Композиционный материал для травматических метательных снарядов огнестрельного оружия
Владельцы патента RU 2495364:
ООО Производственно-коммерческое предприятие "Агентство коммерческой безопасности, специзделия" (ООО ПКП "АКБС") (RU)
Изобретение относится к области травматического огнестрельного оружия самообороны, а именно к композиционному материалу для изготовления метательных снарядов (пуль), предназначенных для несмертельного механического поражения. Композиционный материал для травматических метательных снарядов огнестрельного оружия получен вулканизацией резиновой смеси на основе связующего из каучука или смеси каучуков, вулканизатора, порошкообразного металлического утяжелителя, неорганического наполнителя и пластификатора. В качестве неорганического наполнителя материал содержит смесь из двух веществ с различным размером частиц, а именно: наполнитель группы А с размером частиц 0,01-0,08 мкм и наполнитель группы Б с размером частиц 0,1-25 мкм, при этом в качестве наполнителя группы А использован технический углерод или коллоидная кремнекислота, а в качестве наполнителя группы Б выбрано вещество или смесь веществ из группы окислов, сульфидов или солей тяжелых металлов плотностью 4-10 г/см3, при следующем соотношении компонентов в исходной резиновой смеси, мас.ч.: каучук или смесь каучуков 100,0; наполнитель группы А 15,0-70,0; наполнитель группы Б 50,0-200,0; порошкообразный металлический утяжелитель 17,0-350,0; пластификатор 2,0-25,0; вулканизатор 2,0-13,0. Технический результат - улучшение баллистических свойств резиновых пуль и улучшение технологии процесса изготовления утяжеленных резиновых пуль. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 пр.
Изобретение относится к области травматического огнестрельного оружия самообороны, а именно к композиционному материалу для изготовления метательных снарядов (пуль), предназначенных для несмертельного механического поражения (нейтрализации) агрессивно или враждебно настроенных лиц.
Известен неубивающий метательный снаряд для огнестрельного оружия [Патент РФ №2230285, МПК F42B 12/72, F42B5/03], состоящий из мягкого и эластичного композиционного материала, выполненного из органической полимерной матрицы и диспергированного в ней порошкообразного металлического заряда, при этом твердость по Шору композиционного материала составляет от 2 до 30, плотность композиционного материала составляет от 1,0 до 2,9, плотность порошкообразного металлического заряда составляет от 4 до 22, а органическая полимерная матрица представляет собой поперечно-сшитый полибутадиен, содержащий полибутадиеновые цепи, соединенные между собой мостиками, причем среднечисленная молекулярная масса полибутадиеновых цепей составляет от 500 до 10000.
К недостаткам данного метательного снаряда относятся: плохая кучность из-за большой величины «эластичности по отскоку»; недостаточная прочность из-за отсутствия усиливающих наполнителей (пуля разрушается при прохождении через препятствия в стволе (через «штифты»)); очень низкая производительность изготовления метательных снарядов, т.к. процесс изготовления (процесс «сшивки») протекает медленно (несколько часов).
Известен композиционный материал для травматических метательных снарядов огнестрельного оружия [Патент РФ №2404405, МПК F42B 12/72, F42B 5/30, С06В 27/00], содержащий органическую полимерную матрицу из каучука и вулканизатора и порошкообразный металлический утяжелитель, диспергированный в матрице, при этом в качестве каучука он содержит полиненасыщенный каучук с двойными углерод-углеродными связями, в качестве вулканизатора - серу техническую, а в качестве порошкообразного металлического утяжелителя он содержит металлический порошок с размером частиц от 10 до 500 мкм, выбранный из группы тугоплавких металлов, инертных к сере при температуре вулканизации полиненасыщенного каучука, включающей вольфрам, молибден, тантал, цирконий, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиненасыщенный каучук | 100,0 |
| сера техническая | 0,4-2,5 |
| порошкообразный металлический утяжелитель | 20-360,0, |
или из группы нетугоплавких тяжелых металлов, включающей олово, медь, свинец, висмут, и их сплавов, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| полиненасыщенный каучук | 100,0 |
| сера техническая | 3,0-60,0 |
| порошкообразный металлический утяжелитель | 20-360,0 |
Недостатки: плохая кучность из-за большой величины «эластичности по отскоку», при небольшом изменении гранулометрического состава порошка цветного металла ухудшаются физико-механические свойства резины (из-за недостаточной или избыточной поперечной сшивки молекул каучука). При использовании порошков тугоплавких металлов резко возрастает себестоимость резиновых пуль из-за высокой дороговизны тугоплавких металлов.
