Литьевой малочувствительный взрывчатый состав
CASTING INSENSITIVE EXPLOSIVE COMPOSITION

Изобретение относится к взрывчатым веществам (ВВ) для снаряжения литьевым способом взрывных устройств различного назначения и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, геологии, строительстве и в других областях науки и техники, связанных с применением энергии взрыва мощных ВВ.
Литьевой способ снаряжения ВВ позволяет изготавливать крупногабаритные детали различной формы. При этом к ВВ помимо высокой мощности предъявляются требования по взрывобезопасности.
Существуют большое разнообразие литьевых ВВ, отличающихся жидкотекучей основой или пластификатором. Литьевые ВВ, состоящие из двух и более компонентов, также могут называться взрывчатыми составами (ВС). Лучшими эксплуатационными и технологическими свойствами обладают литьевые ВС отверждаемые химически после заливки, например сшивкой полимера или пластизольные ВВ.
Известно изобретение по международной заявке WO №99/12870, С06В 21/00, С06В 45/00, опубл. 10.09.2004, в котором рассматриваются золь-гельно изготавливаемые энергетические материалы, в том числе ВВ. Из текста изобретения следует, что в раствор - жидкое связующее добавляется полимер, с последующей его сшивкой, в этот же раствор добавляется энергетический материал.
В соответствии с данной заявкой возможно изготовление отливок энергетических материалов с высокой точностью геометрических размеров.
Недостатком указанного ВС является необходимость в дегидратации полученной смеси, что усложняет технологический цикл изготовления и снаряжения деталей, а наличие пор в составе ухудшает его эксплуатационные свойства.
Известен композиционный литьевой ВС, представленный в описании изобретения под названием «Способ изготовления литьевого взрывчатого состава и композиционный литьевой взрывчатый состав», патент РФ №2382022, С06В 25/34, опубл. 20.02.2010 г. Данный ВС состоит из кристаллического октогена, связующего на основе пластифицированного нитроэфир- нитроаминным пластификатором метилполивинилтетразола, алюминиевого порошка и отверждающего агента.
Указанный выше состав является мощным, то есть обладает высокими энергетическими характеристиками.
Недостатком такого состава является его высокая взрывоопасность (низкие показатели взрывобезопасности).
Также известен ВС, описанный в изобретении под названием «Пластизольная взрывчатка», патент US №5468313, С06В 31/50 опубл. 21.11.1995 г. Предложен жидкотекучий литьевой бризантный ВС, имеющий систему связующего, содержащую нитроцеллюлозу сорта пластизоль (PNC) и энергетический пластификатор. ВС также содержит более 65% твердого взрывчатого компонента, такого как CL-20, октогена и др.
Присутствие во взрывчатом составе нитроцеллюлозы и такого взрывчатого компонента как CL-20 повышает его энергетические характеристики. Но при этом наличие нитроцеллюлозы во взрывчатом составе снижает его термическую и химическую стойкость, а большая доля взрывчатых компонентов, обладающих высокой чувствительностью, таких как CL-20 или октогена повышает его взрывоопасность. Это является недостатком данного взрывчатого состава.
Известны литьевые ВС, описанные в патентах РФ: №2315742, С06В 25/00, опубл. 27.01.2008 г. «Взрывчатый состав»; №2235967, С06В 25/34, F42B 12/20, опубл. 10.09.2004 г. «Способ стрельбы артиллерийским зарядом, детонирующее снаряжение»; №2415831, С06В 25/34 опубл. 10.04.2011 г. «Взрывчатая композиция многофункционального действия»; №2475467 С06В 25/00 опубл. 20.02.2013 г. «Взрывчатая композиция многофункционального действия с повышенной стабильностью эксплуатационных свойств».
Эти известные литьевые ВС содержат бризантное ВВ - октоген или гексоген, металлическое горючие, такое как алюминий, пластификатор, неорганический окислитель, например перхлорат аммония. Гексоген или октоген могут флегматизироваться. В составах используются стабилизатор и отверждающая добавка.
Содержание октогена и гексогена в литьевых ВС повышает их взрывчатые характеристики. Недостатками данных ВС является относительно низкая взрывобезопасность при внешних аварийных и поражающих воздействиях. Низкая взрывобезопасность обусловлена использованием в качестве основного компонента состава бризантных ВВ гексогена или октогена (хотя и флегматизированных).
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является ВС, описанный в патенте РФ №2471759, С06В 25/04, опубл. 10.01.2013 г. «Взрывчатый состав». ВС является пластизольным и включает в себя так же как и предлагаемое изобретение бризантное взрывчатое вещество -триаминотринитробензол (ТАТБ), порошковый горючий металл от 15 до 36 мас. %, пластификатор, например, смесь ЛД-70 от 12 до 18 мас. %, полимер полиакрилового ряда от 3 до 7 мас. %, дефениламин от 0,2 до 1% сверх 100% и окислитель - перхлорат аммония.
