СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ВТОРИЧНЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2022 года по МПК C06B21/00 

Изобретение относится к взрывчатым веществам, которые в дальнейшем могут быть использованы как самостоятельно - в виде прессованных деталей, так и в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения с применением энергии взрыва.

Известен способ, описанный в патенте RU №2 425 820, МПК С06В 21/00, С06В 33/00, опубл. 10.08.2011, под названием «Способ измельчения твердых компонентов для изготовления смесевого ракетного твердого топлива», который заключается в одновременном измельчении окислителя и модификатора горения при соотношении 100:(1…10) вес.ч., при помощи ультразвуковой энергии в неорганической среде при температуре (20±5)°С.

К недостаткам данного способа следует отнести: необходимость измельчения обрабатываемых частиц; строгие температурные условия проведения процесса (20±5)°С; описанный в патенте способ предполагает обязательное одновременное смешение нескольких компонентов, что ограничивает его применение для индивидуальных веществ; невозможность применения способа для интенсификации детонационных процессов, описываемое изобретение применимо только для процессов горения.

Известен способ, описанный в патенте RU №2607206, МПК С06В 45/06, С06В 25/00, С06В 21/00, опубл. 29.12.2014, под названием «Способ приготовления пластичного взрывчатого состава», который заключается в смешении кристаллического взрывчатого вещества (ВВ) с раствором пластичного полимера в летучем растворителе, последующей отгонке растворителя, грануляции и сушке. Перед смешиванием компонентов кристаллическое ВВ обрабатывают путем измельчения для увеличения дефектности кристаллов ВВ и получения округлой формы частиц, близкой к сфере или эллипсоиду, со средним размером 5-10 мкм. Измельчение осуществляют механически, путем обработки в шаровой или планетарной мельницах или в ультразвуковом диспергаторе в виде суспензии.

К недостаткам данного способа следует отнести: ограниченную универсальность данного способа, т.к. он подходит к использованию обработанных кристаллов только в пластичных ВВ и не подходит для других способов изготовления смесевых ВВ (например, литье, эмульсии, золь-гель технологии) или деталей из индивидуальных кристаллических вторичных ВВ (например, прессование, шнекование и т.д.), что свидетельствует о меньшей универсальности известного способа.

Известен способ, описанный в патенте RU №2663047, МПК С06В 21/00, С06В 33/00, опубл. 01.08.2018 г. под названием «Способ изготовления пиротехнических составов», который заключается в совместном измельчении компонентов пиротехнических составов и их смешении в жидкой среде при воздействии ультразвука до образования агломерированных частиц.

К недостаткам данного способа следует отнести: неприменимость способа для обработки вторичных ВВ; неприменимость способа для работы в докавитационном режиме; необходимость применения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; необходимость последующей утилизации или перегонки используемых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; необходимость существенного измельчения обрабатываемых частиц; невозможность применения способа для интенсификации детонационных процессов, т.к. описываемое изобретение применимо только для процессов горения; наличие агломерации частиц в жидкой фазе, что приводит к необходимости введения опасной и вредной для здоровья работников операции - протирки частиц пиротехнического состава через сетки.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ, описанный в патенте RU №2 674 970, опубл. 13.12.2018 г., МПК С06В 21/00, С30В 30/06, С30В 29/54, С30В 29/60, под названием «Способ сфероидизации кристаллов циклических нитраминов», включающий перемешивание суспензии ВВ в жидкой рабочей среде с последующей ультразвуковой обработкой.

К недостаткам известного способа относятся:

- описанный подход узконаправлен и применим только для определенного класса ВВ, что не позволяет применять его к другим классам вторичных ВВ и, в значительной степени, ограничивает универсальность предложенного технического решения;

- невозможность применения способа для интенсификации детонационных процессов, описываемое техническое решение применимо только для улучшения технологичности изготовления смесевых ВВ на основе обработанных кристаллов;

- в описанном способе требуется дополнительное оборудование для перемешивания суспензии, что вызывает сложность аппаратурного оформления процесса обработки кристаллов ВВ.

Задачей заявляемого изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей, а именно универсальности способа повышения детонационной способности вторичных ВВ и однородности свойств вторичных ВВ для различных классов вторичных ВВ, с одновременным упрощением аппаратурного оформления.

Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в том, что удалось добиться более высокой однородности свойств кристаллов вторичных ВВ, за счет действия ультразвуковых волн и перемешивания суспензии эккартовскими и рэлеевскими течениями, возникающими в среде, малой токсичности в сравнении со способами, требующими применения реактивов различных классов опасности, прецизионностью, за счет отсутствия неконтролируемых примесей при обработке, а также удаления примесных включений в кристаллах вторичных ВВ, вследствие частичного их разрушения.

