Твердотопливная композиция (варианты)

Авторы патента:

Марсов Александр Андреевич (RU)

Сальников Анатолий Сергеевич (RU)

Вахидов Ринат Марсович (RU)

Анисимов Александр Николаевич (RU)

Гарифуллин Руслан Шамилевич (RU)

Хазиев Марсель Атласович (RU)

Мокеев Александр Александрович (RU)

C06D5/06 - реакцией двух или нескольких твердых веществ

C06B31/30 - с растительными материалами, смолой или каучуком

Владельцы патента RU 2485082:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Спецхимпродукт" (RU)

Изобретение относится к составам твердых топлив на основе нитрата аммония и может быть использовано для очистки нефтяных скважин от асфальтено-смолисто-парафинистых отложений, проведения гидроразрыва пласта при добыче нефти, а также в качестве источника энергии твердотопливных ракетных двигателей. Твердотопливная композиция содержит в мас.%: нитрат аммония 69-77, порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм 10-12, порошок алюминия марки АСД-1 8-15, бихромат калия 1-8 и технологическую добавку (0,5-1,0) сверх 100%. В качестве варианта твердотопливная композиция содержит в мас.%: нитрат аммония 69-77, порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм 10-12, порошок алюминия марки АСД-1 4,0-7,5, ультрадисперсный алюминий с размером частиц 0,1 мкм 4,0-7,5, бихромат калия 1-8 и технологическую добавку (0,5-1,0) сверх 100%. Результатом является увеличение скорости горения твердотопливной композиции при повышенных давлениях и уменьшение содержания твердых продуктов сгорания. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Известна низкотемпературная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук марки СКДМ-80, отверждающий агент - ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтилбензол, она дополнительно содержит отверждающий агент - динитрофеноксиэтанол при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

нитрат аммония	80,7
каучук марки СКДМ-80	19,3
ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтилбензол	0,2 сверх 100%
динитрофеноксиэтанол	(1,0-1,5) сверх 100%,

(см. RU Патент №2389714, МПК C06B 31/30 (2006.01), C06D 5/06 (2006.01), 2010).

Недостатками данной твердотопливной композиции являются необходимость использования в качестве связующего маслонаполненного каучука марки СКДМ-80 с содержанием жидкого пластификатора (индустриального масла), что приводит к увеличению содержания конденсированных и уменьшению объема газообразных продуктов сгорания. Кроме этого, наличие высоковязкого связующего СКДМ-80 приводит к усложнению технологии приготовления композиции и переработке ее в изделия за счет увеличения времени и энергозатрат, т.к. для придания изделиям твердой формы необходимо тщательное перемешивание компонентов с высоковязким связующим и отверждающим агентом.

Известна твердотопливная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук марки СКДМ-80, порошок алюминия марки АСД-1 и отверждающий агент, в качестве которого она содержит ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол при следующем соотношении компоненты, мас.%:

нитрат аммония	71,8
каучук марки СКДМ-80	13,2
порошок алюминия марки АСД-1	15,0
ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол	0,1 сверх 100%,

(см. Архипов В.А., Попок В.Н., Попок Н.И., Савельева Л.А. Горение металлизированных топливных композиций на основе нитрата аммония. // V Международная школа-семинар. Внутрикамерные процессы, горение и газовая динамика дисперсных систем. Санкт-Петербург. 2006. - С.10-13.).

Недостатками известной твердотопливной композиции являются нестабильность горения при повышенных давлениях, высокое содержание твердых продуктов сгорания.

Наиболее близкой по технической сущности является твердотопливная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук марки СКДМ-80, порошок алюминия и отвердитель ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол, композиция в качестве порошка алюминия содержит смесь порошка алюминия марки АСД-1 и ультрадисперсного алюминия марки ALEX, при следующем содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония	71,8
каучук марки СКДМ-80	13,2
порошок алюминия марки АСД-1	7,5
ультрадисперсный алюминий марки ALEX	7,5
ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол	0,1 сверх 100%,

(см. RU Патент №2363691, МПК C06B 31/30 (2006.01), C06B 33/04 (2006.01), C06B 45/10 (2006.01), 2009).

Недостатками известной твердотопливной композиции являются недостаточная скорость горения при повышенных давлениях и высокое содержание твердых продуктов сгорания.

