ВЗРЫВЧАТОЕ ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА АЛМАЗА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C06B25/24 C06B25/34 C06B21/00 

Изобретение относится к взрывчатым веществам (ВВ), в особенности к ВВ, используемым для синтеза алмазов в процессе детонации, и способу его изготовления.

С начала 60-х годов стал быстро развиваться детанационный метод синтеза алмазов ударноволновым нагружением графита или его смесей с различными металлами. В 70-е годы были найдены условия детонационного синтеза алмаза детонацией зарядов смесевых и индустриальных бризантных ВВ с отрицательным кислородным балансом, как правило, тротила и гексогена, с различными формами графита, в том числе аморфного, во взрывной камере, при детонации МВВ развиваются давления от 30 до 60 ГПа, а температуры могут достигать (2 - 6)•10³ K. Однако бризантные ВВ обладают рядом существенных недостатков:
получением из них алмазов в виде ультрадисперсных порошков со средним размером частиц 40.80 т.е. 0,004 -0,008 мкм и удельной поверхностью более 300 м²/г;
малым содержанием углерода в зоне детонации;
недостаточно высокими детонационнными характеристиками;
плохой восприимчивостью к детонационному импульсу, что создает дополнительные трудности при их инициировании;
низкой механической прочностью;
большой трудоемкостью в изготовлении с использованием таких технологий периодического характера, как литье и "глухое" прессование;
высокой стоимостью.

Технической задачей изобретения является создание взрывчатого вещества для детонационного синтеза алмаза, содержащего повышенное количество углерода в составе и, следовательно, в зоне детонации, обеспечивающего получение более крупных частиц алмаза до 10 мкм, обладающего повышенными детонационными характеристиками, хорошей восприимчивостью к детонационному импульсу, кроме того, позволяющего изготавливать его непрерывным высокопроизводительным способом, обладающего комплексом эксплуатационных и технологических характеристик, присущих штатным составам, имеющего экологически чистые продукты взрыва.

Задача была решена созданием рецептуры ВВ, включающего наряду с гексогеном нитроцеллюлозу, например коллоксилин, нитроглицерин в качестве пластификатора, централит в качестве стабилизатора химической стойкости, углерод технический, в качестве технологической добавки расплав стеарата цинка с вазелиновым или индустриальным маслом в соотношении 1:20 и поверхностно-активное вещество сульфорицинат E. Входящие в состав компоненты взяты в следующем соотношении, мас.

нитроцеллюлоза, например коллоксилин 20,1 25,9
гексоген 39,0 41,0
углерод технический 7,5 12,5
централит 0,3 0,7
расплав стеарата цинка с вазелиновым или индустриальным маслом в соотношении 1:20 0,8 1,2
сульфорицинат E 0,2 0,4
нитроглицерин остальное
Ввод гексогена в указанных пределах обеспечивает высокую скорость детонации, устойчивый процесс детонации и необходимые для синтеза алмаза термодинамические параметры детонации давление, температуру, протяженность зоны химической реакции синтеза алмазов. Кристаллы гексогена являются системами, построенными из сильновзаимодействующих молекул с большим по величине значением поверхностной энергии, наличием достаточно мощных электромагнитных полей, за счет чего происходит адсорбционное взаимодействие и связывание технического углерода, который в дальнейшем не будет оказывать существенного влияния на адсорбционное взаимодействие коллоксилин-нитроглицерин, коллоксилин-нитроглицерин-гексоген.

Известно, что введение углерода в состав ВВ в количестве до 2% значительно затрудняет изготовление состава и изделий из него непрерывным способом, т. к. углерод структурирует полимерную основу ВВ, ухудшает технологичность состава. В то же время с повышением содержания углерода до 15% повышается выход алмазов, однако при этом резко ухудшаются реологические характеристики состава, отношение величин напряжения среза (τ_ср.) и внешнего трения (τ_μ) становится неприемлемым (менее 2,0) для обеспечения удовлетворительных технологических характеристик и процесса течения полимера при изготовлении состава заявляемым способом и изделий (зарядов) из него.

Несмотря на высокое содержание наполнителя (до 53,5%), физико-механические характеристики предлагаемого состава находятся на уровне штатных ВВ. Также, несмотря на высокое содержание гексогена в составе (39 - 41%), взрывчатые характеристики и взрывобезопасность обеспечивают возможность безопасного изготовления состава предлагаемым способом и зарядов из него, безопасность их использования.

В таблице приведены составы предлагаемого ВВ, их свойства и характеристики детонационные, физико-механические, реологические, термомеханические. Как видно из таблицы, основные детонационные характеристики заявляемого состава ВВ находятся на уровне либо выше, чем у штатных ВВ. Предлагаемый состав ВВ обеспечивает получение более крупных кристаллов с размером частиц до 10 мкм. Выход алмаза зависит от содержания свободного твердого углерода в детонационной волне, а следовательно, в составе.

