БЛОЧНЫЙ МЕТАТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
MODULAR THROWING CHARGE (VERSIONS) AND METHOD OF ITS FABRICATION

Настоящее изобретение касается области производства блочных метательных зарядов, применяемых в безгильзовых и гильзовых зарядах (патронах) к ствольным системам, в частности, для спортивного, охотничьего гладкоствольного и нарезного оружия и других артиллерийских систем, а также в целом для боеприпасов, содержащих нитроцеллюлозные (пироксилиновые и баллиститные) пороховые заряды.
Имеется патент №3485901 (США), кл. 264-3, (CO6B 21/02), заявл. 04.01.1968, опубл. 23.12.1969, на способ получения блочного (безгильзового) заряда из гранул нитратов целлюлозы (НЦ), с нанесенным на их поверхности покрытием из органических полимеров (акрилатов, полистирола, поливинилбутираля и меламинформальдегида). Данное покрытие наносится напылением раствора полимера в легколетучем растворителе на гранулы НЦ и далее из обработанных гранул НЦ прессуют безгильзовые блочные заряды с последующей термической полимеризацией покрытия частиц НЦ. Основными недостатками данного технического решения по данному патенту являются образование гранул НЦ, ввод инертных материалов покрытия, использование органических растворителей, трудность их удаления из полученного заряда, длительность полимеризации материала оболочки гранул, низкая калорийность и повышенная пожаро- и взрывоопасность производства и др.
В патенте №3723203 (США), кл. 149-19 (CO6B 1/00), заявл. 02.09.69, опубл. 27.03.73 приводится способ получения зарядов для безгильзовых боеприпасов (для ствольного оружия). Получаемый по этому патенту заряд, например, к 7,62 мм патрону имеет состав (мас.%): 95…99 - гранулированный бездымный (пироксилиновый) порох, 0,8…5,0 - полимерное горюче-связующее (сополимер этилена с олефинами и др. соединениями), 0…1,0 - пластификатор. Недостатки: необходимость грануляции НЦ, наличие органических растворителей, низкая калорийность, высокая пожаро- и взрывоопасность процесса изготовления зарядов (прессование при повышенной температуре - 145°C).
Имеется также другой патент №2382019 (РФ), МПК CO6B 21/00 и CO6B 25/00 от 30.05.2008., опубл. 20.02.2010, касающийся состава (варианты) и способа изготовления блочного метательного пористого заряда на основе непластифицированных волокон НЦ, водорастворимого полимера (синтетического или природного происхождения) и активного наполнителя. Блочный метательный заряд по данному патенту по компонентному составу и способу изготовления наиболее близок к предлагаемому изобретению и поэтому нами был выбран в качестве прототипа.
Согласно прототипу состав заряда включает непластифицированные волокна НЦ (преимущественно высокоэтероифицированные нитраты целлюлозы - высокоазотные пироксилины: пироксилин №1, пироксилины BAI, BAII и др.), водорастворимый полимер синтетического или природного происхождения, например, поливиниловый спирт (ПВС) горячего растворения, в количестве до 25 мас.% (вариант 1), или с дополнительным вводом в вышеуказанный состав активного наполнителя (до 70…80 мас.%) - бризантных взрывчатых веществ, зерненных и/или измельченных пироксилиновых, баллистических и сферических порохов и/или отходы производств этих порохов (вариант 2). Способ изготовления блочного метательного пористого заряда по прототипу включает по варианту 1 - приготовление водного раствора полимера (на примере ПВС) и водновлажных непластифицированных волокон НЦ (на примере пироксилина №1), смешение этих компонентов в смесителе, гомогенизацию и гранулирование смешанной массы в грануляторе, формование из полученных гранул прессованием пористых блочных зарядов и сушку их и по варианту 2 - приготовление смеси компонентов путем смешения в смесителе водновлажных непластифицированных волокон НЦ (на примере пироксилина №1), активного наполнителя (на примерах пороховой крошки и октогена) и водного раствора полимера (на примере ПВС), гомогенизацию и гранулирование смешанной массы в грануляторе, формование из полученных гранул (с содержанием влаги 15…25 мас.%) пористых блочных зарядов и удаление остаточной влаги из блоков сушкой при температуре 50°C.
