Баллиститный артиллерийский порох (варианты)

Изобретение относится к разработке баллиститного артиллерийского пороха, применяемого в качестве источника энергии артиллерийских метательных снарядов и активно-реактивных снарядов. Предложен баллиститный артиллерийский порох (вариант 1), зерна которого имеют пористую структуру, включающий сенсибилизаторы - коллоксилин, пироксилин, циклотетраметилентетранитрамин, стабилизаторы химической стойкости - централит и дифениламин, антистатическую добавку - технический углерод, пластификаторы - нитроглицерин и динитратдиэтиленгликоль, стабилизатор горения - комплексную свинцово-медную соль фталевой кислоты, технологические добавки - индустриальное масло, стеарат цинка и сульфорицинат Е, армирующую добавку - фторопласт. Предложен баллиститный артиллерийский порох (вариант 2), который наряду с компонентами, входящими в состав пороха по варианту 1, содержит двуокись титана в качестве модификатора горения. Изобретение направлено на создание баллиститного артиллерийского пороха, обладающего высокими баллистическими и прочностными характеристиками и высокой химической стойкостью. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к разработке баллиститного артиллерийского пороха, применяемого в области артиллерийской техники в качестве источника энергии артиллерийских метательных снарядов и в активно-реактивных снарядах.

К артиллерийским порохам, работающим при высоких температурах и давлениях, предъявляются повышенные требования по физико-механическим свойствам, по воздействию на канал ствола при выстреле, по увеличению сроков служебной пригодности (повышение химической стойкости пороховых зерен), по баллистическим характеристикам (способность пороха давать возможно большие начальные скорости снаряда при возможно малых давлениях в канале оружия).

Однородность состава пороха и физическая стабильность его определяется правильностью подбора компонентов и стабильностью технологического процесса изготовления пороховой массы.

Известны пороха, описанные в книге Горста А.Г. "Пороха и взрывчатые вещества", М.: Машиностроение, 1972 г. - 156 с., табл.27, содержащие: пироксилин до 95,0÷96,0%, пластификатор до 1,0-4,0%, стабилизатор (дифениламин) до 1,0%, флегматизатор и графит.

Недостатками таких порохов являются:

1. Низкая механическая прочность пороховых зерен из-за высокого содержания пироксилина при относительно низком содержании пластификатора и, как следствие, недостаточная желатинизация пироксилина.

2. Неоднородность состава при изготовлении пороха при низком содержании растворителя.

3. Недостаточная химическая стойкость состава и низкая служебная пригодность из-за наличия высокой концентрации окислов азота в пироксилине.

Известны баллистические пороха, описанные в книге Будникова М.А., Левковича Н.А., Быстрова И.В., Сиротинского В.Ф., Шестера Б.И. "Взрывчатые вещества и пороха", М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1955 г. - 268 с., табл.43, содержащие коллоксилин, нитроглицерин, нитродигликоль, стабилизаторы - централит, дифениламин, акардит и др., динитропроизводные, вазелин, влага (свыше 100%), графит (свыше 100%), окись магния (свыше 100%).

Недостатком данных порохов является наличие в их составе низкоазотных нитратов целлюлозы, что снижает их энергетические характеристики.

Известно твердое баллиститное топливо по патенту RU 1522711, кл. С 06 В 25/18 от 18.12.87 г., содержащее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, нитрат цезия, алюминий, легированный магнием или смесью магния, циркония и титана, дифениламин, окись магния, окись железа, политетрафторэтилен и индустриальное масло.

Недостатками данного баллиститного топлива являются:

- высокая температура продуктов сгорания, что повышает вероятность разгара ствола;

- высокая зависимость скорости горения от начальной температуры и от давления;

- наличие алюминия и окислов металлов в составе топлива приводит к дымообразованию и создает дульное пламя (пламя у среза ствола орудия) при выстреле, что демаскирует орудие.

Наиболее близким по составу, назначению и технической сущности является баллиститный артиллерийский порох по заявке №2003117327 от 09.06.2003 г. (патент №2253645), содержащий следующие компоненты, мас.%:

пироксилин или
циклотетраметилентетранитрамин	19,0-31,0
централит	0,5-2,0
графит или технический углерод	0,1-0,7
нитроглицерин	17,0-21,0
динитратдиэтиленгликоль	17,0-21,0
двуокись титана	1,1-1,5
комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты	0,8-2,0
индустриальное масло	0,3-0,6
стеарат цинка	0,03-0,05
коллоксилин	остальное

Кроме того, в качестве технологической добавки артиллерийский порох содержит сульфорицинат Е в количестве до 0,05 мас.%.

К недостаткам данного пороха можно отнести:

1. Использование в качестве сенсибилизатора только пироксилина или только циклотетраметилентетранитрамина приводит к незначительному снижению энергетических характеристик, в основном к снижению силы пороха.

2. Использование только централита в качестве стабилизатора химической стойкости недостаточно повышает химическую стойкость и недостаточно увеличивает срок пригодности пороха.

3. Недостаточное повышение механической прочности зерен пороха.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового баллиститного артиллерийского пороха, обладающего повышенными баллистическими и прочностными характеристиками и повышенной химической стойкостью.

