МАТЕРИАЛ ИМИТАТОРА ЖЕСТКОГО СГОРАЮЩЕГО КАРТУЗА
MATERIAL OF THE HARD COMBUSTIBLE BAG IMITATOR

Изобретение относится к области производства сгорающих материалов для жестких сгорающих картузов (ЖСК).
В настоящий момент известны составы сгорающих материалов, применяемых для изготовления жестких сгорающих картузов и для пороховых зарядов бескорпусных аккумуляторов давления [1, 2]. Сгорающий материал состоит из энергетических связующих, энергонасыщенных наполнителей и армирующих компонентов.
Индивидуальные энергетические компоненты такой композиции, например нитраты целлюлозы, октоген, способны к химическому превращению с высоким экзотермическим эффектом (горению, детонации), и даже в температурном диапазоне переработки (до 120-130°C) могут в той или иной степени протекать процессы деструкции. Поэтому производство жестких сгорающих картузов относится к категории потенциально опасных, для которых при отклонении от оптимальных режимов функционирования могут возникать аварийные ситуации. В связи с этим при запуске производства используются материалы на основе взрывобезопасных компонентов.
Наиболее близким, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является состав материала инертного имитатора жесткого сгорающего картуза, содержащий следующие компоненты в мас. % [3]:
Поливинилацетат
20-25
Алюминий
1,5-2,5
Целлюлоза со степенью размола 42-48°ШР
остальное
Недостатками данного состава являются:
- повышенное содержание целлюлозы волокнистой формы, что при изготовлении из него полуфабрикатов имитатора жестких сгорающих картузов требует увеличения удельного давления при термопрессовании до 3,1-3,2 МПа,
- повышенная гигроскопичность материала до 12% при 20°C и относительной влажности воздуха 90%.
Задачей изобретения является снижение удельного давления прессования и гигроскопичности материала.
Задача решается за счет того, что материал имитатора ЖСК, включающий связующее поливинилацетат, целлюлозу волокнистой формы в качестве армирующего компонента, отличается тем, что дополнительно содержит порошкообразный наполнитель в виде древесной муки при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Поливинилацетат
20-25
Алюминий
1,5-2,5
Древесная мука
30-50
Влага, не более
3,0
Целлюлоза со степенью размола 42-48°ШР
остальное
Изготовление составов материала ЖСК проводилось следующим образом.
Целлюлоза в кипах поступает в ролл, где измельчается и разволокняется до 42-48°ШР (Шопер Риглера), а затем по трубопроводу поступает в смеситель, также в смеситель добавляется древесная мука с влажностью 40%, затем в водную дисперсионную среду с температурой 20-25°C дозируется поливинилацетат, происходит его эмульгирование. ПВА высаживается на волокна целлюлозы путем ввода сульфата алюминия в соотношении 1:1 мас. ч. к поливинилацетату. Водная суспензия компонентов (целлюлоза-древесная мука-ПВА) с концентрацией ≈1,0% подается в аппарат формования, полученная матрица затем сушится до постоянной массы и прессуется при температуре 110-120°C при удельном давлении 1,7 МПа.
2
4
3
4
2
7
n
В составе материала ЖСК целлюлоза волокнистой формы выполняет функцию армирующего компонента, древесная мука [4] - наполнителя, поливинилацетат (ПВА) - связующего. Все соединения по отдельности известны и описаны в литературе. ПВА применяется в виде 50%-ной эмульсии, водные дисперсии которого относятся к термопластичным синтетическим клеям, обладающим высокой адгезионной способностью к различным материалам. Поскольку процесс нанесения ПВА на целлюлозу осуществляется при действии сульфата алюминия Al(SO) с образованием комплекса общей формулы (COH)⋅Al, где n=12-17, это объясняет наличие алюминия в составе материала.
Состав имитатора жесткого сгорающего картуза и его характеристики приведены в таблице.
Из данных таблицы видно, что при изготовлении ЖСК разработанного состава (примеры 1-3) обеспечивается необходимая при формовании прочность материала. При увеличении содержания древесной муки более 40 мас. % уменьшается механическая прочность (пример 5), а при содержании ее менее 30 мас. % удельное давление прессования снижается несущественно по сравнению с прототипом (пример 4). При увеличении содержания ПВА более 25 мас. % значимого эффекта повышения механической прочности не наблюдается, так как при этом снижается содержание армирующего компонента (пример 4), а при снижении содержания поливинилацетата менее 20 мас. % прочность материала уменьшается (пример 5), т.е. повышается его хрупкость, ухудшающая условия дальнейшей переработки ЖСК в целях проверки работоспособности технологической линии и материальной части артиллерийских систем.
При использовании целлюлозы с меньшей степенью размола, чем 42°ШР, происходит уменьшение прочностных характеристик материала жесткого сгорающего картуза, а также появление на поверхности материала участков с узлами неразволокненной целлюлозы. Увеличение степени размола больше 48°ШР ведет к увеличению длительности процесса разволокнения и уменьшению длины волокна, что также отрицательно сказывается на прочностных характеристиках материала жестких сгорающих картузов.
Приведенные данные подтверждают положительный эффект изобретения.
Источники информации
1. Патент РФ 2503807 от 10.01.2014, Кл. E21B 43/263.
2. Патент Кореи KR 960004922 от 17.04.1996, Кл. F42B 5/38.
3. Патент РФ 2586198 «Материал инертного имитатора жесткого сгорающего картуза» от 15.12.2014, Кл. B31C 9/00.
4. ГОСТ 16361.