Однако приведенные выше составы блочных зарядов и способ их изготовления (прототип) имеют целый ряд существенных недостатков, основными из которых являются:
1. Относительно низкая калорийность составов зарядов: 692…1081 ккал/кг (2895…4525 кДж/кг).
2. Использование в составах значительного количества инертного полимерного связующего (до 25 мас.%) резко ограничивает возможность ввода в состав максимального количества активных составляющих (активного наполнителя, НЦ и других добавок), что уменьшает энергетику составов блочных зарядов и ухудшает тем самым их баллистические характеристики.
3. Приготовление пресс-массы смешением компонентов осуществляется при общей водной влажности 80…95 мас.%, т.е. почти в водной среде (за счет использования НЦ с водной влажностью 95…100 мас.%), что не является технически оправданным, так как равномерного распределения полимерного связующего по объему при таком варианте также не происходит: связующее в присутствии избытка воды наносится на поверхность волокон НЦ и частиц наполнителя (по варианту 2) неравномерно, оно в основном остается в водной среде. Кроме того, полужидкое смешение компонентов, с другой стороны, потребует дополнительных материальных затрат и времени на последующую сушку массы (снижение влажности полученной массы с 80…95 мас.% до 15…25 мас.% - перед формованием изделий прессованием).
4. При формовании блочных зарядов используется только гранулированная в грануляторе пресс-масса.
5. Проведение гомогенизации и грануляции пресс-массы в грануляторе при очень низкой ее влажности (15…25 мас.%) не обеспечивает в процессе формования получение качественных блочных изделий: из-за малого содержания влаги поступающие из гранулятора гранулы сильно крошатся с образованием пыльной фракции и разрушаются, а изготовленные на их основе блоки имеют малую механическую прочность и другие пониженные физико-химические показатели.
6. Готовые блочные заряды, из-за высокой пористости структуры, обладают обычно повышенной гигроскопичностью и поэтому при хранении они подвержены сильному увлажнению и снижению качественных показателей, поэтому готовые изделия должны быть защищены от влияния влаги в процессе эксплуатации специальным покрытием, которое одновременно обеспечивало бы и не ухудшало качественные, эксплуатационные и другие свойства блочных зарядов.
7. При изготовлении более крупных блочных зарядов (с толщиной горящего свода 15…50 мм и более) действие поливинилового спирта (ПВС) как стабилизатора химической стойкости недостаточно и поэтому его отсутствие в рецептурах блочных зарядов сказывается в последующем на значительном сокращении продолжительности их гарантийного срока хранения (ГСХ), т.е. в ухудшении эксплуатационных характеристик изделий.
8. Обычная низкотемпературная (+50°C) сушка зарядов не обеспечивает качественного и быстрого удаления из них остаточной влаги, в особенности, для зарядов с толщиной горящего свода более 15 мм, даже при значительной продолжительности процесса сушки (12 ч и более).
9. Проведение грануляции пресс-массы и прессования блочных изделий, осуществляемые при низкой общей влажности пресс-массы (15…25 мас.%), являются опасными операциями и могут сопровождаться вспышкой и взрывами.
Технической задачей данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно создание блочных метательных зарядов с улучшенными рецептурными составами, имеющих повышенные энергетические, баллистические и эксплуатационные характеристики, а также способа его изготовления, обладающего высокой технологичностью и обеспечивающего качественное изготовление блочных зарядов различных диаметров.
Технический результат достигается в составах блочного метательного заряда двух вариантов. По варианту 1 блочный заряд содержит непластифицированные волокна нитратов целлюлозы, водорастворимый полимер (синтетического или природного происхождения) в качестве полимерного связующего и дополнительно вводимые в состав как стабилизатор химической стойкости - дифениламин (ДФА) и как высокоэнергетическая добавка - энергонасыщенную массу (на основе нитроглицерина и высокоэтерифицированных нитратов целлюлозы).
