Композиция для высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента

Изобретение относится к пиротехническим составам, содержащим в качестве горючего активные металлы, а в качестве окислителя фторпласты. Описана композиция высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента в кумулятивных осколочных боевых изделиях, содержащая фторполимер и порошки алюминия, отличающаяся тем, что для обеспечения малой задержки самовоспламенения, способствующей воспламенению горючих материалов, находящихся в замкнутом пространстве после пробития боеприпасом внешней оболочки, композиция содержит 70-90% масс. сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимера тетрафторэтилена и перфторпропилового эфира, или смесь, состоящую из 50% масс. политетрафторэтилена и 50% масс. винилиденфторида или поливинилиденфторида, и 10-30% масс. нанодисперсного порошка алюминия с удельной поверхностью 5-16 м²/г, или смесь полиборидов алюминия с удельной поверхностью 10-30 м²/г, или механическую смесь полиборидов алюминия с наноалюминием, в которой наноалюминия содержится от 10 до 50% масс., причем вначале проводят полный прогрев смеси порошков для внедрения частиц порошков активных металлов в размягченный фторполимер и обеспечения контакта между компонентами, а затем прессование полученного пиротехнического зажигательного элемента при температуре 150-220°C и давлении 85 кгс/см². Технический результат: получена композиция высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента, обладающая высокой теплотворной способностью, малой задержкой воспламенения и самовоспламенения. 1 табл., 4 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к пиротехническим составам, которые содержат в качестве горючего активные металлы, а в качестве окислителя фторпласты, такие составы находят свое применение как пиротехнические зажигательные элементы (ПЗЭ) в кумулятивных осколочных боевых изделиях.

Известна композиция, содержащая в качестве окислителя перхлорат аммония (ПХА) и металлическое горючее, в качестве которого служат наноразмерные порошки алюминия, бора, титана или их сплавы, а связующим - сополимер винилиденфторид и гексафторпропилен, такая композиция может гореть и поддерживать высокое давление в течение требуемого времени в ограниченном пространстве с недостатком кислорода (Патент US 6,969,434, МПК С06В 45/10, 2005).

К недостаткам данной композиции можно отнести повышенную чувствительность к удару и трению, что создает определенные трудности при механической обработке прессованных изделий и сложности при эксплуатации.

В изобретении, защищенном патентом ЕР 1686110, МПК С06В 27/00, С06В 45/30, С06В 45/00, 2006, описана композиция на основе наноструктурированного пористого металлического горючего и фторполимера в качестве окислителя, отщепляющего фтор, причем частицы пористого металлического горючего на своей поверхности имеют поры, заполненные окислителем. Используется композиция преимущественно в качестве зажигательного элемента.

Недостатком известной композиции является технологическая сложность изготовления и высокая стоимость наноструктурированного пористого металлического горючего.

В патенте США (патент US 6,593,410, МПК С08К 3/00, С08К 3/08, 2003) предлагается получение высокопрочных активных материалов на основе фторполимеров, содержащих частицы активных металлов (в том числе алюминий, цирконий, титан и магний), где размер частиц металлического горючего не менее 1 мкм, но не более 500 мкм. После смешения частиц композицию подвергают прессованию при температуре 350-385°C. В основном, используют порошок алюминия марки Н-5 со средним размером частиц 5 мкм.

Наиболее близкой к предлагаемой композиции и принятой нами в качестве прототипа является композиция, состоящая из реакционного материала на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и алюминия, которую получают путем сухого перемешивания порошков политетрафторэтилена и алюминия, имеющего размер частиц 5 мкм, прессуют под давлением 700-840 кг/см², придавая нужную форму, и подвергают спеканию при температуре 375-385°C. Композиция может использоваться в боевых изделиях вместо взрывчатого вещества (Патент US 6,547,993, МПК С06В 21/00, 2004).

Однако предложенная композиция в качестве зажигательного элемента для воспламенения топлива в межстеночном пространстве не успевает сработать ввиду большой задержки зажигания в связи с малой активностью частиц из-за их относительно крупного размера.

