Способ получения наполненного сферического пороха
Владельцы патента RU 2532181:
Федеральное казенное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП") (RU)
Изобретение относится к производству сферических порохов для стрелкового оружия. Способ получения наполненного сферического пороха включает приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с этилацетатом (ЭА), диспергирование лака, обезвоживание и удаление этилацетата отгонкой, при этом в качестве нитратов целлюлозы используют баллиститные нитроглицериновые пороха, трубчатые динитродиэтиленгликолевые пороха или возвратно-технологические отходы, которые первоначально загружают в воду при перемешивании в количестве 30-40% от их общей массы, дозируют 1,8-2,0 об.ч. этилацетата по отношению к 1 мас.ч. всего количества нитратцеллюлозных ингредиентов, поднимают температуру до 65-68°C, затем через 20-30 минут дозируют 0,20-0,60 мас.ч. гексогена по отношению к 1 мас.ч. общего количества компонентов, смесь перемешивают в течение 20-30 минут при той же температуре, вводят оставшееся количество нитратцеллюлозных ингредиентов. Способ обеспечивает снижение расхода по ЭА и получение плотного наполненного СФП с требуемыми физико-химическими характеристиками в широком диапазоне фракционного состава. 1 табл., 6 пр.
Изобретение относится к области производства сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия.
Известны способы получения сферических порохов путем растворения нитратов целлюлозы (НЦ) или пороховой массы в этилацетате (ЭА) в водной среде. Получаемый пороховой лак в присутствии эмульгаторов диспергируется на сферические частицы заданного размера. После этого производится обезвоживание частиц и отгонка ЭА [1-3]. Получаемые данными способами СФП имеют определенные насыпные плотности, регулируемые количеством вводимого обезвоживающего агента (сульфата натрия) и режимами отгонки растворителя при условии отсутствия кристаллического наполнителя в составе порохов.
Наиболее близким техническим решением является способ получения сферического пороха [4], включающий перемешивание гранул нитратов целлюлозы, бризантного взрывчатого вещества (ВВ) в воде до образования суспензии, приготовление порохового лака при перемешивании в этилацетате, диспергирование лака на сферические частицы и удаление этилацетата отгонкой, отличающийся тем, что в качестве нитратов целлюлозы используют пироксилин 1Пл, а в качестве ВВ используют кристаллический октоген в количестве 5-60 мас.% по отношению к пороховой массе в виде 50 мас.% водной суспензии, а приготовление лака ведут в этилацетате при модуле 5-10 мас.ч. в течение 40-60 мин.
Недостатками прототипа являются:
- высокий модуль по ЭА, что приводит к высокой доле растворенного в лаковой фазе гексогена вследствие его растворимости в нем в отличие от октогена и к последующей рекристаллизации на поверхности гранул СФП;
- низкая плотность гранул СФП из-за отсутствия пластификатора и шероховатости поверхности (не более 1,5 г/см3).
Целью изобретения является снижение расхода по ЭА и получение плотного наполненного СФП с требуемыми физико-химическими характеристиками в широком диапазоне фракционного состава.
Данная цель достигается тем, что способ получения наполненного сферического пороха, включающего приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с этилацетатом, диспергирование лака, обезвоживание и удаление этилацетата отгонкой, отличается тем, что в качестве нитратов целлюлозы используют баллиститные нитроглицериновые пороха, трубчатые динитродиэтиленгликолевые пороха или возвратно-технологические отходы, которые первоначально загружают в воду при перемешивании в количестве 30-40% от их общей массы, дозируют 1,8-2,0 об.ч. этилацетата по отношению к 1 мас.ч. всего количества нитратцеллюлозных ингредиентов, поднимают температуру до 65-68°C, затем через 20-30 минут дозируют 0,20-0,60 мас.ч. гексогена по отношению к 1 мас.ч. общего количества компонентов, смесь перемешивают в течение 20-30 минут при той же температуре, вводят оставшееся количество нитратцеллюлозных ингредиентов, смесь дополнительно перемешивают в течение 20-30 минут.
Первоначальный частичный ввод нитратцеллюлозных ингредиентов в количестве 30-40% от их общей массы при полной дозировке растворителя (модуль 1,8-2,0) позволяет получить низковязкий лак и обеспечить тем самым равномерное распределение наполнителя по объему лака. Уменьшение ввода нитратцеллюлозных ингредиентов менее 30 мас.% приводит к снижению вязкости лака, и частицы гексогена вследствие более высокой плотности (1,8 г/см3) по сравнению с лаковой фазой (≈ 0,97-0,98 г/см3) могут частично оседать на дно аппарата. В результате это может привести к снижению содержания наполнителя в гранулах СФП.