При этом по варианту 1 блочный метательный заряд имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: водорастворимый полимер 4,0…6,5, энергонасыщенная масса 0…30, дифениламин 1,0…2,0 и непластифицированные волокна нитратов целлюлозы - остальное, причем сама энергонасыщенная масса имеет следующий состав, мас.%: нитроглицерин 27…32, централит II (диметилдифенилмочевина) и дифениламин, как стабилизаторы химической стойкости, соответственно в количестве 0,4…0,5 и 0,5…0,6, высокоэтерифицированные нитраты целлюлозы (например, пироксилин №1) - остальное. Масса имеет водную влажность 30…45 мас.%.
По варианту 2 состав блочного метательного заряда, кроме непластифицированных волокон НЦ, водорастворимого полимера (синтетического или природного происхождения, например, поливинилового спирта горячего растворения) и активного наполнителя из мелкозерненых (неизмельченных) пироксилиновых порохов, и/или пороховой крошки на основе измельченных пироксилиновых, баллиститных и сферических порохов и/или промышленных бризантных взрывчатых веществ, дополнительно включает также дифениламин, как стабилизатор химической стойкости и вышеуказанную энергонасыщенную массу, причем блочный заряд имеет следующий состав, мас.%: водорастворимый полимер 4,0…6,5, активный наполнитель 5…57, дифениламин 1,0…1,5, энергонасыщенная масса вышеуказанного состава 0…30 и непластифицированные волокна НЦ - остальное.
При этом указанное содержание полимерного связующего в составах (обоих вариантов) блочных зарядов является необходимым и достаточным для обеспечения прочного сцепления волокон НЦ как между собой, так и с частицами активного наполнителя и получения качественных блочных изделий различной плотности (пористости). Кроме того, значительное снижение в составах содержания инертного полимерного связующего (с 25 мас.% до 4,0…6,5 мас.%) позволяет увеличить взамен содержание других, энергетически более активных компонентов (нитратов целлюлозы и активного наполнителя), обеспечивая тем самым повышенные энергетические и баллистические свойства получаемых блочных зарядов.
С другой стороны, ввод в составы метательных зарядов в качестве стабилизатора химической стойкости дифениламина обуславливается как общим снижением в составах количества водорастворимого полимера, уменьшением его стабилизирующего действия на нитраты целлюлозы и необходимостью значительного увеличения ГСХ блочных зарядов, т.е. увеличения их эксплуатационных свойств. В то же время, дополнительное использование в составах в количестве до 30 мас.% энергонасыщенной массы на основе смеси нитроглицерина, пироксилина №1 и стабилизаторов химической стойкости - дифениламина и централита II (диметилдифенилмочевины) обеспечивает значительное повышение энергетики блочной композиции и позволяет регулировать энергетические характеристики заряда и скорости его горения (скорости газообразования) в широких пределах, обеспечивая тем самым высокую баллистическую эффективность.
При изготовлении зарядов (по обоим вариантам) водорастворимый полимер (ПВС горячего растворения, например, марки 16/1) вводят в смеситель в процессе смешения компонентов в виде разбавленного водного раствора концентрации 4,5…6,5 мас.%, а дифениламин используют в процессе смешения в виде его концентрированного раствора в этиловом спирте (20…30 мас.%).
Применение в составах водорастворимого полимера в качестве связующего с оптимальным содержанием и в виде достаточно разбавленного водного раствора позволяет жидкому полимеру при смешении компонентов глубоко проникнуть вовнутрь капилляров волокон НЦ с полным обволакиванием их и частиц активного наполнителя, обеспечивая при этом прочное сцепление компонентов и получение в целом монолитных и прочных блочных зарядов широкого диапазона диаметров (от 5 до 50 мм и более). Кроме того, с целью минимизации использования в составах зарядов органических растворителей (этилового спирта) раствор ДФА в спирте готовят и вводят в смеситель с повышенной (20…30 мас.%) концентрацией.
Приготовление энергонасыщенной массы производят отдельно в смесителе путем дозирования (при непрерывном перемешивании) в навеску высокоэтерифицированных НЦ (водной влажностью 95…125 мас.%) предварительно приготовленных гомогенизацией смесей дифениламина и централита II (диметилдифенилмочевины) с нитроглицерином. Гомогенизацию их производят в смесителе при длительном перемешивании (из-за высокой чувствительности нитроглицерина к ударному воздействию перемешивание осуществляется на тихих оборотах) получаемой массы при температуре 35…45°C в течение не менее 3 ч, причем незадолго до завершения мешки (за 1 час) в рубашку смесителя подают для нагрева теплоноситель с температурой 35-50°C и при открытой крышке смесителя влажность перемешиваемой массы доводят до значений 30…45 мас.% и с такой влажностью ее используют при изготовлении блочных изделий. Получается волокнистая пресс-масса на основе нитратов целлюлозы, находящихся в полупластифицированном состоянии.
