Ударный состав

Изобретение относится к области взрывчатых веществ, в частности к ударным составам капсюлей-воспламенителей, в том числе для патронов кольцевого воспламенения. Предложенный ударный состав содержит диазодинитрофенол, калиевую соль азидодинитрофенола, тетразен, перманганат калия, жильный кварц в качестве инертного сенсибилизатора и полимер из ряда синтетических каучуков. Изобретение направлено на создание экологически чистого ударного состава с оптимальными физико-химическими характеристиками, обеспечивающими надежность воспламенения, стабильность горения и полноту сгорания метательного заряда. Такой ударный состав уменьшает количество несгоревших остатков выстрела на 20-30%, улучшает кучность, увеличивает период между чистками ствола до 300 выстрелов, исключает явление затяжного выстрела. 4 табл.

 

Изобретение относится к области взрывчатых веществ, в частности к ударным составам капсюлей-воспламенителей для спортивных, монтажно-строительных и охотничьих патронов кольцевого воспламенения.

Современные ударные составы помимо физико-химических требований должны удовлетворять условиям экологической чистоты продуктов выстрела и обеспечивать их неоржавляющие свойства.

Известны ударные составы, например патрон кольцевого воспламенения по патенту РФ № 2086899, содержащий ТНРС, тетразен, двуокись свинца, азотнокислый барий, антимоний, фторопласт и графит. Данный состав обладает хорошими физико-химическими характеристиками, обеспечивающими удовлетворительное баллистическое действие метательного заряда, но наличие в рецептуре соединений свинца и бария не позволяет считать его экологически чистым, а недостаточный тепловой импульс не способствует полному сгоранию метательного заряда, что ведет к появлению большого количества несгоревших остатков выстрела.

Известны ударные составы, например нетоксичная, некорродирующая инициирующая смесь по патенту США № 4675059, содержащая диазодинитрофенол, тетразен, двуокись марганца и стекло. В продуктах сгорания состава отсутствуют опасные соединения, но несбалансированность компонентов состава по плотности приводит к нестабильности его работы, а следовательно, к нестабильности баллистических характеристик, осечкам, затяжному выстрелу и потере кучности. Кроме того, недостаточный тепловой импульс не обеспечивает полноты сгорания метательного заряда.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является пиротехнический ударный воспламенительный состав для патронов стрелкового оружия по патенту РФ № 2086523, содержащий диазодинитрофенол 20-70 мас.%, калиевую соль азидодинитрофенола 10-30 мас.%, тетразен 5-15 мас.% и керамику в качестве инертного сенсибилизатора 15-35 мас.%. Прототип не содержит оржавляющих, а также экологически опасных соединений и обладает потенциально большим тепловым импульсом, способствующим быстрому достижению максимального давления, но при этом отсутствие активного окислителя не позволяет полностью реализовать тепловой импульс, т.е. обеспечить стабильность горения и полноту сгорания метательного заряда. Это ведет к появлению затяжного выстрела, осечкам, наличию относительно большого количества несгоревших остатков выстрела, потере кучности.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка экологически чистого ударного состава с оптимальными физико-химическими характеристиками, обеспечивающими стабильность горения и полноту сгорания метательного заряда, с получением технического результата в виде уменьшения массы ударного состава, исключения затяжного выстрела, снижения количества несгоревших остатков выстрела, получения оптимальных баллистических результатов и кучности.

Поставленная задача решается за счет того, что в известный состав, содержащий диазодинитрофенол, калиевую соль азидодинитрофенола, тетразен и инертный сенсибилизатор, дополнительно введен перманганат калия и полимер в соотношениях (мас.%): диазодинитрофенол 15-35, калиевая соль азидодинитрофенола 35-50, тетразен 3-10, перманганат калия 5-30, жильный кварц в качестве инертного сенсибилизатора 10-30, полимер 1-2,5.

В существующих ударных составах указанная совокупность существенных признаков не выявлена, что позволяет считать данное техническое решение соответствующим критерию "новизна".

