СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДА БАЛЛИСТИТНОГО ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2008 года по МПК C06B21/00 C06B25/24 C06D5/00 

Изобретение относится к области изготовления зарядов твердого ракетного топлива, а именно к способу изготовления заряда из баллиститного твердого ракетного топлива (ТРТ) методом проходного прессования.

Баллиститные топлива в силу ряда положительных свойств, таких, как высокая прочность, технологичность, монолитность, низкая стоимость при изготовлении зарядов, нашли широкое применение в тактических ракетах (системы залпового огня типа «Град», противотанковых управляемых ракетах, гранатометах, в артвыстреле повышенного могущества), а также неуправляемых штурмовых авиационных ракетах калибром 50...250 мм и др. ракетных системах.

Способы переработки баллиститных ТРТ и изготовления зарядов из них приведены в источниках: краткий энциклопедический словарь «Энергетические конденсированные системы» под ред. Б.П.Жукова. М., 2000, с.428-431, Смирнов Л.А. «Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них», М., МГАХМ, 1997, с.50-51, патент RU 2105747, RU 2220934.

Способ по источнику Смирнов Л.А. «Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них». М.: МГХАМ, 1997, с.50-51 принят авторами за прототип.

При переработке баллиститных ТРТ с традиционной компоновкой рецептур (например, патент RU 2191765) по способу-прототипу не всегда обеспечивается требуемая стабильность (термостабильность) зарядов топлива, что является недостатком указанного способа. Термостабильность является наиболее уязвимой характеристикой топлив, по которой производится оценка гарантийных сроков хранения (ГСХ) шашек-заготовок и зарядов на их основе.

Как показывает анализ опыта отработки и эксплуатации, для обеспечения удовлетворительной термостабильности (а в целом работоспособности) зарядов в различных климатических условиях (в первую очередь теплонапряженных районах земного шара) в течение требуемого ГСХ необходима разработка специальных технических решений, связанных с оптимальной компоновкой состава ТРТ, использованием топливного сырья с более гомогенной структурой и оптимальным выбором температурно-временных режимов механического воздействия на топливную массу (ТМ) в процессе ее переработки.

При определенных размерах зарядов и условиях хранения-эксплуатации (повышенная температура) известные рецептуры баллиститных ТРТ, перерабатываемые известными способами, не всегда обеспечивают физическую и химическую стабильность топлива (термостабильность) в процессе эксплуатации. В отдельных случаях имеет место появление механических дефектов (растрескивание) зарядов. Указанная проблема усугубляется при наличии бронированных поверхностей заряда.

Как показали экспериментальные исследования (Б.Л.Корсунский, Г.Б.Манелис и др. «Методологические проблемы определения термической стабильности взрывчатых материалов». Российский химический журнал, т.XLI, №4, 1997, с.49-53), основные причины возникновения дефектов заключаются в качестве исходного сырья, в первую очередь основы баллиститного топлива - нитроцеллюлозы (НЦ), представляющей собой высокомолекулярное соединение со сложной структурой, химически и физически, в определенной степени, неоднородного вещества. При получении НЦ возможно образование нестойких кислых примесей типа нитратов сахаров, смол, сульфонитратов и др. Удаление таких примесей осуществляется на стадии стабилизации НЦ путем проведения щелочных (содовых) промывок. При этом важным моментом процесса стабилизации является достижение как отсутствия кислых примесей, так и достижение оптимально допустимой щелочности НЦ. Превышение оптимально допустимого значения щелочности отрицательно влияет на химическую стойкость и НЦ, и топлива в целом, поскольку второй основной компонент баллиститного топлива - нитроглицерин (НГЦ) весьма чувствителен к воздействию указанной примеси. Кроме того, известно, что НГЦ является хотя и труднолетучим, но менее стабильным компонентом по сравнению с НЦ и другими компонентами топлива при повышенных температурах. Вышеуказанные обстоятельства требуют как более тщательного ведения процесса изготовления и стабилизации НЦ, так и соблюдения более жестких соотношений НЦ/НГЦ, принятых для конкретного топлива заряда, в случае его длительной эксплуатации в теплонапряженных районах.

Для обеспечения физико-химической стабильности зарядов желательна также более высокая степень гомогенизации (однородности) топливной массы на всех фазах переработки.

Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления зарядов баллиститного твердого ракетного топлива с повышенной физико-химической стабильностью (термостабильностью).

Указанная техническая задача решается в рамках патентуемого изобретения (технический результат изобретения) путем разработки способа изготовления заряда баллиститного ТРТ, включающего смешение компонентов в водной среде, отжим полученной топливной массы, вальцевание-таблетирование топливной массы, сушку таблетки, последующую гомогенизацию топливной массы и прессование зарядов проходным методом через раструбный пресс-инструмент. При этом в качестве исходного сырья для топлива используют нитроцеллюлозу с вязкостью не менее 2,1°Э, щелочностью не более 0,03%, а переработку топливной массы ведут с соблюдением требований по влажности топливной массы и топливного заряда (шашки),%:

на фазе отжима, в пределах6,0...12,0на фазе вальцевания-таблетирования, в пределах 1,5...2,0на фазе сушкине более 0,6на фазе гомогенизациине более 0,6при прессовании топливного зарядане более 0,6.

Прессование зарядов осуществляют при давлении на входе в раструбный пресс-инструмент не менее 150 кгс/см².

Сущность изобретения заключается:

1. В нормировании требований к характеристикам НЦ:

- по вязкости не менее 2,1°Э. При снижении вязкости ниже указанного уровня существенно уменьшается механическая прочность топлива (модуля упругости на сжатие), (табл., обр.5);

- по щелочности не более 0,03%. В противном случае в процессе изготовления топлива при повышенных температурах возможно увеличение скорости денитрации (омыления) основных компонентов баллиститных ТРТ.

- (НЦ и НГЦ), чувствительных к воздействию щелочных примесей, что отрицательно влияет на химстойкость топлива и, как следствие, приводит к снижению уровня термостабильности композиции (А.Д.Закощиков. «Нитроцеллюлоза», М., 1950, с.267, Ф.Наум «Нитроглицерин и нитроглицериновые взрывчатые вещества», M.-Л., 1934, с.107).

2. В более жестком по сравнению с традиционной технологией регламентировании влажности топливной массы на всех фазах переработки, что позволяет достичь, как показывает практика переработки баллиститных ТРТ, более высокой степени однородности (гомогенизации) топливной массы, а именно, в ограничении влажности как на промежуточных фазах переработки топливной массы (отжим, вальцевание, сушка, гомогенизация), так и в готовом топливе (после прессования заготовок). При увеличении влажности более 0,6% в готовом топливе, при повышенных температурах увеличивается скорость газовыделения и уменьшается индукционный период (время до начала разложения) одного из основных компонентов - НГЦ (К.К.Андреев «Термическое разложение и горение взрывчатых веществ». М., Наука, 1966, с.20-21).

3. В ограничении соотношения НГЦ/НЦ предпочтительно в пределах 0,6...0,7. При соотношении менее 0,6 ухудшаются реологические характеристики топливной массы, что осложняет процессы переработки топливной массы (табл., обр.1); при соотношении более 0,7 существенно увеличивается пластичность топливной массы, что приводит к снижению прочностных характеристик (модуля упругости на сжатие) готового топлива (табл., обр.5).

4. В ограничении уровня давления прессования зарядов не менее 150 кгс/см². В противном случае существенно снижается уровень прочности топлива (патент 2220094) (табл., обр.2).

Примеры реализации способа

Пример 1 (табл., обр.2)

Технологической переработке в заряды подвергалась рецептура высокоэнергетического баллиститного ТРТ с соотношением НГЦ/НЦ - 0,7, характеристиками НЦ: вязкость - 1,9°Э, щелочность - 0,08%.

Влажность топливной массы составляла, %:

при отжиме8,5-15,0при вальцевании-таблетировании3,0-3,5при сушке0,6-1,2при гомогенизации0,7-0,8для топливного заряда0,7

Давление прессования - 84...120 кгс/см².

Термостабильность - менее 20 суток по результатам экспериментальной оценки. (Оценка термостабильности проведена на образцах бесканальных топливных шашек с размерами: диаметр - 140 мм, длина - 320 мм путем длительного термостатирования образцов топливных шашек при повышенной температуре (60°С) в течение 20 суток и более (эквивалент тепловой естественной нагрузки в наиболее теплонапряженном климатическом районе земного шара).

