Способ снижения критического сечения детонации вторичных взрывчатых веществ Российский патент 2023 года по МПК C06B21/00 

Область техники

Изобретение относится к способам обработки взрывчатых веществ. Более конкретно к способу повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ (ВВ). Способ может быть использован для обработки различных классов ВВ, например, нитраминов, нитроэфиров, ароматических нитросоединений и др.

Предшествующий уровень техники

Известен способ, описанный в патенте №2607206 «Способ приготовления пластичного взрывчатого состава», МПК: С06В 45/06, С06В 25/00, С06В 21/00; заявка №2014154212, приоритет 29.12.2014; опубл. 10.01.2017, патентообладатели: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU).

Способ приготовления пластичного взрывчатого состава, заключающийся в смешивании кристаллического взрывчатого вещества (ВВ) с раствором пластичного полимера в летучем растворителе, последующей отгонке растворителя, грануляции и сушке, отличающийся тем, что перед смешиванием компонентов кристаллическое взрывчатое вещество из класса нитроэфиров или нитроаминов обрабатывают путем измельчения для увеличения дефектности кристаллов ВВ и получения округлой формы частиц, близкой к сфере или эллипсоиду, при этом средний размер частиц ВВ составляет 5-10 мкм.

Существенные признаки, общие с признаками заявляемого изобретения: перед смешиванием компонентов кристаллическое ВВ из класса нитроэфиров или нитроаминов обрабатывают для увеличения дефектности кристаллов ВВ.

К недостаткам данного изобретения следует отнести:

- необходимость измельчения обрабатываемых частиц;

- описанный подход применим только для классов ВВ нитроэфиры и нитроамины, что в значительной степени ограничивает универсальность данного метода;

- описанный метод подходит к использованию обработанных кристаллов только в пластичных ВВ и не подходит для других методов изготовления смесевых ВВ (например литье, эмульсии, золь-гель технологии) или деталей из индивидуальных вторичных ВВ (например прессование, шнекование и т.д.), что свидетельствует о меньшей универсальности предложенного метода;

- в патенте отсутствует описание механической части проведения обработки суспензии, несмотря на то, что именно постановка обработки имеет ключевое значение для получения удовлетворительного результата обработки.

Известен способ, описанный в патенте №2582705 «Способ получения тонкослойных зарядов взрывчатых веществ», МПК: С06В 21/00, F42B 3/10, F42B 3/093; заявка №2015101275/05, приоритет 16.01.2015; опубликовано 27.04.2016, патентообладатель: Госкорпорация "Росатом" (RU), ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU).

Способ получения тонкослойных зарядов взрывчатых веществ, включающий предварительную подготовку ВВ и формирование заряда, отличающийся тем, что в качестве исходного материала берут порошкообразное ВВ из группы индивидуальных азотсодержащих органических ВВ, имеющих упругость паров не ниже 10^-5 Па при температурах 80-180°С, которое затем перекристаллизовывают путем предварительного растворения в органическом растворителе, преимущественно в ацетоне, при температурах в диапазоне 50-55°C с последующим охлаждением до комнатной температуры, частичным упариванием раствора и фильтрацией выпавших кристаллов ВВ и их высушиванием и затем подвергают возгонке (сублимации) в вакууме при остаточном давлении 10^-2-10^-5 Па из термического испарителя, имеющего температуру 80-180°С, с последующим осаждением на подложку, химически инертную по отношению к парам данного ВВ, с использованием трафарета, ограничивающего контур заряда ВВ.

Существенные признаки, общие с признаками заявляемого изобретения: нагревают ВВ при температурах 80-100°С, с последующим охлаждением.

К недостаткам данного изобретения следует отнести:

- необходимость применения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, что существенно повышает токсичность и опасность процесса;

- необходимость последующей утилизации или перегонки используемых легковоспламеняющихся и горючих жидкостей;

- необходимость операции перекристаллизации ВВ, что существенно повышает токсичность и опасность процесса;

- необходимость операции упаривания раствора ВВ, что запрещено требованиями взрывобезопасности;

- необходимость измельчения обрабатываемых частиц;

- высокая опасность процесса из-за повышенных температур до 180°С.

В качестве прототипа было выбрано техническое решение, описанное в патенте РФ №2768622, под названием «Способ повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ», заявка №2021119717, приоритет 05.07.2021, МПК: С06В 21/00. Патентообладатели: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" (RU).

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.

Существенные признаки, общие с признаками изобретения: обработке подвергают 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.; кристаллы вторичного ВВ контактируют с теплоносителем без смешивания и взаимодействия между собой, нагревают ВВ при обработке, сушат кристаллы ВВ.

К недостаткам описанного изобретения следует отнести:

- более низкая производительность метода в сравнении с предлагаемым техническим решением;

- необходимость подготовки и гомогенизации суспензии на операции центрифугирования для проведения процесса обработки.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа снижения критического сечения детонации вторичных ВВ с повышенной производительностью.

Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в воздействии перепада температур на ВВ, позволяющей уменьшить количество подготовительных операций и время обработки ВВ.