Для получения стабильных баллистических характеристик выстрела необходимо обеспечить надежность воспламенения метательного заряда, оптимальный режим горения и максимальную полноту его сгорания. При срабатывании ударного состава возникает форс пламени, состоящий из горячих газообразных продуктов сгорания состава с включениями горячих твердых частиц сенсибилизатора. Газовая составляющая пламени позволяет охватить максимальную площадь поверхности метательного заряда, при этом надежность воспламенения зависит от температуры газовой среды, т.е. требует значительного теплового импульса ударного состава. В свою очередь горячие твердые частицы для надежного воспламенения метательного заряда должны активно поддерживать собственную высокую температуру за счет кислорода окислителя.

В существующих ударных составах действуют в разных соотношениях обе составляющие процесса воспламенения метательного заряда.

Например, ударный состав по патенту РФ №2086899 обладает сравнительно малым тепловым импульсом, не позволяющим получить работоспособную газовую составляющую, при этом надежное воспламенение и стабильное послойное горение метательного заряда обеспечивается наличием достаточно большого количества горячих твердых частиц и активного окислителя, что подтверждается качественным анализом несгоревших остатков выстрела, в которых наряду с частично оплавленными присутствует относительно большое количество зерен пороха, не затронутых горением.

В ударном составе по прототипу преобладает газовая составляющая воспламенения, что подтверждается быстрым достижением максимального давления и отсутствием в несгоревших остатках выстрела зерен пороха, не затронутых горением. Вместе с тем, относительно большое количество остатков и слабовыраженный характер их оплавления свидетельствует о преждевременном, несмотря на значительный тепловой импульс, прекращении горения, что объясняется падением температуры твердых частиц из-за отсутствия активного кислорода и наличием большого количества диазодинитрофенола, близкого по характеристикам к бризантным взрывчатым веществам и являющегося причиной возникновения ударной волны, возможно способствующей прекращению горения.

В предлагаемом ударном составе наличие перманганата калия, свободно отдающего кислород, дает возможность поддерживать твердые частицы в горячем состоянии, при этом присутствие достаточно большого количества инициирующих взрывчатых веществ обеспечивает необходимый тепловой импульс для образования работоспособной газовой составляющей, что позволяет оптимально использовать обе составляющие процесса воспламенения. Это подтверждается относительно быстрым достижением максимального давления и малым количеством несгоревших остатков выстрела, состоящих из оплавленных зерен пороха, обгоревших на 40-50 процентов. Малое, по сравнению с прототипом, содержание диазодинитрофенола недостаточно для образования ударной волны, способной отрицательно повлиять на процесс горения метательного заряда. В качестве сенсибилизатора использован жильный кварц, имеющий высокую температуру (более 1000°С) плавления и не уступающий по свойствам антимонию. Для улучшения технологичности состава применен полимер из разряда синтетических каучуков, что, в совокупности с вышеизложенным, обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Заявленная совокупность отличительных признаков, выраженная как сочетание количественных и качественных характеристик ингредиентов ударного состава, в патентной и научно-технической информации не выявлена, что подтверждает соответствие предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

В таблице 1 приведены составы по прототипу и предлагаемому изобретению в вариантах весового исполнения ингредиентов; в таблице 2 - экспериментальные данные по чувствительности составов; в таблице 3 - результаты сравнительных испытаний патрона кольцевого воспламенения "Соболь" со штатным ударным составом, ударным составом по прототипу и предлагаемым ударным составом; в таблице 4 - результаты сравнительных испытаний патронов по прототипу и предлагаемому изобретению на надежность функционирования в системах калибра 5,6 мм.

Технология приготовления состава аналогична технологии, принятой в производстве капсюлей-воспламенителей. Полученные по известным технологиям диазодинитрофенол и калиевую соль азидодинитрофенола после завершения синтеза промывают 1-2%-ным раствором полимера, сушат и в сухом виде перемешивают с другими компонентами до получения однородной механической смеси. Далее навеска состава засыпается в гильзу патрона кольцевого воспламенения и прессуется при удельном давлении 800-1000 кгс/см².

Для проверки заявленного технического решения были приготовлены несколько вариантов состава с различными соотношениями ингредиентов.

