Водосодержащий взрывчатый состав
Изобретение относится к области водосодержащих промышленных взрывчатых веществ на основе гелеобразной матрицы, сенсибилизированной мощными взрывчатыми составами и алюминием. Предложен водосодержащий взрывчатый состав, содержащий сенсибилизатор, аммиачную селитру, нитрат натрия, воду, полиакриламид, бихромат калия и тиосульфат натрия, калий фосфорнокислый однозамещенный. В качестве сенсибилизатора используется извлеченное из боеприпасов утилизируемое взрывчатое вещество на основе гексогена и алюминия. Водосодержащий взрывчатый состав может содержать до 40% зерненого или дробленого пироксилинового пороха или дробленого баллиститного пороха. Изобретение позволяет получить стабильный гелеобразный взрывчатый состав, сенсибилизированный взрывчатыми веществами, в рецептуру которых входит алюминий. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области водосодержащих промышленных взрывчатых веществ на основе гелеобразной матрицы, сенсибилизированной мощными взрывчатыми составами, с добавками алюминия, извлекаемыми из боеприпасов повышенного могущества.
Известен состав (пат. РФ №2203258 от 27.04.2003), включающий жидкую фазу на основе неорганического окислителя и бризантное взрывчатое вещество. В качестве жидкой фазы он содержит 45-б5%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя, а в качестве бризантного взрывчатого вещества - гексоген и/или октоген при следующем соотношении компонентов, мас.%: 45-65%-ный водный или водно-гликолевый раствор неорганического окислителя - 5-25; гексоген и/или октоген - 95-75.
Известный состав обладает высокой детонационной способностью, большой мощностью. Недостатками известного состава является повышенная опасность применения, связанная с высоким содержанием опасных в обращении ВВ (гексоген или октоген) и соответственно малым содержанием флегматизированного водного раствора. Снижение опасности в обращении с этим составом может быть достигнуто увеличением содержания флегматизирующего раствора. Однако в этом случае в отсутствии структурирующих добавок состав будет расслаиваться и соответственно терять однородность. Кроме этого, чистые гексоген и октоген не использовались для снаряжения боеприпасов.
Известен также водосодержащий пороховой взрывчатый состав (пат. РФ №2183209 от 10.06.2002), взятый нами за прототип, включающий 40,0-65,0% пороха пироксилинового или смеси его с баллиститным порохом, используемых в качестве сенсибилизатора, 6,0-15,0% натриевой селитры, 4,0-10,0% органического горючего, 10,0-25,0% воды, 0,3-2,0% полиакриламида, 0,01-0,1% бихромата калия, 0,02%-0,2% тиосульфата натрия, остальное - аммиачная селитра.
Этот состав обладает высокой детонационной способностью, использование полиакриламида в качестве желатинизатора и бихромата калия и тиосульфата натрия в качестве структурирующего агента обеспечивают простоту изготовления и высокое качество изделий на основе этого состава.
Недостатком этого состава является невозможность использования в качестве сенсибилизатора мощных взрывчатых составов, извлекаемых из утилизируемых боеприпасов, в рецептуру которых входит алюминий. Алюминий, входящий в рецептуру таких составов, реагирует с водным раствором аммиачной селитры, входящей в состав гелеобразной матрицы, снижая стабильность состава при его хранении.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение стабильности гелеобразных взрывчатых составов, сенсибилизированных взрывчатыми веществами, в рецептуру которых входит алюминий.
Поставленная задача решается тем, что в составе, включающем сенсибилизатор, аммиачную селитру, нитрат натрия, воду, полиакриламид, бихромат калия и тиосульфат натрия, дополнительно содержится калий фосфорнокислый однозамещенный, а в качестве сенсибилизатора используется извлеченное из боеприпасов утилизируемое взрывчатое вещество на основе гексогена и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сенсибилизатор 20-60
Натриевая селитра 4-16
Вода 10-30
Полиакриламид 0,3-2,5
Тиосульфат натрия 0,02-0,2
Бихромат калия 0,01-0,1
Калий фосфорнокислый 0,03-0,1
Аммиачная селитра - остальное.
Кроме этого, состав может дополнительно содержать пироксилиновый или баллиститный порох, при этом его содержание составляет 10-40 мас.%.
Сущность изобретения заключается в том, что фосфорнокислый калий, введенный в состав матрицы, образует на поверхности частиц алюминия защитную пленку, предотвращающую взаимодействие алюминия с водным раствором аммиачной селитры.
