Композиция флегматизирующего хладагента для утилизации зарядов из стрт

Изобретение относится к производству зарядов из смесевого твердого ракетного топлива СТРТ, в частности к уничтожению зарядов из СТРТ в корпусах ракетных двигателей, преимущественно канальных. Композиция содержит воду, полиакриламид, порошкообразный анионоактивный полиакриламид со степенью гидролиза 10-50 мол.%, молекулярной массой до 14·10⁶, размером частиц 750-1500 мкм и неорганические соли - бихромат калия, тиосульфат натрия. Технический результат - упрощение технологического процесса приготовления флегматизирующего хладагента, сокращение времени отверждения композиции флегматизирующего хладагента. 2 табл.

 

Изобретение относится к производству зарядов из СТРТ, в частности к уничтожению зарядов из СТРТ, преимущественно канальных, в корпусах ракетных двигателей.

В известном способе уничтожения ТРТ, патент США №3778320 1973 г., используется расплав солей, включающий реагирующий с топливом карбонат щелочного металла или его гидроскид. Ликвидацию ТРТ проводят в специальных контейнерах под поверхностью расплава при температурах менее 200°С в случае использования смеси NaOH-КОН и при 400-800°С - смеси карбонатов. К недостаткам композиции следует отнести необходимость разделки ТРТ на куски и сложность аппаратурного оформления процесса для обеспечения безопасности в связи с высокими температурами. В способе регулируемого сжигания зарядов ТРТ, патент РФ №2021560 1994 г., в качестве хладагента для безопасного сжигания крупногабаритных зарядов, в том числе дефектных, используют воду или водные растворы солей, подаваемые в свободный объем корпуса заряда. Недостатком является необходимость вертикального расположения заряда и непрерывной подачи хладагента при сжигании из-за быстрого испарения воды. В способе ликвидации зарядов ТРТ, патент РФ №2123991 1998 г., хладагентами служат водно-гелевые составы, в качестве гелеобразователей используются карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, желатин и др., а также их смеси. В состав хладагентов могут быть также введены добавки, нейтрализующие вредные компоненты продуктов сгорания. Использование в качестве хладагентов водно-гелевых составов позволяет проводить регулируемое выжигание зарядов ТРТ, однако при воздействии высоких температур может произойти разрушение структуры геля, нарушение контакта его с топливом и тем самым нарушению регулируемого процесса горения заряда.

В качестве прототипа авторами выбрана композиция флегматизирующего хладагента для регулируемого замедленного выжигания зарядов ТРТ, отходов ТРТ и ВВ, патент РФ №2145330, 1997 г. Композиция содержит в качестве структурообразователя гидролизованный полиакриламид (ПАА) со степенью гидролиза 10-25 мол.%, молекулярной массой не ниже 1·10⁶, раздробленный студень и воду, а в качестве отверждающих добавок смесь солей аммония, тиосульфата натрия и бихромата калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидролизованный ПАА - 0,8-7; соль аммония - 0,2-10; бихромат калия (БХК) - 0,06-2,7; тиосульфат натрия(ТСН) - 0,02-1,15; студень ПАА - 0,1-50; остальное - вода. Использование отверждаемой композиции для флегматизации зарядов СТРТ позволяет проводить регулируемое замедленное выжигание, не требуя дополнительного пополнения раствора хладагента в процессе сжигания, кроме того, процесс сжигания можно вести при любом расположении заряда (горизонтальное, вертикальное или под углом к горизонту). Структурообразователем в данной композиции служит неионогенный полиакриламид по ТУ 6-02-00209912-32-93, представляющий собой 7-8% водный раствор со степенью гидролиза (молярная доля карбоксильных групп) 3-8 мол.%. Для получения содержания карбоксильных групп 10-25 мол.% проводится дополнительный гидролиз ПАА путем обработки его щелочью гидроксидом натрия, затем избыток щелочи нейтрализуется разбавленным раствором серной кислоты, операция гидролиза занимает по длительности от 24 до 36 часов, нейтрализация гидролизованного ПАА проводится осторожно в несколько стадий и длится 48-72 часа. Это является основным недостатком композиции по прототипу. Флегматизирующий состав по указанной композиции обладает достаточно большой живучестью (время, в течение которого сохраняется подвижность по поверхности твердого топлива с обеспечением его полной смачиваемости и заданной адгезионной прочности) и длительным временем отверждения. Для сокращения времени отверждения состава отверждение его проводят при повышенных температурах 60-80°С, что усложняет технологический процесс и также является недостатком.

Технической задачей изобретения является разработка композиции флегматизирующего хладагента, позволяющей упростить технологический процесс ее приготовления и обеспечить возможность быстрого отверждения состава при работе в нормальном температурном диапазоне (20±5°С).