В качестве прототипа выбран композиционный материал для травматических метательных снарядов огнестрельного оружия [Патент РФ №2444694, МПК F42B 5/02, F42B 5/03, F42B 12/72, F42B 12/74, F42B 30/02, С06В 27/00], полученный вулканизацией резиновой смеси на основе каучука, вулканизатора и порошкообразного железного утяжелителя, который в качестве порошкообразного железного утяжелителя содержит порошок железа с размером частиц от 5 до 300 мкм, в количестве от 17 до 350 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, кроме того, в материал введен усиливающий неорганический наполнитель в количестве от 20 до 200 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука при следующем соотношении компонентов в исходной резиновой смеси, мас.ч.:
| каучук | 100,0 |
| вулканизатор | 1,5-15,0 |
| порошкообразный железный утяжелитель | 17,0-350,0 |
| усиливающий наполнитель | 20,0-200,0 |
Из данного патента известно также применение пластификатора (~3-62 мас.ч.) К недостаткам прототипа следует отнести посредственную кучность при стрельбе.
Задача изобретения: улучшение баллистических свойств резиновых пуль и улучшение технологии процесса изготовления утяжеленных резиновых пуль.
Сущность предлагаемого изобретения.
Метательный снаряд (резиновую пулю) получают вулканизацией резиновой смеси на основе:
- связующего (каучука или смеси каучуков);
- наполнителя усиливающего (наполнитель группы А) с размером частиц 0,01-0,08 мкм (10-80 нм);
- наполнителя, улучшающего баллистику (наполнитель группы Б) с размером частиц 0,1-25 мкм (100-25000 нм);
- порошкообразного металлического утяжелителя;
- пластификатора;
- вулканизатора (вулканизирующей группы, состоящей из: вулканизирующего агента, ускорителя вулканизации, активатора вулканизации, замедлителя подвулканизации).
Составная часть исходной (невулканизированной) резиновой смеси - связующее - состоит из одного или из смеси нескольких видов каучуков; оптимально - из смеси двух видов каучука. В качестве каучуков могут быть использованы наиболее распространенные (многотонннажные) каучуки: изопреновый, бутадиен- стирольный, бутадиен-нитрильный, бутадиеновый, хлорпреновый, этиленпропиленовый, хлорсульфополиэтиленовый, бутилкаучук, а также натуральный каучук.
Примечание. Далее в тексте, при описании состава смеси двух (трех) каучуков, будут использоваться массовые % (например: хлорпреновый каучук - 68%, каучук СКД - 32%). При описании состава резиновых смесей и вулканизатов (резины) будет использоваться общепринятая для резиновой технологии форма записи состава - количество массовых частей каждого компонента смеси на 100 массовых частей каучука (смеси каучуков).
Баллистические свойства зависят, прежде всего, от величины «эластичность по отскоку» (см., например, описание полезной модели к патенту РФ №96942). В указанной полезной модели эластичность по отскоку (а, следовательно, и баллистические свойства) достигается с помощью использования ограниченного числа специальных, как правило, дорогостоящих каучуков, которые плохо поглощают утяжеляющие наполнители, а получаемые резиновые смеси не обладают нужным комплексом свойств, необходимым для производительного технологического процесса
В данном изобретении эластичность по отскоку регулируется (снижается), в основном, за счет набора наполнителей.
В резиновой промышленности широко применяются «усиливающие наполнители», т.е. наполнители, увеличивающие прочностные свойства резины: прочность на разрыв, прочность на раздир. При этом применяющиеся усиливающие наполнители не оказывают существенного влияния на величину эластичности по отскоку, т.к. для большинства областей применения резины, но не для изготовления травматических метательных снарядов, эта величина, характеризующая упругие эластические свойства, должна быть, по возможности, высокой. В качестве усиливающих наполнителей в резиновой промышленности широко применяются: технический углерод (сажа), реже - коллоидная кремнекислота (белая сажа), аэросил и мелкодисперсная окись алюминия с размером частиц 0,01-0,08 мкм (10-80 нм). Могут использоваться также и некоторые другие вещества с указанным размером частиц, но из-за отсутствия конкурентоспособных технологий они не выпускаются в промышленных масштабах. При этом размер частиц играет наибольшую роль для обеспечения эффекта усиления. В целом - меньший размер частиц обуславливает больший эффект усиления.
В качестве наполнителей, снижающих «эластичность по отскоку», и, одновременно, не снижающих прочность эластичных метательных снарядов, могут быть использованы различные химические соединения тяжелых металлов в виде порошков с размером частиц в интервале 0,1-25 мкм.
