Способ нанесения многослойного покрытия
Владельцы патента RU 2571746:
Федеральное казенное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП") (RU)
Изобретение относится к производству сферических порохов. Способ нанесения многослойного покрытия на гранулы сферического пороха включает приготовление водной эмульсии компонента покрытия, приготовление суспензии пороха с содержанием 60-80 мас.% наполнителя в реакторе с перемешивающим устройством, введение полученной эмульсии в суспензию пороха в два приема, обработку суспензии пороха эмульсией. При этом первую порцию эмульсии, содержащую 10-15 мас.% 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят при температуре 85-95°C и перемешивают, после чего снижают температуру до 70-75°C. Вторую порцию эмульсии, содержащую 5-10 мас.% 2,4-динитротолуола (ДНТ) по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят при температуре 70-75°C и перемешивают. В качестве наполнителей пороха применяют нерастворимые в воде энергоемкие компоненты, в частности октоген, гексоген. Способ позволяет получить стабильное, не мигрирующее вглубь гранулы покрытие на поверхности высоконаполненной дисперсионными веществами гранулы, что обеспечивает повышение прогрессивности горения пороха. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области производства сферических порохов (СФП).
Известны различные способы снижения дегрессивности горения СФП [1] в зависимости от их рецептурного состава. Одним из наиболее распространенных является термохимическое ингибирование, например флегматизация. СФП флегматизируют по водно-эмульсионной технологии, согласно которой обработку суспензии пороха водной эмульсией флегматизатора осуществляют в диапазоне температур 76-98°C и времени выдержки 25-120 минут в зависимости от типа пороха [2-4]. В качестве флегматизатора используют как индивидуальные компоненты (например, централит 1, дибутилфталат, дифениламин, динитротолуол с температурой плавления не более 90°C), так и их смеси, а также другие линейные полиэфиры. Недостатком известных способов является невозможность создания в высоконаполненных дисперсными соединениями композициях градиентной диффузионной зоны.
Известны также способы бронирования зарядов различными составами на основе эластомерных связующих, например поливинилформалем, полиуретановым каучуком, бутилкаучуком, этиленпропиленовым форполимером и другими полиэфирными пластификаторами [5]. Недостатком этих способов является применение инертных соединений, скачкообразно снижающих энергетические характеристики материалов.
Наиболее близким, принятым за прототип предлагаемого изобретения [6] является способ флегматизации крупнодисперсного двухосновного сферического пороха, включающий приготовление 1,5-3,5%-ной водной флегматизирующей эмульсии, приготовление суспензии пороха в реакторе с перемешивающим устройством, введение полученной флегматизирующей эмульсии в суспензию пороха, обработку суспензии пороха флегматизирующей эмульсией, отличающийся тем, что 6,5-7,5 мас.% флегматизатора по отношению к 1 мас.ч. пороха в виде флегматизирующей эмульсии вводят в два приема при температуре 90-95°C: первую порцию эмульсии, содержащую 3,25-3,75 мас.% централита 1 по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят и перемешивают 60-90 мин при температуре 90-95°C, вторую порцию эмульсии, содержащую 3,25-3,75 мас.% централита 1 и централита 11 в соотношении 3:1 по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят и перемешивают 120-150 мин при температуре 90-95°C.
Недостатком прототипа является длительная обработка гранул флегматизаторами при высоких температурах. При флегматизации такие режимы необходимы для формирования диффузионной зоны, в которой плавный энергетический переход создается за счет диффузии в поверхностные слои матрицы соединений с более низким термохимическим коэффициентом β по сравнению с нитратами целлюлозы.
Задачей изобретения является, напротив, создание стабильного, не мигрирующего вглубь гранулы покрытия на поверхности высоконаполненной дисперсионными веществами гранулы, для которой невозможно обеспечение миграции низкомолекулярных компонентов в матрицу. В этом случае повышение прогрессивности горения обеспечивается за счет формирования адгезионных слоев веществ с различными значениями β на поверхности гранулы.
Задача решается за счет того, что способ нанесения многослойного покрытия на гранулы сферического пороха, включающий приготовление 1,5-3,5%-ной водной эмульсии компонента покрытия, приготовление суспензии пороха с содержанием 60-80 мас.% наполнителя в реакторе с перемешивающим устройством, введение полученной эмульсии в суспензию пороха в два приема, обработку суспензии пороха эмульсией, отличается тем, что первую порцию водной эмульсии, содержащую 10-15 мас.% 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят при температуре 85-95°C и перемешивают в течение 15-20 мин, снижают температуру до 70-75°C, вторую порцию эмульсии, содержащую 5-10 мас.% 2,4-динитротолуола (ДНТ) по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят при температуре 70-75°C и перемешивают в течение 15-20 мин, а в качестве дисперсных наполнителей пороха применяют нерастворимые в воде энергоемкие компоненты, при этом в качестве энергоемкого наполнителя используют дисперсный октоген, гексоген или другое нерастворимое в воде взрывчатое вещество.
В качестве базового центрального ядра, которое затем достраивается с поверхности компонентами с меньшей энергетикой, применяются высокоэнергетические составы, содержащие дисперсный наполнитель, например октоген, гексоген или другое нерастворимое в воде ВВ (ТЭН, гексанитростильбен). В гранулах СФП с содержанием наполнителя 50-60 мас.% трудно сформировать равномерную по толщине диффузионную зону, а с содержанием наполнителя более 60 мас.% процесс диффузии компонента вглубь матрицы практически отсутствует из-за наличия плотной (сплошной) структуры дисперсных частиц. Поэтому градиентность слоев по энергетическим характеристикам создается за счет многослойной структуры покрытия.
