СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОГО ПОЛУФАБРИКАТА ДЛЯ ТОПЛИВ БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА И ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ Российский патент 2021 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к области технологии производства гранулированных спецсоставов, применяемых в виде препрегов (полуфабрикатов) для изготовления топлив баллиститного типа и пироксилиновых порохов.

Известен способ получения сферического пороха (СФП), включающий перемешивание гранул нитроцеллюлозы (НЦ), бризантного взрывчатого вещества (ВВ) в воде до образования суспензии, приготовление порохового лака при перемешивании в этилацетате (ЭА), диспергирование лака на сферические частицы и удаление ЭА дистилляцией (патент на изобретение №2280634 от 27.07.2006 г.).

Недостатком способа является большой расход по ЭА. Модуль 5-10 об.ч.

Также известен способ гранулирования взрывчатых составов, включающий суспендирование в воде порошкообразных компонентов, включая ВВ, добавление к суспензии раствора полимерного связующего в органическом растворителе, удаление растворителя из суспензии при нагревании, отделение гранул от воды и их сушку (патент на изобретение №2255079 от 27.06.2005 г.).

Недостатком способа является большой расход смеси двух растворителей. Модуль 10-20 об.ч.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существующих признаков является способ получения наполненного сферического пороха, включающий приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в воде с 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 (патент на изобретение №2532181 от 27.10.2014 г.).

Данный способ принят нами в качестве прототипа. Указанный способ непригоден для получения гранул термостойких высоконаполненных препрегов, содержащих в качестве связующего полиуретан, так как динитратдиэтиленгликоль снижает температуру текучести полиуретана, в результате чего гранулы при испарении растворителя разрушаются.

Задачей заявленного технического решения является получение термостойких высоконаполненных гранул с применением связующего полиуретана и энергетического пластификатора динитратдиэтиленгликоля.

Задача решается посредством того, что способ гранулирования высоконаполненного препрега, включающий перемешивание в воде компонентов, приготовление порохового лака в комбинированном растворителе, диспергирование порохового лака с вводом эмульгатора, обезвоживание лаковых частиц и удаление из них растворителя дистилляцией, отличается тем, что в воду при перемешивании после загрузки НЦ в виде коллоксилина целлулоидного загружают 3-5 масс. % полиуретана, растворенного в 20-25 масс. % тетрагидрофурана от его общего количества, этилацетат с растворенным стабилизатором химической стойкости перемешивают смесь в течение 20-30 минут, затем заливают оставшееся количество тетрагидрофурана, вновь перемешивают 20-30 минут, загружают 70-75 масс. % октогена, перемешивают 30-40 минут, загружают смачиватель, клей мездровый, декстрин в количестве 10-12 масс. %, 0,5-1,5 масс. %, 0,5-1,5 масс. % соответственно по отношению к общему количеству воды и проводят обезвоживание гранул и удаление из них растворителя, после чего гранулы промывают, сушат, а затем пропитывают их пластификатором ЛД-70, посредством того, что в воду с гранулами, нагретую до температуры 55-57°С, при перемешивании загружают в 3-6 приемов водную эмульсию с ЛД-70 в соотношении 1:3, при отношении 1 мас. ч. ЛД-70 к 4 мас. ч продукта, а также с комбинированным эмульгатором клеем мездровым и декстрином в количестве 20-25 масс. % по отношению к продукту, и перемешивают гранулы в течение 50-60 минут.

Полиуретан играет роль дополнительного связующего, при использовании большого количества ВВ. Снижение полиуретана менее 3 масс. % при водит к частичному осаждению октогена на дно аппарата и снижению его содержания в конечном продукте. Увеличение полиуретана более 5 масс. % снижает энергетические характеристики препрега.

Тетрагидрофуран (ТГФ) - растворитель для полиуретана. Первоначальный частичный ввод тетрагидрофурана в количестве 20-25 масс. % от его общего количества позволяет получить низковязкий лак и обеспечить тем самым равномерное распределение полиуретана по объему лака. Уменьшение ввода тетрагидрофурана менее 20 масс. % приводит к неполному растворению полиуретана и снижению его содержания в конечном продукте. Увеличение ввода тетрагидрофурана более 25 масс. % приводит к снижению вязкости лака и к неравномерному распределению полиуретана в гранулах препрега.

Приготовление порохового лака в ЭА в течение 20-30 минут, а затем в ТГФ в течение 20-30 минут необходимо, чтобы удержать частицы октогена во взвешенном состоянии в объеме реактора и добиться равномерного распределения октогена по объему лака. Снижение времени перемешивания смеси в ЭА менее 20 минут приводит к неполному растворению НЦ, а увеличение времени перемешивания более 30 минут удлиняет общую длительность операции формирования без необходимости. Снижение времени перемешивания смеси в ТГФ менее 20 минут приводит к снижению содержания октогена в конечном продукте, а увеличение времени перемешивания более 30 минут удлиняет общую длительность операции формирования без необходимости.