Два вышеописанных типа наполнителей можно условно разделить на две группы: группы А и Б. Группа А - известные, широко применяющиеся наполнители с размером частиц 0,01-0,08 мкм (10-80 нм), обладающие, преимущественно, усиливающим эффектом (усилители прочности резины). Группа Б: вещества с размером частиц 0,1-25 мкм (100-25000 нм), обладающие, преимущественно, эффектом снижения эластичности по отскоку. К ним относятся окислы, сульфиды, сульфаты, хроматы ряда тяжелых металлов, в частности: окислы железа (железный сурик, магнетит), окислы свинца (свинцовый сурик, глет), окись цинка, окись титана, окись хрома (III), сульфиды железа, никеля, свинца, меди, цинка висмута, сульфаты бария и свинца, хроматы цинка и свинца, а также различные сочетания приведенных химических соединении, в виде порошков с размером частиц 0,1-25 мкм.
Как правило, для достижения нужного эффекта по снижению эластичности, не требуется использования смесей вышеуказанных соединений тяжелых металлов. Однако, в некоторых случаях, удобно использовать выпускаемые в промышленности пигменты для красок, такие как «литопон» (смесь сульфата бария и сульфида цинка с размером частиц 0,4-0,8 мкм) или «лимонный крон» (смесь хромата и сульфата свинца с размером частиц 0,2-1,0 мкм), а также окись хрома (зеленый пигмент), железный и свинцовый сурик (оранжево-красные пигменты), цинковые белила, окись титана, желтый крон, черный железоокисный пигмент.
Кроме того, наполнители группы Б обладают плотностью от 4 до 10 г/см3 и поэтому одновременно являются утяжеляющими наполнителями.
Порошок мела, например, нередко применяющийся в резиновой промышленности в качестве наполнителя, снижающего себестоимость резины, не принадлежит к указанной группе наполнителей, так как он не относится к производным тяжелых металлов, имеет плотность менее 4 г/см3 и существенно снижает прочность наполненной им резины. К нему не предъявляется требований по размеру частиц; сведений о том, насколько он снижает эластичность по отскоку не найдено.
Для обеспечения сочетания прочностных и баллистических свойств резиновых пуль необходимо сочетание наполнителей группы А и группы Б.
Баллистические свойства резиновых пуль, в первую очередь, кучность, зависят от массы пули, а более всего, от скорости релаксации резины, которая оценивается по величине эластичности по отскоку вулканизированной резины. Чем меньше величина эластичности по отскоку, тем медленнее происходит релаксация (восстановление первоначальной формы) вулканизированной резины, тем выше кучность при стрельбе из травматического оружия. Причина - быстрое затухание поперечных упругих колебаний за счет «гистерезисных потерь» при прохождении резиновой пули внутри ствола травматического оружия (более подробно это описано, например, в патенте №96942).
Основным количественным показателем улучшения кучности стрельбы (из какого-либо одного вида травматического огнестрельного оружия) служит величина снижения эластичности по отскоку вулканизата (резины). Так, например, при введении одинакового количества различных наполнителей в стандартную резиновую смесь на основе смеси изопренового (СКИ) и бутадиенового (СКД) каучуков, полученные вулканизаты имеют следующие величины эластичности по отскоку:
| Вулканизат | Эластичность по отскоку, % |
| ненаполненный вулканизат | |
| СКИ+СКД (70:30) | 60-65 |
| то же + 70 в.ч. тех. Углерода | |
| П-245 (0,015-0,025 мкм) | 52-57 (Меньше на 8 един.) |
| то же + 70 в.ч. сульфида никеля, | |
| NiS (0,5-20 мкм) | 25-30 (Меньше на 35 един.) |
| то же + 70 в.ч. железн. порошка | |
| (20-70 мкм) | 55-60 (Меньше на 5 един.) |
При этом следует отметить, что в отличие от наполнителей группы Б, использование усиливающих наполнителей группы А в количестве большем, чем 30-40 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков) ведет к существенному росту вязкости резиновых смесей, что очень затрудняет технологический процесс, а полученные вулканизаты (готовые изделия) имеют очень высокую твердость и низкую величину удлинения при разрыве. Известное из литературы оптимальное количество таких наполнителей группы А составляет 30-50 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков).
Основным компонентом, увеличивающим плотность резиновой смеси и, соответственно, готовых резиновых пуль, является металлический порошок с размером частиц 10-200 мкм, который в отличие от наполнителей групп А и Б, практически не увеличивает твердость по Шору вулканизата и мало влияет на эластичность по отскоку. В качестве металлического утяжелителя резиновая смесь содержит порошок железа или цветных металлов: меди, цинка, висмута, олова, свинца, а также сплавов меди с цинком (латунь) или с оловом (бронза).
При использовании в резиновых смесях цветных металлов предпочтительно использовать в качестве вулканизатора не серу, а органические перекиси. Желательно, в сочетании с триаллилизоциануратом (ТАИЦ). Поскольку порошки цветных металлов частично реагируют с серой в процессе вулканизации, то при осуществлении вулканизации с применением большого избытка серы, описанное в патенте РФ №2404405 (аналог), получаются нестабильные результаты, т.к. при небольшом изменении гранулометрического состава порошка цветного металла ухудшаются физико-механические свойства композиционного материала (из-за недостаточной или избыточной поперечной сшивки молекул каучука).