Технический результат достигается тем, что в качестве структурообразователя используют порошкообразный анионоактивный ПАА с размером частиц 750-1500 мкм, имеющий степень гидролиза 10-50 мол.%, молекулярной массой до 14·10⁶ и соотношение компонентов окислительно-восстановительной системы отверждения выбирают с учетом необходимого времени живучести, с одной стороны, и быстрого отверждения состава и достаточного уровня прочностных характеристик, с другой стороны. Сущность изобретения иллюстрируется примером. В таблице 1 приведена рецептура флегматизирующей композиции с использованием порошкообразного ПАА со степенью гидролиза 20 мол.%, молекулярной массой ˜ 14·10⁶, с размером частиц, определенным методом рассева по ОСТ 84-661-72, в диапазоне 750-1500 мкм, в частности флокулянта марки "Праестол" ТУ 2216-001-40910172-98. Использование порошкообразного анионоактивного ПАА с размером частиц менее 750 мкм и более 1500 мкм нецелесообразно, т. к. это приводит к увеличению цикла приготовления раствора более чем в два раза. Для ПАА с размером частиц менее 750 мкм это связано с явлением агломерации частиц в условиях складского хранения.

В таблице 2 приведены характеристики заявляемой композиции и прототипа. Живучесть состава определялась по изменению во времени вязкости композиции, замеряемой на рео- вискозиметре Гепплера. Время отверждения оценивалось по достижению образцом композиции максимальных прочностных характеристик при нормальных условиях (температура 20±5°С). Механические свойства: деформация (ε, %), модуль сжатия (Е, г/см²) определялись при сжатии образца под постоянной нагрузкой. Как видно из таблицы 2, при равном содержании структурообразователя композиция по предлагаемому изобретению обладает меньшим временем отверждения при достаточной живучести состава и лучшими прочностными характеристиками в сравнении с прототипом. Оптимальная концентрация ПАА лежит в пределах 1,5-5%. Концентрация ПАА ниже 1,5% приводит к получению геля со слабыми прочностными характеристиками, выше 5% композиция трудно перерабатывается в силу ее нетехнологичности. Концентрация компонентов окислительно-восстановительной системы отверждения выбирается, исходя из требований получения достаточной живучести композиции, позволяющей обеспечить качественное заполнение свободного объема заряда с учетом его габаритов, с одной стороны, и, с другой стороны, обеспечить достаточный уровень прочностных характеристик геля и возможность быстрого отверждения композиции при нормальных условиях. Приготовление композиции и заполнение ею полости заряда из СТРТ может быть реализовано различными вариантами. Первый - приготовление композиции на любом смесительном оборудовании путем растворения навески порошкообразного ПАА в воде и последовательного ввода компонентов системы отверждения в виде водных растворов и далее заполнение готовой композицией полостей заряда насосом или передавливанием воздухом. В этом случае выбирают композицию с большей живучестью (составы №1, 6 табл.1). Второй вариант - приготовление двух равных объемов растворов ПАА с раздельным вводом в каждый из них компонента системы отверждения, синхронная подача объемов в полость заряда через смешивающую головку. В данном случае подходят композиции с малой живучестью (составы №2-5). Содержание БХК в составе менее 0,31% и ТСН менее 0,7 увеличивает время отверждения композиции и значительно снижает уровень прочностных характеристик геля, что может вызвать разрушение структуры геля при транспортировке заряда и проведении процесса сжигания. Увеличение содержания БХК выше 1,03% и ТСН выше 3,48% нецелесообразно, т.к. снижается живучесть композиции при неизменном уровне прочностных свойств геля.

Положительный эффект подтвержден при бессопловом сжигании зарядов из СТРТ массой 3,5 тонны, выбранные полости которых были заполнены флегматизирующим составом предлагаемой композиции, что обеспечило сохранение корпусов.

Таблица 1
Компоненты композиции	Содержание (мас.%)
по прототипу	1	2	3	4	5	6
Гидролизованный ПАА	3	-	-	-	-	-	-
Порошкообразный анионоактивный ПАА	-	3	3	3	1,5	5	5
Бихромат калия	0,62	0,62	0,62	1,03	0,31	1,03	1,03
Тиосульфат натрия	0,69	1,04	2,09	2,33	0,7	2,32	3,48
Соль аммония	5,0	-	-	-	-	-	-
Студень ПАА	0,1	-	-	-	-	-	-
Вода	остальное

Таблица 2
Характеристики композиции	По прототипу	Композиции из табл.1
1	2	3	4	5	6
Живучесть, мин	45	20	9	6	28	8	3,1
Время отверждения, час	52	24	20	18	30	20	8
Деформация геля, %	46	40,3	38,9	36,1	46	19,8	17,6
Модуль сжатия геля, г/см2	25,2	28,8	29,8	32,2	25,2	58,5	66

Композиция флегматизирующего хладагента для регулируемого замедленного выжигания зарядов смесевого твердого ракетного топлива, включающая полиакриламид, неорганические соли - бихромат калия и тиосульфат натрия и воду, отличающаяся тем, что она содержит порошкообразный анионоактивный полиакриламид со степенью гидролиза 10-50 мол.%, размером частиц 750-1500 мкм, молекулярной массой до 14·10⁶ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Порошкообразный анионоактивный полиакриламид	1,5-5
Бихромат калия	0,31-1,03
Тиосульфат натрия	0,7-3,48
Вода	Остальное