Задачей изобретения является увеличение скорости горения твердотопливной композиции и уменьшение содержания твердых продуктов сгорания.

Техническая задача решается тем, что твердотопливная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук, порошок алюминия марки АСД-1, в качестве каучука она содержит порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм и дополнительно содержит бихромат калия и технологическую добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония	69-77
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	10-12
порошок алюминия марки АСД-1	8-15
бихромат калия	1-8
технологическая добавка	(0,5-1,0) сверх 100%.

Техническая задача решается также тем, что твердотопливная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук, порошок алюминия марки АСД-1 и ультрадисперсный алюминий с размером частиц приблизительно 0,1 мкм, в качестве каучука она содержит порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм и дополнительно содержит бихромат калия и технологическую добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония	69-77
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	10-12
порошок алюминия марки АСД-1	4-7,5
ультрадисперсный алюминий
с размером частиц приблизительно 0,1 мкм	4-7,5
бихромат калия	1-8
технологическая добавка	(0,5-1,0) сверх 100%.

Решение технической задачи позволяет по первому варианту при повышенных давлениях увеличить скорость горения до 1,7 раза и уменьшить содержание твердых продуктов сгорания до 4 раз, а по второму варианту при повышенных давлениях увеличить скорость горения до 2 раз и уменьшить содержание твердых продуктов сгорания до 5 раз.

Характеристика веществ, используемых в составе композиции:

Порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм получают путем механического измельчения, например, на роторных мельницах.

Порошок алюминия является ультрадисперсным порошком, с размером частиц приблизительно 0,1 мкм, полученный путем электрического взрыва проводников.

Бихромат калия используют по ГОСТ 2652-78.

В качестве технологической добавки используют, например, фторопласт-4 по ГОСТ 10007-80.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1 по первому варианту

Заявляемую термопластичную композицию готовят путем механического смешения в барабанном смесителе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония	77
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	12
порошок алюминия марки АСД-1	8
бихромат калия	3
фторопласт-4, сверх 100%	1.

Примеры 2-4 аналогичны примеру 1, данные по составу и характеристики композиции приведены в таблице 1.

Пример 5 по второму варианту

Заявляемую термопластичную композицию готовят путем механического смешения в смесителе типа «БЭКОН» при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нитрат аммония	77
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	12
порошок алюминия марки АСД-1	4
ультрадисперсный алюминий
с размером частиц приблизительно 0,1 мкм	4
бихромат калия	3
фторопласт-4, сверх 100%	1.

Примеры 6-8 аналогичны примеру 5, данные по составу и характеристики композиции приведены в таблице 2.

Из полученной термопластичной композиции методом проходного прессования формуют образцы диаметром 10 мм, бронированные по боковой поверхности. Высоту образцов варьируют в зависимости от характера проводимого эксперимента. Скорость горения образцов измеряют в приборе постоянного давления в атмосфере азота в интервале давлений (2÷12) МПа, после чего рассчитывают константы в законе скорости горения. Удельный импульс топливных композиций рассчитывают по программе АСТРА-4.

Содержание конденсированных твердых веществ определяют в условиях горения топлива при атмосферном давлении, при сжигании образцов на открытом воздухе при комнатной температуре и отборе конденсата в кварцевом отборнике, данная характеристика является оценочной величиной для сравнения с другими топливными композициями.

Скорость горения u, мм/с, в интервале давлений p, равном 2-12 МПа, рассчитывают по формуле u=u₁·ρ^ν, где u₁ - скорость горения при атмосферном давлении, ν - константа в степенном законе скорости горения. Исходя из вышеприведенного, зная u₁ и ν, можно рассчитать скорость горения и в интервале давлений 2-12 МПа.

Как видно из примеров конкретного выполнения, по первому варианту скорость горения при давлении 4 МПа, мм/с, увеличивается до 1,7 раза, а содержание твердых продуктов сгорания при атмосферном давлении уменьшается до 4 раз. По второму варианту скорость горения при давлении 4 МПа, мм/с, увеличивается до 2 раз, а содержание твердых продуктов сгорания при атмосферном давлении уменьшается до 5 раз.