Увеличение ввода нитратцеллюлозных ингредиентов более 40 мас.% приводит к большей длительности процесса перемешивания наполнителя из-за более высокой вязкости лака и, следовательно, более длительного достижения равновесного распределения гексогена в объеме лаковой фазы.
Предварительное приготовление порохового лака в ЭА в течение 20-30 минут необходимо, чтобы удержать частицы гексогена во взвешенном состоянии в объеме реактора. В противном случае, т.е. при вводе гексогена в водную среду, в которой осуществляется процесс формирования гранул, до приготовления лаковой фазы часть гексогена так же, как и при низкой вязкости лаковой фазы, будет оседать на дно реактора. Уменьшение времени менее 20 минут приводит к неполному растворению нитратцеллюлозных ингредиентов, а увеличение времени перемешивания более 30 минут удлиняет общую длительность операции формирования без необходимости.
Модуль по ЭА по отношению к нитратцеллюлозным ингредиентам составляет 1,8-2,0. Уменьшение его менее 1,8 приводит к получению высоковязкого порохового лака, трудно поддающегося диспергированию, и к образованию гранул неправильной формы. Увеличение модуля более 2,0 увеличивает количество растворившегося в ЭА гексогена и к образованию шероховатой поверхности за счет кристаллизации гексогена в процессе удаления растворителя и, как следствие, к повышению пористости.
Снижение времени перемешивания гексогена в пороховом лаке менее 20 минут приводит к неоднородному его распределению в объеме лаковой фазы и, следовательно, к нестабильным физико-химическим характеристикам пороха.
Увеличение содержания гексогена более 60 мас.% приводит к получению пористых гранул СФП из-за образования перколяционного кластера, т.е. практически сплошной структуры частиц гексогена, соприкасающихся друг с другом.
Приготовление порохового лака при температуре 65-68°C позволяет при меньшем вводе растворителя обеспечить необходимую для удержания частиц гексогена вязкость порохового лака.
Примеры выполнения способа получения гексогенсодержащего СФП в пределах граничных условий, за их пределами, а также по известному способу приведены в таблице.
Пример 1. В реактор заливается 380 л воды, загружается 24 кг (30 мас.%) НЦ-ингредиентов, заливается 144 л ЭА, температура в реакторе повышается до 65°C и в течение 30 мин готовится пороховой лак. Затем загружается 50%-ная водная суспензия 20 кг гексогена в 20 л воды. Смесь компонентов перемешивается 30 мин. После этого загружается вторая порция НЦ-ингредиентов в количестве 56 кг (70 мас.%) и смесь дополнительно перемешивается при температуре 65-68°C в течение 30 мин. После ввода эмульгаторов (мездрового клея) ведется диспергирование порохового лака на сферические частицы, вводится 8,0 кг (2,0% к воде) сульфата натрия, дисперсия перемешивается 20-30 мин, а затем температура в реакторе повышается до 74-76°C и ведется отгонка ЭА при постепенном повышении температуры до 92-96°C с выдержкой в конце процесса в течение 20-30 мин. Полученный СФП промывается, фракционируется и сушится.
Остальные примеры выполняются аналогично.
Снижение модуля по ЭА (примеры 1,2,3) до 1,8-2,0 способствует уменьшению количества растворенного в ЭА гексогена на 0,22-0,5 кг при аналогичном вводе гексогена по сравнению с примерами 4 и 5. Снижение модуля по ЭА менее 1,8 не позволяет получить однородный лак из-за увеличения его вязкости. Соответственно из-за трудности диспергирования такой порох не изготавливался.
Превышение модуля по ЭА более установленных значений, снижая вязкость порохового лака, приводит к получению более мелких гранул и к увеличению количества растворенного гексогена (примеры 4 и 5). При этом кажущаяся плотность образцов пороха снижается.
Таким образом, из данных таблицы видно, что по заявленным режимам можно изготавливать наполненные СФП с различным фракционным составом в зависимости от модуля по растворителю. Баллистические характеристики пороха не приводятся, потому что для применения его в конкретных системах необходимо проведение флегматизации для создания прогрессивности горения метательного заряда, особенности которой не входят в предмет данного изобретения. Но непременным условием является высокая плотность пороха.