Пределы используемых компонентов исходной резиновой смеси обусловлены рядом причин.
При содержании усиливающего наполнителя (наполнителя группы А) менее 15 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков) наблюдается недостаточный эффект усиления прочности вулканизата.
При содержании усиливающего наполнителя (наполнителя группы А) более 70 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков) не наблюдается дальнейшего усиления прочности вулканизата, происходит существенное увеличение твердости метаемого снаряда. Кроме того, большее количество наполнителя группы А усложняет введение в резиновую смесь наполнителя группы Б, который вводится в резиновую смесь после наполнителя группы А.
Минимальная величина частиц наполнителей группы А ниже 0,01 мкм (10 нм) на практике труднодостижима, поэтому такие наполнители в промышленности не выпускаются. При увеличении размера частиц свыше 0,08 мкм (80 нм) наблюдается недостаточный (сравнительно слабый) эффект усиления.
При содержании в исходной резиновой смеси наполнителя группы Б менее 50 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков) эффект улучшения баллистики становится недостаточным.
При содержании наполнителя группы Б более 200 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков) происходит превышение допустимой твердости метаемого снаряда; возникают технологические сложности введения большего количества наполнителя в исходную резиновую смесь.
При снижении минимальной величины частиц наполнителей группы Б ниже 0,1 мкм, а также при увеличении максимальной величины свыше 25 мкм, наблюдается недостаточный (ослабленный) эффект снижения эластичности по отскоку (а, следовательно - улучшения баллистики) получаемых метательных снарядов.
При содержании порошкообразного металлического утяжелителя менее 17 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков), эффект утяжеления недостаточен; при увеличении свыше 350 мас.ч. может происходить разрушение метательного снаряда из-за снижения его прочности. При снижении минимальной величины частиц металла менее 10 мкм ускоряется его окисление, которое в некоторых случаях (железо, никель, цинк) иногда может перейти в самовозгорание металлических порошков при работе с ними. При увеличении величины частиц более 200 мкм, они могут причинить существенный вред объекту, оторвавшись с поверхности выпущенного, в целях самообороны, снаряда. Кроме того, крупные частицы очень затрудняют переработку исходной смеси методом экструзии (шприцевания).
При содержании пластификатора в исходной резиновой смеси менее 2 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука (смеси каучуков) эффект пластификации получаемого композиционного материала малозаметен; при содержании свыше 25 мас.ч. заметно снижается прочность материала.
Содержание компонентов вулканизирующей группы в резиновой смеси (в сумме от 2 до 13 мас.ч. на 100 мас.ч. каучуков), а также состав вулканизирующей группы подбирается экспериментальным путем в зависимости от типа каучуков, количества и типа наполнителей и пластификаторов. Методы подбора подробно описаны во многих руководствах по изготовлению резинотехнических изделий. При содержании вулканизирующих компонентов менее 2% ухудшаются физико-механические свойства композиционного материала (низкая прочность, малая твердость из-за недостаточной степени поперечной сшивки связующего). При содержании свыше 13% физико-механические свойства ухудшаются из-за избыточной поперечной сшивки (высокая твердость, низкая степень удлинения при разрыве).
Далее приведены сведения по конкретным изделиям из заявленного композиционного материала. Приготовление резиновых смесей осуществляли на лабораторных смесительных вальцах, экструзию резиновых смесей в виде жгута - на резиноперерабатывающей машине типа МЧХ, изготовление метательных снарядов (шарики диаметром 10, 12, 13 мм) - на пресс-формах при температуре 150-170°С. Баллистические свойства полученных изделий приведены в таблице.
Пример 1.
