способ получения сферического пороха

Формула изобретения

Способ получения сферического пороха, включающий перемешивание в воде 1 об. ч. компонентов пороха - высокоазотного пироксилина, стабилизатора химической стойкости, нитроглицерина, приготовление порохового лака в этилацетате, диспергирование порохового лака с вводом эмульгатора, ввод сульфата натрия в количестве 0,5-2,5 мас.% к воде для обезвоживания частиц лака, удаление этилацетата, промывку, сортировку и сушку пороховых элементов, отличающийся тем, что воду в реактор дозируют, соблюдая соотношение между объемами воды и порохового лака 0,5-0,8, приготовление лака проводят в 2,0-3,0 об.ч. этилацетата, лак диспергируют с вводом эмульгатора в количестве 0,5-1,0 мас.% по отношению к воде, пироксилин используют с условной вязкостью 1,0-4,0°Э, а нитроглицерин в количестве 15-25 мас.% относительно компонентов пороха вводят в виде пороховой массы или баллиститного пороха состава НБ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства сферических порохов (СФП), в частности порохов с малой толщиной горящего свода, предназначенных для снаряжения монтажно-строительных, спортивно-охотничьих дробовых и мелкокалиберных винтовочных патронов.

Известен способ получения СФП [1] - аналог, включающий приготовление порохового лака при перемешивании нитратцеллюлозных ингредиентов в 4 5 мас.ч. воды с этилацетатом (ЭА), добавление эмульгатора, диспергирование лака и удаление ЭА при нагревании смеси до 92 94°С. Недостатком аналога является получение пороха в виде гранул шарообразной формы (наиболее дегрессивная форма горения), вследствие чего порох не обеспечивает достижения требуемых баллистических характеристик в системах оружия с малым временем выстрела, например в монтажно-строительных патронах 6,8×18 и 6,8×11, винтовочных патронах кольцевого воспламенения калибра 5,6 мм и др.

Наиболее близким аналогом, который принят в качестве прототипа [2], является способ получения СФП для 9-мм патрона, включающий перемешивание в 2,5 3,5 об.ч. воды одной части компонентов пороха - высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 5-12°Э, стабилизаторов, нитроглицерина с вводом 0,1 0,2 мас.ч. технического углерода, приготовление порохового лака в 1,7 4,0 об.ч. ЭА, диспергирование порохового лака с вводом 0,8 5,0 мас.% эмульгаторов к воде при частоте вращения мешалки 190 мин^-1, при этом одновременно с вводом эмульгаторов дополнительно вводят 0,1 0,2 мас.% к воде ПАВ, сульфат натрия в количестве 0,5 2,5 мас.% к воде для обезвоживания, в качестве ПАВ используют динатриевую соль диэтилового эфира N- -децилоксипропил-N-( -карбокси- -сульфопропионил)аспаргиновой кислоты, удаление ЭА, промывку, сортировку и сушку пороховых элементов.

Недостатком прототипа являются низкая технологичность, обусловленная использованием высоковязкого пироксилина, приводящим к увеличению расхода ЭА и, соответственно, увеличению продолжительности его удаления, и дополнительным вводом ПАВ, технического углерода, а также повышенная опасность процесса ввиду использования индивидуального нитроглицерина.

Задачей изобретения является повышение технологичности и безопасности получения СФП.

Технический результат достигается тем, что в способе получения СФП, включающем перемешивание в воде одной об. части компонентов пороха - высокоазотного пироксилина, стабилизаторов, нитроглицерина, приготовление порохового лака в ЭА, диспергирование порохового лака с вводом эмульгатора, ввод сульфата натрия в количестве 0,5-2,5 мас.% к воде для обезвоживания частиц лака, удаление ЭА, промывку, сортировку и сушку пороховых элементов, воду в реактор дозируют, соблюдая соотношение между объемами воды и порохового лака 0,5-0,8, приготовление лака проводят в 2,0-3,0 об.ч. ЭА, лак диспергируют с вводом эмульгатора в количестве 0,5-1,0 мас.% по отношению к воде, пироксилин используют с условной вязкостью 1,0-4,0°Э, а нитроглицерин в количестве 15-25 мас.% относительно компонентов пороха вводят в виде пороховой массы или нитроглицеринового баллиститного пороха состава НБ.