При выборе компонентов покрытия учитывались их термохимические коэффициенты (β), растворимость в воде и температура плавления, позволяющая осуществлять процесс покрытия по водно-эмульсионной технологии, т.е. при температуре менее 100°C. Возможность создания таких покрытий показана на примере ТНТ и ДНТ, имеющих соответственно температуры плавления (Тпл)≈80°C и 56-58°C, β=+5,5 ккал/% и 0 ккал/% по сравнению с компонентами центрального ядра: например, гексогеном, имеющим β=+13,5 ккал/%, нитратами целлюлозы с β=(+9)-(+10,5) ккал/%. Послойное изменение энергетических характеристик, как и в случае флегматизации, будет обеспечивать более прогрессивное горение пороха.
Верхний ограничительный концентрационный предел по ТНТ (15 мас.%) обусловлен требованиями к качеству покрытия (не разрушался при механическом воздействии), а нижний предел (10 мас.%) связан с созданием достаточной разницы между теплотой сгорания слоя покрытия и центрального ядра.
Практическая осуществимость предлагаемого изобретения и достигаемый технический результат подтверждается примерами конкретного получения многослойного пороха. Процесс осуществляется следующим образом.
В реактор заливают воду, загружают СФП с содержанием наполнителя 60-80 мас.% и нагревают при перемешивании до температуры 85-95°C, затем в реактор при той же температуре вводят 3,5%-ную эмульсию, содержащую 10-15 мас.% ТНТ по отношению к 1 мас.ч. пороха и 0,2-0,3 мас.% ПАВ (например, мездрового клея) по отношению к воде. Пороховую суспензию перемешивают 15-20 минут при температуре 85-95°C, охлаждают до температуры 70-75°C и при той же температуре вводят вторую порцию эмульсии, состоящую из 5-10 мас.% ДНТ по отношению к 1 мас.ч. пороха и 0,2-0,3 мас.% ПАВ по отношению к воде. Суспензию пороха обрабатывают при указанной температуре в течение 15-20 минут. Содержимое реактора охлаждают до комнатной температуры, гранулы СФП отделяют от воды и сушат.
Технологические параметры процесса эмульсионного покрытия гранул СФП представлены в таблице. Согласно приведенным данным покрытие наполненного СФП заявленным способом (примеры 1-3) обеспечивает достижение положительного эффекта: общая толщина слоя покрытия составляет от 80-90 до 120-130 мкм.
В примерах 4-5 обработка пороха осуществлялась по параметрам, находящимся за пределами граничных условий. При уменьшении содержания наполнителя менее 60 мас.% наблюдается миграция компонентов в поверхностные слои гранул, но диффузионный слой неравномерен по ширине. При отсутствии разницы температур первой и второй стадий обработки первый слой ТНТ смешивается с ДНТ, происходит нарушение градиентности слоев по энергетике. Снижение времени обработки пороха эмульсией на первой стадии приводит к неполной адсорбции ТНТ поверхностью гранулы, затвердеванию оставшегося количества ТНТ в результате снижения температуры до 70-75°C и, следовательно, к снижению эффекта градиентности состава по прогрессивности сгорания.
Источники информации
1. Ингибиторы горения (флегматизаторы) нитроцеллюлозных порохов. / Н.М. Ляпин [и др.] // Бутлеровские сообщения. - 2003. - №1. - С. 37-40.
2. Патент РФ №2244699, МПК С06В 21/00, 25/18, 25/28. «Способ флегматизации пороха».
3. Патент РФ №1808190, МПК С06В 21/00. «Способ получения сферического пироксилинового пороха для 5,6 мм спортивно-винтовочного патрона».
4. Патент РФ №2367639, МПК С06В 21/00. «Способ флегматизации сферического двухосновного пороха».
5. Патент Англии №1448087, Кл. F3A (F02K 9/04). Способ получения зарядов твердого ракетного топлива. - РЖХим. - 1977. - 17П246П.
6. Патент РФ №2439043, МПК С06В 21/00. «Способ флегматизации крупнодисперсного двухосновного сферического пороха». Бюл. №1. 2012.
1. Способ нанесения многослойного покрытия на гранулы сферического пороха, включающий приготовление 1,5-3,5%-ной водной эмульсии компонента покрытия, приготовление суспензии пороха с содержанием 60-80 мас.% наполнителя в реакторе с перемешивающим устройством, введение полученной эмульсии в суспензию пороха в два приема, обработку суспензии пороха эмульсией, отличающийся тем, что первую порцию водной эмульсии, содержащую 10-15 мас.% 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят при температуре 85-95°C и перемешивают в течение 15-20 мин, снижают температуру до 70-75°C, вторую порцию эмульсии, содержащую 5-10 мас.% 2,4-динитротолуола (ДНТ) по отношению к 1 мас.ч. пороха, вводят при температуре 70-75°C и перемешивают в течение 15-20 мин, а в качестве дисперсных наполнителей пороха применяют нерастворимые в воде энергоемкие компоненты.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве энергоемкого наполнителя используют дисперсный октоген, гексоген или другое нерастворимое в воде взрывчатое вещество.
