Применение дымного пороха

После открытия бездымных порохов дымный порох, применявшийся в артиллерии, вышел из употребления. Однако его роль в современных боеприпасах артиллерии еще велика.

Дымный порох используется для изготовления воспламенителей, вышибных зарядов, пороховых замедлителей, предохранителей и усилителей. Наиболее широкое применение в мирных целях дымный порох нашел для изготовления охотничьих патронов, огнепроводных шнуров и для некоторых видов горных работ. Также дымный порох применяется в пиротехнических составах и фейерверках [4, 19].

Ценным свойством дымных порохов, используемых при некоторых взрывных работах, является способность их при сгорании в зарядных камерах откалывать и сдвигать породу по линии шпуров или скважин без бризантного эффекта. При этом в породе не образуются трещины и даже микротрещины. Благодаря этим качествам дымные пороха применяют при добыче штучного камня, который используется для изготовления памятников, облицовочных работ и т.д.

2.4 Пироксилиновые пороха [4, 11, 40–42, 87–88]

Пироксилиновые пороха по составу делятся на две группы: обыкно­венные орудийные пироксилиновые пороха и пироксилиновые пороха специального назначения.

Обыкновенные пироксилиновые пороха состоят из следующих компонентов:

Пироксилин является энергетической и структурно-механической основой пороха. Смесевой пироксилин состоит из пироксилина № 1 и пироксилина № 2.

Спиртоэфирный растворитель служит для пластификации (перевода в пластичное состояние) пироксилина. После формования пороховых элементов спиртоэфирный растворитель удаляется, что придает пороховым элементам требуемую прочность. Полностью удалять спиртоэфирный растворитель нецелесообразно, так как его присутствие обеспечивает пороховым элементам необходимую упругость.

Дифениламин C₆H₅-NH-C₆H₅ является стабилизатором химической стойкости порохов. Он взаимодействует с оксидами азота, образующимися при разложении нитратов целлюлозы. Соединения дифениламина с оксидами азота являются устойчивыми, при этом исключа-ется автокатализ, так как продукты распада ускоряют разложение пороха.

Гигроскопическая влага обусловлена гигроскопическими свойствами пороха, удалить ее полностью нельзя и нецелесообразно, так как при хране­нии порох будет набирать влагу, изменяя при этом свои свойства.

Пироксилиновые пороха специального назначения отличаются от обыкновенного орудийного пороха наличием специальных добавок, придаю­щих им определенные свойства.

Малогигроскопичные пороха - это пороха, содержащие в своем составе гидрофобные добавки, снижающие гигроскопичность порохов в 1,5–2,0 раза. В своем составе они могут содержать до 10 % динитротолуола и до 6 % дибутилфталата, например: пироксилин – 82 %; остаточный спиртоэфирный растворитель – 3,5 %; дифениламин – 1 %; динитротолуол – 10 %; дибутилфталат – 3 %; влага – 0,5 %.

Малоэрозионными называются пороха, содержащие в своем составе компоненты, понижающие температуру горения пороха и, следовательно, разгарно-эрозионное действие пороховых газов на стенки канала ствола. В состав таких порохов входят инертные добавки типа вазелина, парафина в коли­честве до 3 %.

Приведенный выше состав малогигроскопического пороха является также и малоэрозионным, так как дибутилфталат уменьшает теплоту и темпе­ратуру горения пороха.

Беспламенные пороха содержат в своем составе добавки, уменьшающие дульное пламя и устраняющие обратное пламя при выстреле из артиллерийского орудия. К ним относятся канифоль, сульфат калия K₂SО₄ и другие в количе­стве до 5 %. Из беспламенных порохов изготавливаются пороховые заряды.

Пламегасящие пороха содержат до 50 % пламегасящих добавок. Такие пороха применяются только для изготовления пламегасителей обратного пламени.

Пористые пороха за счет пористой структуры имеют высокую скорость горения и применяются в стрелковом оружии с коротким стволом. Пористость образуется в результате вымочки в воде пороха, содержащего кристаллы соли KNO₃.

Графитованные пороха – это пороха, поверхность которых покрыта графитом с целью снижения электрического сопротивления и, следовательно, снижения электризуемости. Графитовке подвергаются мелкозерненые пироксилиновые пороха, при этом также улучшается их сыпучесть и гравиметричесская плотность.

Флегматизированные пороха – это пороха, поверхностные слои которых пропитаны инертным веществом с целью уменьшения скорости горения. Этим достигается регулирование газообразования и увеличение начальной скорости снаряда за счет большей массы заряда без увеличения максимального давления пороховых газов в канале ствола. В качестве флегматизатора применяется камфора.

По сравнению с баллиститными порохами пироксилиновые пороха обладают следующими преимуществами:

- большей механической прочностью;

- возможностью придания изделиям зерненой многоканальной формы, а также возможностью изготовления пороховых элементов с малой толщиной горящего свода (до 0,1 мм);

- меньшим температурным градиентом давления при использовании их в качестве заряда при стрельбе из артиллерийских орудий;

- хорошей воспламеняемостью.