Композиционный материал, полученный вулканизацией резиновой смеси, содержащей Бутадиен-метилстирольный каучук, усиливающий наполнитель - технический углерод марки П-245 (наполнитель группы А), сульфид висмута Bi2S3 (наполнитель группы Б), порошкообразный металлический утяжелитель - железный порошок, пластификатор - масло И-40, вулканизирующую группу, в суммарном количестве - 9,7 мас.ч. (5 последних компонентов), состоящую из серы (вулканизатора), тетраметилтиурамдисульфида (тиурама Д) - ускорителя вулканизации, оксида цинка и стеариновой кислоты (активаторов вулканизации), фталевого ангидрида (замедлителя подвулканизации), при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. каучука):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-10 | 100,0 |
| Техн. углерод П-245 (наполнитель | |
| группы А), 0,10-0,025 мкм | 25,0 |
| Сульфид висмута (наполнитель группы Б), 2-12 мкм | 50,0 |
| Железный порошок, 20-100 мкм | 130,0 |
| Масло И-40 (пластификатор) | 6,0 |
| Сера | 0,8 |
| Тиурам Д | 1,0 |
| Оксид цинка | 5,0 |
| Стеариновая кислота | 2,5 |
| Фталевый ангидрид | 0,5 |
Пример 2.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей этиленпропиленовый каучук СКЭПТ, усиливающий наполнитель - технический углерод марки П 803 (наполнитель группы А), наполнитель группы Б - оксид цинка ZnO (пигмент для красок - «цинковые белила»), порошка медной бронзы в качестве утяжеляющего порошкообразного металлического наполнителя, пластификатор - кумароно-инденовая смола, вулканизирующую группу, в суммарном количестве - 3,0 мас.ч. (2 последних компонента), состоящую из перекиси дикумила (вулканизатор) и замедлителя преждевременной вулканизации (замедлителя подвулканизации) - этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон Б), при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. каучука):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Каучук СКЭПТ | 100,0 |
| Техн. углерод П-803 (наполнитель | |
| группы «А»), 0,06-0,09 мкм | 15,0 |
| Цинковые белила (наполнитель группы Б), 0,8-10 мкм | 70,0 |
| Порошок медной бронзы, 30-120 мкм | 17,0 |
| Кумароно-инденовая смола (пластификатор) | 10,0 |
| Перекись дикумила (вулканизирующий агент) | 2,7 |
| Трилон Б (замедлитель подвулканизации) | 0,3 |
Пример 3.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь двух каучуков (70% изопренового каучука и 30% бутадиенового каучука), усиливающий наполнитель - технический углерод марки К-354 (наполнитель группы А), наполнитель группы Б - железный сурик (пигмент для красок) Fe2O3, пластификатор - парафиновое масло, вулканизирующую группу, в суммарном количестве - 8,0 мас.ч., содержащую диэтилдитиокарбамат цинка в качестве ускорителя вулканизации, при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Изопреновый каучук | 70,0 |
| Бутадиеновый каучук СКД | 30,0 |
| Техн. углерод К-354 (наполнитель | |
| группы А), 0.024-0,033 мкм | 20,0 |
| Железный сурик (наполнитель гр. Б), 1,0-5,0 мкм | 80,0 |
| Железный порошок, 50-150 мкм | 150,0 |
| Парафиновое масло (пластификатор) | 4,0 |
| Сера | 1,5 |
| Диэтилдитиокарбамат цинка | 1,0 |
| Оксид цинка | 4,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0 |
| Фталевый ангидрид | 0,5 |
Пример 4.
По примеру 3, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь 30% изопренового каучука и 70% бутадиенового каучука, при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Изопреновый каучук | 30,0 |
| Бутадиеновый каучук СКД | 70,0 |
| Техн. углерод К-354 (наполнитель | |
| группы А), 0,024-0,033 мкм | 20,0 |
| Железный сурик (наполнитель гр. «Б»), 1,0-5,0 мкм | 80,0 |
| Железный порошок, 50-150 мкм | 150,0 |
| Парафиновое масло (пластификатор) | 4,0 |
| Сера | 1,5 |
| Диэтилдитиокарбамат цинка | 1,0 |
| Оксид цинка | 4,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0 |
| Фталевый ангидрид | 0,5 |
Пример 5.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь двух каучуков (67% бутадиен-нитрильного каучука и 33% хлорпренового каучука), наполнитель группы А - технический углерод SAF, наполнитель группы Б - свинцовый сурик Рb3O4 (пигмент для красок), пластификатор - диоктилфталат, вулканизирующую группу (6 последних компонентов, в суммарном количестве 12,0 мас.ч.), содержащую дополнительно оксид магния, при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов | мас.ч. |
| Бутадиен-нитрильный каучук | 67,0 |
| Хлорпреновый каучук | 33,0 |
| Техн. углерод SAF (наполнитель | |
| группы А), 0,014-0,027 мкм | 30,0 |
| Свинцовый сурик (наполнитель группы Б), 0,5-7,0 мкм | 100,0 |
| Железный порошок, 50-150 мкм | 350,0 |
| Диоктилфталат | 25,0 |
| Сера | 0,6 |
