Термопластичный взрывчатый состав и способ его изготовления

Группа изобретений относится к области технологий получения смесевых термопластичных взрывчатых материалов. Термопластичный взрывчатый состав в качестве взрывчатых компонентов содержит диаминодинитроэтилен, 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразан, а в качестве инертной добавки - полибутилметакрилат при следующем соотношении ингредиентов, % мас.д.: диаминодинитроэтилен - 87-93 мас.д. совместно с 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразаном - 4-10 мас.д., полибутилметакрилат - остальное. Осуществляют подготовку компонентов состава. Производят смешение компонентов с использованием смешивающего устройства. Первоначально проводят входной контроль порошкообразных компонентов смесевого взрывчатого состава на соответствие физико-химических характеристик взрывчатых компонентов номинальным значениям, а именно температуры плавления, массовой доли нерастворимых в ацетоне веществ, влаги, летучих веществ, рН водной вытяжки. Берут навеску полимерной инертной составляющей смесевого взрывчатого состава в виде полибутилметакрилата. Растворяют в органическом растворителе - ацетоне в соотношении 1:5-1:7 мас.ч. Выдерживают до полного набухания до состояния геля. Гелеобразную основу инертного компонента вносят в раствор энергетического компонента смесевого взрывчатого состава - 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразана в ацетоне в соотношении 1:3-1:5 мас.ч. Перемешивают в смесителе до однородного состояния. В полученную гомогенную смесь компонентов вводят второй порошкообразный энергетический компонент - диаминодинитроэтилен, нерастворимый в ацетоне. Перемешивают смесь при нагревании до визуально наблюдаемого удаления видимого избытка растворителя – ацетона. Выдерживают смесь в вытяжном шкафу, периодически перемешивая для удаления растворителя и исключения комкования. Высушивают смесь до полного испарения растворителя - ацетона в муфельной печи при температуре не более 60°С, что контролируют весовым методом. Подготовленный состав направляют на этап прессования в пресс-форме при давлении не менее 50 МПа. Обеспечивается снижение уровня ударно-волновой чувствительности по сравнению с прототипом при сохранении высоких мощностных показателей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технологий получения смесевых термопластичных взрывчатых материалов, характеризующихся низкой ударно-волновой чувствительностью и высокими показателями мощностных характеристик.

Актуальность решаемой проблемы основана на необходимости подбора компонентного состава и технологии получения такого смесевого термопластичного взрывчатого вещества (ВВ), которое обладало бы низкой ударно-волновой чувствительностью и высокими показателями мощностных характеристик. Особенностью смесевого взрывчатого состава на основе полимерного связующего является необходимость введения определенного количества органического растворителя, совместимого с порошкообразными энергетическими компонентами для обеспечения требуемой вязкости состава в процессе изготовления т.к. в растворе компоненты находятся в существенно более технологически приемлемом состоянии для равномерного распределения их друг с другом. Однако состояние получаемой для последующего механического формования смесевого взрывчатого состава не является технологически приемлемым, что диктует необходимость удаления органического растворителя из взрывчатого состава.

Известен из уровня техники (SU 01841262, МПК С06В 21/00, публ. 27.12.2016 г.) мощный взрывчатый состав на основе гексогена в качестве энергетического компонента взрывчатого вещества и полимерного связующего в виде смеси метилакрилата с нитрилакриловой кислотой.

К недостаткам аналога относится то, что сравнительно высокие показатели мощности энергетического компонента в присутствии инертного связующего снижаются, что негативно влияет на эффективность энергетической отдачи готового материала.

Задачей авторов изобретения является разработка компонентного состава и технологии получения смесевого термопластичного взрывчатого состава с высокими мощностными показателями и низким уровнем ударно-волновой чувствительности.

Технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в получении смесевого термопластичного взрывчатого состава с более низким уровнем ударно-волновой чувствительности, чем это достигнуто в прототипе, при сохранении высоких мощностных показателей.

Заявляемый термопластичный взрывчатый состав, в отличие от известного, включающего взрывчатый компонент и инертную добавку, согласно изобретению в качестве взрывчатых компонентов содержит диаминодинитроэтилен, 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразан, а в качестве инертной добавки - полибутилметакрилат при следующем соотношении ингредиентов, % масс, д.: диаминодинитроэтилен - 87-93 масс. д., совместно с 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразаном - 4-10 масс. д., полибутилметакрилат - остальное.

