ПОРИСТЫЙ ПИРОКСИЛИНОВЫЙ ПОРОХ И СПОСОБ ЕГО ФЛЕГМАТИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК C06B25/18 C06B25/26 C06D5/06 C06B21/00 

Изобретение относится к области пироксилиновых порохов и к технике их получения и может быть использовано в короткоствольных стрелковых системах, в частности в 9-мм пистолетном патроне.

Известен пористый пироксилиновый порох марки П-125 [1] включающий нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, графит и летучие вещества.

Гравиметрическая плотность пороха составляет 0,5 г/см³.

Недостатком известного пороха является его низкая эффективность при снаряжении им 9-мм пистолетных патронов и, как следствие этого, низкое значение его начальной скорости пули, равной 300 310 м/сек. максимальное давление пороховых газов 2600 2700 кг/см². Здесь и далее давление измерено при помощи крешерных приборов.

Известен также пористый пироксилиновый порох марки П-45 [1] содержащий нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, графит и летучие вещества.

Несмотря на то, что данный порох имеет хорошую гравиметрическую плотность 0,6 г/см³, он имеет существенные недостатки. Одним из недостатков этого пороха является его низкая эффективность в связи с тем, что он нефлегматизирован. При использовании такого пороха в 9-мм пистолетном патроне значение начальной скорости пули достигает всего 340 350 м/сек. Давление пороховых газов составляет 2700 2900 кг/см². Другим недостатком, присущим данному пороху, является большой разброс по начальной скорости полета пули и давлению пороховых газов, которые составляют 38 м/сек и 170 - кг/см² соответственно, что отрицательно сказывается на уровне баллистических характеристик.

Наконец, известен пироксилиновый порох [2] содержащий нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, летучие вещества и флегматизатор. Состав пироксилинового пороха следующий, мас.

Дифениламин содержание в патенте не указано
Калийная селитра 0,4-1,6
Флегматизатор 1,0-4,0
летучие вещества 1,3
Нитроцеллюлоза (содержание азота N3,2% мас.) остальное
Несмотря на то, что данный порох может быть использован в винтовых патронах калибра 7,62 мм [2] он совершенно непригоден для пистолетных систем, в которых время выстрела существенно меньше, чем в винтовочных. При снаряжении таким порохом пистолетных патронов, например 9-мм, за время выстрела он не успевает полностью сгорать, что категорически недопустимо. В этой связи в пистолетных патронах в настоящее время используют или тонкосводные пороха или пористые, как, например, порох П-45, П-125. Однако и тот и другой порох, как уже показано выше, не позволяют достичь необходимой баллистической эффективности при снаряжении ими 9-мм пистолетного патрона. Как показали исследования, выполненные в ИХФЧ РАН, для достижения требуемой баллистической эффективности, даже при использовании таких высокопористых порохов, их необходимо флегматизировать. Сведения о флегматизации порохов с таким уровнем пористость (40 ^oC 80 условных единиц) неизвестны. Не известен и способ флегматизации, который, в отличие от способа флегматизации низкопористых порохов, имеет существенные отличия, обусловленные высокоразвитой пористой структурой порохового зерна. В связи с этим флегматизация порохов с таким уровнем пористости, как нами установлено, должна проходить в более жестких температурно-временных режимах. Так, например, использование флегматизаторов в количествах, соответствующих 1 4% мас. согласно патенту [2] даже в случае пористых порохов не обеспечивает достижение необходимых баллистических характеристик (скорость V₁ 410 430 м/сек при среднем P_max ≈ 2700 кг/см²). В то же время, флегматизированный порох П-45 при содержании флегматизатора 1,2% мас. также не обеспечивает необходимых баллистических характеристик (см. пример 13 и 42). При увеличении количества флегматизаторов до 3 4% даже пористые пироксилиновые пороха не успевают полностью сгорать, выстрел становится затяжным и неустойчивым, а скорость снижается до 150 250 м/сек, что также недопустимо.