| Тиурам Д | 2,0 |
| Оксид цинка | 6,0 |
| Оксид магния | 2,0 |
| Стеариновая кислота | 1,0 |
| Малеиновый ангидрид | 0,4 |
Пример 6.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь двух каучуков (85% хлорсульфополиэтиленового каучука и 15% бутилкаучука), наполнитель группы Б - сульфид свинца (II) PbS, порошка меди в качестве утяжеляющего порошкообразного металлического наполнителя, пластификатор - диоктилсебацинат (ДОС), вулканизирующую группу, в суммарном количестве - 10,5 мас.ч. (5 последних компонентов), состоящую из перекиси третичного бутила (ПТБ), триаллилизоцианурата (ТАИЦ), оксида цинка, оксида магния, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон Б), при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Хлорсульфополиэтиленовый каучук (ХСПЭ) | 85,0 |
| Бутилкаучук (БК) | 15,0 |
| Техн. углерод П-803 (наполнитель | |
| группы А), 0,06-0,09 мкм | 70,0 |
| Сульфид свинца PbS (наполнитель группы Б), 5-25 мкм | 120,0 |
| Медный порошок, 40-100 мкм | 150,0 |
| ДОС (пластификатор) | 2,0 |
| ПТБ (вулканизатор) | 0,9 |
| ТАИЦ (вулканизатор) | 2,0 |
| Оксид цинка | 4,0 |
| Оксид магния | 3,0 |
| Трилон Б (замедлитель подвулканизации) | 0,6 |
Пример 7.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь двух каучуков (75% хлорсульфополиэтиленового каучука и 25% этиленпропиленового каучука), наполнитель группы А - технический углерод HMF, наполнитель группы Б - белый пигмент «Литопон» (смесь сульфида цинка ZnS и сульфата бария BaSO4), в качестве утяжеляющего порошкообразного металлического наполнителя - порошок латуни (сплав меди с цинком), пластификатор - кумароно-инденовая смола, вулканизирующую группу, в суммарном количестве - 10,4 мас.ч. (5 последних компонентов), состоящую из перекиси бензоила (ПБ), триаллилизоцианурата (ТАИЦ), оксида цинка, оксида магния, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон Б), при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Хлорсульфополиэтиленовый каучук (ХСПЭ) | 65,0 |
| Этиленпропиленовый каучук (СКЭПТ) | 35,0 |
| Техн. углерод HMF (наполнитель | |
| группы А), 0,046-0,066 мкм | 50,0 |
| Литопон: ZnS+BaSO4 (наполнитель группы Б), 5-25 мкм | 140,0 |
| Порошок латуни, 100-200 мкм | 150,0 |
| Кумароно-инденовая смола (пластификатор) | 25,0 |
| ПБ (вулканизатор) | 0,8 |
| ТАИЦ (вулканизатор) | 2,0 |
| Оксид цинка | 4,0 |
| Оксид магния | 3,0 |
| Трилон Б (замедлитель подвулканизации) | 0,6 |
Пример 8.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь двух каучуков (55% бутадиен-нитрильного каучука СКН и 45% бутадиен-стирольного каучука СКС-30), наполнитель группы А - технический углерод SCF, наполнитель группы Б - сульфид меди (II) CuS, пластификатор - СЖК (смесь жирных кислот, содержащих 17-20 атомов углерода), вулканизирующую группу в суммарном количестве 2 мас.ч., содержащую селен (вулканизирующий агент) и диметилдитиокарбамат селена (ускоритель). Активатор вулканизации и замедлитель подвулканизации - отсутствуют. Соотношение компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов | мас.ч. |
| Каучук СКН | 55,0 |
| Каучук СКС-30 | 45,0 |
| Техн. углерод SCF (наполнитель | |
| группы А), 0,016-0,025 мкм | 40,0 |
| Сульфид меди (II) CuS (наполнитель | |
| группы Б), 10-25 мкм | 160,0 |
| Железный порошок, 20-50 мкм | 150,0 |
| СЖК (пластификатор) | 6,0 |
| Селен (вулканизатор) | 0,4 |
| Диметилдитиокарбамат селена (ускоритель вулканизации) | 1,6 |
Пример 9.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь трех каучуков (50% изопренового каучука, 28% хлорпренового каучука и 22% бутадиенового каучука), наполнитель группы А -коллоидная кремнекислота марки «Nevsil -115», наполнитель группы Б - пигмент для красок «лимонный крон» (смесь хромата цинка ZnCrO4 и сульфата свинца PbSO4), пластификатор - канифоль, вулканизирующую группу в суммарном количестве 11,3 мас.ч., дополнительно содержащую оксид магния. Активатор вулканизации -олеиновая кислота, в качестве ускорителя - бутилксантогенат цинка, замедлитель подвулканизации - бензойная кислота. Соотношение компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов | мас.ч. |
| Каучук СКИ | 50,0 |
| Хлорпреновый каучук | 28,0 |
| Каучук СКД | 22,0 |
| «Nevsil - 115» (наполнитель | |
| группы А), 0,02-0,04 мкм | 33,0 |
| Смесь ZnCrO4+PbSO4 (наполнитель | |
| группы Б), 0,6-2 мкм | 180,0 |
| Железный порошок, 20-50 мкм | 320,0 |
| Канифоль (пластификатор) | 5,0 |
| Сера | 0,8 |
| Бутилксантогенат цинка | 2,0 |
| Оксид цинка | 5,0 |
| Оксид магния | 2,0 |
| Олеиновая кислота (активатор вулканизации) | 1,0 |
| Бензойная кислота (замедлитель подвулканизации) | 0,5 |
Пример 10.
