Порохов и краткие сведения о кордитном порохе

Сферические пороха изготавливают по эмульсионной технологии, основными стадиями которой являются:

- подготовка исходных компонентов;

- приготовление раствора компонентов в растворителе;

- приготовление эмульсии раствора в водной среде;

- отгонка растворителя и формирование пороховых элементов;

- промывка, сортировка, флегматизация, отжим и сушка;

- смешение, развеска и укупоривание.

Подготовленные компоненты пороха растворяются в этилацетате с по­лучением раствора необходимой вязкости (лака). Модуль смешения по этилацетату составляет от 2,81 до 4,50. Лак при интенсивном перемешивании в воде (модуль по воде равен 3,5–4,4) образует эмульсию. Для получения устойчивой эмульсии к воде добавляется эмульгатор (мездровый клей) в количестве 0,8–1,5 % масс. Перемешивание производится при температуре 55–65 °С. Отгонка растворителя проводится в два этапа: на первом этапе при температуре 72–76 °С отгоняется 70–75 % этилацетата, на второй ступени отгонка осуществляется при температуре 86–92 °С. Для обезвоживания пороховых элементов в воде растворяется до 3 % масс. водоотнимающего агента – сульфата натрия. Отработанный этилацетат представляет собой азеотропную смесь с водой и используется повторно со свежим растворителем. После удаления растворителя образуются твердые сферические пороховые элементы различных размеров. Поэтому после промывки проводится сортировка пороховых элементов по размерам. Сортировка про-водится в двух- или трехкаскадном барабане при орошении водой. Выход целевой фракции составляет 70–95 %. Флегматизация сферического пороха осуществляется эмульсионным способом при температуре 78–95 °С в течение 0,5–2 ч в аппарате с интенсивным механическим перемешиванием. Предварительно в аппарат заливается подготовленная эмульсия флегматизатора. Отжим порохов от воды производятся на карусельном вакуум-фильтре. Сушка, графитовка и полировка порохов проводится на непрерывно действующих аппаратах с производительностью 200–250 кг/ч. Порох в течение 50–100 мин обдувается горячим воздухом при температурах 88–98 °С в зонах 1 и 2, при температурах 80–90 °С − в зонах 3 и 4; при температуре не более 35 °С – в зоне 5 (охлаждения). Мешка пороха с целью усреднения физико-химических и баллистических характеристик порохов в малых партиях и в общей партии проводится на аппаратах Тарасова или в смесителях другой конструкции. После мешки порох развешивается и упаковывается в герметическую металлическую тару.

Пороха кордитного типа по составу близки к баллиститным порохам. Кордиты содержат высокоазотный пироксилин № 1 и нитроглицерин. Поэтому такие пороха имеют высокую энергетику. Но нитроглицерин не пластифицирует пироксилин № 1, поэтому для этой цели используется летучий растворитель – ацетон или спиртоэфирная смесь. Технология произ­водства кордитов близка к технологии производства пироксилиновых поро­хов, отличие заключается в отсутствии стадии вымочки, так как нитроглицерин растворяется в воде.

Кордитные пороха применяются в английской, итальянской, американской и германской армиях.

2.6 Баллиститные пороха [4, 11, 44–46, 89]

Баллиститные пороха являются многокомпонентными системами. Каждый компонент или группа компонентов, входящих в состав пороха, выполняют определенную функцию.

Баллиститные пороха состоят из следующих компонентов:

Коллоксилин (N=12,0 %)…………………………….54–62 %

Труднолетучие растворители – пластификаторы….25–45 %

Дополнительные пластификаторы………………….8–15 %

Стабилизатор химической стойкости………….…...2–3 %

Технологические добавки……………………………1–2 %

Влага (сверх 100 %)…………………………………...0,5–0,7 %

Полимерной основой пороха является коллоксилин марки «Н» с содержанием азота 11,8–12,3 %. Он является энергетической основой пороха и обусловливает его структурно-механические характеристики.

Для придания нитратам целлюлозы вязкотекучих пластических свойств их подвергают пластификации низкомолекулярными веществами – пластификаторами. В состав пороха входят основные и дополнительные пластификаторы. В качестве основных пластификаторов используют взрывчатые вещества – нитроглицерин, динитрат диэтиленгликоля или их смесь, нитроксилитан и др.