Целью изобретения является разработка высокоэффективного пироксилинового пороха, позволяющего увеличить начальную скорость полета пули до 400 430 м/сек при сохранении максимального давления пороховых газов на уровне 2700 кг/см² и достичь стабильности баллистических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что пироксилиновый пористый порох, содержащий нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, графит и летучие вещества, дополнительно содержит в качестве флегматизатора ди-н-бутилфталат, или ди-н-октилфталат, или α,ω-метакрил (бис-триэтиленгликоль) фталат, или три -(оксиэтилен)-a,ω-метакрилат, или диэтилдифенилмочевина, или диметилдифенилмочевина, или их смесь при следующем содержании компонентов, мас.

Ди-н-бутилфталат, или ди-н-октилфталат, или a,ω-метакрил-(бис-триэтиленгликоль)-фталат(C₆H₄-(CO-O- CH₂CH₂-O-CH₂CH₂-O-CH₂CH₂-O- CO-CH= CH₂)₂ [3] ), или три-(оксиэтилен)-a,ω-метакрилат(CH₂= CH-CO-O-CH₂CH₂ -O-CH₂CH₂-O-CH₂CH₂-O-CO-CH= CH₂ [3] ), или диэтилдифенилмочевина, или диметилдифенилмочевина, или их смесь 0,3-0,8
Дифениламин 0,8-1,4
Калийная селитра 0,1-0,5
Графит 0,1-0,9
Летучие вещества 0,2-1,8
Нитроцеллюлоза (содержание азота 204-213 мл NO/г) остальное
Сопоставление предполагаемого пироксилинового пороха и пороха, описанного в патенте [2] позволяет сделать вывод о принципиально различном функциональном назначении калийной селитры. Если в патенте [2] калийная селитра вводится для снижения пламенности при выстреле 7,62-мм винтовочного патрона, то в предлагаемом порохе калийная селитра выполняет роль порообразователя и является остаточным неудаленным компонентом. Эти данные позволяют сделать вывод о существенных отличиях предлагаемого пороха.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями [2, 4] показывает, что введение флегматизаторов в состав обычных порохов широко используется на практике. Однако введение флегматизаторов типа: ди-н-бутилфталат, или ди-н-октилфталат, или a,ω-метакрил-(бис-триэтиленгликоль) фталат, или три(оксиэтилен)-a,ω-метакрилат, или диэтилдифенилмочевина, или диметиодифенилмочевина, или их смесь в состав высокопористых пироксилиновых порохов до настоящего времени неизвестно. В то же время, как показали эксперименты, лишь введение этих флегматизаторов в строго определенных интервалах 0,3 0,8 мас. в сочетании со строго определенной пористостью пороха 40 80 усл. позволяют повысить его эффективность, увеличив начальную скорость полета пули до 410-430 м/сек при среднем максимальном давлении пороховых газов на уровне 2700 кг/см². Если же взять флегматизатор в количестве 0,3 0,8 мас. и ввести его в известный порох [2] то достичь цели изобретения не удается. Таким образом, заявляемый пористый пироксилиновый порох соответствует критерию "новизна".

Другим объектом изобретения является способ флегматизации пористого пироксилинового пороха. Известен способ получения флегматизированного пороха путем обработки водной суспензии с добавкой флегматизатора и графита в течение 5 минут с последующим прогреванием смеси паром до температуры 80^oC в течение 45 минут, выделения пороха и термостатирования в большом объеме горячей воды в течение 22 часов, после чего порох отфильтровывали и сушили до влажности 1,3% [2] Однако по известному способу [2] нельзя получить пористый пироксилиновый порох с требуемыми баллистическими характеристиками для 9-мм патронов. Это связано с тем, что, во-первых, в патенте не указываются конкретные температурные режимы на стадии выдержки в течение 22 часов. Кроме того, столь длительное термостатирование в горячей воде в случае высокопористых порохов приводит к перераспределению флегматизатора, который уходит в глубь зерна и, таким образом, требуемый баллистический эффект не достигается. Экспериментально в ИХФЧ РАН установлено, что на стабильность баллистических характеристик существенное влияние оказывают порядок смещения и строго определенная температура смешения в связи с тем, что отдельно готовится эмульсия флегматизатора при температуре, равной той, при которой термостатируется суспензия пороха в воде. Существенное значение оказывает и время термостатирования, которое строго зависит от температуры процесса.