Технический результат достигается тем, что в способе снижения критического сечения детонации вторичных ВВ, заключающемся в контакте кристаллов вторичного ВВ с теплоносителем без смешивания и взаимодействия между собой, нагреве теплоносителя, сушке кристаллов ВВ, согласно изобретению, помещают ВВ в термоустойчивый контейнер, который помещают в одну из двух термоизолированных камер с теплоносителем. Нагревают в камере тепла теплоноситель и ВВ от +50°С до +100°С, охлаждают в камере холода теплоноситель и ВВ при температуре от +10°С до -100°С. Попеременно переносят контейнер с ВВ из одной камеры в другую камеру. Один нагрев и одно охлаждение контейнера с ВВ составляют цикл обработки. Суммарный перепад температур в каждом цикле организуют от 90°С до 200°С. Повторяют от 1 до 30 циклов, по окончании которых извлекают контейнер из камеры, извлекают из контейнера кристаллы ВВ и сушат их.

Совокупность существенных признаков позволяет воздействовать перепадами температур на ВВ, уменьшить количество подготовительных операций и время обработки ВВ.

Это позволяет решить задачу создания способа снижения критического сечения детонации вторичных ВВ с повышенной производительностью.

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».

Варианты осуществления изобретения

Способ снижения критического сечения детонации вторичных взрывчатых веществ (ВВ) осуществляют следующим образом.

Отбирают навеску вторичного ВВ в диапазоне масс от 50 до 1000 грамм и пересыпают навеску в сетчатый термоустойчивый контейнер для обработки температурным перепадом.

По сравнению с прототипом, где масса навески допускалась 25 г, в нашем изобретении масса навески, допустимая для обрабатывания без потери качества увеличивается до 1000 г. Это позволяет повысить производительность способа. Кроме этого производительность повышается по причине уменьшения количества подготовительных операций в способе по сравнению с прототипом. А именно, в предлагаемом решении отсутствуют операции приготовления суспензии и отбора кристаллов из суспензии.

Подготавливают две термоизолированные камеры - камеру тепла и камеру холода.

Температуру в камере холода поддерживают в диапазоне от +10°С до -100°С. В качестве теплоносителя используют жидкости не взаимодействующие с кристаллами вторичных ВВ, например, воду дистиллированную, сжиженный азот и др. Допускается камеру холода заполнять охлажденной водой со льдом с температурой от +10°С до +1°С.

Камеру тепла наполняют теплоносителем - водой, нагретой до +100°С. Допускается в качестве теплоносителя в камере тепла использовать нагретый до +100°С газ, или воздух. Температуру в камере тепла поддерживают в диапазоне от +50°С до +100°С.

Если в качестве теплоносителя при нагреве и охлаждении используют воду, то берут ее в соотношении ВВ : теплоноситель в интервале от 1:20 до 1:200 вес.ч.

При соотношении меньшем, чем 1:20 вес.ч., не обеспечивается теплопередача достаточная для равномерного прогрева или охлаждения навески. При соотношении большем, чем 1:200 вес.ч. происходит перерасход используемой энергии и теплоносителей без существенного улучшения однородности прогрева или охлаждения навески ВВ.

Камеры холода и тепла являются термоизолированными от внешней среды с поддерживаемой температурой внутри, и заполненными теплоносителем, не взаимодействующим с кристаллами вторичных ВВ.

Попеременно погружают контейнер с навеской вторичного ВВ в камеру холода, затем в камеру тепла. Однократное перемещение контейнера с навеской ВВ из камеры холода в камеру тепла составляет один цикл. Суммарный перепад температур в каждом цикле должен составлять от 90°С до 200°С.

Экспериментально было доказано, что суммарный перепад температур в каждом цикле меньше 90°С не эффективен, так как не приводит к снижению критического сечения детонации ВВ. Суммарный перепад температур в каждом цикле больше 200°С приводит к существенному растрескиванию кристаллов ВВ и их измельчению, что недопустимо.

То есть если в камере тепла температура +50°С, то в камере холода температура должна быть от -100°С до -40°С. А если в камере холода температура +10°С, то в камере тепла температура должна быть не ниже +100°С.

Опытным путем было установлено, что допускается начинать процесс обработки контейнера с ВВ с камеры тепла, или с камеры холода, так как это не влияет на технический результат.

Продолжительность выдержки контейнера с навеской ВВ в камере тепла или холода выбирают в интервале от 1 до 20 минут в зависимости от массы навески.

Выдержка менее 1 минуты не позволяет достичь требуемой однородности охлаждения или нагрева обрабатываемого вещества, что является негативным фактором для снижения критического сечения детонации. Выдержка более 20 минут приводит к большему расходу теплоносителя без существенного улучшения однородности охлаждения обрабатываемого вещества.

По сравнению с прототипом, в котором разовая навеска ВВ не может превышать 25 г, продолжительность обработки составляет до 120 минут, в предлагаемом техническом решении на обработку 25 г навески ВВ требуется 60 минут (30 циклов по 2 минуты). Таким образом, сокращение времени обработки ВВ повышает производительность способа.