По примеру 1, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, содержащей смесь двух каучуков (55% бутадиен-нитрильного каучука СКН и 45% бутадиен-стирольного каучука СКС-30), наполнитель группы А - технический углерод SCF, наполнитель группы Б - окись хрома (III) Cr2O3 (зеленый пигмент для красок), пластификатор - кумароно-инденовую смолу, вулканизирующую группу (13 мас.ч.), содержащую, в качестве ускорителя вулканизации циклогексил-2-бентиазолилсульфенамид (сантоктюр), замедлитель подвулканизации - нитрозодифениламин (НДФА) при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов | мас.ч. |
| Каучук СКН | 55,0 |
| Каучук СКС-30 | 45,0 |
| Техн. углерод SCF (наполнитель | |
| группы А), 0,01-0,025 мкм | 42,0 |
| Окись хрома (III) Cr2O3 (наполнитель | |
| группы Б), 2-7 мкм | 200,0 |
| Железный порошок, 20-50 мкм | 50,0 |
| Кумароно-инденовая смола (пластификатор) | 8,0 |
| Сера | 1,2 |
| Сантокюр (ускоритель вулканизации) | 2,0 |
| Оксид цинка | 6,0 |
| Стеариновая кислота | 3,0 |
| НДФА (замедлитель подвулканизаии) | 0,8 |
Пример 11 (для сравнения).
По примеру 3, отличающийся тем, что композиционный материал, получен вулканизацией резиновой смеси, не содержащей наполнителей, при следующем соотношении компонентов (мас.ч. на 100 мас.ч. смеси каучуков):
| Наименование компонентов, размер частиц | мас.ч. |
| Изопреновый каучук | 70,0 |
| Бутадиеновый каучук СКД | 30,0 |
| Парафиновое масло | 4,0 |
| Сера | 1,5 |
| Диэтилдитиокарбамат цинка | 1,0 |
| Оксид цинка | 4,0 |
| Стеариновая кислота | 2,0 |
| Фталевый ангидрид | 0,5 |
В качестве наполнителей группы Б, кроме соединений, указанных в вышеприведенных примерах, могут быть использованы также ранее упомянутые в описании изобретения другие, не включенные в примеры, производные тяжелых металлов в измельченном состоянии с размером частиц 0,1-25 мкм: окись висмута (III) Bi2O3, окись титана TiO2, окись свинца (II) PbO (свинцовый глет), сульфид железа FeS2 (минераг «пирит»), сульфид никеля (минерал «миллерит»), сульфид меди (I) Cu2S, сульфат бария (минерал «барит»).
Следует отметить, что приведенные в примерах варианты взятого связующего (каучуков и смесей каучуков) не исчерпывают многообразие вариантов связующего, пригодного для получения заявляемого композиционного материала. Как видно из примеров 3 и 4, для материалов, полученных из резиновых смесей, различающихся только соотношением каучуков связующего (70% СКИ+30% СКД и 30% СКИ+70% СКД), баллистические свойства практически не различаются. Однако, имеются некоторые различия по «липкости» невулканизированных резиновых смесей, что играет роль в процессе их приготовления в зависимости от применяемого технологического оборудования. В частности, на смесительных вальцах лучше и быстрее изготавливается смесь по примеру №3 (с большей липкостью). При использовании вместо вальцов тихоходного резиносмесителя эти различия стираются. (В случае приготовления высоконаполненных, а следовательно - высоковязких резиновых смесей таких как №5-10, предпочтительно, все же, использовать смесительные вальцы.) Разнообразие вариаций использования различных, приведенных в данной заявке, каучуков дает больше возможностей по изготовлению резиновых смесей на имеющемся технологическом оборудовании, чем традиционные вариации использования пластификаторов. Очень большое множество вариантов смесевых связующих (различные марки каучуков, в различных количественных соотношениях) не дает возможности охватить их конкретными примерами.
В таблице приведены величины эластичности (в %) по отскоку образцов вулканизатов (резиновых пластинок) и результаты баллистических испытаний метательных снарядов, изготовленных из резиновых смесей, содержащих определенные количества наполнителей группы Б.
Для испытаний, из каждой резиновой смеси изготавливались резиновые шарики диаметром 12 мм и массой от 1,3 до 3 г, а также стандартные пластины величиной 40×40×6 мм для определения эластичности по отскоку.
Технология приготовления резиновых смесей и условия вулканизации аналогичны описанным в прототипе.