Окончательное приготовление пресс-массы в смесителе осуществляют при общей (водноспиртовой) влажности массы 40…60 мас.% с последующим снижением значений влажности смешанной пресс-массы до 30…45 мас.% путем извлечения и подсушивания (провяливания) ее в помещении, нагретым до 25…40°C воздухом в течение не менее 1,5 ч, с одновременным принудительным отводом из зоны сушки отработанного воздуха. Применительно к варианту грануляции снижение влажности окончательно смешанной пресс-массы (без предварительного подсушивания) осуществляют в процессе грануляции с одновременным отводом избытка жидкой фазы из гранулятора и получением гранул (гранулята) влажностью 30…45 мас.%.
3
3
3
При этом по предлагаемому способу формование блочных зарядов (по обоим вариантам составов) производят или непосредственно из приготовленной (подсушенной до влажности 30…45 мас.%) пресс-массы или из полученного гранулята, имеющих одинаковую исходную влажность (30…45 мас.%), путем прессования их при удельном давлении в пределах 0,08…25 МПа и выдержке при выбранном значении давления не менее 1,5 мин и с одновременным отводом из пресс-формы избытка жидкой фазы. Такие значения удельного давления прессования обеспечивает получение как низкоплотных (600…900 кг/м), так и среднеплотных (900…1250 кг/м) блочных зарядов, причем для изготовления высокоплотных (1250-1500 кг/м) зарядов присущи более высокие значения удельного давления прессования (25-50 МПа) и низкая пористость (менее 25%), что приближает их по параметрам к обычным пироксилиновым порохам и представляет поэтому наименьший интерес.
При этом пресс-масса, содержащая в своем составе энергонасыщенную (нитроглицериновую) массу, из-за опасности возгорания, не гранулируется и после подсушивания (провяливания) подается непосредственно на формование.
Отвод при прессовании блоков избытка жидкой фазы из пресс-формы (т.е. обеспечение прессования умеренно влажным способом) и определенная выдержка под давлением (не менее 1,5 мин) при прессовании способствуют в целом максимальному удалению из зарядов жидкой фазы и их качественному и безопасному формованию, причем отвод жидкой фазы осуществляется за счет специальной конструкции пресс-формы. При этом, за счет однообразия характеристик сырья и выбранных режимов формования зарядов обеспечивается возможность регулирования в них пористости, плотности, влагосодержания и других свойств для получения изделий с идентичными составами и характеристиками.
Последующее, окончательное удаление водноспиртовой влаги из полученных блочных зарядов до требуемых норм осуществляют в две стадии: на первой - производят предварительную их подсушку при атмосферном давлении, в помещении при температуре воздуха 20…30°C в течение не менее 3 ч и затем - проводят их окончательную сушку до постоянной массы при температуре 70…85°C и вакууме (при остаточном давлении не более 100 мм рт.ст.) в течение не менее 2 ч. Такое двухстадийное удаление водноспиртовой влаги из полученных блочных зарядов, в отличие от прототипа (одноступенчатая сушка при +50°C не менее 10…15 ч), позволяет за 5…6 ч гарантированно достичь остаточного содержания водноспиртовой влаги в зарядах в пределах 1,30…1,75 мас.%.
Известно, что материал получаемых блочных зарядов имеет пористо-волокнистую структуру и вследствие этого обладает значительной гигроскопичностью. Поэтому для уменьшения отрицательного воздействия этого фактора высушенные блочные заряды, в особенности, крупных размеров (диаметром 15-50 мм и более), покрывают защитным слоем из энергетически активного материала, который наносится из раствора высокоэтерифицированных нитратов целлюлозы (например, пироксилина №1) в органических растворителях, например ацетоне, с концентрацией нитратов целлюлозы в растворе не менее 3 мас.%, путем погружения изделий в раствор и выдержки в нем не менее 3 с. Последующее подсушивание обработанных изделий в помещении нагретым до 25…40°C воздухом в течение не менее 2 ч и с одновременным (принудительным) отводом отработанного воздуха обеспечивает в итоге получение высокоэнергетических и малогигроскопичных блочных зарядов.