Соотношение объемов водной и лаковой фаз оказывает существенное влияние при прочих равных условиях на толщину горящего свода получаемых гранул СФП. Уменьшение соотношения способствует диспергированию и получению гранул с тонким горящим сводом, что находит подтверждение на нижеприведенных примерах. При этом диспергирование удается осуществлять без применения ПАВ (динатриевой соли диэтилового эфира N- -децилоксипропил-N-( -карбокси-( -сульфопропионил)аспаргиновой кислоты); снижение вязкости пироксилина способствует сокращению расхода ЭА. Кроме того, применение взамен нитроглицерина пороховой массы или баллиститного пороха состава НБ повышает безопасность производства.

Практическая осуществимость способа и достигаемый технический результат подтверждаются примерами конкретного получения пороха в пределах установленных значений параметров процесса и баллистическими испытаниями образцов, например, в составе строительно-монтажных патронов 6,8×18 и 6,8×11, представленными в таблице.

Получение СФП осуществлялось следующим образом. В промышленный реактор объемного типа, снабженный мешалкой, рубашкой для обогрева, заливается 1,5-3,0 об.ч. воды, вводятся 1 об.ч. пороховой массы (содержание нитроглицерина 25 мас.%) и стабилизатор химической стойкости (дифениламин ДФА, или диэтилдифенилмочевина - централит 1, или диметилдифенилмочевина - централит 11), при температуре 60-65°С дозируется 2,0-3,0 об.ч. ЭА и при перемешивании с частотой 60-90 мин^-1 готовится пороховой лак. Затем вводится 0,5-1,0 мас.% к воде эмульгатора (мездровый клей), лак диспергируется при частоте вращения мешалки 100-120 мин^-1 , частота вращения снижается до 80-90 мин^-1, вводится 0,5-2,5 мас.% к воде сульфата натрия для обезвоживания и при подъеме температуры в реакторе до 92-94°С удаляется ЭА. Полученный порох промывается, рассеивается через сита 0,25-0,45 мм (далее фракция 0,25-0,45 мм), сушится и подвергается поверхностной обработке графитом. Технический углерод не вводится.

Пример 1

В реактор заливается 1,5 об.ч. (750 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм³ - 800 кг) пороховой массы, состоящей из высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 1,0°Э, 25 мас.% (15,6 об.ч.) нитроглицерина и 0,5 мас.% ДФА, температура поднимается до 55°С, дозируется 2,0 об.ч. (1000 л) ЭА и при перемешивании готовится пороховой лак (соотношение объемов воды и лака 0,5). Затем в реактор вводится 1 мас.% к воде мездрового клея и осуществляется диспергирование порохового лака. После диспергирования вводится 0,5 мас.% к воде сульфата натрия и частицы лака подвергаются обезвоживанию. В последующем проводится отгонка ЭА при подъеме температуры в реакторе до 92°С, порох промывается, извлекается фракция 0,25-0,45 мм, сушится и покрывается 0,1 мас.% графита. Полученный СФП имеет геометрические размеры, средние: толщина горящего свода (2e₁) - 0,05 мм, диаметр (d) - 0,38 мм. Значение коэффициента K, равное d/2e ₁, характеризующего прогрессивность формы гранул, составляет 7,2.

Пример 2

В реактор заливается 2,4 об.ч. (1200 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм³ - 800 кг) пороховой массы, состоящей из высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 1,9°Э, 15 мас.% (9,4 об.ч) нитроглицерина и 0,5 мас.% ДФА, температура поднимается до 55°С, дозируется 2,5 об.ч. (1250 л) ЭА и при перемешивании готовится пороховой лак (соотношение объемов воды и лака 0,7). Затем в реактор вводится 1 мас.% к воде мездрового клея и осуществляется диспергирование порохового лака. После диспергирования вводится 1,0 мас.% к воде сульфата натрия и частицы лака подвергаются обезвоживанию. В последующем проводится отгонка ЭА при подъеме температуры в реакторе до 92°С, порох промывается, извлекается фракция 0,25-0,45 мм, сушится и покрывается 0,1 мас.% графита. Полученный СФП имеет геометрические размеры, средние: 2e₁ - 0,11 мм, d - 0,36 мм. Значение коэффициента К составляет 3,3.