В таблице 1 представлены 4 варианта ударного состава, имеющие средние и граничные значения из предложенных соотношений.

Предложенные варианты состава и состава по прототипу были испытаны в капсюлированной гильзе .22 LR на безопасность срабатывания капсюля, а также на безотказность его работы в нормальных условиях, условиях повышенной влажности и после испытаний на тряску. Испытания производились по методике, принятой на предприятии.

Из таблицы 2 следует, что предлагаемые составы обладают лучшей чувствительностью к удару, а в условиях влажности и после тряски существенно лучшими характеристиками. Кроме того, предлагаемые составы более безопасны.

Для проверки баллистических и других характеристик выстрела в производственных условиях было изготовлено несколько партий патронов .22 LR "Соболь" с вариантами ударного состава по таблице 1 и штатным составом, идентичным по характеристикам составу по патенту РФ № 2086899. Масса метательного заряда подобрана таким образом, чтобы обеспечить близкие величины по скорости полета пули.

Из таблицы 3 следует, что при меньшей навеске ударного состава давление пороховых газов по предлагаемому решению ниже, а кучность выше, чем у прототипа. Кроме того, имея большую, чем у прототипа, массу метательного заряда, масса несгоревших остатков выстрела у патрона с предлагаемым составом ниже, чем у патрона с составом по прототипу.

Существенные признаки, заявленные в формуле изобретения, взаимосвязаны, и их изменение вне указанных пределов ведет к ухудшению характеристик ударного состава.

Уменьшение содержания диазодинитрофенола ниже 15 мас.% ведет к снижению мощности теплового импульса и, соответственно, воспламенительных свойств ударного состава. Содержание свыше 35 мас.% приводит к усилению ударной волны до величин, способных отрицательно повлиять на процесс горения метательного заряда.

Уменьшение содержания компонента ниже 35 мас.% снижает воспламеняющую способность, а увеличение свыше 50 мас.% существенно снижает чувствительность к удару.

Уменьшение содержания тетразена ниже 3 мас.% существенно снижает чувствительность к удару, увеличение свыше 10 мас.% снижает технологические свойства состава, не изменяя его чувствительности.

При снижении содержания данного компонента ниже 5 мас.% снижается воспламенительная способность состава, увеличение свыше 30 мас.% ведет к появлению в несгоревших остатках кристаллов окислителя, не вступивших в окислительно-восстановительную реакцию горения.

Увеличение содержания сенсибилизатора выше указанного предела 30 мас.%, приводит к снижению предела безопасности, т.е. повышению чувствительности к удару и самосрабатыванию капсюля при досылке патрона в патронник. Уменьшение содержания сенсибилизатора ниже 10 мас.% приводит к уменьшению энергетических характеристик состава и снижению чувствительности к удару.

Содержание полимера обеспечивает технологичность, т.е. обработанные полимером инициирующие взрывчатые вещества (диазодинитрофенол, калиевая соль азидодинитрофенола) более безопасны в работе, уплотненный во фланце гильзы состав не дает сколов, трещин, при межоперационном транспортировании капсюлированных изделий состав не пылит, что также повышает безопасность при снаряжении патронов и надежность их функционирования. При снижении содержания полимера менее 1 мас.% не достигается эффект технологичности, при повышении свыше 2,5 мас.% наблюдается склонность состава к комкованию.

Партии патронов .22LR "Соболь" с ударными составами по прототипу, штатным и варианта 3, показавшим оптимальные характеристики, были проверены на надежность и стабильность функционирования. Проверка производилась стрельбой из имеющихся на предприятии образцов оружия при различных температурах окружающей среды по методикам, используемым на предприятии при серийном производстве. Из таблицы 4 следует, что по надежности и стабильности функционирования патрон с заявленным составом превосходит прототип.

Таким образом, результаты исследований и сравнительных испытаний свидетельствуют, что предлагаемый ударный состав при меньшей навеске обеспечивает оптимальные баллистические характеристики, высокую кучность, надежность и стабильность функционирования, безотказность срабатывания патрона, что в совокупности позволяет считать данное техническое решение соответствующим критерию "Промышленная применимость".