Основными отличительными признаками блочного метательного заряда и способа его изготовления от прототипа являются:
1. Низкое содержание в составах блочных зарядов водорастворимого полимерного связующего (4,0…6,5 мас.%), а по прототипу - до 25 мас.%.
2. Использование в составах зарядов дополнительно в количестве от 1,0 до 2,0 мас.% стабилизатора химической стойкости - дифениламина с вводом его в составы в виде концентрированного (20…30 мас.%) раствора в этиловом спирте.
3. Применение в составах блочного заряда дополнительно до 30 мас.%, в качестве энергетической добавки, энергонасыщенной массы на основе смеси нитроглицерина, пироксилина №1, дифениламина и централита II.
4. Приготовление в смесителе пресс-массы умеренно низкой влажности (40…60 мас.%); по прототипу - максимальная водная влажность (80…95 мас.%).
5. Последующее снижение влажности приготовленной в смесителе пресс-массы до 30…45 мас.% путем подсушивания ее при атмосферном давлении, в помещении нагретым до 25…40°C воздухом в течение не менее 1,5 ч, с одновременным принудительным отводом отработанного воздуха.
6. Изготовление гранулята в грануляторе производится из смешанной в смесителе пресс-массы влажностью 40…60 мас.%, с отводом из гранулятора избытка жидкой фазы и получением гранул влажностью 30…45 мас.%; по прототипу гранулы получаются влажностью 15…25 мас.% и без отвода жидкой фазы.
7. Осуществление процесса качественного и безопасного формования блочных зарядов прессованием как из непосредственно смешанной и провяленной пресс-массы, так и из полученного гранулята, при удельном давлении в пределах 0,08…25 МПа и выдержке при выбранном значении давления не менее 1,5 мин и с одновременным отводом из пресс-формы избытка жидкой фазы; по прототипу - происходит опасное, почти «сухое» формование блоков из гранулята с очень низкой влажностью (15…25 мас.%), без выдержки под давлением и без отвода жидкой фазы.
8. Сокращенное двухстадийное удаление водноспиртовой влаги из полученных блочных зарядов (предварительное подсушивание воздушным провяливанием изделий при 20…30°C не менее 3 ч и окончательная сушка при 70…85°C при остаточном давлении не более 100 мм рт.ст. в течение не менее 2 ч), по прототипу - длительная (12 ч и более) одноступенчатая сушка до постоянной массы при 50°C.
9. Покрытие высушенных блочных изделий защитным слоем из энергетически активного материала, наносимого из раствора высокоэтерифицированных (высокоазотных) НЦ (например, пироксилина №1) в органических растворителях, значительно снижает гигроскопичность заряда, а по прототипу таковое отсутствует.
Приведенные выше существенные отличительные признаки данного изобретения обеспечивают в совокупности получение положительного технического результата.
В соответствии с данным изобретением изготовление блочного метательного заряда производится следующим образом:
Для приготовления пресс-массы используют высокоазотные нитраты целлюлозы (например, пироксилин №1) с влажностью 25-35 мас.%, ДФА в виде 20-30 мас.% -ного раствора в этиловом спирте и разбавленный (4,5-6,5 мас.%) водный раствор (водорастворимого) полимерного связующего - поливинилового спирта (ПВС) горячего расстворения (80-90°C). Кроме используемых в прототипе (состав XII) и в составах по варианту 2 данного изобретения активных наполнителей (промышленных бризантных взрывчатых веществ, пороховой крошки на основе измельченных пироксилиновых, баллистических и сферических порохов и неизмельченных мелкозерненых пироксилиновых порохов) с размером частиц не более 0,4 мм, в составах обоих вариантов может содержаться также энергонасыщенная масса (на основе нитроглицерина, пироксилина №1, дифениламина и централита II) в количестве от 0 (полное отсутствие) до 30 мас.% (максимальное содержание), при большем ее содержании появляется опасность возгорания.