Пример 2 (табл., обр.4)

Технологической переработке в заряды подвергалась рецептура высокоэнергетического баллиститного ТРТ с соотношением НГЦ/НЦ - 0,6, характеристиками НЦ: вязкость - 2,7°Э, щелочность - 0,02%. Влажность топливной массы составляла, %:

при отжиме6,6-10,5при вальцевании-таблетировании1,1-2,4при сушке0,4-0,6при гомогенизации0,3-0,5для топливного заряда0,3

Давление прессования - 190-240 кгс/см².

Термостабильность - более 20 суток по результатам экспериментальной оценки (Оценка термостабильности проведена на образцах бесканальных топливных шашек с размерами: диаметр - 140 мм, длина - 320 мм путем длительного термостатирования образцов топливных шашек при повышенной температуре (60°С) в течение 20 суток и более (эквивалент тепловой естественной нагрузки в наиболее теплонапряженном климатическом районе земного шара).

Таким образом, ужесточение требований к вязкости и щелочности НЦ, влажности перерабатываемой топливной массы, давлению прессования и соотношению НГЦ/НЦ позволяет улучшить комплекс физико-химических характеристик (механическую прочность и химстойкость) и, в конечном итоге, термостабильность топлива и качество изготовления заряда в целом по патентуемому способу.

ТаблицаОбразцы
ПоказателиОбр.1Обр.2Обр.3Обр.4Обр.5Состав, мас.%НЦ + НГЦ82,582,582,582,582,5НГЦ/НЦ0,50,70,670,60,8МВВ, СХС, модификатор горения, технологические добавки17,517,517,517,517,5Показатели НЦ:     - вязкость, °Э2,41,92,12,72,0- щелочность, %0,200,080,030,020,01Влажность готового топлива, %0,50,70,60,30,35Скорость газовыделения при 100°С, см³/г·ч0,0810,110,0750,0710,089Давление прессования, кгс/см²-84-120150-165190-240-Термостабильность, сутки     термостатирование при 60°С-Менее 20Более 20Более 20-Модуль упругости на сжатие, (+20°С), (кгс/см²)      41503320492052003100Реологические характеристики при 80°С:     F, кгс/см²1,20,650,70,80,9τ, кгс/см²25,012,016,015,010,6Скорость горения, мм/с (+20°С,     Р=100 кгс/см²)22,522,923,522,623,0В таблице обозначены:МВВ - мощное взрывчатое вещество (октоген, гексоген и др.)СХС - стабилизатор химической стойкостиF - внешнее трениеτ - внутреннее трение

Изобретение относится к зарядам баллиститного твердого ракетного топлива (БТРТ). Предложен способ изготовления заряда БТРТ на основе нитроцеллюлозы и нитроглицерина, включающий смешение компонентов баллиститного твердого ракетного топлива в водной среде с получением топливной массы, отжим топливной массы, вальцевание-таблетирование, сушку таблетки, гомогенизацию и прессование заряда проходным методом через раструбный пресс-инструмент. В способе используют нитроцеллюлозу с вязкостью не менее 2,1°Э, щелочностью не более 0,03% при соотношении нитроглицерин/нитроцеллюлоза 0,6...0,7. Отжим, вальцевание-таблетирование, сушку, гомогенизацию и прессование проводят с обеспечением определенных значений влажности. Изобретение направлено на повышение физико-химической стабильности зарядов БТРТ. 1 табл.

Способ изготовления заряда баллиститного твердого ракетного топлива на основе нитроцеллюлозы и нитроглицерина, включающий смешение компонентов баллиститного твердого ракетного топлива в водной среде с получением топливной массы, отжим топливной массы, вальцевание - таблетирование, сушку таблетки, гомогенизацию и прессование заряда проходным методом через раструбный пресс-инструмент, отличающийся тем, что используют нитроцеллюлозу с вязкостью не менее 2,1°Э, щелочностью не более 0,03% при соотношении нитроглицерин/нитроцеллюлоза 0,6...0,7, отжим осуществляют с обеспечением влажности топливной массы 6,0...12,0%, вальцевание-таблетирование проводят с обеспечением влажности 1,5...2,0%, сушку - не более 0,6%, гомогенизацию - не более 0,6%, прессование заряда осуществляют при давлении на входе в раструб пресс-инструмента не менее 150 кгс/см² с обеспечением влажности заряда не более 0,6%.