использованием октогена, модифицированного эпоксидной смолой и отвердителем ПЭПА, имеют меньшую чувствительность к механическим воздействиям.

Получен новый продукт - октоген, модифицированный эпоксидной смолой с отвердителем, который может быть использован для приготовления СРТТ с улучшенными свойствами.

Данный способ получения модифицированного октогена эпоксидной смолой с отвердителем проверен на опытно-промышленной установке ФГУП «НИИПМ» с положительным результатом.

Таблица 1
Условия проведения модификации октогена эпоксидной смолой Э-44 с отверждением полиэтиленполиамином (ПЭПА)
Температура (20±5)°С
№ опы та	Соотношение эпоксидная смола:фреона:октогена, вес.ч.	Время перемешивания, минут	Дозиров ка октогена, минут	Время выдерж ки, минут	Соотношение ПЭПА:фреон, вес.ч.	Время дозировки, минут	Соотношение Э-44:ПЭПА, вес.ч	Качественная оценка покрытия (визуальная на электронном микроскопе)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0,2:200:100	6	3	15	1:3	5	10:0,9	покрытие не совсем однородное и трудно перемешиваемое
2	0,5:400:100	10	7	30	1:5	15	10:1	полное покрытие, хорошо перемешивается
3	0,4:400:100	9	6	25	1:4,7	14	10:1	равномерное покрытие
4	0,3:400:100	8,5	4	22	1:5,5	10	10:1,05	имеются непокрытые участки
5	0,6:500:100	7	8,5	31	1:6	12	10:1,02	имеются сгустки покрытия
6	0,7:300:100	12	9	40	1:8	20	10:1,1	имеются сгустки покрытия

Таблица 2
Взрывчатые характеристики модифицированного и исходного октогена
Наименование соединений	Чувствитель ность к удару	Чувствительность к трению	Чувствительность к ударному сдвигу	Чувствительность к электрической искре, мДж	ТНИР, °С
по ОСТВ 84-892-74	по ОСТ В 84-894-74 при скорости трения 520 об/мин	по ОСТВ 84-895-74	по МТ 840-83	по ОСТВ 84-615-72
Но, мм при Р=10 кг	нижний предел, Р0, МПа	нижний предел, Р0, МПа
Октоген м. В по ОСТ В 84-2515	50	110	250	>100	242
Октоген м. В модифицированный Э-44 и отвердителем	250	>500	300	>100	234