Известен из уровня техники способ смешения компонентов взрывчатого состава (патент РФ №2316527, МПК С06В 21/00, публ. 10.02.2008 г.), который включает подготовку жидковязких, порошкообразных компонентов, дозирование их в смеситель и перемешивание. В процессе подготовки жидковязких компонентов сначала смешивают высокомолекулярное полимерное связующее и пластификатор при соотношении 30:70-40:60 при температуре 65-85°С в течение 40-60 часов, после чего загружают оставшуюся часть пластификатора и перемешивают при температуре 60-75°С в течение 3-9 часов. Процесс смешения ведут при подаче инертного газа.

Недостатком известного способа является отсутствие мероприятий для обеспечения технологичного состояния смеси компонентов ВС, пригодной для хранения и последующего формования в целевое изделие.

Задачей авторов изобретения является разработка способа получения смесевого взрывчатого состава, характеризующегося более низким уровнем ударно-волновой чувствительности, чем это достигнуто в прототипе, при одновременном сохранении высоких мощностных показателей и обеспечении технологически приемлемого состояния смеси компонентов смесевого ВВ для последующего механического формования в целевое изделие.

Технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого способа, заключается в обеспечении получения готового смесевого термопластичного взрывчатого вещества (ВВ) с более низким уровнем ударно-волновой чувствительности, чем это достигнуто в прототипе при сохранении высоких мощностных показателей.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа изготовления термопластичного смесевого взрывчатого материала, включающего подготовку компонентов смесевого взрывчатого материала, смешение компонентов смешение компонентов с использованием смешивающего устройства, согласно изобретению первоначально проводят входной контроль порошкообразных компонентов смесевого взрывчатого состава на соответствие физико-химических характеристик взрывчатых компонентов номинальным значениям, а именно: температуры плавления, массовой доли нерастворимых в ацетоне веществ, влаги, летучих веществ, pH водной вытяжки, затем берут навеску полимерной инертной составляющей смесевого взрывчатого состава в виде полибутилметакрилата, растворяют в органическом растворителе - ацетоне в соотношении 1:5-1:7 масс.ч., затем выдерживают до полного набухания до состояния геля, после чего гелеобразную основу инертного компонента вносят в раствор энергетического компонента смесевого взрывчатого состава - 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразана в ацетоне в соотношении 1:3-1:5, перемешивают в смесителе до однородного состояния, после чего в полученную гомогенную смесь компонентов вводят второй порошкообразный энергетический компонент - диаминодинитроэтилен, нерастворимый в ацетоне, перемешивают смесь при нагревании до визуально наблюдаемого удаления видимого избытка растворителя - ацетона, после чего выдерживают смесь в вытяжном шкафу, периодически перемешивая для удаления растворителя и исключения комкования, затем высушивают смесь до полного испарения растворителя - ацетона в муфельной печи при температуре не более 60°С, что контролируют весовым методом, после чего подготовленный состав направляют на этап прессования в пресс-форме при давлении не менее 50 МПа.

Предлагаемые способ изготовления термопластичного смесевого взрывчатого материала и термопластичный взрывчатый состав поясняются следующим образом.

Первоначально проводят входной контроль порошкообразных компонентов смесевого взрывчатого состава на соответствие физико-химических характеристик взрывчатых компонентов требованиям технических условий. В заявляемом способе в качестве компонентов смесевого взрывчатого состава используют:

- энергетические вещества - диаминодинитроэтилен (апрол) - 87-93 масс. д., (3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразан (БНТФ) - 10-4 масс. д.;

- в качестве связующего - полимерную инертную составляющую в виде полибутилметакрилата (ПБМА) - остальное. После смешения основных компонентов добавляют в качестве красителя - Судан - не более 0,1 масс.д. свыше 100 масс.д. основного вещества.

Выбор полимерного связующего основан на проявлении его физико-химических свойств (высокие термическая и химическая стойкость, устойчивость к действию кислорода, эластичность, инертность к взрывчатым веществам, низкая температура размягчения), что критично для обеспечения технологичности при последующей механической переработке готового смесевого ВВ.

Выбор компонентов смесевого термопластичного ВВ продиктован требованием обеспечения низкого уровня ударно-волновой чувствительности при сохранении мощности взрывчатого состава по сравнению с прототипом, что было подтверждено экспериментальными исследованиями.