С целью получения пресс-массы определенной влажности (в пределах 40…60 мас.%), смешиваемая масса для некоторых составов может быть дополнительно увлажнена соответствующим количеством воды.
Общая влажность смешиваемой пресс-массы равняется 40…60 мас.%, после завершения смешения значение ее влажности снижают до 30-45 мас.% путем подсушивания (провяливания) ее на воздухе по соответствующим режимам или путем ее обработки на последующей операции грануляции.
На формование пресс-массу подают в виде предварительно подсушенной (провяленной) волокнистой или гранулированной формы, имеющих одинаковую конечную влажность (30…45 мас.%). Причем снижение влажности пресс-массы с 40…60 мас.% до 30…45 мас.% с при грануляции осуществляют за счет отвода избытка жидкой фазы изгранулятора.
Формование блочных зарядов осуществляют прессованием либо полученного гранулята (составы, не содержащие энергонасыщенной массы), либо предварительно подсушенной (провяленной) пресс-массы. При этом максимальное удаление влаги из прессуемых изделий обеспечивается за счет соответствующей выдержки их под давлением прессования и с одновременным отводом из пресс-формы избытка жидкой фазы.
Последующее окончательное удаление водноспиртовой влаги из отпрессованных зарядов производят в две стадии - предварительным подсушиванием (провяливанием в провялочных шкафах) и последующим досушиванием в вакуум - сушильных установках.
Для уменьшения гигроскопичности готовых блочных зарядов далее производят поверхностное их покрытие слоем из энергетически активного материала, наносимого на поверхность зарядов из раствора высокоэтерифицированных нитратов целлюлозы в органических растворителях, например ацетоне, с концентрацией нитратов целлюлозы в растворе не менее 3 мас.%, путем погружения изделий в раствор и выдержки в нем не менее 3 с, с последующим подсушиванием обработанных изделий нагретым до 25…40°C воздухом в течение не менее 2 ч и с одновременным отводом из зоны сушки отработанного воздуха.
Незначительные потери компонентов (ПВС, ДФА, нитроглицерина и этилового спирта) в рецептурах при технологической обработке (с отводом жидкой фазы на стадиях грануляции и прессования) учитывают взятием их с коэффициентом избытка в начале изготовления блочных зарядов.
Примеры изготовления блочных метательных зарядов (с различными вариантами рецептур), технологические данные их обработки и результаты физико-химических, манометрических и баллистических испытаний опытных блочных зарядов приведены в табл.1, 2 и 3.
Баллистические испытания зарядов осуществлялись на дробовых и пулевых патронах из баллистического (гладкоствольного) оружия 12-го калибра (марки МЦ 16-12-70). В патронах использовались заряды
Таблица 1.
Составы испытанных блочных зарядов
Наименование компонентов
Опытные составы, мас.% (примеры)
Прототип, мас.%
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Пироксилин №1
92
92
61,5
57
38
44
44,8
38
41
52
93
40
Поливиниловый спирт
6,5
4,0
6,5
6,5
4,0
4,5
6,5
4,0
5,0
6,5
7,0
16
Дифениламин
1,5
1,0
2,0
1,5
1,0
1,0
1,2
1,0
1,5
1,5
-
-
Пороховая крошка
-
-
-
5
27
40
15
27
22,5
10
-
35
Октоген
-
-
-
-
10
10,5
22,5
30
-
30
-
9
Энергонасыщенная масса
0
3
30
30
20
0
10
0
30
0
-
-
Защитное покрытие
-
+
-
+
-
+
+
-
+
-
-
-
Содержание покрытия в блоке, мас.%
-
1,51
-
1,90
-
2,55
1,67
-
1,78
-
-
-
Примечание: 1. Составы I, II и III приготовлены по варианту 1, а остальные составы - по варианту 2. Содержание азота у пироксилина №1 равно 210,9 мл NO/г. В составах в качестве промышленного бризантного взрывчатого вещества использован октоген.
2. Сушка изделий с покрытием составов IV и VI при 25°C в течение 3 ч, составов II, VII и IX - при 40°C в течение 2 ч.
