Двухосновное твердое топливо Российский патент 2017 года по МПК C06D5/06 C06B25/18 

В настоящее время в ряде изделий гражданского назначения, например стартовых двигателях противоградовых ракет, используются быстрогорящие твердые топлива, не содержащие в своем составе токсичных соединений I класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, например свинца, никеля и др., что является одним из главных условий для топлив.

Известно топливо по патенту РФ №2167137, имеющее скорость горения 28-35 мм/с и низкую зависимость скорости горения от давления, включающее в состав катализаторы горения - окиси меди и свинца (II, IV), химически высаженные на волокна нитроцеллюлозы. Эффект получения высокой скорости горения и низкой зависимости скорости горения обеспечивается за счет совместного влияния (синергизма) окиси меди и окиси свинца, однако наличие высокотоксичной окиси свинца (вещество 1 класса опасности) не позволяет использовать его в изделиях гражданского назначения.

Известно быстрогорящее двухосновное твердое топливо, взятое за прототип, по патенту РФ №2288206, не содержащее в своем составе токсичных веществ 1 класса токсичности, содержащее в качестве катализатора горения высокодисперсную окись или гидроокись железа с размером частиц 0,1-1,0 мкм, например, в виде пигмента желтого или красного железоокисного и имеющего скорость горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см². Однако недостатком этого топлива является высокая зависимость скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения 0,7 и более), что неблагоприятно сказывается на стабильности баллистических характеристик топливного заряда.

Также известно топливо для противоградовых ракет по патенту РФ №2507187, имеющее сниженный степенной показатель в законе горения - не более 0,6 - и не имеющее в своем составе соединений 1 класса опасности. Топливо в качестве модификатора горения содержит оксид меди, предварительно обработанный полиакриламидом, однако оно имеет невысокую скорость горения - 5,9-7,0 мм/с.

Известны также двухосновные топлива по патентам США №5639987 и №5652409, содержащие в качестве катализаторов малотоксичные соединения висмута и меди, имеющие невысокую зависимость скорости горения от давления. Недостатком этих топлив является недостаточно высокая скорость горения.

Технической задачей изобретения является разработка состава твердого топлива со скоростью горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см² с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6) и не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности.

Технический результат достигается тем, что состав, содержащий нитроцеллюлозу, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит или дифениламин или их смесь, углерод технический, индустриальное масло, стеарат цинка, окись или гидроокись железа, дополнительно содержит окись меди и для закрепления компонентов на нитроцеллюлозе полиакриламид, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Нитроглицерин 38,0-43,0 Централит или дифениламин или 1,0-2,5

их смесь

Индустриальное масло 0,5-1,2 Стеарат цинка 0,03-0,1 Углерод технический 0,5-2,5 Окись или гидроокись железа 1,0-5,0 Окись меди 0,1-2,0 Полиакриламид 0,03-0,05 Нитроцеллюлоза Остальное

Предпочтительно топливо содержит окись или гидроокись железа со среднемассовым размером частиц 0,1÷4,0 мкм, например, в виде пигмента желтого или красного железоокисного, а окись меди химически высаженную на нитроцеллюлозу.

Пример высаживания оксида меди

В реактор с мешалкой и рубашкой для нагрева заливается вода, включается мешалка и обогрев. Вода нагревается до температуры 50-70°С, и вводится навеска ацетата меди при соотношении вода:ацетат медь = 1:50-100. Вводится навеска нитроцеллюлозы, и выдерживается при отключенной мешалке для набухания в течение 30-40 мин. Включается мешалка, и производится нагрев до температуры 95-100°С и затем вводится навеска едкого натра с последующим перемешиванием в течение 60-90 мин. Образующаяся окись меди в виде тонкодисперсных частиц осаждается на волокна нитроцеллюлозы.

Для ряда изделий (крупногабаритные заряды с топливными канальными шашками радиального горения) требуется введение в состав стабилизатора горения, в качестве которого рекомендуется использовать карбонат кальция в виде мелкодисперсного порошка, например мела, химически высаженного в количестве 0,5-2,5% сверх 100%.

Новым является сочетание известных компонентов, используемых в производстве твердотопливных составов, и их определенное количественное соотношение, что позволяет получить технический результат: получение экологически безопасного твердого ракетного топлива со скоростью горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см² с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6), не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности.

Состав готовят по штатной технологии изготовления и переработки баллиститных порохов. Технология получения твердого ракетного топлива включает фазы смешения компонентов в водной среде, отжим топливной массы, вальцевание, таблетирование, сушку топливной таблетки и прессование проходным методом. Твердые добавки дозируют на смешение компонентов топлива в виде предварительно приготовленной водной суспензии, а полиакриламид в виде водного раствора.

Рецептуры прототипа и свойства образцов состава приведены в таблице.

Изобретение относится к твердым топливам для использования в различных изделиях военного и гражданского назначения. Двухосновное твердое топливо содержит нитроцеллюлозу, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит, дифениламин или их смесь, углерод технический, индустриальное масло, стеарат цинка, окись или гидроокись железа с размером частиц 0,1-1,0 мкм, окись меди, химически высаженную на волокна нитроцеллюлозы, полиакриламид. Топливо для ряда изделий (крупногабаритные заряды с топливными канальными шашками радиального горения) может дополнительно содержать стабилизатор горения, в качестве которого рекомендуется использовать карбонат кальция в виде мелкодисперсного порошка, например мела, химически высаженного в количестве 0,5-2,5% сверх 100%. Топливный состав обеспечивает скорость горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см² с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6) экологически чистого, а именно не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76 твердого ракетного топлива. 1 табл., 5 пр.

1. Двухосновное твердое топливо, включающее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит или дифиниламин или их смесь, углерод технический, индустриальное масло, стеарат цинка, окись или гидроокись железа, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит окись меди и полиакриламид при следующем содержании компонентов, мас.%:

Нитроглицерин 38,0-43,0 Централит или дифениламин или их смесь 1,0-2,5 Индустриальное масло 0,5-1,2 Стеарат цинка 0,03-0,1 Углерод технический 0,5-2,5 Окись или гидроокись железа 1,0-5,0 Окись меди 0,1-2,0 Полиакриламид 0,03-0,05 Нитроцеллюлоза Остальное

2. Топливо по п. 1, отличающееся тем, что содержит окись меди, химически высаженную на нитроцеллюлозу.

3. Топливо по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит стабилизатор горения - карбонат кальция в виде мелкодисперсного порошка, например мела, химически высаженного в количестве 0,5-2,5% сверх 100%.