Экспериментально были подобраны условия изготовления и состав смесевого термопластичного ВВ, в котором были достигнуты мощностные показатели, соответствующие известным высокомощным ВВ, а также обеспечена более низкая, чем в прототипе, чувствительность к ударно-волновому воздействию.

Первоначально осуществляют подготовку компонентов смесевого взрывчатого материала. Для этого проводят контроль порошкообразных компонентов на соответствие физико-химических показателей указанных компонентов номинальным показателям (дисперсности, растворимости в органическом растворителе основного вещества и наличие нерастворимых в ацетоне примесей, рН водной вытяжки).

После входного контроля физико-химических показателей порошкообразных компонентов, пригодных к использованию в условиях предлагаемого способа изготовления для получения заданного качества смесевого термопластичного ВВ, осуществляют смешение этих компонентов. Для этого полимерную инертную составляющую виде полибутилметакрилата, растворяют в органическом растворителе - ацетоне в соотношении 1:5-7 масс. ч., затем выдерживают до полного набухания до состояния геля, после чего гелеобразную основу инертного компонента вносят в раствор энергетического компонента смесевого взрывчатого состава - ВВ БНТФ в ацетоне в соотношении 1:3-1:5 масс. ч., перемешивают в смесителе до однородного состояния, после чего в полученную гомогенную смесь компонентов вводят второй порошкообразный энергетический компонент - ВВ апрол, нерастворимый в ацетоне, перемешивают смесь при нагревании до визуально наблюдаемого удаления видимого избытка растворителя (ацетона), на что указывает преобразование жидкого состояния раствора в твердое. После чего выдерживают полученную взрывчатую смесь в вытяжном шкафу, периодически перемешивая ее для удаления растворителя и исключения комкования смеси. Затем высушивают отвержденную смесь до полного испарения растворителя (ацетона) в муфельной печи при температуре не более 60°С, что контролируют весовым методом. В процессе взвешивания определяют момент прекращения процесса испарения до стабилизации показаний изменения массы твердофазной композиции.

После этого подготовленную и высушенную твердофазную композицию направляют на этап прессования в пресс-форме при давлении не менее 50 МПа, температуре прессования - 90±5°С и продолжительности процесса прессования 20 мин. Данные условия были выявлены и уточнены экспериментально при проведении контроля показателей плотности опытных образцов. При этих условиях прессования были достигнуты требуемые показатели плотности и прочности готового изделия.

После завершения всех предлагаемых мероприятий способа изготовления термопластичного смесевого взрывчатого материала опытные образцы подвергались микроструктурным исследованиям, исследованиям газодинамических, физико-химических, физико-механических показателей. Результаты испытаний сведены в таблицу 1. На фиг. 1, фиг. 2 (фото) представлен вид микроструктуры полученного образца смесевого ВВ. Из фотоснимков видно, что композит «ВВ БНТФ-ПБМА» (2)практически полностью покрывает поверхность кристаллов ВВ - апрол (1), отдельных скодлений композита «ВВ БНТФ-ПБМА» (2) не обнаружено, что свидетельствует о равномерном распределении компонентов в массе взрывчатого материала.

Таким образом, при использовании предлагаемых компонентов смесевого термочувствительного взрывчатого материала и мероприятий способа его изготовления достигается более низкий уровень ударно-волновой чувствительности, чем это достигнуто в прототипе, при сохранении высоких мощностных показателей.

Возможность промышленной реализации предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый смесевой взрывчатый материал был опробован на образце.

Первоначально осуществляют подготовку компонентов смесевого взрывчатого материала. В качестве компонентов взрывчатый состав содержит диаминодинитроэтилен (апрол), 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразан (БНТФ), а в качестве инертной добавки - полибутилметакрилат (ПБМА). Компоненты брали в соотношении масс. д.: диаминодинитроэтилен (апрол) - 87 масс. д., совместно с (3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразан (БНТФ) -10 масс. д., полибутилметакрилат (ПБМА) - остальное.

Компоненты смесевого взрывчатого материала - ВВ БНТФ и ПБМА характеризуются хорошей растворимостью в ацетоне, не растворимы в воде, ВВ апрол - не растворим в ацетоне.