3. Используемая в примерах и прототипе пороховая крошка получена измельчением из пироксилинового порох 12/7 BA (с содержанием азота 208,6 мл NO/г) с размерами частиц менее 0,4 мм.
Таблица №2.
Технологические свойства пресс-массы и готовых блочных изделий
Наименование показателей
Опытные составы
Прототип
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Влажность массы и гранул, мас.%:
- смешенной массы
50
40,5
50
55
51
41
45
58
53
60,5
- после подсушки
-
36
30
44
41
-
36
-
41
-
-
-
- после грануляции
32
-
-
-
-
33
-
32
-
45
15-25
15-25
Влажность блочных зарядов, мас.%:
- после прессования
15,5
10
13
17,5
14,5
12
13,5
12,1
15
16,5
15-25
15-25
Сушка изделий до постоянной массы (после подсушки):
- температура °C
70
85
80
80
75
80
70
70
85
85
50
50
- вакуум, мм рт.ст.
100
100
200
200
200
100
100
100
100
200
-
-
- время сушки, ч
2,5
2,0
2,0
3,0
3,0
2,5
2,0
2,5
2,0
3,5
До пост. массы
До пост. массы
Влажность готовых изделий, мас.%:
- без покрытия
1,60
-
1,55
-
1,60
-
-
1,30
-
1,75
-
-
- с покрытием
-
1,05
-
1,30
-
1,10
1,25
-
1,22
-
-
-
Таблица 3.
Результаты баллистических, манометрических и физико-химических испытаний составов блочных зарядов
Наименование показателей
Опытные составы
Прототип
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Гигроскопичность, мас.%:
- без покрытия
2,3
-
1,3
-
2,4
-
-
2,5
-
2,45
2,55
2,50
- с покрытием
-
1,20
-
1,90
-
1,96
1,17
-
1,08
-
-
-
Стойкость, мл NO/г
2,1
2,4
2,0
2,1
1,9
2,3
2,0
1,9
2,2
2,2
-
-
Пористость, %
40
50
25
29
31
52
41
45
33
45
32
47
Калорийность, кДж/кг
4150
4190
4350
4990
5100
4525
5200
4925
5430
4895
4100
4350
Гарантийный срок хранения (ускорен. испытания.), лет
16
15
19
17
17
18
18
19
18
19
9
11
Скорость горения при давлении P=50 Мпа, м/с
11,5
14
32
30,5
38
32
30,5
28
35
29
20,5
29,5
Баллистические характеристики при навеске заряда 1,4 г:
скорость полета, (V<sub>10</sub>), м/с
- дробового снаряда
321
330
340
-
-
350
-
-
-
-
330
335
- пули
-
-
-
395
405
-
400
395
410
401
-
-
максимальное давление пороховых газов (Pmax), МПа
55
59
74
80
84
70
89
90
100
87
59
68
Примечание: 1. Скорость горения образцов зарядов определены в результате манометрических испытаний на комплексе «Вулкан».
2. Результаты баллистических испытаний получены в гладкоствольном оружии 12 калибра (марки МЦ 16-12-70).
3. Навески зарядов составов (по варианту 2) для дробового снаряда и пули, из-за повышенной энергетики, уменьшаются и соответственно составляют 1,30 и 1,35 г.
диаметром 16,3 мм и свинцовая охотничья дробь типа ОТ-6 ГОСТ 7837-78 (с навеской дроби 24 г) и пуля Полева по ТУ 221 РСФСР-0362. Снаряжение патронов зарядом и баллистические испытания их проводились по ТУ 7277-231-07506808-2004.
Из приведенных данных испытаний следует, что энергетические характеристики блочного метательного заряда значительно выше, чем у прототипа. За счет варьирования содержанием активного наполнителя и энергонасыщенной массы, их калорийность может регулироваться в широком интервале значений (4190…5430 кДж/кг), причем максимум калорийности наблюдается у составов, содержащих энергонасыщенную массу (см. табл.3). Результатами испытаний также показано, что блочные заряды, покрытые защитным слоем из энергетически активного материала, имеют минимальные значения гигроскопичности (1,08…1,90% при вводе ДФА в состав материала покрытия до 3,5 мас.%) и другие характеристики, удовлетворяющие в целом и эксплуатационным требованиям. При этом опытные заряды при высокой химической стойкостью (1,9…2,4 мл NO/г) характеризуются также повышенными гарантийными сроками хранения (15-19 лет против 9-11 лет у прототипа). Из табл.3 следует, что результаты баллистических испытаний опытных зарядов также значительно лучше чем у прототипа.
