СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА
METHOD FOR PRODUCTION OF SPHERICAL POWDER

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия и малокалиберной артиллерии.
Известны способы получения сферических порохов, заключающиеся в получении порохового лака в водной среде в присутствии растворителя (например, этилацетата), диспергировании его на сферические частицы заданного размера при действии эмульгатора (мездрового клея, желатина или других ПАВ), обезвоживании диспергированных частиц (при получении плотных гранул) с последующей отгонкой растворителя [1-3]. Полученные по данному способу пороха являются высоко- и среднедисперсными (фракция не более 0,7-0,8 мм) и не обеспечивают баллистические характеристики метательных зарядов малокалиберной артиллерии.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ получения СФП [4], включающий приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами (ВТО) совместно с дифениламином, водной суспензией технического углерода и этилацетатом (ЭА), диспергирование лака на сферические частицы и удаление этилацетата при нагревании смеси до 92-94°С, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности за счет снижения интенсивности газообразования пороха в начальный период его сгорания, концентрация суспензии составляет 1 мас.ч. сажи на 8-10 мас.ч. воды, а первоначальное удаление этилацетата в количестве 70-75% ведут со скоростью 0,4-1,2 л/с на кубический метр смеси.
3
Полученный таким образом порох имеет плотность 0,7-0,85 г/см и фракционный состав не более 0,7-0,8 мм. Недостатком способа является невозможность получения крупнозерненого плотного пороха с диаметром гранул 1,0-3,0 мм, обеспечивающего баллистические характеристики, например, в охотничьем патроне «Магнум» с массой дробового снаряда до 50 г.
Задачей изобретения является получение плотного пороха с диаметром гранулы 1,0-3,0 мм, обеспечивающего баллистические характеристики в охотничьем дробовом патроне «Магнум».
Технический результат достигается тем, что в способе получения сферического пороха, включающем приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде этилацетата и пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами, диспергирование порохового лака на сферические частицы, приготовление лака ведут с использованием пироксилина с вязкостью не более 4°Э и этилацетата в количестве 1,8-2,5 мас.ч. по отношению к 1 мас.ч. пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами при температуре 68°С, в приготовленный пороховой лак вводят эмульгатор, после диспергирования порохового лака на сферические частицы вводят 50 мас.% сернокислого натрия от общего количества, составляющего 2,5-6,0 мас.% по отношению к воде, перемешивают 10-15 минут, нагревают до температуры 75°С, удаляют отгонкой 15 об.% этилацетата от общего его количества, вводят оставшиеся 50 мас.% сернокислого натрия от общего его количества и удаляют отгонкой оставшееся количество этилацетата.
Управление размером сферических частиц, в частности достижение диаметра до 3 мм в рамках штатного дистрибутивного процесса является новой и достаточно сложной задачей. Получение плотной крупной гранулы по сравнению с пористой осложняется ввиду многофакторного воздействия сернокислого натрия, вводимого в качестве обезвоживателя после операции диспергирования. Ввод соли вызывает не только снижение вязкости диспергированных частиц, но и при определенных режимах формирования может произойти или потеря размеров и формы частиц, или их коагуляция. Эти эффекты объясняются тем, что при вводе соли в систему ЭА-вода растворимость ЭА в воде снижается с 4,7 до 2,8% (при температуре 65°С) при увеличении концентрации сернокислого натрия с 2,0 до 6,0%. Выделившийся в отдельную фазу ЭА поступает на поверхность сформированных дисперсных частиц, вызывая разрушение пограничного слоя капель лака, падение их тиксотропности и агрегативной устойчивости. Этот момент залпового выброса ЭА на поверхность лаковых частиц при одноразовом вводе большого количества обезвоживателя (2,5-6,0 мас.%) становится определяющим при получении крупнозерненого СФП. Снижение же количества вводимого обезвоживателя менее 2,5 мас.% ведет к увеличению пористости СФП. Поэтому, чтобы исключить разрушение капель, ввод соли необходимо осуществлять в 2 приема: 50% соли от общего количества до начала отгонки ЭА, при перемешивании в течение 10-15 минут, т.к. снижение времени менее 10 минут приводит к получению пористого продукта, 50% - после отгонки 15 об.% ЭА. Получение плотных гранул обеспечивается для фракции 1,0…1,5 мм при концентрации соли 2,5…3,0% и для фракции 1,5…3,0 мм - 3,0…4,0%. Ввод соли согласуется с программой отгонки ЭА. Увеличение кратности дозировки сернокислого натрия более 2% не дает необходимого эффекта, так как при большем количестве отогнанного ЭА начинается отверждение эмульгированной частицы, что снижает эффект осмоса.