Октоген - основной энергетический компонент полуфабриката. Снижение октогена менее 70 масс. % при водит к снижению энергетических характеристик препрега. Увеличение октогена более 75 масс. % осложняет процесс диспергирования порохового лака.

Снижение времени перемешивания октогена в пороховом лаке менее 30 минут приводит к неоднородному распределению ВВ в объеме лаковой фазы. Увеличение времени перемешивания более 40 минут удлиняет общую длительность операции формирования без необходимости.

Смачиватель, клей мездровый и декстрин являются поверхностно-активными веществами (ПАВ) обеспечивающими стабилизацию эмульсии при диспергировании порохового лака. Снижение смачивателя, клея мездрового, декстрина менее 10 масс. %, 0,5 масс. % и 0,5 масс. % соответственно приводит к коалесценции частиц эмульсии. Увеличение смачивателя, клея мездрового, декстрина более 12 масс. %, 1,5 масс. % и 1,5 масс. % соответственно увеличивает время промывки гранул препрега, что экономически невыгодно.

ЛД-70 - энергетический пластификатор, состоящий из динитрат диэтиленгликоля и динитрат триэтиленгликоля. Пропитывание гранул препрега водной эмульсией пластификатора ЛД-70 при температуре менее 55°С затрудняет диффузию пластификатора в глубь частиц. Повышение температуры пропитки более 57°С приводит к коалесценции гранул.

Перемешивание гранул в водной эмульсии ЛД-70 менее 50 минут не дает нужного пластифицирующего эффекта, а увеличение времени перемешивания гранул более 60 минут приводит к коалесценции зерен полуфабриката.

Уменьшение ПАВ в эмульсии менее 20 масс. % приводит к коалесценции пластифицированных гранул, а увеличение ПАВ более 25 масс. % увеличивает время промывки гранул пластифицированного препрега.

Таблица 1 - Примеры выполнения способа гранулирования высоконаполненного препрега в пределах граничных условий, за их пределами, а также по известному способу

Наименование и параметры процесса, а также энергетические характеристики препрега и пороха Значение параметра процесса изготовления, а также энергетических характеристик препрега или пороха Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5 Прототип 1. Приготовление наполненной нитратцеллюлозной пороховой смеси в водной среде
- загрузка ПУ (растворенного в ТГФ), масс. %;
- первоначальная частичная загрузка ТГФ, масс. %;
- загрузка ЭА и перемешивание, мин;
- загрузка ТГФ (оставшееся количество) и перемешивание, мин;
- загрузка ВВ, масс. %;
- перемешивание, мин;
- загрузка комбинированного ПАВ, масс. % по отношению к воде:
смачиватель;
клей мездровый;
декстрин. 3,0
20,0
20
20
70,0
30,0
10,0
0,5
0,5 4,0
23,0
25
25
72,0
35,0
11,0
1,0
1,0 5,0
25,0
30
30
75,0
40,0
12,0
1,5
1,5 2,0
15,0
10,5
10,0
77,0
25,7
8,0 (слипание)
0,3 (слипание)
0,2 (слипание) 6,0
27,5
35,0
35,5
55,0
42,7
15,0
2,0
2,5 –
–
30
–
50,0
30,0
–
–
– 2. Пластификация гранул пластификатором ЛД-70
- загрузка водной эмульсии с ЛД-70 в несколько приемов, кол-во заливок;
- перемешивание (продолжительность пластификации), мин;
- температура пластификации, °С;
- содержание комбинированного ПАВ в эмульсии, масс. % по отношению к продукту. 3
50
55
20 4
55
56
23 6
60
57
25 2 (слипание)
45
52
15,0 (слипание) 7
63(слипание)
65 (слипание)
27,0 –
–
–
– Удельная теплота сгорания, МДж 4,8 4,9 5,1 4,5 4,0 5,0

Дозирование эмульсии в несколько приемов обуславливается исключением коалесценции гранул. Залив эмульсии менее чем в 3 приема приводит к слипанию зерен препрега. Увеличение количества заливок эмульсии более 6 удлиняет общую длительность обработки гранул пластификатором без необходимости.

Примеры выполнения способа гранулирования высоконаполненного препрега в пределах граничных условий, за их пределами, а также по известному способу приведены в таблице 1.

Эксперименты по изготовлению высоконаполненного препрега проводят следующим образом (опыт 1).

