способ изготовления пороха и топлива баллиститного типа

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".