Это достигается тем, что в способе повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ (ВВ), включающем перемешивание суспензии ВВ в жидкой рабочей среде с последующей ультразвуковой обработкой, согласно изобретению, осуществляют механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ при соотношении ВВ: акустическая жидкость в интервале от 0,5:30 до 2,5:30 вес.ч., центрифугирование и повторное механическое перемешивание, затем производят ультразвуковую обработку в кавитационном или докавитационном режиме, продолжительностью от 5 до 120 минут, при температуре суспензии от 30°С до 60°С, с последующими фильтрованием суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов.

Кроме того, с целью обеспечения широкой унификации в качестве кристаллического вторичного ВВ используют ароматические нитросоединения или нитрамины, или нитроэфиры. Кроме того, с целью снижения токсичности процесса и, как следствие, снижение опасности для персонала в качестве акустической жидкости использована вода.

Кроме того, с целью обеспечения большего разнообразия классов вторичных ВВ растворимых или частично растворимых в воде в качестве акустической жидкости использован неполярный растворитель.

Кроме того, с целью обеспечения простоты аппаратурного оформления процесса ультразвуковую обработку производят погружением волновода в суспензию ВВ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».

Способ повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ (ВВ) осуществляют следующим образом.

Шаг 1. Приготовление суспензии кристаллического вторичного ВВ в акустической жидкости:

- приготовление суспензии включает операции механического перемешивания вторичного ВВ в акустической жидкости, центрифугирования и повторного механического перемешивания суспензии;

- в качестве акустической жидкости для приготовления суспензии используют жидкости, не смешивающиеся и не взаимодействующие с кристаллами вторичных ВВ, например вода, некоторые неполярные растворители (гексан, гептан и др.).

Шаг 2. Обработка суспензии ВВ ультразвуковыми волнами при перемешивании и повышенной температуре:

- обработку проводят в контейнере с «рубашкой» охлаждения, путем погружения волновода в суспензию ВВ в кавитационном или докавитационном режиме действия ультразвука;

- продолжительность обработки выбирают в интервале от 5 до 120 минут. Обработка продолжительностью менее 5 минут не приводит к достижению результата, обработка, продолжительностью более 120 минут приводит к увеличению износа оборудования, загрязнению образца вследствие действия кавитационной эрозии волновода, а также значительному измельчению кристаллов ВВ, что вызывает дополнительные трудности при отборе ВВ из суспензии;

- массовое соотношение ВВ: акустическая жидкость выбирают в интервале от 0,5:30 до 2,5:30 вес.ч. При изменении указанного интервала соотношений компонентов не гарантируется требуемая детонационная способность. При использовании соотношения компонентов менее 0,5:30 вес.ч. происходит значительное измельчение кристаллов ВВ, что вызывает дополнительные трудности при отборе ВВ из суспензии. При использовании соотношения компонентов более 2,5:30 вес.ч. не обеспечивается удовлетворительная равномерность обработки кристаллов ВВ;

- температура суспензии при обработке ультразвуком самоподдерживается в диапазоне от плюс 30 до плюс 60°С, за счет поглощения энергии ультразвуковых волн акустической жидкостью. Температуру суспензии в указанном интервале обеспечивают путем уменьшения или увеличения скорости подачи воды в «рубашку» охлаждения контейнера. Температуры суспензии менее плюс 30°С или более плюс 60°С могут быть достигнуты путем применения дополнительного холодильного или нагревательного оборудования;

- перемешивание суспензии проходит самопроизвольно за счет возникновения и действия эккартовского и рэлеевского течений в акустической жидкости;

- обработке могут подвергаться вторичные кристаллические ВВ различных классов, например, ароматические нитросоединения (1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол (ТАТБ)), нитрамины (1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан (гексоген), 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан (октоген)), нитроэфиры (тетранитропентаэритрит (ТЭН)), и др.

Шаг 3. Отбор кристаллов вторичных ВВ производят на химической воронке с бумажным или керамическим фильтром, допускается, для ускорения процесса отбора кристаллов вторичных ВВ, фильтрование проводить под вакуумом на воронке Бюхнера с бумажным или керамическим фильтром.

Шаг 4. Сушку проводят при 60-80°С до достижения образцом постоянной массы. Обычно сушка занимает 4-16 часов. Температурные режимы сушки выбраны из соображений безопасности.

Работоспособность способа была подтверждена следующими примерами.

Пример 1. Навеска ТАТБ смешивают с водой в массовом соотношении 1:5 вес.ч. Параметры ультразвука: частота 20 кГц, электрическая мощность (т.е. подаваемая на генератор ультразвуковых волн) 1500 Вт, волновод сужающийся (коэффициент трансформации амплитуды ультразвуковой волны 1:1,3), длительность обработки суспензии ультразвуком составила 10 минут. Режим действия ультразвука - кавитационный, обеспечивают расстоянием от волновода до дна контейнера, например, равным 40 мм, температура суспензии во время обработки 60°С.