Задача решается за счет того, что

по первому варианту:

Баллиститный артиллерийский порох, зерна которого имеют пористую структуру, включающий сенсибилизатор - коллоксилин, пироксилин, циклотетраметилентетранитрамин, стабилизатор химической стойкости - централит, антистатическую добавку - технический углерод, пластификаторы - нитроглицерин и динитратдиэтиленгликоль, стабилизатор горения - комплексную свинцово-медную соль фталевой кислоты, технологические добавки - индустриальное масло, стеарат цинка и сульфорицинат Е, дополнительно содержит армирующую добавку - фторопласт, а в качестве стабилизатора химической стойкости дополнительно содержит дифениламин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироксилин	20,1-21,1
Коллоксилин	20,1-21,1
Циклотетраметилентетранитрамин	19,0-21,0
Централит	0,5-0,9
Дифениламин	0,1-0,5
Технический углерод	0,1-0,4
Нитроглицерин	17,0-18,0
Динитратдиэтиленгликоль	17,0-18,0
Комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты	0,8-1,2
Индустриальное масло	0,3-0,7
Стеарат цинка	0,01-0,06
Сульфорицинат Е	0,01-0,08
Фторопласт	0,2-1,0

По второму варианту:

Баллиститный артиллерийский порох, зерна которого имеют пористую структуру, включающий сенсибилизатор - коллоксилин, пироксилин, циклотетраметилентетранитрамин, стабилизатор химической стойкости - централит, антистатическую добавку - технический углерод, пластификаторы - нитроглицерин и динитратдиэтиленгликоль, стабилизатор горения - комплексную свинцово-медную соль фталевой кислоты, технологические добавки - индустриальное масло, стеарат цинка и сульфорицинат Е, модификатор горения - двуокись титана, дополнительно содержит армирующую добавку - фторопласт, а в качестве стабилизатора химической стойкости дополнительно содержит дифениламин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироксилин	20,1-21,1
Коллоксилин	20,1-21,1
Циклотетраметилентетранитрамин	19,0-21,0
Централит	0,5-0,9
Дифениламин	0,1-0,5
Технический углерод	0,1-0,4
Нитроглицерин	17,0-18,0
Динитратдиэтиленгликоль	17,0-18,0
Комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты	0,8-1,2
Индустриальное масло	0,3-0,7
Стеарат цинка	0,01-0,06
Сульфорицинат Е	0,01-0,08
Фторопласт	0,2-1,0
Двуокись титана	до 2

В качестве сенсибилизатора в составе используются пироксилин ОСТ В84-2373-87, коллоксилин ОСТ В84-2440-90 и циклотетраметилентетранитрамин ОСТ В84-2515-2001.

В качестве стабилизатора химической стойкости - централит ГОСТ 2154-74 и дифениламин ГОСТ 194-80.

В качестве антистатической добавки используется технический углерод ГОСТ 7885-86.

В качестве пластификаторов используются нитроглицерин ОСТ 84-2386-88 и динитратдиэтиленгликоль ОСТ 84-2386-88.

В качестве стабилизатора горения - комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты (ФМС) ТУ 6-09-4705-79.

В композиции в качестве технологических добавок используются масло индустриальное ГОСТ 20799-88, стеарат цинка ТУ 6-09-17-316-96, представляющий собой белый или слегка желтоватый аморфный порошок, нерастворимый в воде, мало растворимый в спирте и разбавленных кислотах, и сульфорицинат Е ТУ 2481-004-05744685-01, представляющий собой белый или слегка желтоватый аморфный порошок, нерастворимый в воде, мало растворимый в спирте и разбавленных кислотах.

В качестве армирующей добавки используется фторопласт 4Д ГОСТ 14906-77, который кроме повышения прочностных характеристик топливных элементов (повышение удельной ударной вязкости) снижает показатель в скорости горения, что делает выстрел более мягким.

В качестве модификатора горения в композиции используется двуокись титана ГОСТ 9808-84.

Технологический процесс изготовления баллиститного артиллерийского пороха состоит из смешения компонентов для получения пороховой массы, отжима воды из пороховой массы, пластификации и прессования.

Вначале производится подготовка компонентов:

- эмульсии смеси пластификаторов;

- эмульсии индустриального масла с твердыми добавками;

- стеарат цинка.

Затем производят их загрузку в смеситель.

Смешение компонентов ("варку" пороховой массы) производят в смесителе периодическим или полунепрерывным способами.

В смеситель загружается определенное количество воды и производится подогрев ее до температуры 15-35°С, затем через определенное время при перемешивании вводятся навески пироксилина и коллоксилина в соотношении 1:1, после чего в смеситель последовательно загружаются: (по первому варианту) расплав стеарата цинка, эмульсии индустриального масла с твердыми добавками, фторопласт 4Д, циклотетраметилентетранитрамин, эмульсия смеси пластификаторов. По второму варианту дополнительно загружают двуокись титана. Происходит перемешивание при температуре 15-35°С в течение 360 мин. Разгрузку смесителя производят через центрифугу в 3-5 приемов.