Пороха, получаемые по известному способу (пример 6), являются высокодисперсными, имеют узкий фракционный состав, значительно ограничивающий область их применения в стрелковых системах.
Литература
1. Патент РФ 1806462, C06B 21/00, 1991.
2. Патент США 3824108, кл. C08B 21/2, 1974.
3. Патент РФ 2226184, C06B 21/00, 2002.
4. Патент 2280634, C06B 21/00, 2006.
| Режимы изготовления и характеристики пороха, изготовленного по разработанному и известному способам | ||||||
| Наименование показателя | По разработанному способу | За пределами граничных условий | По известному способу | |||
| Пр.1 | Пр.2 | Пр.3 | Пр.4 | Пр.5 | Пр.6 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Общая масса НЦ-ингредиентов, кг: | ||||||
| - баллиститные, динитродиэти- ленгликолевые пороха | 80 | 60 | 40 | 60 | 40 | 60 |
| - нитраты целлюлозы | - | - | - | - | - | - |
| Первоначальный ввод НЦ-ингредиентов, кг (%) | 32 | 27 | 20 | 27 | 20 | - |
| (40) | (45) | (50) | (45) | (50) | ||
| Общее количество воды, л | 400 | 400 | 400 | 400 | 400 | 400 |
| Ввод ЭА, л (модуль) к НЦ-ингредиентам | 80 (2,0) | 114(1,9) | 144(1,8) | 150(2,5) | 160 (4,0) | 480 (8,0) |
| Температура перемешивания, °C | 65-68 | 65-68 | 65-68 | 65-68 | 65-68 | 55-60 |
| Перемешивание НЦ-ингредиентов в ЭА, мин | 30 | 25 | 20 | 15 | 20 | - |
| Масса гексогена, кг (%), в 20 л воды | 20 (20) | 40 (40) | 60 (60) | 40 (40) | 60 (60) | - |
| Масса октогена, кг (%), в 20 л воды | - | - | - | - | - | 60 |
| Перемешивание компонентов, мин | 30 | 25 | 20 | 25 | 10 | 60 |
| Второй ввод НЦ, кг (%) | 56 (70) | 37 (65) | 24 (60) | 33 | 20 | - |
| (55) | (50) | |||||
| Перемешивание компонентов, мин | 30 | 25 | 20 | 25 | 30 | - |
| Ввод сернокислого натрия, кг (% к воде) | 8,0 (2,0) | 8,0 (2,0) | 8,0 (2,0) | 8,0 (2,0) | 8,0 (2,0) | 8,0 (2,0) |
| Отгонка растворителя при температуре, °C | 74-96 | 74-96 | 74-96 | 74-96 | 74-96 | 74-96 |
| Количество растворенного гексогена в ЭА, кг (%) | 1,60 | 2,28 | 2,88 | 3,00 | 3,2 | - |
| (8,0) | (5,7) | (4,8) | (7,5) | (5,3) | ||
| Физико-химические характеристики пороха: | ||||||
| - фракционный состав, мм | 0,7-0,9 | 0,9-1,5 | 1,2-2,0 | 1,2-2,0 | 0,315-0,56 | 0,16-0,4 |
| - плотность кажущаяся, г/см3 | 1,64 | 1,63 | 1,60 | 1,48 | 1,56 | 1,37 |
| - насыпная плотность, г/см3 | 1,02 | 1,01 | 0,99 | 0,86 | 0,88 | 0,55 |
Способ получения наполненного сферического пороха, включающий приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с этилацетатом, диспергирование лака, обезвоживание и удаление этилацетата отгонкой, отличающийся тем, что в качестве нитратов целлюлозы используют баллиститные нитроглицериновые пороха, трубчатые динитродиэтиленгликолевые пороха или возвратно-технологические отходы, которые первоначально загружают в воду при перемешивании в количестве 30-40% от их общей массы, дозируют 1,8-2,0 об.ч. этилацетата по отношению к 1 мас.ч. всего количества нитратцеллюлозных ингредиентов, поднимают температуру до 65-68°C, затем через 20-30 минут дозируют 0,20-0,60 мас.ч. гексогена по отношению к 1 мас.ч. общего количества компонентов, смесь перемешивают в течение 20-30 минут при той же температуре, вводят оставшееся количество нитратцеллюлозных ингредиентов, смесь дополнительно перемешивают в течение 20-30 минут.