Взрывчатый состав готовили путем испарения растворителя из смеси компонентов. Процесс получения взрывчатого материала состоит из следующих операций:

1 - - замачивание на сутки навески ПБМА в ацетоне с последующим полным растворением акрилового полимера в растворителе;

2 - растворение навески ВВ БНТФ в ацетоне;

3 - смешение растворов ВВ БНТФ и ПБМА в ацетоне;

4 - добавление ацетонового раствора красителя судан к раствору компонентов ВВ БНТФ и ПБМА;

5 - добавление в окрашенный ацетоновый раствор «ПБМА - ВВ БНТФ» навески ВВ апрол;

6 - нагревание смеси компонентов на водяной бане при постоянном перемешивании до момента удаления из системы растворителя;

7 - выветривание полученного состава в вытяжном шкафу;

8 - сушка взрывчатого состава в печи при Т=60°С до постоянной массы.

При подготовке полимерной инертной составляющей в виде полибутилметакрилата последний смешивают с органическим растворителем - ацетоном в соотношении 1:5-1:7 масс.ч., затем выдерживают до полного набухания до состояния геля, после чего гелеобразную основу инертного компонента вносят в раствор энергетического компонента смесевого взрывчатого состава в ацетоне в соотношении 1:3-5, перемешивают в смесителе до однородного состояния, после чего в полученную гомогенную смесь компонентов вводят второй порошкообразный энергетический компонент, нерастворимый в ацетоне, перемешивают смесь при нагревании до визуально наблюдаемого удаления видимого избытка растворителя, после чего выдерживают смесь в вытяжном шкафу, периодически перемешивая ее для удаления растворителя и исключения комкования смеси, затем высушивают смесь до полного испарения растворителя - ацетона в муфельной печи при температуре не более 60°С, что контролируют весовым методом, после чего подготовленную композицию направляют на этап прессования в пресс-форме при давлении не менее 50 МПа.

Пример 2. В условиях примера 1 реализация заявляемого способа проведена с использованием состава, где компоненты брали в соотношении масс, д.: диаминодинитроэтилен (апрол) - 90 масс. д., совместно с (3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразана (БНТФ) - 7 масс. д., полибутилметакрилат (ПБМА) - остальное.

Экспериментальной отработке параллельно подвергались и составы при другом сочетании взрывчатых и инертных компонентов. Экспериментально подтверждено, что предлагаемое изобретение в заявляемых условиях и заявляемых пределах соотношений компонентов, используемых для получения готового изделия, характеризуется наилучшими технологическими и физико-механическими показателями.

1. Термопластичный взрывчатый состав, характеризующийся тем, что в качестве взрывчатых компонентов содержит диаминодинитроэтилен, 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразан, а в качестве инертной добавки - полибутилметакрилат при следующем соотношении ингредиентов, % мас.д.: диаминодинитроэтилен - 87-93 мас.д. совместно с 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразаном - 4-10 мас.д., полибутилметакрилат - остальное.

2. Способ изготовления термопластичного смесевого взрывчатого состава по п. 1, включающий подготовку его компонентов, смешение компонентов с использованием смешивающего устройства, харктеризующийся тем, что первоначально проводят входной контроль порошкообразных компонентов смесевого взрывчатого состава на соответствие физико-химических характеристик взрывчатых компонентов номинальным значениям, а именно температуры плавления, массовой доли нерастворимых в ацетоне веществ, влаги, летучих веществ, рН водной вытяжки, затем берут навеску полимерной инертной составляющей смесевого взрывчатого состава в виде полибутилметакрилата, растворяют в органическом растворителе - ацетоне в соотношении 1:5-1:7 мас.ч., затем выдерживают до полного набухания до состояния геля, после чего гелеобразную основу инертного компонента вносят в раствор энергетического компонента смесевого взрывчатого состава - 3,4-бис-(4-нитрофуразан-3-ил)-фуразана в ацетоне в соотношении 1:3-1:5 мас.ч., перемешивают в смесителе до однородного состояния, после чего в полученную гомогенную смесь компонентов вводят второй порошкообразный энергетический компонент - диаминодинитроэтилен, нерастворимый в ацетоне, перемешивают смесь при нагревании до визуально наблюдаемого удаления видимого избытка растворителя - ацетона, после чего выдерживают смесь в вытяжном шкафу, периодически перемешивая для удаления растворителя и исключения комкования, затем высушивают смесь до полного испарения растворителя - ацетона в муфельной печи при температуре не более 60°С, что контролируют весовым методом, после чего подготовленный состав направляют на этап прессования в пресс-форме при давлении не менее 50 МПа.