Таблица 1
Компоненты ударного состава	Варианты смесей и содержание компонентов ударного состава, мас.%
Прототип	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
Диазодинитрофенол	50	20	35	25	15
Калиевая соль азидодинитрофенола	20	50	35	35	30
Тетразен	5	5	10	8	3
Жильный кварц	-	15	7,5	15	25
Перманганат калия	-	8,5	10	16	25
Керамика	25	-	-	-	-
Полимер	-	1,5	2,5	1	2

Таблица 2
Характеристики чувствительности	Варианты смесей. Высота падения груза при 100% воспламенении, см
Прототип	Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
Безопасность капсюля при воздействии падающего груза массой 307 г	3	3	4	4	4
Безотказность капсюля при воздействии падающего груза массой 307 г	11	10	12	10	12
Безотказность капсюля после выдержки 4 часа при повышенной влажности в эксикаторе при воздействии падающего груза массой 307 г	13	10	12	10	12
Безотказность капсюля при воздействии падающего груза массой 307 г после испытания тряской (60 ударов в минуту с высоты 150 мм) в течение 8 минут	15	10	12	10	12

Таблица 3
Параметры	.22LR "Соболь"	Прототип	Варианты смесей. Характеристики
Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4
Масса ударного состава, г	0,038	0,029	0,024	0,024	0,024	0,024
Масса порохового заряда, г	0,084	0,069	0,084	0,084	0,084	0,084
Давление пороховых газов Рmax ср, кгс/см2	1135	1005	948	1003	940	965
Скорость полета пули, м/с	318	315	328	330	314	322
Кучность, (поперечник рассеивания) Пср., мм	41	32	24	26	23	26
Масса несгоревших остатков выстрела, г	0,0126	0,0090	0,0075	0,0078	0,0072	0,0084
- в том числе шлаки ударного состава, г	0,0026	0,0018	0,0015	0,0016	0,0014	0,0017
- в том числе несгоревшие зерна пороха, г	0,01	0,0072	0,0060	0,0062	0,0058	0,0067
Время достижения Рmax, мс	0,599	0,334	0,432	0,428	0,416	0,442
Тепловая энергия, кДж/кг	206,2	564,4	482,3	473,6	479,1	470,9

Таблица 4
Варианты смесей. Режимы функционирования	Оружие. Результаты стрельб, % безотказности
Пистолет Вальтер	Пистолет Браунинг	Пистолет Марго	Пистолет МЦМ	Пистолет Иж-35М	Винтовка ТОЗ-78	Винтовка СМ-2
.22LR "Соболь"
- плюс 20°С	100	99,8	99,9	100	99,2	100	100
- плюс 50°С	100	99,9	100	100	99,4	100	100
- минус 50°С	99,2	97,4	99,2	99,6	99,1	99,8	99,6
Прототип
- плюс 20°С	100	99,9*	100	100	100	100	100
- плюс 50°С	100	100	100	100	100	100	100
- минус 50°С	99,9	98,8	99,6	99,8	99,9	100	99,9*
Вариант 3 предлагаемой смеси
- плюс 20°С	100	100	100	100	100	100	100
- плюс 50°С	100	100	100	100	100	100	100
- минус 50°С	100	100	99,9	100	100	100	100
Количество выстрелов до чистки ствола при стрельбе из оружия, шт.
- .22LR "Соболь"	-	-	-	-	-	50	50
- прототип						220	220
- вариант 3						300	300
* - зафиксирован затяжной выстрел

Ударный состав, содержащий диазодинитрофенол, калиевую соль азидодинитрофенола, тетразен и инертный сенсибилизатор, отличающийся тем, что он содержит перманганат калия и полимер из ряда синтетических каучуков, а в качестве инертного сенсибилизатора он содержит жильный кварц при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Диазодинитрофенол	15-35
Калиевая соль азидодинитрофенола	35-50
Тетразен	3-10
Перманганат калия	5-30
Инертный сенсибилизатор	10-30
Полимер из ряда синтетических каучуков	1-2,5