Таблица 1
Компоненты	Состав, мас.%
Компоненты	Прототип	Заявляемый объект по первому варианту
Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4
1	2	3	4	5	6
Нитрат аммония	71,8	77	73	69	74
Порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм		12	12	10	10
Каучук марки СКДМ-80	13,2
Порошок алюминия марки АСД-1	7,5	8	10	13	15
Ультрадисперсный алюминий с размером частиц приблизительно 0,1 мкм	7,5
Бихромат калия		3	5	8	1
Фторопласт, сверх 100%		1	1	0,5	1
Ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол, сверх 100%,	0,1
Характеристика твердотопливной композиции
Скорость горения при давлении 4 МПа, мм/с	5,4-7,7	7,8	8,5	9,3	8,3
Скорость горения при атмосферном давлении, мм/с	1,2-2,2	1,25	1,3	1,5	1,4
Показатель степени в законе скорости горения	0,34-0,46	0,49	0,51	0,49	0,48
Удельный импульс, с	233	235	230	233	238
Содержание твердых продуктов сгорания при атмосферном давлении, мас.%	10-20	5,4	7,0	9,1	9,5

Таблица 2
Компоненты	Состав, мас.%
Компоненты	Прототип	Заявляемый объект по второму варианту
Пример 5	Пример 6	Пример 7	Пример 8
1	2	3	4	5	6
Нитрат аммония	71.8	77	73	69	74
Порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм		12	12	10	10
Каучук марки СКДМ-80	13,2
Порошок алюминия марки АСД-1	7,5	4	5	6,5	7,5
Ультрадисперсный алюминий с размером частиц приблизительно 0,1 мкм	7,5	4	5	6,5	7,5
Бихромат калия		3	5	8	1
Фторопласт, сверх 100%		1	1	0,5	1
Ди-N-оксид-1,3-динитрил-2,4,6-триэтил-бензол, сверх 100%,	0,1
Характеристика твердотопливной композиции
Скорость горения при давлении 4 МПа, мм/с	5,4-7,7	9,8	11,5	12,4	11,6
Скорость горения при атмосферном давлении, мм/с	1,2-2,2	1,30	1,50	1,62	1,53
Показатель степени в законе скорости горения	0,34-0,46	0,550	0,550	0,552	0,549
Удельный импульс, с	233	240	235	237	250
Содержание твердых продуктов сгорания при атмосферном давлении, мас.%	10-20	3,7	4	6,1	6,9

1. Твердотопливная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук, порошок алюминия марки АСД-1, отличающаяся тем, что в качестве каучука она содержит порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм и дополнительно содержит бихромат калия и технологическую добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония	69-77
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	10-12
порошок алюминия марки АСД-1	8-15
бихромат калия	1-8
технологическая добавка	(0,5-1,0) сверх 100%

2. Твердотопливная композиция, содержащая нитрат аммония, каучук, порошок алюминия марки АСД-1 и ультрадисперсный алюминий с размером частиц приблизительно 0,1 мкм, отличающаяся тем, что в качестве каучука она содержит порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм и дополнительно содержит бихромат калия и технологическую добавку при следующем содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония	69-77
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером частиц 0,4-2,0 мм	10-12
порошок алюминия марки АСД-1	4-7,5
ультрадисперсный алюминий
с размером частиц приблизительно 0,1 мкм	4-7,5
бихромат калия	1-8
технологическая добавка	(0,5-1,0) сверх 100%

Изобретение относится к области получения газа реакцией двух твердых веществ, а именно к способу изготовления из смеси порошков бинарных пиротехнических зарядов, содержащих азид натрия, при горении которых образуется чистый газообразный азот.

Твердотопливный газогенерирующий состав // 2481319

Изобретение относится к высокоэнергетическим конденсированным системам, а именно к твердотопливным газогенерирующим составам, и может быть использовано в различных газогенераторах систем пожаротушения, автономных системах поднятия затонувших объектов, подушках безопасности автомобилей, системах интенсификации добычи нефти, установках по получению различных соединений в волне горения.

Способ получения смесевого твердого топлива с металлическим горючим // 2474567

Изобретение относится к области разработки смесевых металлизированных твердых топлив. .

Способ изготовления твердого ракетного топлива баллиститного типа // 2458897

Изобретение относится к способам изготовления зарядов твердого ракетного топлива баллиститного типа. .

Газогенерирующий состав // 2456260

Изобретение относится к газогенерирующим составам для использования в различных механизмах, работающих под действием сжатых газов. .