В реактор объемом 0,045 м³, заполненный водой и нитратами целлюлозы, при перемешивании загружают навеску полиуретана массой 0,06 кг, предварительно растворенного в 0,96 л ТГФ, заливают 7,2 л ЭА и перемешивают смесь в течение 20 минут. Затем заливают 3,84 л ТГФ, перемешивают 20 минут, загружают 1,4 кг октогена и вновь перемешивают 30 минут. Далее загружают комбинированный ПАВ в количестве: смачиватель - 0,07 кг; клей мездровый - 0,003 кг; декстрин - 0,003 кг, после чего проводят диспергирование порохового лака, обезвоживание сгранулированных частиц и удаление из них растворителя. Полученный продукт промывается и сушится.

После этого в реактор объемом 0,045 м³, заполненный водой, нагретой до температуры 55°С, загружают полученные гранулы и при перемешивании заливают водную эмульсию с ЛД-70 в соотношении: ЛД-70 - вода 1:3; ЛД-70 - продукт 1:4, с растворенным ПАВ в количестве 0,4 кг и перемешивают содержимое реактора в течение 50 минут. По окончании перемешивания пластифицированные гранулы промывают и сушат.

Остальные опыты изготовления высоконаполненного препрега выполняются аналогично.

Как видно из таблицы 1, высоконаполненный препрег, изготовленный в пределах граничных условий (опыт 1-3) по своим энергетическим характеристикам, не уступает прототипу.

Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет критериям патентоспособности, а именно: новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость.

Изобретение относится к области технологии производства гранулированных спецсоставов, применяемых в виде полуфабрикатов для изготовления топлив баллиститного типа и пироксилиновых порохов. Способ гранулирования высоконаполненного полуфабриката для топлив баллиститного типа и пироксилиновых порохов включает перемешивание в воде компонентов, приготовление порохового лака в комбинированном растворителе, диспергирование порохового лака с вводом эмульгатора, обезвоживание лаковых частиц и удаление из них растворителя дистилляцией. В воду при перемешивании после загрузки нитроцеллюлозы в виде коллоксилина целлулоидного загружают 3-5 мас.% полиуретана, растворенного в 20-25 мас.% тетрагидрофурана от его общего количества, этилацетат с растворенным стабилизатором химической стойкости, перемешивают в течение 20-30 минут. Затем заливают оставшееся количество тетрагидрофурана, вновь перемешивают 20-30 минут. Загружают октоген в количестве, составляющем 70-75 мас.% смеси, перемешивают 30-40 минут. К смеси загружают смачиватель, клей мездровый, декстрин в количестве 10-12 мас.%, 0,5-1,5 мас.%, 0,5-1,5 мас.%, соответственно, по отношению к общему количеству воды и проводят обезвоживание продукта в виде гранул и удаление из них растворителя. Гранулы промывают, сушат, а затем пропитывают их пластификатором ЛД-70 посредством того, что в воду с гранулами, нагретую до температуры 55-57°С, при перемешивании загружают в 3-6 приемов водную эмульсию с ЛД-70 в соотношении 1:3, при отношении 1 мас.ч. ЛД-70 к 4 мас.ч. продукта, а также с комбинированным эмульгатором клеем мездровым и декстрином в количестве 20-25 мас.% по отношению к продукту. Перемешивают гранулы в течение 50-60 минут. Обеспечивается получение высокоэнергетического полуфабриката с применением связующего полиуретана и пластификатора динитрат диэтиленгликоля. 1 табл.

Способ гранулирования высоконаполненного полуфабриката для топлив баллиститного типа и пироксилиновых порохов, включающий перемешивание в воде компонентов, приготовление порохового лака в комбинированном растворителе, диспергирование порохового лака с вводом эмульгатора, обезвоживание лаковых частиц и удаление из них растворителя дистилляцией, характеризующийся тем, что в воду при перемешивании после загрузки нитроцеллюлозы в виде коллоксилина целлулоидного загружают 3-5 мас.% полиуретана, растворенного в 20-25 мас.% тетрагидрофурана от его общего количества, этилацетат с растворенным стабилизатором химической стойкости, перемешивают в течение 20-30 минут, затем заливают оставшееся количество тетрагидрофурана, вновь перемешивают 20-30 минут, загружают октоген в количестве, составляющем 70-75 мас.% смеси, перемешивают 30-40 минут, к смеси загружают смачиватель, клей мездровый, декстрин в количестве 10-12 мас.%, 0,5-1,5 мас.%, 0,5-1,5 мас.%, соответственно, по отношению к общему количеству воды и проводят обезвоживание продукта в виде гранул и удаление из них растворителя, после чего гранулы промывают, сушат, а затем пропитывают их пластификатором ЛД-70 посредством того, что в воду с гранулами, нагретую до температуры 55-57°С, при перемешивании загружают в 3-6 приемов водную эмульсию с ЛД-70 в соотношении 1:3, при отношении 1 мас.ч. ЛД-70 к 4 мас.ч. продукта, а также с комбинированным эмульгатором клеем мездровым и декстрином в количестве 20-25 мас.% по отношению к продукту, и перемешивают гранулы в течение 50-60 минут.