Кроме этого, при введении однозамещенного фосфата калия в водный раствор нитратов аммония и натрия образуется буферная среда с рН 4,5÷5,5, которая обеспечивает высокую стабильность защитной пленки на частицах алюминия и соответственно химическую стойкость состава в течение длительного (в течение до 3 лет) срока хранения. При этом сохраняются все достоинства прототипа: высокая детонационная способность, малая чувствительность состава к механическим воздействиям, низкая горючесть и соответственно высокая степень безопасности при использовании изделий на основе этого состава. Минимальное содержание фосфата калия, обеспечивающее химическую стабильность состава, составляет 0,03%. При меньшем его содержании (пример 2) химическая стабильность в условиях длительного хранения не обеспечивается. Увеличение содержания фосфорнокислого калия сверх 0,1% не является целесообразным, т.к. не приводит к дальнейшему увеличению химической стабильности состава.
Минимальное содержание сенсибилизатора в составе составляет 20%. При меньшем его содержании резко снижается детонационная способность, при этом не обеспечивается полнота детонации в зарядах диаметром менее 100 мм. Максимальное содержание составляет 60%. При большем содержании сенсибилизатора возрастает чувствительность к удару, при этом не обеспечивается необходимая степень безопасности при обращении.
Соотношения между водой (10-30%), натриевой селитрой (4-16%) и аммиачной селитрой взято таким, чтобы все соли в гелеобразной матрице находились в виде раствора при достаточно высокой их концентрации. Высокая концентрация окислителей обеспечивает приближение кислородного баланса к нулю с целью снижения количества ядовитых газов (СО) в продуктах детонации и проведении взрывных работ. Содержание полиакриламида в количестве 0,3-2,5% обеспечивает вязкость гелеобразной матрицы, необходимую для оптимальных условий процесса изготовления состава и стабильности состава при хранении. При меньшем содержании полиакриламида, чем 0,3%, структурирование геля происходит с очень малой скоростью и при этом не обеспечивается необходимая прочность структуры готового изделия. При содержании полиакриламида больше 2,5% вязкость матрицы становится слишком высокой, что затрудняет процесс смешения матрицы с сенсибилизатором. Содержание бихромата калия (0,01-0,1) и тиосульфата натрия (0,02-0,2) позволяет в широких пределах регулировать скорость структурирования и обеспечивает неизменность реологических характеристик при патронировании и стабильность физико-химических и детонационных характеристик в условиях длительного хранения, достаточную прочность структуры состава.
Введение в состав дополнительно зерненого или дробленого пироксилинового или дробленого баллиститного пороха целесообразно в тех случаях, когда содержание гексогенсодержащего сенсибилизатора составляет менее 30% для улучшения технологии изготовления состава и предотвращения расслаивания состава в процессе структурирования матрицы.
Следует отметить, что извлеченное из боеприпасов взрывчатое вещество на основе гексогена и алюминия может быть использовано в предлагаемом составе как в виде порошка, так и в виде кусочков, полученных при дроблении шашек.
Для проверки химической стойкости и оценки детонационных характеристик были изготовлены образцы, состав которых приведен в табл. 1.
Способ изготовления гелеобразной матрицы заключается в следующем.
Навеска калия фосфорнокислого однозамещенного высыпается в отмеренное количество воды, затем при перемешивании засыпается навеска аммиачной селитры, затем также при перемешивании добавляется смесь нитрата натрия с полиакриламидом. Всю массу при постоянном перемешивании нагревают до температуры 50-60°C и оставляют до полного набухания и растворения полиакриламида. В полученную таким образом гелеобразную матрицу вводят навески тиосульфата натрия и бихромата калия. Раствор перемешивают и вводят сенсибилизатор в виде порошка или кусков, полученных при дроблении шашек. Массу тщательно перемешивают. В том случае, если в рецептуру состава входит порох, его всыпают вместе с гексогенсодержащим сенсибилизатором.
Оценка химической стойкости состава производилась при температуре 80°С. Для определения химической стойкости пробирку диаметром 16-20 мм заполняли составом и помещали в термостат с температурой 80°С. При отсутствии химической реакции между раствором аммиачной селитры и алюминием, входящим в состав сенсибилизатора, структура заряда оставалась стабильной в течение 30 дней, что соответствовало обеспечению стабильности состава при хранении при комнатной температуре в течение, по крайней мере, 12 месяцев после изготовления состава. При низкой химической стойкости в результате химической реакции между раствором аммиачной селитры и алюминием выделялся газ, при этом масса вспучивалась.
Определялась бризантность составов по ГОСТ 5984-79. Инициирование детонации осуществлялось капсюлем-детонатором №8. Средняя величина обжатия свинцовых столбиков определялась по данным 2-3 опытов. Определение бризантности проводили через 48 часов после изготовления и для сравнения после хранения зарядов в течение 6 месяцев при комнатной температуре.
Результаты испытаний приведены в табл.1.
В качестве сенсибилизатора были использованы взрывчатые составы, извлеченные из артиллерийских боеприпасов и боевых частей торпед и мин: A-IX-2 (75% гексогена, 5% флегматизатора, 20% алюминиевой пудры), смесь ТГАФ (41% гексогена, 40% тротила, 4% флегматизатора, 15% алюминия).