Отжим воды из пороховой массы проводят до влажности 6-12% при температуре воды в отжимном прессе 30-60°С, далее осуществляют пластификацию массы на вальцах непрерывного действия при температуре исходящей воды с рабочего валка 90-100°С, с холостого валка - 80-90°С с формированием таблеток, далее таблетки сушат в сушильном барабане до влажности не более 1% при температуре нагнетаемого воздуха 90-100°С в течение 45 мин, затем производят гомогенизацию таблеток в шнек-прессе с последующим прессованием их в блоки при температуре воды в шнек-прессе 80-95°С, после чего из блоков прессуют топливные элементы на гидропрессе при температуре воды с изложницы 70-85°С, со стола 70-80°С и давлении 110-220 кгс/см².

Отработка баллиститного артиллерийского пороха предложенного состава проводилась в лабораторных и опытно-заводских условиях.

Компонентный состав изготовленных образцов в сравнении с прототипом представлен в таблице 1 по первому варианту и в таблице 1 а по второму варианту. Физико-механические, баллистические и эксплуатационные характеристики представлены в таблице 2.

Из приведенных в таблицах 1, 1a, 2 данных видно:

1. Снижение содержания фторопласта ниже 0,2% (обр.1) приводит к снижению механической прочности состава, и в первую очередь, к снижению показателя удельной ударной вязкости.

2. Снижение содержания дифениламина ниже 0,1% (обр.2) в совокупности с централитом приводит к снижению химической стойкости состава (к увеличению газовыделения), а следовательно, и к уменьшению срока его пригодности (гарантированного срока хранения).

3. Повышение содержания дифениламина свыше 0,5% (обр.8) в совокупности с централитом повышает химстойкость состава (снижает газовыделение), однако при этом снижаются баллистические характеристики (снижается сила пороха), так как эти компоненты не являются самостоятельными взрывчатыми веществами и с точки баллистики оцениваются как балласт.

4. Снижение содержания циклотетраметилентетранитрамина уменьшает силу пороха и понижает плотность состава (обр.3).

Кроме того, введение в состав пороха циклотетраметилентетранитрамина повышает плотность пороха за счет высокой собственной плотности (ρ=1,87÷1,92 г/см³), что улучшает условия заряжения и энергетику выстрела.

Составы по образцам 4, 5, 6, 7 имеют высокие прочностные и баллистические характеристики и обладают достаточно высокой химической стойкостью.

Разработанный состав опробован в лабораторных и опытно-заводских условиях и может быть предложен для отработки новых высокоэффективных артиллерийских и активно-реактивных систем.

1. Баллиститный артиллерийский порох, зерна которого имеют пористую структуру, включающий сенсибилизаторы - коллоксилин, пироксилин, циклотетраметилентетранитрамин, стабилизатор химической стойкости - централит, антистатическую добавку - технический углерод, пластификаторы - нитроглицерин и динитратдиэтиленгликоль, стабилизатор горения - комплексную свинцово-медную соль фталевой кислоты, технологические добавки - индустриальное масло, стеарат цинка и сульфорицинат Е, отличающийся тем, что порох дополнительно содержит армирующую добавку - фторопласт, а в качестве стабилизатора химической стойкости дополнительно содержит дифениламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироксилин	20,1-21,1
Коллоксилин	20,1-21,1
Циклотетраметилентетранитрамин	19,0-21,0
Централит	0,5-0,9
Дифениламин	0,1-0,5
Технический углерод	0,1-0,4
Нитроглицерин	17,0-18,0
Динитратдиэтиленгликоль	17,0-18,0
Комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты	0,8-1,2
Индустриальное масло	0,3-0,7
Стеарат цинка	0,01-0,06
Сульфорицинат Е	0,01-0,08
Фторопласт	0,2-1,0

2. Баллиститный артиллерийский порох, зерна которого имеют пористую структуру, включающий сенсибилизаторы - коллоксилин, пироксилин, циклотетраметилентетранитрамин, стабилизатор химической стойкости - централит, антистатическую добавку - технический углерод, пластификаторы - нитроглицерин и динитратдиэтиленгликоль, стабилизатор горения - комплексную свинцово-медную соль фталевой кислоты, технологические добавки - индустриальное масло, стеарат цинка и сульфорицинат Е, модификатор горения - двуокись титана, отличающийся тем, что он содержит армирующую добавку - фторопласт, а в качестве сенсибилизатора химической стойкости дополнительно содержит дифениламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пироксилин	20,1-21,1
Коллоксилин	20,1-21,1
Циклотетраметилентетранитрамин	19,0-21,0
Централит	0,5-0,9
Дифениламин	0,1-0,5
Технический углерод	0,1-0,4
Нитроглицерин	17,0-18,0
Динитратдиэтиленгликоль	17,0-18,0
Комплексная свинцово-медная соль фталевой кислоты	0,8-1,2
Индустриальное масло	0,3-0,7
Стеарат цинка	0,01-0,06
Сульфорицинат Е	0,01-0,08
Фторопласт	0,2-1,0
Двуокись титана	До 2