Материал повышенной термостойкости жесткого сгорающего картуза
Владельцы патента RU 2597120:
Федеральное казенное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП") (RU)
Изобретение относится к производству материалов для жестких сгорающих картузов. Материал повышенной термостойкости жесткого сгорающего картуза содержит в качестве связующего поливинилацетат, в качестве армирующего компонента - волокна непластифицированной целлюлозы со степенью размола 42-48°ШР, взрывчатое вещество, такое как октоген, гексоген или тетрил, а также алюминий при соответствующем соотношении компонентов. Материал обладает повышенной термостабильностью и сниженной чувствительностью к механическим воздействиям. 1 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области производства сгорающих материалов (СМ) для различных областей техники.
В настоящий момент известны составы сгорающих материалов, применяемых для изготовления жестких сгорающих картузов и для пороховых зарядов бескорпусных аккумуляторов давления [1, 2]. Сгорающий материал состоит из энергетических связующих, энергонасыщенных наполнителей и армирующих компонентов. При применении зарядов в скважинах глубиной до 7 км ожидается сильный нагрев композиции, который можно предотвратить за счет применения картузов с повышенной термостойкостью.
Наиболее близким принятым за прототип предлагаемого изобретения является состав материала жесткого сгорающего картуза (ЖСК), содержащий следующие компоненты в мас. % [1]:
термореактивная полимерная композиция - 30-37;
пироксилиновое волокно - 18-22;
взрывчатое вещество - 42-48;
сверх 100%:
спирт этиловый - 10;
смачиватель - 0,1.
В качестве взрывчатого вещества может быть использован октоген, гексоген, тетрил, в качестве смачивателя - пента-69, формальгликоль или глицерин. Термореактивная полимерная композиция может быть представлена в виде упруговязкого акрилатного связующего - олигомера Д-10 М, олигоэфиракрилата ТГМ-3, метилметакрилата, перекиси бензоила.
Недостатком известного состава сгорающего материала является то, что индивидуальные энергетические компоненты такой композиции, например пироксилиновое волокно, способны к автокаталитическому разложению, которое медленно протекает даже при комнатной температуре. Для предотвращения этого процесса необходимо дополнительно вводить стабилизатор химической стойкости.
Задачей изобретения является повышение термостабильности и снижение чувствительности материала ЖСК к механическим воздействиям при изготовлении из него изделий.
Задача решается за счет того, что материал повышенной термостойкости жесткого сгорающего картуза (ЖСК), включающий связующее, армирующий компонент и взрывчатое вещество (октоген, гексоген тетрил), в качестве армирующего компонента использует волокна непластифицированной целлюлозы, в качестве связующего - поливинилацетат и дополнительно содержит алюминий при следующем содержании компонентов, мас. %:
| Взрывчатое вещество | 57-62 |
| Алюминий | 1,0-1,7 |
| Поливинилацетат | 10-17 |
| Целлюлоза со степенью | |
| размола 42-48°ШР | остальное |
Изготовление составов материала ЖСК проводились следующим образом.
Целлюлоза в кипах поступает в ролл, где измельчается и разволокняется до 42-48°ШР (Шопер Риглера), а затем по трубопроводу поступает в смеситель, где при температуре 20-25°С в водной дисперсионной среде, содержащей эмульсию поливинилацетата (ПВА), происходит ее суспендирование, затем в смеситель загружается гексоген с влажностью 40%. ПВА высаживается на волокна целлюлозы путем ввода соответствующего количества сульфата алюминия. Водная суспензия компонентов (целлюлоза-ПВА-алюминий-гексоген) с концентрацией 1,0% подается в аппарат формования, полученная матрица затем прессуется при температуре 110-120°С.
В составе материала ЖСК целлюлоза волокнистой формы выполняет функцию армирующего компонента, поливинилацетат (ПВА) - связующего, гексоген выполняет функцию энергонасыщенного компонента. Все соединения по отдельности известны и описаны в литературе. ПВА применяется в виде 50%-ной эмульсии, водные дисперсии которого относятся к термопластичным синтетическим клеям, обладающим высокой адгезионной способностью к различным материалам. Поскольку процесс нанесения ПВА на целлюлозу осуществляется при действии сульфата алюминия Al2(SO4)3 с образованием комплекса общей формулы (C4O2H7)n·Al, где n=12-17, это объясняет наличие алюминия в составе материала.
Состав материала повышенной термостойкости ЖСК на основе гексогена и его характеристики приведены в таблице.
Из данных таблицы видно, что при изготовлении ЖСК по разработанным режимам (примеры 1-3) обеспечивается необходимая при формовании прочность материала, а температура вспышки при 1 минутной задержке материала повышенной термостойкости находится в пределах 221-228°C, штатный аналог имеет температуру вспышки при тех же условиях, равную 198°C. Повышается нижний предел высоты падения груза с 80 мм до 140 мм, что снижает опасность изготовления сгорающих материалов. При увеличении содержания ПВА более 17 мас. % эффекта повышения прочности не наблюдается, так как при этом снижается содержание армирующего компонента (пр. 4), т.е ухудшаются условия его дальнейшей переработки, а при увеличении армирующего компонента (пр. 5) уменьшается количество энергонасыщенного компонента - гексогена, т.е. снижаются энергетические характеристики материала (теплота сгорания).
При использовании целлюлозы с меньшей степенью размола чем 42°ШР происходит уменьшение прочностных характеристик материала жесткого сгорающего картуза, а также появление на поверхности материала участков с узлами неразволокненной целлюлозы. Увеличение степени размола больше 48°ШР ведет к увеличению длительности процесса разволокнения и уменьшению длины волокна, что также отрицательно сказывается на прочностных характеристиках материала жестких сгорающих картузов.
Таким образом, исключение из состава материала нитратов целлюлозы в виде пироксилинового волокна повышает термическую стабильность и снижает чувствительность материала к механическим воздействиям, что подтверждает положительный эффект изобретения.
Источники информации
1. Патент РФ 2503807 от 10.01.2014, кл. Е21В 43/263.
2. Патент Кореи KR 960004922 от 17.04.1996, кл. F42В 5/38.
Материал повышенной термостойкости жесткого сгорающего картуза, включающий связующее, армирующий компонент и взрывчатое вещество, отличающийся тем, что в качестве армирующего компонента используются волокна непластифицированной целлюлозы, в качестве связующего - поливинилацетат и дополнительно содержит алюминий при следующем содержании компонентов, мас. %:
Взрывчатое вещество
| (октоген, гексоген, тетрил) | 57-62 |
| Алюминий | 1,0-1,7 |
| Поливинилацетат | 10-17 |
| Целлюлоза со степенью | |
| размола 42-48°ШР | остальное |