Разработанный состав ВВ обеспечивает требуемый уровень всех основных характеристик, предъявляемых к ВВ для детонационного синтеза алмаза. Изменение содержания основных компонентов ВВ ниже или выше указанных пределов (образцы 4 и 5) приводит, как видно из таблицы, к ухудшению основных характеристик. Так, снижение количества углерода не обеспечивает требуемый выход алмаза, а увеличение его содержания приводит к нетехнологичности состава, невозможности его переработки. При увеличении содержания гексогена повышается опасность переработки состава, а при снижении не обеспечиваются необходимые детонационные характеристики.

Известны способы изготовления смесевых ВВ и зарядов из них литьем либо "глухим" прессованием для последующего синтеза из них алмазов детонационным методом. Указанные способы являются периодическими, трудоемкими и опасными, ограничивающими в известной степени размеры зарядов, следовательно, последующий выход детонационных алмазов.

Известен способ изготовления пороховых составов на основе нитроцеллюлозы, пластифицированной труднолетучими пластификаторами, путем смешения компонентов в водной среде с последующим отжимом состава от воды /2/. Данный способ, как наиболее близкий по технической сущности, выбран в качестве прототипа для объекта "Способ изготовления ВВ для детонационного синтеза алмаза". Недостатком указанного способа является невозможность изготовления состава с заявляемым содержанием углерода. Известная практика ввода в смеситель одновременно с коллоксилино-водной взвесью (КВВ) вместе с другими твердыми компонентами и углерода как модификатора горения пороховых составов в количестве менее 1% с последующим вводом пластификатора не применима при изготовлении заявляемого состава ВВ, т.к. значительное количество углерода (порядка 12%) приводит к структурированию полимерной основы состава и невозможности переработки его экструзионным методом.

Для изготовления предлагаемого состава разработан высокопроизводительный непрерывный экструзионный способ изготовления ВВ для детонационного синтеза алмаза. Поставленная цель достигается тем, что после смешения при температуре 45 75^oC в смесителе КВВ и технологической добавки при той же температуре добавляют пластификатор нитроглицерин со стабилизатором химической стойкости централитом и после перемешивания при температуре 45 75^oC вводят углерод совместно с гексогеном в виде суспензии с ПАВ сульфорицинатом E (см. таблицу).

Полученную массу направляют на водоотжим при температуре 35 55^oC до содержания влаги в крошке порядка 12% Последующая переработка крошки ВВ в заряды осуществляется по известной технологии переработки двухосновных порохов по шнековой технологии путем вальцевания крошки при температуре порядка 90^oC, сушки полученной таблетки до влажности 0,3 0,5% и прессования полуфабриката на шнек-прессе при температуре 80^oC и давлении 16 18 МПа с изготовлением зарядов требуемого размера.

Именно изменение порядка ввода углерода с гексогеном в виде суспензии с ПАВ после ввода пластификатора приводит к такому уровню реологических и технологических характеристик, которые обеспечивают возможность изготовления заявляемого состава ВВ и изготовление из него зарядов для получения детонационного алмаза непрерывным экструзионным способом.

В опытном производстве ЛНПО "Союз" изготовлено и переработано по описанной технологической схеме более 10 т состава ВВ. При подрыве зарядов в стальной камере получена алмазная шихта, при очистке которой известными способами получены алмазные фракции размером частиц 1 10 мкм.

Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: 20,1 - 25,9 нитроцеллюлозы, 39,0 - 41,0 гексогена, 7,5 - 12,5 углерода технического, 0,3 -0,7 централита, 0,8 - 1,2 расплава стеарата цинка с вазелиновым или индустриальным маслом в соотношении 1:20, 0,2 - 0,4 сульфорицината E, нитроглицирин остальное. Состав готовят путем смешения при 45 - 75^oC коллоксилино-водной взвеси и технологической добавки с нитроглицерином и централитом с последующим введением после перемешивания углерода с гексогеном и сульфорицинатом в виде суспензии при той же температуре. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

1. Взрывчатое вещество для детонационного синтеза алмаза, включающее гексоген, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно нитроцеллюлозу, нитроглицерин, технический углерод и централит, в качестве технологической добавки расплав стеарата цинка с вазелиновым или индустриальным маслом в соотношении 1:20 и сульфорицинат Е при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитроцеллюлоза, например коллоксилин 20,1 25,9
Гексоген 39 41
Технический углерод 7,5 12,5
Централит 0,3 0,7
Расплав стеарата цинка с вазелиновым или индустриальным маслом в соотношении 1:20 0,8 1,2
Сульфорицинат Е 0,2 0,4
Нитроглицерин Остальное
2. Способ изготовления взрывчатого вещества для детонационного синтеза алмаза, включающий смешение компонентов в водной среде и последующий отжим состава от воды, отличающийся тем, что после смешения при 45-75^oС коллоксилино-водной взвеси и технологической добавки добавляют при той же температуре нитроглицерин с централитом, а затем после перемешивания при 45-75^oС вводят углерод совместно с гексогеном в виде суспензии с сульфорицинатом Е.