способ изготовления пороха и топлива баллиститного типа
Классы МПК: | C06D5/06 реакцией двух или нескольких твердых веществ C06B25/24 с нитроглицерином |
Автор(ы): | Юков Юрий Михайлович (RU), Ибрагимов Наиль Гумерович (RU), Афиатуллов Энсар Халиуллович (RU), Печенкина Мария Александровна (RU), Иванова Ирина Петровна (RU), Нуруллаева Татьяна Эргашовна (RU), Козьяков Алексей Васильевич (RU), Ибрагимов Эмиль Наилевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-06-06 публикация патента:
27.11.2006 |
Изобретение относится к порохам и топливам баллиститного типа. Предложен способ изготовления пороха и топлива баллиститного типа, включающий введение в варочный котел и смешение в водной среде компонентов - волокон нитроцеллюлозы, технологических добавок, модификаторов горения, пластификаторов и стабилизаторов химической стойкости с получением топливной массы, причем при смешении компонентов топлива после ввода пластификаторов равномерно вводят 0,5...1,0%-ный водный раствор полиакриламида, а затем ведут смешение в течение не менее 10 минут и производят отжим топливной массы, вальцевание и прессование топливных заготовок. Предпочтительно используют водный раствор полиакриламида, приготовленный из порошкообразного полиакриламида. Изобретение позволяет уменьшить потери мелкодисперсных соединений металлов и других добавок при изготовлении порохов и топлив. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ изготовления пороха и топлива баллиститного типа, включающий введение в варочный котел и смешение в водной среде компонентов - волокон нитроцеллюлозы, технологических добавок, модификаторов горения, пластификаторов и стабилизаторов химической стойкости с получением топливной массы, отличающийся тем, что при смешении компонентов топлива после ввода пластификаторов равномерно вводят 0,5...1,0%-ный водный раствор полиакриламида, после чего ведут смешение в течение не менее 10 мин, затем производят отжим топливной массы, вальцевание и прессование топливных заготовок.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют водный раствор полиакриламида, приготовленный предпочтительно из порошкообразного полиакриламида.
Описание изобретения к патенту
Патентуемое изобретение относится к области изготовления пороха и топлива баллиститного типа, а именно их способам получения, в процессе реализации которых обеспечивается равномерное распределение мелкодисперсных компонентов (твердых добавок) в пороховой массе.
Изобретение может быть использовано при изготовлении зарядов для ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ), для различных вспомогательных устройств ракет - бортовых источников питания (газогенераторов), аккумуляторов давления, разделителей ступеней ракет и др.
Большинство порохов и топлив баллиститного типа содержат твердые компоненты в виде мелкодисперсных порошков, равномерное распределение которых обеспечивает требуемый комплекс выходных характеристик. Однако в процессе изготовления топливной массы вследствие различия плотности твердых добавок и их адгезионной способности к нитроцеллюлозе (НЦ) равномерное распределение в массе не всегда обеспечивается, кроме того, имеют место потери этих добавок. Для уменьшения потерь и увеличения адгезии твердых добавок к волокнам НЦ используются различные технологические приемы: введение смачивающих агентов, модификация катализаторов путем химического осаждения и др.
Известны способы изготовления твердых ракетных топлив на основе НЦ, предусматривающие ее модификацию путем химического осаждения соединений металлов (свинца, меди и др.) на волокна НЦ (патенты: RU 2167137 от 29.06.1999 г., RU 2203872 от 04.07.2001 г.).
Недостатками указанных способов являются:
1. Высокие потери дефицитных соединений металлов в процессе изготовления топлива на фазе смешения компонентов ("варки"). Как правило, в зависимости от применяемого оборудования и особенностей приготовления конкретных рецептур топлив, они составляют от 5 до 20% и более.
2. Мелкодисперсные частицы соединений металлов, слабоскрепленные с волокнами НЦ в процессе изготовления топливной массы ("варки"), с отжимными водами попадают в технологические сточные воды, что приводит, как к прямым экономическим потерям дефицитного сырья, так и дополнительным издержкам, связанным с экологической очисткой сточных вод. В определенной степени этот недостаток устраняется при целенаправленном предварительном изготовлении топливного полуфабриката в отдельном реакторе в виде НЦ с высаженными, путем химической реакции на молекулярном уровне, соединениями металлов (патент RU 2167137 от 29.06.1999 г.). Однако такой способ сопряжен как со значительным повышением себестоимости изготовления топлива, так и существенным увеличением длительности технологического процесса его изготовления. Кроме того, в процессе изготовления такого полуфабриката потери при высаживании соединений металлов на волокна НЦ по такому способу также велики - до 65%.
3. Используемый по патенту RU 2203872 скрепляющий компонент - латекс является энергоотрицательной добавкой, остается в составе окончательной рецептуры топлива и ухудшает его энергетические характеристики.
В целом, известные способы отличает либо сложность и длительность технологического процесса изготовления топлива, либо высокая затратность, что существенно увеличивает себестоимость его изготовления. Как наиболее близкое к патентуемому техническому решению в качестве прототипа выбрано изобретение по патенту RU 2167137.