Целью второго объекта изобретения является отработка условий и режимов процесса флегматизации пористого пироксилинового пороха указанного выше состава, обеспечивающих возможность увеличения начальной скорости пули до 400 430 м/с при максимальном давлении пороховых газов на уровне 2700 кг/см² и повышение стабильности баллистических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что пористый пироксилиновый порох, содержащий нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, графит, включающий обработку пороха флегматизатором в горячей воде, графитовку, сушку, отличающийся тем, что порох, предварительно выдержанный при температуре флегматизации в течение 10 20 мин, флегматизируют при 60 90^oC в течение 15 120 мин, причем флегматизатор подают в виде эмульсии, нагретой до температуры флегматизации, а графитовку осуществляют после сушки.

Сущность изобретения иллюстрируются следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. В аппарат, снабженный лопастной механической мешалкой, термометром и капельной воронкой, помещают 3 кг воды, нагретой до 70^oC, и 1 кг пористого нефлегматизированного пороха марки П-45 следующего состава: дифениламин 1,0 мас. калийная селитра 0,3 мас. летучие вещества - 0,6 мас. 0,3 мас. графита, нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное. Содержимое аппарата нагревают при перемешивании при температуре 70 75^oC в течение 15 мин, после чего добавляют эмульсию 10 г ди-н-бутилфталата в 0,8 кг воды, предварительно нагретую до 70 75^oC. После смещения компонентов суспензию пороха с флегматизатором перемешивают еще 30 мин при этой температуре, а затем порох отделяют, промывают водой, нагретой до 50^oC, и водой при комнатной температуре, сушат и графитируют (0,2 мас.). После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. дибутилфталат 0,6; дифениламин 1,0; калийная селитра - 0,2; графит 0,5; летучие вещества 0,4; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное. Проведенные испытания пороха для пули массой 8,0 г при заряде 0,52 г показали следующие результаты: начальная скорость пули 440 м/с, максимальное давление 2638 кг/см². При 100 параллельных выстрелах разброс по скорости составил 1 м/с, по давлению 50 кг/см².

Пример 2. Процесс проводили аналогично примеру 1, но температура на стадии термостатирования составляет 60^oC. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. дибутилфталат 0,7; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,6; летучие вещества - 0,5; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 3. Процесс проводили аналогично примеру 1, но температура термостатирования пороха в воде составляет 90^oC. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. дибутилфталат - 0,5; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества 0,3; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 4. Процесс проводили аналогично примеру 1, но время термостатирования составляет 10 мин. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. дибутилфталат 0,5; дифениламин - 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества 0,5; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 5. Процесс проводили аналогично примеру 1, но время термостатирования составляет 20 мин. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. ди-н-бутилфталат 0,6; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества 0,4; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 6. Процесс проводили аналогично примеру 1, но добавляют водную эмульсию флегматизатора, нагретую до 60^oC. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. ди-н-бутилфталат 0,6; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества - 0,4; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 7. Процесс проводили аналогично примеру 1, но добавляют водную эмульсию флегматизатора, нагретую до 90^oC. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. ди-н-бутилфталат 0,6; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества - 0,4; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 8. Процесс проводили аналогично примеру 1, но время выдержки на стадии флегматизации составляет 15 мин. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. ди-н-бутилфталат 0,6; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества 0,4; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Пример 9. Процесс проводили аналогично примеру 1, но время выдержки на стадии флегматизации составляет 120 мин. После проведения химического анализа получают порох следующего состава, мас. ди-н-бутилфталат 0,6; дифениламин 0,9; калийная селитра 0,2; графит 0,5; летучие вещества 0,4; нитрат целлюлозы с содержанием азота 207 мл NO/г остальное.

Баллистические характеристики в примерах 2 9 приблизительно соответствуют таковым в примере 1.

При проведении процесса при температурах ниже 60^oC резко возрастает продолжительность процесса и за технологически приемлемые времена не удается сформировать флегматизирующий слой, который обеспечивает нужную баллистику. При температуре выше 90^oC увеличивается опасность процесса. Что касается временных пределов, проведение процесса менее 15 и более 120 минут нецелесообразно, т. к. за меньшее время не удается получить качественный порох, а большее время удлиняет процесс.

Другие примеры, раскрывающие сущность изобретения и объясняющие причины выбора пределов содержания ингредиентов в заявляемом порохе, приведены в таблице.