По окончании всех циклов извлекают контейнер из камеры, извлекают из контейнера кристаллы вторичного ВВ и сушат их. Для определения критического сечения детонации изготавливают прутки с различным поперечным сечением, с использованием кристаллов вторичного ВВ. Критическим сечением детонации считают - такое сечение заряда ВВ, при котором распространение самоподдерживающейся детонации становится невозможным.

Величину критического сечения детонации оценивают для прутков ВВ равной плотности. Критическое сечение детонации прутка из ВВ, изготовленного с использованием кристаллов вторичного ВВ из класса нитраминов до обработки воздействием перепада температур составило 2,05 мм². Критическое сечение детонации для прутка, изготовленного с использованием вторичного ВВ из класса нитраминов после пяти циклов обработки температурным перепадом составило 1,54 мм². Как видно из результатов, применение обработанных температурным перепадом кристаллов вторичного ВВ из класса нитраминов позволяет снизить величину критического сечения детонации на ≈ 25%.

В зависимости от постановки и количества циклов, заявляемый способ позволяет снизить критическое сечение детонации вторичных ВВ на величину от 10 до 35%.

Обработка навески вторичного ВВ может содержать от 1 до 30 циклов. Экспериментально было доказано, что обработка продолжительностью в 1 цикл приводит к незначительному изменению критического сечения детонации, а обработка, продолжительностью более 30 циклов приводит к увеличению времени процесса без существенных изменений критического сечения детонации.

Достигаемый технический результат обеспечивается не только наличием известных отличительных признаков, но и зависит от взаимодействия их с другими существенными признаками заявляемого способа, что позволяет ему расширить свои функциональные возможности и обеспечить высокий технический результат по сравнению с прототипом.

Промышленная применимость

Возможно использование изобретения как самостоятельно - в виде прессованных деталей, так и в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения для задач с использованием энергии взрыва.

Способ был реализован из известных на сегодняшний день материалов и на имеющемся оборудовании. Были проведены испытания предложенного способа. Полученные результаты подтвердили заявленный технический результат и доказывают работоспособность и промышленную применимость способа снижения критического сечения детонации вторичных ВВ.

Изобретение относится к способам обработки взрывчатых веществ. Более конкретно к способу повышения детонационной способности вторичных взрывчатых веществ (ВВ). Способ может быть использован для обработки различных классов ВВ, например, нитраминов, нитроэфиров, ароматических нитросоединений в виде прессованных деталей или в составе смесевых взрывчатых веществ оборонного и гражданского назначения для задач с использованием энергии взрыва. Осуществляют контакт кристаллов вторичного ВВ с теплоносителем без смешивания и взаимодействия между собой. Помещают ВВ в термоустойчивый контейнер, который помещают в одну из двух термоизолированных камер с теплоносителем. Нагревают в термоизолированной камере тепла теплоноситель и ВВ от +50°С до +100°С. Охлаждают в термоизолированной камере холода теплоноситель и ВВ от +10°С до -100°С. Попеременно переносят контейнер с ВВ из одной камеры в другую камеру. Один нагрев и одно охлаждение контейнера с ВВ составляют цикл обработки. Суммарный перепад температур в каждом цикле организуют от 90°С до 200°С. Повторяют от 1 до 30 циклов, по окончании которых извлекают контейнер из камеры, извлекают из контейнера кристаллы ВВ и сушат их. Достигаемый технический результат заключается в воздействии перепада температур на ВВ, позволяющей уменьшить количество подготовительных операций и время обработки ВВ. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ снижения критического сечения детонации вторичных ВВ, заключающийся в контакте кристаллов вторичного ВВ с теплоносителем без смешивания и взаимодействия между собой, нагреве теплоносителя, сушке кристаллов ВВ, отличающийся тем, что помещают ВВ в термоустойчивый контейнер, который помещают в одну из двух термоизолированных камер с теплоносителем, нагревают в термоизолированной камере тепла теплоноситель и ВВ от +50°С до +100°С, охлаждают в термоизолированной камере холода теплоноситель и ВВ от +10°С до -100°С, попеременно переносят контейнер с ВВ из одной камеры в другую камеру, при этом один нагрев и одно охлаждение контейнера с ВВ составляют цикл обработки, суммарный перепад температур в каждом цикле организуют от 90°С до 200°С, повторяют от 1 до 30 циклов, по окончании которых извлекают контейнер из камеры, извлекают из контейнера кристаллы ВВ и сушат их.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя при нагреве и охлаждении используют воду в соотношении ВВ : теплоноситель в интервале от 1:20 до 1:200 вес.ч.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя при охлаждении используют воду со льдом с температурой от +10°С до +1°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя при нагреве используют нагретый газ.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя при охлаждении используют жидкий азот.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цикл обработки начинают с охлаждения теплоносителя и ВВ.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цикл обработки начинают с нагрева теплоносителя и ВВ.