Задачей настоящего изобретения является создание композиции высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента в кумулятивных осколочных боевых изделиях, обладающей высокой теплотворной способностью, малой задержкой воспламенения от продуктов взрыва взрывчатых веществ (ВВ) и малой задержкой самовоспламенения, обеспечивающей воспламенение горючих материалов, находящихся в замкнутом пространстве после пробития боеприпасом внешней оболочки, кроме того, композиция должна быть безопасной при формовании и механической обработке получаемых из нее пиротехнических зажигательных элементов.

Для решения поставленной задачи предложена композиция высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента в кумулятивных осколочных боевых изделиях, содержащая фторполимер и порошки алюминия, отличающаяся тем, что для обеспечения малой задержки самовоспламенения, способствующей воспламенению горючих материалов, находящихся в замкнутом пространстве после пробития боеприпасом внешней оболочки, композиция содержит 70-90% масс. сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимера тетрафторэтилена и перфторпропилового эфира, или смесь, состоящую из 50% масс. политетрафторэтилена и 50% масс. винилиденфторида или поливинилиденфторида и 10-30% масс. нанодисперсного порошка алюминия с удельной поверхностью 5-16 м²/г, или смесь полиборидов алюминия с удельной поверхностью 10-30 м²/г, или механическую смесь полиборидов алюминия с наноалюминием, в которой наноалюминия содержится от 10 до 50% масс., причем вначале проводят полный прогрев смеси порошков для внедрения частиц порошков активных металлов в размягченный фторполимер и обеспечения контакта между компонентами, а затем прессование полученного пиротехнического зажигательного элемента при температуре 150-220°C и давлении 85 кгс/см².

В ходе проведения научных исследований были получены композиции для высокоэнергетических пиротехнических зажигательных элементов (ПЗЭ), обеспечивающих надежное воспламенение горючих материалов, находящихся в замкнутом пространстве после пробития боеприпасом внешней оболочки. На первой стадии получения композиции проводят полный прогрев смеси порошков, а на второй - прессование, что позволяет внедрить частицы порошков активных металлов в размягченный фторполимер и обеспечить наиболее тесный контакт между компонентами. Стадию прессования ведут при температуре, близкой к температуре размягчения фторполимера, при этом полученные композиции имеют большую плотность, являются устойчивыми к разрушению при выстреле боеприпаса при выстреле или при его столкновении с целью (фрагментированию) и имеют большую скорость реакции из-за более тесного контакта между реагентами.

Использование поливинилиденфторида или его сополимера с тетрафторэтиленом (фторопласт Ф-42В) или перфторвинилипропиленовым эфиром (фторопласт Ф-50), имеющими температуру плавления ниже 200°C, позволяет получать композиции при температуре 150-220°C, что предотвращает протекание предвоспламенительных реакций и делает процессы производства и дальнейшего обращения с композициями безопасным.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Получение состава на основе фторопласта Ф-42В и наноалюминия

В смеситель типа «пьяная бочка» помещают 7,5 г сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида (фторопласт Ф-42В) и 2,5 г порошка наноалюминия (н-А1) и перемешивают в течение одного часа со скоростью 45 об/мин, затем однородную смесь при периодическом уплотнении переносят в пресс-форму, которую помещают в муфельный шкаф, предварительно нагретый до рабочей температуры 200°C, и выдерживают в течение 30 мин. Далее смесь прессуют под давлением 85 кгс/см², полученную спрессованную заготовку оставляют в форме для остывания при комнатной температуре в течение 30 мин, после чего ее извлекают и подвергают окончательной обработке на токарном станке до заданных габаритных размеров и конструкции.

Пример 2. Получение состава на основе фторопласта Ф-42В и нанодисперсного полиборида алюминия (н-ВА1)

В смеситель типа «пьяная бочка» помещают 8,0 г фторопласта Ф-42В и 2,0 г порошка нанодисперсного полиборида алюминия (н-ВА1) и перемешивают один час со скоростью 45 об/мин, после чего однородную смесь при периодическом уплотнении переносят в пресс-форму, которую помещают в муфельный шкаф, предварительно нагретый до рабочей температуры 200°C, и выдерживают в нем в течение 30 мин. Далее смесь прессуют под давлением 85 кгс/см², полученную спрессованную заготовку оставляют в форме для остывания при комнатной температуре в течение 30 мин, после чего ее извлекают и подвергают окончательной обработке на токарном станке до заданных габаритных размеров и конструкции.