Для получения крупных плотных гранул необходимо использовать пироксилин с минимальной условной вязкостью не более 4°Э, так как равнозначные по объему лаковые частицы в этом случае содержат максимальную массу сухого остатка. Нижний предел вязкости пироксилина ограничен способом получения и практически не бывает ниже 0,5°Э.
Снижение модуля по ЭА менее 1,8 по отношению к пироксилину или его смеси с ВТО приводит к увеличению вязкости порохового лака, при которой невозможно качественное проведение операции диспергирования, т.е. или отсутствует требуемая форма пороховых элементов, или образование дисперсии из-за высокого адгезионного взаимодействия в лаковой фазе. Увеличение модуля более 2,5 приводит к образованию низковязкого лака и к неустойчивости крупных каплей эмульсии, в результате чего они подвергаются последующему диспергированию.
В таблице приведены примеры выполнения способа получения пороха по штатному варианту, в пределах граничных условий и за их пределами.
Таблица 1
Технологические параметры осуществления способа
Наименование показателя
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Прототип
Вязкость пироксилина, °Э
0,5
2
4
0,5
5
6
Модуль по ЭА
1,8
2,0
2,5
1,5
3,0
3,5
Кратность ввода Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
2
2
2
1
3
-
Дозировка Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, мас.% к воде:- первичная (после диспергирования),
2,0
1,5
1,25
2,0
7,0
-
- вторичная (после отгонки 15%ЭА)
2,0
1,5
1,25
-
-
-
Перемешивание с Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> до отгонки растворителя, мин
10-15
10-15
10-15
10-15
10-15
10-15
Первый этап отгонки ЭА, °С
75
75
75
75
75
75
Второй этап отгонки ЭА, °С
94-96
94-96
94-96
94-96
94-96
94-96
Характеристики пороха
Диаметр зерна (D<sub>3</sub>), мм
2,5-3,0
1,5-2,5
1,0-1,5
0,7
0,4-0,5
0,4-0,6
Плотность, г/см<sup>3</sup>
1,58
1,59
1,60
1,43
1,60
1,40
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
0,94
0,95
0,97
0,83
0,97
0,80
Баллистические характеристики в охотничьем патроне «Магнум» с массой дробового снаряда 50 г
Масса метательного заряда, г
2,90
2,89
2,87
2,70
2,54
2,60
Скорость дробового снаряда, V<sub>10</sub>, м/с
326
327
325
321
319
321
Среднее максимальное давление пороховых газов, МПа
64,9
65,2
63,4
90,7
91,2
94,3
Требования ТУ к патрону «Магнум» с длиной гильзы 76 мм: скорость дробового снаряда не менее 315 м/с, среднее максимальное давление пороховых газов не более 90,0 МПа
Пример 1. В реактор объемного типа, снабженный мешалкой и рубашкой для обогрева, заливается 12 л воды, загружается 3 кг пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами и 5,4 л этилацетата. Смесь нагревается до 68°С и перемешивается 15 минут. Затем загружается 0,09 кг эмульгатора и проводится диспергирование, по окончании которого вводится 0,06 кг (2%) сернокислого натрия, и эмульсия перемешивается 10-15 минут. Температура поднимается до 75°С и осуществляется отгонка 15% ЭА, затем дополнительно загружается 0,06 кг (2%) сернокислого натрия и отгоняется остаточное количество ЭА (температура поднимается до 94-96°С). В дальнейшем порох промывается, фракционируется, графитуется и сушится.
Остальные образцы изготавливаются аналогично.
3
Из данных таблицы видно, что СФП, изготовленные по заявленным режимам, имеют диаметр зерна 1,0-3,0 мм при насыпной плотности 0,94-0,97 г/см, что обеспечивает баллистические характеристики в охотничьем патроне «Магнум». Изготовление пороха за пределами граничных условий приводит к получению мелкодисперсных и пористых гранул, которые сгорают более дегрессивно, что вызывает повышение давления пороховых газов выше указанных норм (пример 4,5 таблица 1).
3
Таким образом, разработанные режимы изготовления СФП обеспечивают получение по водно-дисперсионной технологии плотных крупных гранул с диаметром зерна 1,0-3,0 мм и насыпной плотностью не менее 0,94 г/см.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США №3824108, 1974, Кл. С08В 21/12.
2. Авт. Св. СССР №1727375, МКИ С06В 21/00.
3. Патент США №2915519, 1959, Кл. С08В 21/12.
4. Патент РФ №1806462, МКИ С06В 21/00 (прототип).