Известный ВС содержит ТАТБ от 19 до 21 мас. %, пластификатор - от 2 до 30 мас. %, полимер полиакрилового ряда от 2 до 10 мас. %, а в качестве порошкового горючего материала применены алюминий, магний или их сплавы.
Использование ТАТБ в качестве основного бризантного ВВ позволяет значительно снизить восприимчивость ВС к внешним механическим и тепловым воздействиям, таким как ударно-волновая чувствительность, чувствительность к прострелу пулей, падение с высоты, отсутствие детонации при пожаре. То есть ВС обладает высокими характеристиками взрывобезопасности.
При этом, использование в качестве бризантного ВВ исключительно ТАТБ значительно увеличивает критический диаметр детонации заряда ВС, уменьшает скорость детонации, чрезмерно снижает восприимчивость ВС к действию инициирующего импульса от взрывателя или промежуточного детонатора. Указанные недостатки ограничивают спектр применения ВС.
Анализ уровня техники аналогичных ВС показал, что они не обладают в совокупности высокой мощностью, улучшенной инициируемостью и детонационной способностью, высокой стойкостью к внешним воздействиям, то есть не обладают высокими показателями взрывобезопасности и широким спектром применения.
Технический результат на достижение которого направлено заявляемое изобретение заключается в обеспечении высокой мощности ВС и заданного критического диаметра детонации заряда, требуемой восприимчивости к инициирующему импульсу и повышенной скорости детонации, с сохранением высоких характеристик взрывобезопасности и расширением спектра применения.
Для достижения указанного технического результата в литьевом мощном взрывчатом составе, включающем бризантное взрывчатое вещество - триаминотринитробензол, порошковый горючий металл от 15 до 36 мас. %, пластификатор - жидкое ВВ, например, смесь ЛД-70 от 12 до 18 мас. %, полимер полиакрилового ряда от 3 до 7 мас. %, дифениламин от 0,2 до 1 мас. % сверх 100 мас. % и окислитель - перхлорат аммония, согласно изобретению, бризантное ВВ составляет от 19 до 23 мас. %, содержит триаминотринитробензол от 12 до 21 мас. % и дополнительно октоген от 2 до 11 мас. %, перхлорат аммония составляет от 25 до 35 мас. %, а в качестве порошкового горючего металла применена смесь алюминиевых порошков высокой и низкой дисперсности по отношению друг к другу в долях от 30:70 до 70:30, соответственно.
По существу отличия заявленного взрывчатого состава от прототипа состоят в замене части бризантного ВВ ТАТБ на бризантное ВВ октоген с долей от 2 до 11 по массе % от общей массы состава и увеличение максимальной доли бризантных ВВ от 19 до 23 по массе % от общей массы состава и в том, что в качестве горючего металла использована смесь алюминиевых порошков высокой и низкой дисперсности. Их соотношение по массе в смеси по отношению друг к другу варьируется в пределах от 30 на 70 до 70 на 30 долей, соответственно, а доли по массе % количества пластификатора, полимера и окислителя в ВС также изменены по сравнению с прототипом.
Эти указанные отличия совместно с общими признаками прототипа позволили создать ВС, обладающего высокой мощностью, улучшенной инициируемостью и детонационной способностью, высокой стойкостью к внешним воздействиям, то есть обладающего высокими показателями взрывобезопасности и имеющего широкий спектр применения.
Наличие в заявленном изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию изобретения «новизна».
В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих совокупность признаков, сходную с совокупностью отличительных признаков формулы заявленного состава, что позволяет сделать вывод о соответствии его условию изобретения «изобретательский уровень».
Предлагаемый литьевой мощный малочувствительный состав включает бризантное взрывчатое вещество от 19 до 23 мас. %, содержащее триаминотринитробензола от 12 до 21 мас. % и октогена от 2 до 11 мас. %, порошковый горючий металл от 15 до 36 мас. %, пластификатор - жидкое ВВ, например, смесь ЛД-70 от 12 до 18 мас. %, полимер полиакрилового ряда от 3 до 7 мас. %, дифениламин от 0,2 до 1 мас. % сверх 100 мас. % и окислитель - перхлорат аммония от 25 до 35 мас. %, а в качестве порошкового горючего металла применена смесь алюминиевых порошков высокой и низкой дисперсности по отношению друг к другу в долях от 30:70 до 70:30, соответственно.
Процесс изготовления заявленного ВС включает подготовку компонентов, их смешивание, заливку полученной пластической массы в изложницу (форму) и последующее отверждение. Получение пластической массы и ее отверждение происходят при комнатной температуре без разложения и занимают незначительное время. Доля каждого компонента ВС в мас. % берется в гаком количестве, что бы их суммарная доля в смеси составляла 100%.