Термостойкое газогенерирующее твердое топливо // 2451004

Изобретение относится к топливным зарядам для нефте- и газодобывающей промышленности, а именно для использования в скважинных устройствах - пороховых газогенераторах, аккумуляторах давления и др., эксплуатируемых в условиях глубоких скважин при температурах до +160°С.

Термопластичный твердотопливный состав для обработки нефтяных скважин // 2444554

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к разработке термопластичного твердотопливного состава, используемого для интенсификации и добычи нефти, а также в качестве источника энергии твердотопливных ракетных двигателей.

Газогенерирующий состав на основе нитрата аммония // 2444505

Изобретение относится к области газогенерирующих составов и может быть использовано в различных системах пожаротушения на основе газогенераторов, автономных системах подъема затонувших объектов, подушках безопасности автомобилей, системах интенсификации добычи нефти, для получения селективных газов.

Пиротехнические частицы больших размеров, способ их получения и применение // 2437867

Изобретение относится к области пиротехники, в частности медленной генерации газа, применяемой при тушении возгораний в зданиях и транспортных средствах, генерации газа в приводах или для надувания или деформирования надувных средств.

Смесевое твердое ракетное топливо // 2430902

Изобретение относится к области создания смесевых твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в температурном диапазоне от 60 до минус 70°С и применяемых в различных ракетных системах.

Устройство для фильтрации высоковязкого раствора каучука в токсичном и пожароопасном органическом растворителе // 2485080

Изобретение относится к области оборудования для фильтрации высоковязких (до 200 Па·с) растворов каучуков в токсичном и пожароопасном органическом растворителе (легковоспламеняющейся жидкости) от сгустков геля и посторонних предметов.

Термопластичный твердотопливный состав для обработки нефтяных скважин // 2444554

Низкотемпературное твердое топливо // 2389714

Изобретение относится к области разработки газогенерирующих низкотемпературных твердых топлив. .

Твердотопливная композиция на основе нитрата аммония // 2363691

Изобретение относится к составам твердых топлив. .

Водостойкое взрывчатое вещество украинит-гр и способ его изготовления (варианты) // 2290392

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам и может применяться в обводненных скважинах для отбойки горных пород. .

Взрывчатый состав // 2209197

Изобретение относится к разработке взрывчатых составов, используемых для ведения взрывных работ методом шпуровых и скважинных зарядов в горнорудной промышленности.

Взрывчатый состав (и его вариант), способ изготовления (и его вариант) // 2121471

Изобретение относится к разработке взрывчатых составов и способам их изготовления. .

Взрывчатое вещество и способ его изготовления // 2115643

Изобретение относится к производству смесевых взрывчатых веществ и может быть использовано в горной промышленности при взрывной отбойке на открытых и подземных работах.

Взрывчатый состав, способ получения взрывчатого состава, взрывчатый комплект и способ взрывания // 2114094

Изобретение относится к ВВ с малой энергией удара для использования при взрывной отбойке горной породы и минералов, и к способам разработки месторождений с использованием таких ВВ.

Способ изготовления взрывчатого состава // 2096398

Изобретение относится к простейшим промышленным взрывчатым веществам и может быть использовано в горной промышленности при разработке месторождений полезных ископаемых.

Взрывчатые вещества, состоящие из нитрата аммония и жидкого горючего // 2572328

Изобретение относится к промышленным взрывчатым веществам и может быть использовано в горной промышленности при разработке месторождений полезных ископаемых на земной поверхности, в шахтах, не опасных по газу и пыли, и при проведении других взрывных работ (котлованы, дамбы и др.). Взрывчатое вещество с кислородным балансом - 3,5%…+3,5% состоит из нитрата аммония и жидкого горючего, в качестве которого содержит смеси растительных масел (РМ) и дизельного топлива (ДТ). Изобретение позволяет использовать возобновляемые источники сырья - РМ. Для приготовления составов АС-РМ-ДТ могут быть использованы простейшие объемные гравитационные смесители. Расчеты и эксперименты подтверждают, что по эффективности смеси АС-РМ-ДТ не уступает соответственно смесям АС-РМ, АС-ДТ (игданиту и гранулиту М). По экологической безопасности взрывчатые составы АС-РМ-ДТ превосходят игданит и составы АС-РМ, т.к. при их взрыве наблюдается меньший выброс в атмосферу токсичных оксидов азота. 2 табл., 7 ил.