Пример 3

В реактор заливается 3,0 об.ч. (1500 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм³ - 800 кг) пороховой массы, состоящей из высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 5°Э, 25 мас.% (15,6 об.ч.) нитроглицерина и 0,5 мас.% ДФА, температура поднимается до 55°С, дозируется 2,8 об.ч. (1400 л) ЭА и при перемешивании готовится пороховой лак (соотношение объемов воды и лака 0,8). Затем в реактор вводится 1 мас.% к воде мездрового клея и осуществляется диспергирование порохового лака. После диспергирования вводится 2,5 мас.% к воде сульфата натрия и частицы лака подвергаются обезвоживанию. В последующем проводится отгонка ЭА при подъеме температуры в реакторе до 92°С, порох промывается, извлекается фракция 0,25-0,45 мм, сушится и покрывается 0,1 мас.% графита. Полученный СФП имеет геометрические размеры, средние: 2е₁ - 0,14 мм, d - 0,32 мм. Значение коэффициента K составляет 2,2.

Пример 4

В реактор заливается 3,8 об.ч. (1900 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм³ - 800 кг) пороховой массы, состоящей из высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 5°Э, 25 мас.% (15,6 об.ч.) нитроглицерина и 0,5 мас.% ДФА, температура поднимается до 55°С, дозируется 3,8 об.ч. (1900 л) ЭА и при перемешивании готовится пороховой лак (соотношение объемов воды и лака 0,95). Затем в реактор вводится 1 мас.% к воде мездрового клея и осуществляется диспергирование порохового лака. После диспергирования вводится 2,5 мас.% к воде сульфата натрия и частицы лака подвергаются обезвоживанию. В последующем проводится отгонка ЭА при подъеме температуры в реакторе до 92°С, порох промывается, извлекается фракция 0,25-0,45 мм, сушится и покрывается 0,1 мас.% графита. Полученный СФП имеет геометрические размеры, средние: 2e ₁ - 0,25 мм, d - 0,28 мм. Значение коэффициента K составляет 1,1, что значительно меньше, чем на примерах 1-3.

Пример 5

В реактор заливается 3,4 об.ч. (1700 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм³ - 800 кг) пороховой массы, состоящей из высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 6°Э, 25 мас.% (15,6 об.ч.) нитроглицерина и 0,5 мас.% ДФА, температура поднимается до 55°С, дозируется 3,2 об.ч. (1600 л) ЭА и при перемешивании готовится пороховой лак (соотношение объемов воды и лака 0,8). Затем в реактор вводится 1 мас.% к воде мездрового клея и осуществляется диспергирование порохового лака. После диспергирования вводится 2,5 мас.% к воде сульфата натрия и частицы лака подвергаются обезвоживанию. В последующем проводится отгонка ЭА при подъеме температуры в реакторе до 92°С, порох промывается, извлекается фракция 0,25-0,45 мм, сушится и покрывается 0,1 мас.% графита. Полученный СФП имеет геометрические размеры, средние: 2e₁ - 0,19 мм, d - 0,30 мм. Значение коэффициента К составляет 1,4, что значительно меньше, чем на примерах 1-3.

Пример 6

В реактор заливается 2,4 об.ч. (1200 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм ³ - 800 кг) пороховой массы, состоящей из высокоазотного пироксилина с условной вязкостью 1,9°Э, 25 мас.% (15,6 об.ч.) нитроглицерина и 0,5 мас.% ДФА, температура поднимается до 55°С, дозируется 2,5 об.ч. (1250 л) ЭА и при перемешивании готовится пороховой лак (соотношение объемов воды и лака 0,7). Затем в реактор вводится 1 мас.% к воде мездрового клея и осуществляется диспергирование порохового лака. После диспергирования вводится 0,4 мас.% к воде сульфата натрия и частицы лака подвергаются обезвоживанию. В последующем проводится отгонка ЭА при подъеме температуры в реакторе до 92°С, порох промывается, извлекается фракция 0,25-0,45 мм, сушится и покрывается 0,1 мас.% графита. Полученный СФП имеет геометрические размеры, средние: 2e ₁ - 0,12 мм, d - 0,35 мм. Значение коэффициента К составляет 2,3, что в целом меньше, чем на примерах 1-3.