Детонационную способность оценивают по величине скорости детонации в сборке из прессованных деталей одинаковой плотности диаметром 20 мм, изготовленных из ТАТБ до и после обработки ультразвуком.

В сборках из прессованных деталей диаметром 20 мм, изготовленных из исходного ТАТБ, детонация была затухающей, в аналогичной постановке, но с использованием модифицированных кристаллов ТАТБ, наблюдалось прохождение детонации в стационарном режиме.

Пример 2. Навеску гексогена смешивают с водой в массовом соотношении 1:10 вес.ч. Параметры ультразвука: частота 20 кГц, электрическая мощность (т.е. подаваемая на генератор ультразвуковых волн) 1500 Вт, волновод сужающийся (коэффициент трансформации амплитуды ультразвуковой волны 1:1,3), длительность обработки суспензии ультразвуком составила 30 минут. Режим действия ультразвука - докавитационный, обеспечивают расстоянием от волновода до дна контейнера равным 80 мм, температура суспензии во время обработки 30°С.

Детонационная способность оценивают по величине критического сечения детонации прутков равной плотности из модельных пластичных ВВ, изготовленных с использованием гексогена до и после обработки ультразвуком. Критическое сечение детонации прутка из модельного ВВ, изготовленного с использованием кристаллов гексогена до обработки составило 2,05 мм², аналогичный параметр для прутка, изготовленного с использованием гексогена, после обработки ультразвуком составило 1,48 мм². Как видно из результатов, применение обработанных ультразвуком кристаллов гексогена позволяет снизить величину критического сечения детонации (повысить детонационную способность) на ≈25%.

В зависимости от постановки заявляемый способ позволяет повысить детонационную способность вторичных ВВ на величину от 15 до 25%.

Заявляемый способ повышения детонационной способности вторичных ВВ позволил применить его для различных классов вторичных ВВ, например ароматические нитросоединения (1,3,5 -триамино-2,4,6-тринитробензол (ТАТБ)), нитрамины (1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан (гексоген), 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан (октоген)), нитроэфиры (тетранитропен-таэритрит (ТЭН)).

Кроме того, предлагаемый способ отличается простотой аппаратурного оформления, так как не требует применения нестандартного оборудования и дополнительных перемешивающих устройств. Ультразвуковую обработку проводят путем погружения ультразвукового волновода в суспензию вторичного ВВ и акустической жидкости, однородность свойств кристаллов вторичных ВВ достигают за счет действия ультразвуковых волн и перемешивания суспензии эккартовскими и рэлеевскими течениями, также возникающими в среде вследствие действия ультразвуковых волн.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления способа повышения детонационной способности вторичных ВВ и способность обеспечения достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к взрывчатым веществам (ВВ), которые в дальнейшем могут быть использованы как самостоятельно - в виде прессованных деталей, так и в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения с применением энергии взрыва. Производят перемешивание суспензии ВВ в жидкой рабочей среде с последующей ультразвуковой обработкой. Осуществляют механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ при соотношении ВВ: акустическая жидкость в интервале от 0,5:30 до 2,5:30 вес.ч. Производят центрифугирование и повторное механическое перемешивание. Далее производят ультразвуковую обработку в кавитационном или докавитационном режиме, продолжительностью от 5 до 120 минут, при температуре суспензии от 30°С до 60°С. После чего осуществляют фильтрование суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов. Обеспечивается повышение однородности свойств кристаллов вторичных ВВ. 4 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ (ВВ), включающий перемешивание суспензии ВВ в жидкой рабочей среде с последующей ультразвуковой обработкой, отличающийся тем, что осуществляют механическое перемешивание кристаллического вторичного ВВ в акустической жидкости, не смешивающейся и не взаимодействующей с кристаллами вторичных ВВ при соотношении ВВ: акустическая жидкость в интервале от 0,5:30 до 2,5:30 вес.ч., центрифугирование и повторное механическое перемешивание, затем производят ультразвуковую обработку в кавитационном или докавитационном режиме, продолжительностью от 5 до 120 минут, при температуре суспензии от 30°С до 60°С, с последующим фильтрованием суспензии в вакууме с получением кристаллов вторичного ВВ и их сушкой при температуре 60°С-80°С в течение 4-16 часов.

2. Способ повышения детонационной способности ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кристаллического вторичного ВВ используют ароматические нитросоединения или нитрамины, или нитроэфиры.

3. Способ повышения детонационной способности ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве акустической жидкости используют воду.

4. Способ повышения детонационной способности ВВ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве акустической жидкости используют неполярный растворитель.

5. Способ повышения детонационной способности ВВ по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку производят погружением волновода в суспензию ВВ.