Содержание ингредиентов пороха в разработанном составе обусловлено с одной стороны технологией изготовления пороха, а с другой требованиями функционального назначения и целью изобретения. В частности верхний предел содержания флегматизатора обусловлен тем, что выше указанного значения сильно возрастает навеска пороха, в связи с чем его необходимо запрессовывать в гильзу, так как в насыпном варианте не обеспечиваются необходимые значения скорости пули. Это требует создания совершенно иной конструкции заряда и разработки новой технологии сборки патрона. Ниже нижнего предела также не обеспечиваются необходимые баллистические характеристики.

Пределы по содержанию дифениламина обусловлены требованиями химической стабильности пороха в течение гарантийных сроков хранения. Содержание остаточного порообразователя, в качестве которого традиционно использована калийная селитра, со стороны нижнего предела обусловлено тем, что меньше 0,1 мас. удалить нитрат калия трудно, а более 0,5 мас. как показано в ИХФЧ РАН, он отрицательно сказывается на баллистических характеристиках рассматриваемых систем.

Содержание летучих со стороны их верхнего предела ограничено тем, что при их большем значении уже заметно снижается калорийность пороха и баллистические параметры, со стороны нижнего предела оно обусловлено тем, что удалить летучие из пороха меньше, чем 0,2 мас. практически невозможно.

При содержании графита меньше, чем 0,1 мас. наблюдается ухудшение сыпучести пороха, снижение насыпной плотности, повышается возможность электризации пороха. Выше 0,9 мас. введение нецелесообразно, так как перечисленные свойства пороха при этом не изменяются. При содержании азота в НЦ менее 204 мл NO/г не обеспечивается необходимая баллистическая эффективность. Использование НЦ с содержанием азота более 213 мл NO/г приводит к затруднениям технологического характера. В частности, осложняется пластификация пороховой массы и формование пороховых элементов.

Использование: в стрелковых системах, в частности в 9-мм пистолетном патроне. Сущность изобретения: порох содержит, мас.%: 0,3 - 0,8 ди-н-битулфталата или ди-н-октилфталата, или α-ω-метакрил (бистриэтиленгликоль)фталата, или три(оксиэтилен) a,ω-метакрилата, или диэтилдифенилмочевины, или диметилдифенилмочевины, или их смеси, 0,8 - 1,4 дифениламина, 0,1 - 0,5 калийной селитры, 0,1 - 0,9 графика, 0,2 - 1,8 летучих веществ, нитроцеллюлоза с содержанием азота 204 - 213 мл NO/г - остальное. Способ флегматизации пористого пироксилинового пороха заключается в обработке 15 - 20 мин предварительно выдержанного 10 - 20 мин при температуре флегматизации 60 - 90^oC пороха флагметизатором в виде эмульсии, нагретой до температуры флегматизации, а графитовку осуществляют после сушки. 2 н.з.п. ф-лы, 1 табл.

Пористый пироксилиновый порох, содержащий нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, графит и летучие вещества, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ди-н-бутилфталат, или ди-н-октилфталат, или α, ω - метакрил(бис-триэтиленгликоль)фталат, или три(оксиэтилен)α, ω - метакрилат, или диэтилдифенилмочевину, или диметилдифенилмочевину, или их смесь, при следующем содержании компонентов, мас.

Ди-н-бутилфталат, или ди-н-октилфталат, или α, ω -метакрил /бис-триэтиленгликоль /фталат, или три/оксиэтилен/ α, ω - метакрилат, или диэтилдифенилмочевина, или диметилдифенилмочевина, или их смесь 0,3 0,8
Дифениламин 0,8 1,4
Калийная селитра 0,1 0,5
Графит 0,1 0,9
Летучие вещества 0,2 1,8
Нитроцеллюлоза (содержание азота 204-213 мл NО/г) Остальное
2. Способ флегматизации пористого пироксилинового пороха, содержащего нитроцеллюлозу, дифениламин, калийную селитру, графит, включающий обработку пороха флегматизатором в горячей воде, графитовку, сушку, отличающийся тем, что порох, предварительно выдержанный при температуре флегматизации в течение 10 20 мин, флегматизируют при 60-90^o в течение 15 120 мин, причем флегматизатор подают в виде эмульсии, нагретой до температуры флегматизации, а графитовку осуществляют после сушки.