Как следует из представленных данных, проведение процесса по установленным параметрам (примеры 1-3) дает возможность осуществлять получение тонкосводного пороха с толщиной горящего свода 0,05 0,14 мм при диаметре 0,32 0,38 мм (пп.2.1, 2.2 табл.). При этом значения К составляют 2,2 7,2. Благодаря этому и высокой насыпной плотности (п.24) образцы пороха по баллистическим характеристикам соответствуют предъявляемым требованиям (пп.3, 4 табл.).

В плане повышения технологичности расход растворителя ЭА по сравнению с прототипом снижается в среднем в 1,9 раза (п.1.4 табл.; например, прототип - М_{ЭА CP.}=2,85 л/кг·1,6 кг/дм³ =4,56; предлагаемый - М_{ЭА СР.}=2,4, где 1,6 кг/дм ³ - плотность пороховой массы) и, соответственно, сокращается продолжительность удаления ЭА (п.1.8 табл.). Способ реализуется без ввода дополнительно ПАВ и технического углерода. Диспергирование порохового лака по сравнению с прототипом осуществляется при меньшей частоте вращения мешалки (п.1.7 табл.), обусловленное использованием в пороховой массе пироксилина с меньшей вязкостью. Предложенный уровень вязкости пироксилина дает возможность обеспечить необходимую толщину горящего свода гранул пороха. Пироксилин 1Пл в составе пороховой массы не использовался (не производится).

Введение в систему сульфата натрия более 2,5 мас.% нецелесообразно, т.к. эффекта дальнейшего роста собственно плотности гранул и, как следствие, насыпной плотности пороха не наблюдается.

Согласно примеру 4 увеличение объемного соотношения между водной и лаковой фазами в реакторе более 0,8 (увеличение количества воды) приводит к росту толщины горящего свода получаемого СФП, уменьшению значения К и в итоге - неудовлетворительным результатам образца в патронах 6,8×18 и 6,8×11 по показателю энергоотдача (пп.3.2, 4.2 табл.).

Снижение объемного соотношения между водной и лаковой фазами менее 0,5 приводит к обращению фаз в системе и, соответственно, невозможности получения гранул. Это имеет место даже при содержании мездрового клея более 1,0 мас.% к воде.

На примере 5, отличающемся большим вводом ЭА, наблюдаются невысокий уровень насыпной плотности образца (п.2.4 табл.), смещение размера основной фракции в сторону увеличения доли мелкой фракции и снижение выхода годной фракции. Это не дает возможности обеспечить необходимый уровень массы заряда в составе патронов 6,8×18 и 6,8×11 (пп.3.1 и 4.1 табл.) и соответственно достижения требуемой энергоотдачи (пп.3.2 и 4.2 табл.). Одновременно наблюдается большая по сравнению с примерами 1-3 продолжительность отгонки (п.1.9 табл. - 190 мин), т.е. расход ЭА и продолжительность отгонки повышаются. При меньшей дозировке ЭА (модуль менее 2) пороховой лак не диспергируется до требуемых размеров частиц.

При вводе сульфата натрия менее 0,5 мас.% и содержании нитроглицерина в пороховой массе менее 15 мас.% (пример 6) не обеспечиваются достаточная насыпная плотность (п.2.4 табл. - 0,900 кг/дм³), масса заряда (п.3.1 табл. - предельная масса 0,33 г) и соответственно энергоотдача в патронах (пп.3.2 и 4.2 табл. - 7,0 и 3,9 мм). Образец получаемого пороха не обеспечивает выполнения баллистических характеристик в составе патронов.

Содержание нитроглицерина более 25 мас.% (15,6 об.ч.) нецелесообразно, так как установленный его уровень обеспечивает требуемые характеристики патронов; при содержании нитроглицерина менее 15 мас.% (9,4 об.ч) не достигаются показатели сферического пороха в патронах по энергоотдаче.

Ввод нитроглицерина осуществляется в виде пороховой массы или нитроглицеринового баллиститного пороха состава НБ, повышая безопасность процесса изготовления сферического пороха.