Производство пироксилиновых порохов может быть периодическим и непрерывным. Независимо от вида производства технологический процесс состоит из следующих стадий:

- обезвоживание пироксилина;

- смешение компонентов (получение пороховой массы);

- формование пороховых элементов;

- резка пороха;

- удаление спиртоэфирного растворителя из пороховых элементов (провяливание, вымочка, сушка и увлажнение);

- сортировка, мешка пороха и формирование общих партий;

- испытание партий пороха;

- изготовление зарядов и их укупорка.

Изготовление порохов начинается со смешения в водной среде пироксилина № 1 и пироксилина № 2 для получения смесевого пироксилина марок ВА, СА, НА. Эта операция проводится на нитроцеллюлозном производстве.

Смесевая НЦ в виде 3–5%-ной водной суспензии перекачивается на пороховое производство, где отжимается от воды до влажности
28–32 %, затем обезвоживается этиловым спиртом до влажности
2,0–4,0 %. Пропитанная спиртом НЦ поступает на фазу смешения компонентов в периодически или непрерывно действующие аппараты, где смешивается с раствором ДФА в диэтиловом эфире, а также с другими компонентами пороховой массы. В мешателях пороховая масса под действием лопастей частично уплотняется и пластифицируется.

При прессовании под действием давления получаются пороховые элементы с определенной плотностью и геометрической формой. При прессовании заканчивается процесс пластификации. Полученные пороховые шнуры режутся специальными станками на элементы заданной длины. При формовании и резке учитывают изменение геометрических размеров готовых изделий (усадку) после удаления из них растворителя – уменьшение диаметра на 18–36 % и длины на 6–10 %.

Наличие инертного спиртоэфирного растворителя в составе пороха снижает его энергетические характеристики, делает порох нестабильным для эксплуатации. В связи с этим растворитель в процессе производства из пороха удаляют. Качественные изделия с требуемыми физико-механическими и баллистическими характеристиками получаются только в том случае, когда при удалении растворителей успевают воссоздаться межмолекулярные связи полимера. Поэтому удаление растворителя осуществляется в три стадии. После провяливания при 28–30 °С с помощью воздуха с относительной влажностью 70–85 % содержание растворителей снижается до 7−15 %, после вымочки спиртовыми водными растворами (не более 12 % объемной концентрации), а затем водой содержание неудаляемых летучих веществ составляет 0,5–3,7 %. После вымочки порох высушивают нагретым воздухом до 55–85 °С. После сушки, при которой порох обычно пересушивают, его увлажняют воздухом с температурой 20–30 °С и относительной влажностью не менее 80 %.

Для получения однообразия физико-химических и баллистических свойств порох подвергают мешке. После операции мешки формируются общие партии пороха, которые подвергаются физико-химичес-ким и баллистическим испытаниям.

Плотность пироксилинового пороха изменяется от 1560 до
1640 кг/м³ и зависит от его состава и режима изготовления. Плотность влияет на скорость и характер горения. Для того чтобы порох горел закономерно, параллельными слоями и не разрушался при высоких давлениях, ему придают определенную плотность.

Выпускают также специальные марки быстрогорящих порохов, которые в условиях выстрела быстро сгорают при относительно малых давлениях. К быстрогорящим относятся тонкосводные и пористые пороха.

Гравиметрическая плотность зерненых пироксилиновых порохов находится в пределах 0,6–0,9 кг/см³. Температура вспышки пироксилиновых порохов находится в пределах 180–200 °С. Однако пироксилиновый порох воспламеняется труднее дымного. Графитованные и флегматизированные пороха воспламеняются еще труднее.

Энергетические и баллистические характеристики пироксилиновых порохов следующие: удельная теплота сгорания q_w(ж)=3,25–3,54 МДж/кг, температура горения Т₁=2700–2850 К, удельный объем продуктов горения v=0,92–0,97 м³/кг, сила пороха f=0,9–1,0 МДж/кг.

Чувствительность к удару пироксилиновых порохов при стандартных условиях испытания колеблется от 50 до 90 % взрывов.

Применяются пироксилиновые пороха в ствольной артиллерии различного калибра и стрелковом оружии (винтовках, автоматах, пистолетах), для снаряжения охотничьих и спортивных патронов. Ввиду специфичности пироксилинового пороха применение его в народном хозяйстве ограничено.

Одним из направлений конверсии производств пироксилиновых порохов является изготовление на их основе специальных рецептур термостойких пироксилиновых порохов марок ТСП-240 и ТСП-310.
В состав пороха ТСП-240 входит пироксилин, дивинилстирольный термоэластомер и перхлорат аммония, а в ТСП-310 вместо перхлората аммония используется перхлорат калия. Эти пороха находят широкое применение в скважинных системах нефтегазодобывающей промышленности, в различных видах скважинной стреляющей аппаратуры – от грунтозаборных устройств до пулевых перфораторов. Пироксилиновые пороха с истекшим сроком хранения и снятые с вооружения используются для изготовления промышленных ВВ и пиротехнических составов [18, 43]. В таблице 2 приведены рецептура и свойства пиротехнических составов цветных огней (СЦО) на основе пироксилиновых порохов.