Технической задачей патентуемого изобретения является разработка способа изготовления пороха и топлива баллиститного типа, обеспечивающего уменьшение потерь мелкодисперсных соединений металлов и других твердых добавок (катализаторов, стабилизаторов горения, кристаллических ВВ и др.), снижение себестоимости изготовления топлива, за счет уменьшения, как собственно прямых затрат на его изготовление, так и затрат на экологическую очистку сточных вод, обеспечивающего повышение энергетики топлива и улучшение характеристик горения.
Технический результат изобретения заключается в разработке способа изготовления пороха и топлива баллиститного типа, включающего введение в варочный котел и смешение в водной среде компонентов - волокон нитроцеллюлозы, технологических добавок, модификаторов горения, пластификаторов и стабилизаторов химической стойкости с получением топливной массы. При этом, при смешении компонентов топлива, после ввода пластификаторов в варочный котел, равномерно вводят 0,5-1,0%-ный водный раствор полиакриламида (ПАА), после чего ведут смешение в течение не менее 10 мин. Температурно-временные режимы ввода "и перемешивания компонентов, их порядок ввода производятся существующим способом для каждого состава пороха и топлива. Количество вводимого раствора ПАА подбирают применительно к конкретной марке топлива с учетом количества вводимых в рецептуру соединений металлов и других твердых добавок.
Дальнейшую переработку топлива (отжим топливной массы, вальцевание, прессование заготовок топлива) осуществляют известными способами.
Сущность патентуемого способа заключается в использовании в процессе смешения компонентов порохов и топлив технологической добавки в виде водного раствора ПАА, обладающего активной ионогенной способностью, что с одной стороны позволяет максимально увеличить осаждение соединений металлов и других твердых добавок на волокна НЦ, а, с другой стороны, опосредованно увеличить энергетику порохов и твердого ракетного топлива, за счет максимального удаления из рецептуры топлива водорастворимого ПАА в процессе отжима. Осаждение твердых частиц осуществляется путем их флокуляции на волокнах НЦ за счет адсорбции на их поверхности полимера ПАА.
В таблице приведены примеры реализации патентуемого способа.
Результаты экспериментальных проверок патентуемого способа показывают, что введение ПАА при изготовлении топливной массы значительно сокращает потери соединений металлов и других твердых добавок за счет механизма адсорбционной флокуляции с 19,6 до 1,2-2,4% (см. таблицу). Вследствие этого, топливные композиции более надежно обеспечивают требуемый уровень энергетических и баллистических характеристик. Кроме того, достигается значительное уменьшение загрязнения технологических стоков, в том числе солями тяжелых металлов.
Таблица | |||
Наименование операций | Режимы изготовления | ||
Прототип по патенту RU 2167137 | По предлагаемому техническому решению | ||
Опыт.I | Опыт.II | ||
1. Осаждение оксида меди на волокнах НЦ | Ввод в водную смесь НЦ в соотношении 1:18 при температуре 85÷105°С ацетата меди | - | - |
2. Осаждение оксида свинца на волокнах НЦ. | Окисление ацетата или нитрата свинца гипохлоритом кальция или натрия в водной взвеси НЦ при температуре 60÷80°С | - | - |
3. Залив воды | Факультативно | Фак-но | Фак-но |
4. Ввод НЦ, мин. | 1-3 | 1-3 | 1-3 |
5. Перемешивание, мин, не менее | 5 | 5 | 5 |
6. Ввод технологических добавок, мин. | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 |
7. Перемешивание, мин, не менее | 5 | 5 | 5 |
8. Ввод катализаторов горения, мин. | - | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 |
9. Перемешивание, мин, не менее | - | 5 | 5 |
10. Ввод стабилизатора горения, мин | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 |
11. Перемешивание, мин, не менее | 5 | 5 | 5 |
12. Ввод кристаллического ВВ, мин. | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 |
13. Перемешивание, мин, не менее | 5 | 5 | 5 |
14. Ввод углерода технического, мин. | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 |
Продолжение Таблицы | |||||
Наименование операций | Режимы изготовления | ||||
Прототип по патенту RU 2167137 | По предлагаемому техническому решению | ||||
Опыт.I | Опыт.II | ||||
15. Перемешивание, мин, не менее | 5 | 5 | 5 | ||
16. Ввод смеси пластификаторов со стабилизатором хим.стойкости, мин. | 20-25 | 20-25 | 20-25 | ||
17. Перемешивание, мин, не менее | 30 | 30 | 15-30 | ||
18. Ввод 0,5-1% раствора ПАА, мин. | - | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | ||
19. Перемешивание, мин, не менее | 10 | 30 | 10 | 30 | |
Количество введенного полиакрил-амида в % к массе топлива | - | 0,01 | 0,01 | 0,5 | 0,5 |
Суммарное количество твердых добавок, введенных в топливо, %, | 10,2 | 8,4 | 8,4 | 29,0 | 29,0 |
Суммарное количество твердых добавок в топливе по анализу, %, | 8,2 | 8,3 | 8,3 | 28,4 | 28,3 |
Потери твердых добавок, % | 19,6 | 1,2 | 1,2 | 2,1 | 2,4 |
Примечание: 1. Опытные образцы готовились в реакторе объемом 14 дм3 , модуль смешения (топливо: вода)=1:7. Температура смешения 25°С. Масса опытного образца 1,5 кг. 2. Использовался порошкообразный ПАА марки "Праестол-2510". |
Класс C06D5/06 реакцией двух или нескольких твердых веществ
Класс C06B25/24 с нитроглицерином