Примеры конкретного выполнения способа получения пороха
Наименование параметра процесса, показателя пороха и патрона с порохом	Значение параметра, показателя пороха и патрона с порохом
пример 1	пример 2	пример 3	пример 4	пример 5	пример 6	прототип	требова-ния НД
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Технологические параметры
1.1. Загрузка реактора пороховой массой, об.ч. (дм3 )	1 (500)	1 (500)	1 (500)	1 (500)	1 (500)	1 (500)	1 -
1.2. Вязкость пироксилина 1Пл, °Э	1,0	1,9	4,0	4,0	5,0	1,9	5-12
1.3. Модуль об. по воде (объем, л)	1,5 (750)	2,4 (1200)	3,0 (1500)	3,8 (1900)	3,4 (1700)	2,4 (1200)	1,7-4,0
1.4. Модуль об. по ЭА (объем, л)	2 (1000)	2,5 (1250)	2,8 (1400)	3,0 (1500)	3,2 (1600)	2,5 (1250)	0,8-5,0
1.5. Отношение объемов водной и
лаковой фаз	0,5	0,7	0,8	0,95	0,8	0,7	0,75-1,07
1.6. Ввод мездрового клея, мас.%	1,0	0,8	0,5	1,0	1,0	1,0	0,8-5,0
1.7. Частота вращения, мин-1	120	120	120	120	120	120	190
1.8. Ввод Na2SO4, мас.% к воде	0,5	0,7	2,5	2,5	2,5	0,4	0,5-2,5
1.9. Продолжительность отгонки, мин	120	150	170	170	190	150	-
1.10. Ввод ПАВ, мас.% к воде	-	-	-	-	-	-	0,1-0,2
1.11. Ввод техн. углерода, мас.%	-	-	-	-	-	-	0,1-0,2
2. Физико-химические показатели
2.1. 2e1, мм	0,05	0,11	0,14	0,25	0,19	0,12	0,05-0,20
2.2. d, мм	0,38	0,36	0,32	0,28	0,27	0,35	0,30
2.3. K=(d/2e1)	7,2	3,3	2,2	1,1	1,4	2,3	1,5-6
2.4. Плотность насыпная, кг/дм3	0,998	0,994	1,040	0,990	0,992	0,900	0,9-1,1
3. Характеристики в патроне 6,8×18
3.1. Масса заряда, г:
- рабочая	0,34	0,35	0,37	0,37	0,37	-		-
- предельная	0,37	0,37	0,38	0,37	0,37	0,33		-
3.2. Энергоотдача, мм	7,6	7,8	7,3	7,0	7,0	-		7,2-7,9
3.3. Рмакс.ср. , кгс/см2	1910	1934	2009	1974	2008	-		2200, не более
4. Характеристики в патроне 6,8×11
4.1. Масса заряда, г:
- рабочая	0,16	0,17	0,19	0,19	0,19	-
- предельная	0,19	0,19	0,20	0,19	0,19	0,17
4.2. Энергоотдача, мм	5,0	4,8	4,3	3,8	3,9	-		4,3- 5,2
4.3. Рмакс.ср. , кгс/см2	1968	1972	1905	1822	1880	-		2000,
								не более
Примечания: 1. Объем реактора 6500 л; загрузка реактора 800 кг, т.е. 500 дм3 - постоянная на всех примерах;
2. Расчет соотношения по п.1.5 производился по формуле М В/(1+МЭА), где МВ - модуль об. по воде, МЭА - модуль об. по ЭА;
3. Модуль определяется как отношение объема воды (этилацетата) к объему пороховой массы; плотность последней 1,6 кг/дм3 ;
4. Фракционный состав высушенного пороха 0,2-0,4 мм (после мокрой сортировки 0,25-0,45 мм);
5. Предельная масса заряда (вместимость) определена как произведение значений насыпной плотности пороха и полезного объема гильзы; для патрона 6,8×18 полезный объем гильзы 0,37 см3 , для патрона 6,8×11 - 0,19 см3;
6. Энергоотдача выражена через среднюю глубину отпечатка от удара поршня по преграде из стали 10;
7. Рмакс. ср. - максимальное среднее давление пороховых газов (оценено в баллистической группе из 10 выстрелов).

Источники информации

1. Патент № 1727375, РФ. С06В 21/00. Эмульсионный способ получения пороха для патронов к охотничьему патрону. Заявка № 4804112 от 19.03.90 г.

2. Патент № 2280635, РФ. С06В 21/00. Способ получения сферического пороха для 9-мм патрона. Заявка № 2004116283 от 28.05.04 г.