Тестирование эластичности по отскоку вулканизатов, идентичных тем, из которых изготавливались партии шаровидных элементов, проводилось на упругометре УМР-2 при температуре 21÷25°С. Кучность стрельбы оценивалась по диаметру окружности, которая охватывала все отверстия, например, 12 см от восьми выстрелов, на мишени, установленной на расстоянии 10 м от дульного среза.
Испытания патронов проводились, на специальном стенде, исключающем человеческий фактор (уровень подготовки стрелка). Навеска пороха в испытуемых патронов подбиралась таким образом, чтобы энергия метаемого снаряда на расстоянии 1 м от дульного среза была в пределах 80-90 Дж.
Испытания проводились с использованием травматического пистолета Grand Power Т-12, ствол которого оснащен двумя стальными выступами (штифтами) для предотвращения возможности стрельбы неэластичными снарядами; патроны 10×28Т. Результаты приведены в таблице. Из результатов следует, что, в целом, имеется корреляция между количеством наполнителя гр. Б, эластичностью по отскоку и кучностью.
| Таблица | |||
| №п/п | Мас.ч. наполнителя группы Б на 100 мас.ч. каучуков | Эластичность по отскоку | Кучность (разброс, в см с 10 м)** |
| 1 | 50 | 30 | 16 |
| 2 | 70 | 24 | 13 |
| 3 | 80 | 25 | 13 |
| 4 | 80 | 24 | 14 |
| 5 | 100 | 20 | 11 |
| 6 | 120 | 15 | 12 |
| 7 | 140 | 15 | 10 |
| 8 | 160 | 12 | 9 |
| 9 | 180 | 10 | 7 |
| 10 | 200 | 7 | 8 |
| 11 | 0 | 63 | 40 |
| 12(1)* | 0 | 44 | 24 |
| 12(2)* | 0 | 53 | 31 |
| Примечания. * Примеры №12(1) и 12(2) - результаты испытаний образцов, полученных вулканизацией смесей, изготовленных по рецептурам примеров №1 и №2 прототипа. | |||
| ** Хорошими результатами по кучности травматических снарядов можно считать величину разброса меньшую или равную 16 см с дистанции 10 м. |
Резиновые пули, изготовленные из заявленного композиционного материала, обладают также, в целом, более высокой плотностью, чем в прототипе, так как увеличение плотности достигается не только за счет наполнения металлическими порошками, но и за счет наполнителей группы Б, которые являются неорганическими соединениями тяжелых металлов.
Таким образом, резиновые пули, полученные из заявленного композиционного материала, обладают, в целом, наилучшей, на сегодняшний день, совокупностью потребительских свойств:
- большая плотность (во многом обеспечивает высокую останавливающую способность);
- отличная баллистика (кучность лучше, чем в прототипе, 7-16 см против 24-31 см);
- высокая прочность (пули не разрушаются);
- относительная дешевизна, поскольку все применяемые компоненты, в том числе указанные каучуки, выпускаются в промышленности в крупнотоннажных масштабах.
Кроме того, сочетание компонентов в исходной (невулканизированной) резиновой смеси позволяет регулировать ее свойства, которые обеспечивают хорошую технологичность процесса изготовления резиновых пуль, в частности оптимальную адгезию к металлу (обеспечивает необходимую «липкость» высоконаполненной смеси, в процессе ее приготовления, к поверхностям смесительных вальцов, а также хорошее сцепление каучукового связующего с металлическим порошком, но не препятствует извлечению готовых изделий из пресс-формы).
1. Композиционный материал для травматических метательных снарядов огнестрельного оружия, полученный вулканизацией резиновой смеси на основе связующего из каучука или смеси каучуков, вулканизатора, порошкообразного металлического утяжелителя, неорганического наполнителя и пластификатора, отличающийся тем, что в качестве неорганического наполнителя материал содержит смесь из двух веществ с различным размером частиц, а именно: наполнитель группы А с размером частиц 0,01-0,08 мкм и наполнитель группы Б с размером частиц 0,1-25 мкм, при этом в качестве наполнителя группы А использован технический углерод или коллоидная кремнекислота, а в качестве наполнителя группы Б выбрано вещество или смесь веществ из группы окислов, сульфидов или солей тяжелых металлов плотностью 4-10 г/см3 при следующем соотношении компонентов в исходной резиновой смеси, мас.ч.:
| каучук или смесь каучуков | 100,0 |
| наполнитель группы А | 15,0-70,0 |
| наполнитель группы Б | 50,0-200,0 |
| порошкообразный металлический утяжелитель | 17,0-350,0 |
| пластификатор | 2,0-25,0 |
| вулканизатор | 2,0-13,0 |
2. Композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного металлического утяжелителя материал содержит порошок железа, цветных металлов или их сплавов с размером частиц 10-200 мкм.