10
По результатам баллистических, манометрических и физико-химических испытаний образцов указанных составов необходимо отметить хорошую корреляцию между калорийностью зарядов, ростом давления пороховых газов и скоростью полета пули и дроби (V), что свидетельствует о стабильных и повышенных баллистических, энергетических и эксплуатационных характеристиках испытанных блочных зарядов.
Данное изобретение может быть использовано для изготовления одно - и многоблочных цилиндрических зарядов диаметром до 45…50 мм к различным системам стрелкового оружия и к системам ближнего боя.
Предлагаемое по данному изобретению составы блочных зарядов и способ их изготовления, по сравнению с прототипом, имеют следующие преимущества:
1. Блочные заряды обладают хорошей химической стойкостью и продолжительным гарантийным сроком хранения, обеспечиваемые как дополнительным вводом в их составы стабилизатора химической стойкости - дифениламина, так и оптимальностью соотношения используемых в составах компонентов.
2. Блочные заряды, вследствие максимального содержания в их составах активных компонентов (НЦ, порохов, пороховой крошки, взрывчатых веществ) и введения в составы активной энергонасыщенной массы, имеют повышенную энергетику (калорийность).
3. Требуемые механические свойства блочных зарядов по данному изобретению обеспечиваются как использованием в их рецептуре минимально требуемого количества связующего (4,0…6,5 мас.%), так и за счет технологических факторов обработки: качественного смешения компонентов пресс-массы в смесителе, оптимальных значений удельного давления прессования, времени выдержки изделий при выбранном значении давления и с одновременным отводом избытка жидкой фазы из пресс-формы и последующей температурной обработки полимерного связующего в блочной композиции (70…85°C), сочетающейся с одновременным удалением влаги из изделия и др.
4. Универсальность технологии получения блочных зарядов, т.е. она позволяет изготавливать заряды как из гранулята (гранулированной пресс-массы), так и из подсушенной (провяленной) волокнистой пресс-массы. Последнее особенно актуально при изготовлении блоков больших размеров (до 50 мм и более), т.к., при этом из-за преобладания волокнистой структуры заряды получаются более прочными и качественными.
5. Обеспечение технической безопасности процесса формования блочных зарядов как за счет проведения операции прессования в более влажной (30…45 мас.%) среде, так и за счет исключения опасной операции гранулирования для содержащих энергонасыщенную (нитроглицериновую) массу составов, с обеспечением их формования непосредственно из подсушенной (провяленной) пресс-массы. По прототипу прессование изделий производится при значительно низкой влажности (15…25 мас.%), без соответствующей выдержки их под давлением и отвода избытка жидкой фазы из пресс-формы. При таком «сухом» формовании изделий значительно возрастает опасность вспышки и взрыва.
6. Существенное уменьшение гигроскопичности получаемых блочных зарядов (до значений 1,08…1,90 мас.%) обеспечивается путем покрытия поверхности изделия защитным слоем из энергетически активного материала, наносимого из растворов высокоэтерифицированных НЦ (например, пироксилина №1) в органических растворителях.
7. Способ изготовления блочных зарядов по данному изобретению обладает высокой технологичностью и обеспечивает качественное и безопасное изготовление цилиндрических блочных зарядов различных размеров. При этом сам процесс изготовления не требует специфических видов технологического оборудования и может осуществляться на оборудовании типовых пороховых производств.
8. Данное изобретение обеспечивает получение цилиндрических блочных метательных зарядов с оптимальными рецептурными составами, обладающих также повышенными энергетическими, баллистическими и эксплуатационными характеристиками.
В дальнейшем с применением данного изобретения возможно создание высокотехнологичных производств по изготовлению различных типов цилиндрических блочных зарядов к гладкоствольному охотничьему и стрелковому оружию и к системам ближнего боя.