Из анализа результатов табл. 1 следует, что в отсутствие стабилизатора (КН2PO4) состав обладает малой химической стабильностью.
Пример 1. Вспучивание состава происходило через 1,5 дня после начала термостатирования, что соответствует сохранению стабильности состава при комнатной температуре в течение 20 дней.
Пример 2. При введении в состав 0,02% стабилизатора стабильность состава повышается до 2 дней (при комнатной температуре около двух месяцев).
Пример 3. При введении в состав 0,03% стабилизатора стабильность состава повышается до 10 дней (при комнатной температуре семь месяцев).
В остальных примерах при содержании фосфорнокислого калия 0,06% и более химическая стойкость состава возрастает как минимум до 30 дней, что обеспечивает стабильность состава при хранении при комнатной температуре более 12 месяцев.
Введение в состав дополнительно до 40% пороха не повлияло на химическую стабильность состава независимо от того, баллиститный или пироксилиновый порох был использован (табл.2).
Из таблицы 1 видно, что детонационные свойства составов во всем интервале изменения компонентов, указанных в формуле, обеспечивают высокую детонационную способность, которая сохраняется в течение, по крайней мере, 6 месяцев. Таким образом, совокупность признаков, указанных в пункте 1 формулы изобретения, обеспечивает достижение технического результата.
| Таблица 1 | ||||||||||
| Содержание компонентов | Примеры | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| A-IX-2 | 50/п | 50/п | 50/п | 50/п | 17/п | 20/к | 60/п | 45/к | - | - |
| Смесь ТГАФ | - | - | - | - | - | - | - | - | 30/к | 50/к |
| Натриевая селитра | 8 | 8 | 8 | 8 | 16 | 16 | 4 | 11 | 12,8 | 8 |
| Вода | 12 | 12 | 12 | 12 | 30 | 30 | 10 | 22 | 32 | 12 |
| Полиакриламид | 1 | 1 | 1 | 1 | 2,5 | 2,5 | 0,3 | 1 | 1 | 1 |
| Тиосульфат натрия | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,1 | 0,1 | 0,02 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
| Бихромат калия | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,05 | 0,05 | 0,01 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| Калий фосфорнокислый | - | 0,02 | 0,03 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,06 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| Аммиачная селитра | 28,4 | 28,38 | 28,37 | 28,3 | 34,25 | 31,25 | 25,61 | 20,3 | 23,5 | 28,3 |
| Свойства | ||||||||||
| Бризантность, мм | 38 | 37 | 39 | 36 | 5 | 10 | 45 | 44 | 29 | 37 |
| Стабильность (80°С), дни | 1,5 | 2 | 10 | более 30 | 30 | более 30 | более 30 | более 30 | более 30 | более 30 |
| Таблица 2 | ||||||
| Содержание компонентов | Примеры | |||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | |
| Порох пироксилиновый | 40 | 20 | 10 | - | - | - |
| Порох баллиститный | - | - | - | 40 | 20 | 10 |
| A-IX-2 | 20/п | 30/п | 25/п | 28/п | 28/п | 28/п |
| Натриевая селитра | 4 | 8 | 10 | 4 | 8 | 12 |
| Вода | 10 | 12 | 20 | 10 | 12 | 23 |
| Полиакриламид | 0,3 | 1 | 1,4 | 0,3 | 1 | 1,7 |
| Тиосульфат натрия | 0,02 | 0,4 | 0,1 | 0,02 | 0,4 | 0,12 |
| Бихромат калия | 0,01 | 0,2 | 0,05 | 0,01 | 0,2 | 0,06 |
| Калий фосфорнокислый | 0,06 | 0,03 | 0,07 | 0,06 | 0,03 | 0,08 |
| Аммиачная селитра | 25,61 | 28,37 | 33,38 | 17,61 | 30,37 | 25,04 |
| Свойства | ||||||
| Бризантность, мм | 27 | 29 | 27 | 28 | 29 | 27 |
| Стабильность (80°С), дни | более 30 | более 30 | более 30 | более 30 | более 30 | более 30 |
1. Водосодержащий взрывчатый состав, включающий сенсибилизатор, аммиачную селитру, нитрат натрия, воду, полиакриламид, бихромат калия и тиосульфат натрия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калий фосфорнокислый однозамещенный, а в качестве сенсибилизатора используется извлеченное из боеприпасов утилизируемое взрывчатое вещество на основе гексогена и алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Сенсибилизатор | 20-60 |
| Натриевая селитра | 4-16 |
| Вода | 10-30 |
| Полиакриламид | 0,3-2,5 |
| Тиосульфат натрия | 0,02-0,2 |
| Бихромат калия | 0,01-0,1 |
| Калий фосфорнокислый | 0,03-0,1 |
| Аммиачная селитра | Остальное |
2. Водосодержащий взрывчатый состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит до 40% зерненого или дробленого пироксилинового пороха или дробленого баллиститного пороха.