Дополнительные пластификаторы вводятся в состав для активации малоактивного пластификатора НГЦ или для снижения температуры горения порохов. В качестве дополнительных пластификаторов применяют дибутилфталат (ДБФ), диоктилфталат (ДОФ), динитротолуол (ДНТ), триацетин (ТАЦ) и др.

В качестве стабилизаторов химической стойкости используют соединения, которые легко связывают оксиды азота, выделяющиеся при разложении коллоксилина и других нитроэфиров. Наиболее распространенными стабилизаторами химической стойкости являются производные мочевины, так называемые централиты: централит № 1 (диэтилдифенилмочевина) и централит № 2 (диметилдифенилмочевина). В некоторых составах порохов стабилизаторами химической стойкости являются оксид магния и дифениламин.

Технологические добавки вводят в состав пороха для улучшения его технологических свойств: снижения удельной силы внешнего трения по металлу и снижения или повышения вязкости (в зависимости от композиции). Используются чаще всего индустриальное или вазелиновое масла, стеарат цинка или натрия, графит, сажа, парафин и др.

Катализаторы горения вводят в состав ракетных порохов для снижения зависимости скорости горения от давления в определенном диапазоне давлений. В качестве катализаторов горения используются соединения свинца, меди, кадмия, кобальта, например, СuO, MgO, PbO и др.

Ингибиторы горения вводят в состав ракетных порохов для снижения скорости горения. Наиболее распространенные ингибиторы
γ-полиоксиметилен, полиметилметакрилат (ПММА), фторопласты 3 и 4, железоаммонийфосфат и др.

Стабилизаторы горения вводятся в состав порохов для повышения устойчивой работы ракетного двигателя, особенно при низких давлениях. В качестве стабилизаторов горения применяют тугоплавкие химически инертные неорганические соединения, как правило, оксиды и соли металлов: MgO, Mg(OH)₂, Al₂O₃, CaCO₃, CaO, TiO₂.

Для повышения теплоты горения порохов в их состав вводят энергетические добавки – это мощные взрывчатые вещества (гексоген, октоген и др.) и порошкообразные высокотеплотворные металлы или их сплавы – ПАМ-4 (50 % Аl и 50 % Мg), АМД-10 (90 % Аl и10 % Мg).

Специальные добавки служат для придания тех или иных отличительных свойств пороху. Так, в составы малоплазменных топлив для авиационных ракет вводят пламегасящие добавки: азотнокислый и сернокислый калий, калия гексанитрокобальтат. В составы плазменных топлив входят ионизирующие добавки: азотнокислый цезий и азотнокислый калий.

Баллиститные пороха по сравнению с пироксилиновыми порохами обладают следующими преимуществами:

- широким диапазоном теплоты горения 767–1770 кДж/кг (650-1500 ккал/кг);

- возможностью изготовления крупногабаритных изделий
(до 1 метра);

- малой гигроскопичностью, вследствие этого не требуется герметичная укупорка зарядов.

Промышленная технология баллиститных порохов отличается мобильностью, универсальностью, малым временем технологического цикла, позволяющими оперативно переходить с одной номенклатуры зарядов на другую.

Технологический процесс производства баллиститных порохов включает следующие основные операции:

- подготовку и дозирование компонентов;

- смешение компонентов в водной среде (приготовление пороховой массы);

- усреднение пороховой массы и формирование общих партий;

- отжим пороховой массы от воды;

- вальцевание пороховой массы, получение пороховой таблетки;

- сушку пороховой таблетки;

- формование пороховых изделий;

- резку изделий;

- охлаждение изделий, разбраковку и дефектоскопию;

- мешку мелких трубок, механическую обработку и бронирование крупных изделий;

- комплектацию зарядов и их укупорку;

- испытание пороха.

Подготовка компонентов заключается в приготовлении водных суспензий (нитроцеллюлозы, мощных взрывчатых веществ, металлических порошков, катализаторов, ингибиторов и стабилизаторов горения); эмульсий смеси пластификаторов, включающих нитроэфиры и другие пластификаторы и стабилизаторы химической стойкости.

