Патент на изобретение №2333186

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДА БАЛЛИСТИТНОГО ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

(57) Реферат:

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.

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),%:

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, %:

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, %:

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.

Таблица
Образцы Показатели		Обр.1	Обр.2	Обр.3	Обр.4	Обр.5
Состав, мас.%	НЦ + НГЦ	82,5	82,5	82,5	82,5	82,5
	НГЦ/НЦ	0,5	0,7	0,67	0,6	0,8
	МВВ, СХС, модификатор горения, технологические добавки	17,5	17,5	17,5	17,5	17,5
Показатели НЦ:
– вязкость, °Э		2,4	1,9	2,1	2,7	2,0
– щелочность, %		0,20	0,08	0,03	0,02	0,01
Влажность готового топлива, %		0,5	0,7	0,6	0,3	0,35
Скорость газовыделения при 100°С, см3/г·ч		0,081	0,11	0,075	0,071	0,089
Давление прессования, кгс/см2		–	84-120	150-165	190-240	–
Термостабильность, сутки
термостатирование при 60°С		–	Менее 20	Более 20	Более 20	–
Модуль упругости на сжатие, (+20°С), (кгс/см2)
		4150	3320	4920	5200	3100
Реологические характеристики при 80°С:
F, кгс/см2		1,2	0,65	0,7	0,8	0,9
, кгс/см2		25,0	12,0	16,0	15,0	10,6
Скорость горения, мм/с (+20°С,
Р=100 кгс/см2)		22,5	22,9	23,5	22,6	23,0
В таблице обозначены:
МВВ – мощное взрывчатое вещество (октоген, гексоген и др.)
СХС – стабилизатор химической стойкости
F – внешнее трение
– внутреннее трение

Формула изобретения

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%.