Пример 3. Получение состава на основе фторопласта Ф-50 и наноалюминия

В смеситель типа «пьяная бочка» помещают 7,5 г фторопласта Ф-50 (сополимер тетрафторэтилена и перфторпропилового эфира) и 2,5 г наноалюминия (н-А1) и перемешивают в течение одного часа со скоростью 45 об/мин. После перемешивания однородную смесь при периодическом уплотнении переносят в пресс-форму, которую помещают в муфельный шкаф, предварительно нагретый до рабочей температуры 220°C, и выдерживают в нем в течение 30 мин. Далее смесь прессуют под давлением 85 кгс/см², полученную спрессованную заготовку оставляют в форме для остывания при комнатной температуре в течение 30 мин, после чего ее извлекают и подвергают окончательной обработке на токарном станке до заданных габаритных размеров и конструкции.

Пример 4. Получение состава на основе смеси 50% фторопласта Ф-4 (политетрафторэтилен) с 50% фторопласта Ф-42В и наноалюминия

В смеситель типа «пьяная бочка» помещают 7,0 г смеси фторопласта Ф-4 и фторопласта Ф-42В, взятых в массовом соотношении 50:50, и 3,0 г наноалюминия (н-А1) и перемешивают в течение одного часа со скоростью 45 об/мин. После перемешивания однородную смесь при периодическом уплотнении переносят в пресс-форму, которую помещают в муфельный шкаф, предварительно нагретый до рабочей температуры 200°C, и выдерживают в нем в течение 30 мин. Далее смесь прессуют под давлением 85 кгс/см², полученную спрессованную заготовку оставляют в форме для остывания при комнатной температуре в течение 30 мин, после чего ее извлекают и подвергают окончательной обработке на токарном станке до заданных габаритных размеров и конструкции.

Композиции подвергались испытанию на стендовой установке.

В таблице 1 приведены примеры получения составов при различном соотношении компонентов, при разных температурах и с разными компонентами и использованы следующие обозначения: АСД-4 - порошок сферического алюминия с частицами микронного размера, н-А1 - порошок алюминия со средним размером частиц 150-200 нм, н-ВА1 - смесь наноразмерных порошков боридов алюминия со средним размером частиц 125-150 нм.

Свойства предлагаемых композиций сравнивали с композициями, содержащими микронный алюминий марки АСД-4, свойства которого аналогичны свойствам порошка по прототипу. Исследования показали, что составы, включающие порошок алюминия АСД-4, отличаются малой активностью и не обеспечивают поджигания топлива.

Как видно из таблицы 1, использование в композициях для высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента нанодисперсных порошков алюминия, смеси полиборидов алюминия или механической смеси полиборидов алюминия с наноалюминием и сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимера тетрафторэтилена и перфторпропилового эфира, или смесь, состоящую из политетрафторэтилена и винилиденфторида или поливинилиденфторида, позволяет снизить время задержки воспламенения в два раза и более по сравнению с известными композициями на основе порошков алюминия микронного размера.

Композиция высокоэнергетического пиротехнического зажигательного элемента в кумулятивных осколочных боевых изделиях, содержащая фторполимер и порошки алюминия, отличающаяся тем, что для обеспечения малой задержки самовоспламенения, способствующей воспламенению горючих материалов, находящихся в замкнутом пространстве после пробития боеприпасом внешней оболочки, композиция содержит 70-90% масс. сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимера тетрафторэтилена и перфторпропилового эфира, или смесь, состоящую из 50% масс. политетрафторэтилена и 50% масс. винилиденфторида или поливинилиденфторида, и 10-30% масс. нанодисперсного порошка алюминия с удельной поверхностью 5-16 м²/г, или смесь полиборидов алюминия с удельной поверхностью 10-30 м²/г, или механическую смесь полиборидов алюминия с наноалюминием, в которой наноалюминия содержится от 10 до 50% масс., причем вначале проводят полный прогрев смеси порошков для внедрения частиц порошков активных металлов в размягченный фторполимер и обеспечения контакта между компонентами, а затем прессование полученного пиротехнического зажигательного элемента при температуре 150-220°C и давлении 85 кгс/см².