Металлические порошки предварительно пассивируют и гидрофобизуют, а оксид магния – гидратируют и также гидрофобизуют. Подобная обработка защищает эти порошки от взаимодействия с водой, повышает их сродство с баллиститной массой и снижает внешнее трение при формовании композиций, содержащих эти наполнители.

Приготовление пороховой массы имеет цель – получение пороховой массы с высокой степенью однородности по содержанию компонентов.

Непрерывное предварительное смешение компонентов пороховой массы осуществляется в двух последовательно расположенных смесителях (варочных котлах), соединенных переливной трубой. В первый котел загружаются последовательно коллоксилино-водная взвесь, затем вазелиновое масло, суспензии катализаторов, гидратированного и пассивированного оксида магния, пассивированных и гидратированных порошкообразных металлов. Во второй котел инжектируется смесь пластификаторов. Смешение компонентов проводится при температуре 20 °С. Для некоторых составов используется двухступенчатый способ «варки»: на первой ступени смешение компонентов проводится без нагрева, а на второй ступени температуру повышают до
50 °С [11].

Из второго смесителя пороховая масса поступает по переливной трубе в промежуточный смеситель, а затем в смесители общих партий, в которых осуществляется длительное перемешивание для «созревания» массы. При созревании массы происходит перераспределение пластификатора и окончательное усреднение композиции.

Отжим пороховой массы от воды производят в отжимных прессах ПО-125 до влажности 6–12 %. После отжимного пресса полуфабрикат измельчается в пороховую крошку в протирочном барабане и направляется на вальцевание.

Вальцевание осуществляется на непрерывнодействующих вальцах НВ-1530. При вальцевании происходит сушка пороховой массы, пластификация коллоксилина, гомогенизация компонентов, уплотнение пороховой массы и получение полуфабриката в виде пороховой таблетки с влажностью 1,5–3,5 %. Кроме положительных процессов протекают и нежелательные процессы деструкции, денитрации и окисления.

Сушка пороховой таблетки осуществляется в сушильных аппаратах различного типа: шнековых, барабанных, вакуумных, в сушилках в кипящем слое. После сушки влажность пороховой таблетки составляет 0,4–0,7 %.

Для укрупнения, уплотнения полуфабриката с целью уменьшения его взрывоопасности высушенная пороховая таблетка перед подачей в формующий пресс подвергается гранулированию в таблетирующих прессах (ПКТ), (Ш-3, ПСВ).

Формование осуществляется с целью получения пороховых элементов определенной геометрической формы, заданных размеров и определенной плотности.

Для формования ракетных шашек применяется конфузорно-диф-фузорный пресс-инструмент, позволяющий изготавливать изделия диа-метром до 800 мм. Изготовление артиллерийских трубок осуществляется через формующие втулки, закрепленные в матричной обойме пресс-инструмента.

После резки артиллерийских трубок с помощью резательного автомата их транспортируют в здание изготовления зарядов.

Шашки, отрезанные с помощью пневмо- или гидроножа, транспортируют на концевые операции.

Охлаждение до комнатной температуры осуществляется выдержкой шашек на стеллажах или в ваннах с водой с постепенно понижающейся температурой.

На фазе дефектоскопии шашек диаметром от 60 до 800 мм выявляются внутренние дефекты (пустоты, трещины, посторонние включения). Процесс осуществляется с помощью ультразвукового дефектоскопа.

Готовые ракетные изделия могут иметь сложную форму и конфигурацию, которые невозможно получить непосредственно при прессовании. Поэтому шашки подвергают механической обработке на станках (токарном, фрезерном, сверлильном).

Далее пороховые заряды направляются на стадию бронирования, т.е. нанесения на их поверхность негорючей массы – бронепокрытия, которое предохраняет эту поверхность от горения при работе ракетного двигателя.

Плотность баллиститного пороха колеблется в пределах от 1540 до 1620 кг/м³ и зависит от плотности и соотношения компонентов, входящих в порох. Баллиститные пороха обладают достаточной химической и физической стабильностью, позволяющей хранить их длительное время (до 20 лет). Баллиститные пороха более чувствительны к механическим воздействиям, чем пироксилиновые, и их чувствительность зависит от компонентного состава.

Преимущественным видом взрывчатого превращения этих порохов является устойчивое горение параллельными слоями, но при определенных условиях они могут детонировать, как и бризантные ВВ.