ТАТБ является низкочувствительным бризантным ВВ, октоген является мощным бризантным ВВ. В таблице 1 приведены данные о свойствах ВВ ТАТБ и октоген по чувствительности к механическим воздействиям (к удару и трению), а также температура вспышки и химическая стойкость.
Чувствительность к удару определялась по ГОСТ 4545-80.
Чувствительность к трению исследовалась на приборе И-6-2. Был определен нижний предел - максимальное усилие поджатая вращающегося пуансона, при котором в 10-ти параллельных опытах не зафиксировано ни одного взрыва. В испытаниях использовались навески ВВ с добавлением песка и без него.
Температура вспышки определялась при времени задержки 30 с.
Химическая стойкость определялась ФЭК-методом (количеством нитрит-ионов, выделившихся при выдержке навески ВВ при температуре 110°С в течении 8 часов).
Поскольку ТАТБ является основным бризантным взрывчатым компонентом предлагаемого ВС, то его использование обеспечивает высокую взрывобезопасность ВС в целом. Введение же мощного бризантного ВВ октоген в доле от 2 до 11 мас. % повышает чувствительность ВС к инициирующему импульсу, увеличивает скорость детонации и уменьшает критический диаметр детонации, без значимого ухудшения стойкости ВС к внешним воздействиям. В зависимости от требований, предъявляемых к заряду ВВ доля октогена в смеси может варьироваться. Для зарядов, с инициаторами небольшой мощности и/или с внутренним диаметром от 40 мм доля октогена в ВС может быть максимальной - до 11 мас. %. При снаряжении ВС зарядов внутреннем диаметром от 100 мм и использовании мощных инициаторов доля октогена в ВС может быть минимальной - до 2 мас. %. Увеличение доли октогена более 11 мас. % является не целесообразным, в связи с тем, что это приводит к значительному снижению взрывобезопасности ВС.
ВВ ТАТБ и октоген имеют отрицательный кислородный баланс. Использование перхлората аммония в качестве окислителя в заявленном ВС улучшает кислородный баланс, обеспечивая полноту химической реакции.
Пластификатор (например, ЛД-70) и полимер полиакрилового ряда (например, Витан) образуют студнеобразную пластизольную связку (гель), предотвращаю охрупнивание ВС. Доля пластификатора подобрана таким образом, что бы обеспечить литьевые свойства смеси. При снижении доли пластификатора в ВС менее 12 мас. % не обеспечиваются литьевые свойства ВС. В случае, если доля пластификатора в ВС превышает 18 мас. % происходит осаждение компонентов смеси во время ее отверждения, в результате чего в объеме смеси компоненты распределяются неравномерно. Доля полимера подобрана таким образом, что бы обеспечить полное затвердевание ВС, исходя из доли пластификатора.
Стабилизатор химической стойкости дифениламин (ДФА) обеспечивает термическую и химическую стойкость состава.
Порошковый горючий металл (например, алюминий, магний, их сплавы) повышает термическую составляющую, увеличивая фугасное действие взрыва. Наличие порошков высокой и низкой дисперсности в указанных долях позволяет регулировать литьевые свойства смеси, обеспечивая необходимую текучесть смеси.
Заявителем проведены экспериментальные исследования по отработке заявляемого ВС с варьированием составляющих его компонентов.
В таблице 2 в качестве примера практической реализации приведено конкретное содержание одного из вариантов состава, обеспечивающее высокие показатели мощности и безопасности (таблица 3).
Проведенные экспериментальные исследования показали, что оптимальное процентное содержание бризантного ВВ (ТАТБ и октоген) в заявляемой композиции, обеспечивающее требуемую детонационную способность и наибольшую мощность взрыва при высоких показателях взрывобезопасности, составляет от 19 до 23 мас. %. При этом процентное содержание октогена составляет от 2 до 11 мас. % от общей массы состава. Перхлорат аммония улучшает кислородный баланс, обеспечивая полноту химической реакции. Алюминиевый порошок повышает термическую составляющую при взрыве, увеличивая фугасное действие взрыва, Двухкомпонентный состав алюминиевого порошка, позволяет регулировать литьевые свойства смеси. Пластификатор (например, ЛД-70) в количестве от 12 до 18 мас. % и полимер полиакрилового ряда в количестве от 3 до 7 мас. % обеспечивают ВС литьевые свойства с последующим ее затвердеванием.
Вышеизложенные сведения о заявляемом составе, свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения (вещества) следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное вещество при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно в горнодобывающей промышленности, геологии, строительстве и в других областях науки и техники, связанных с применением энергии взрыва мощных ВВ;
- для заявляемого вещества в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приори тета средств и методов.
- средство, воплощающее заявленное вещество при его осуществлении, способно обеспечить достижение следующего технического результата: обеспечение высокой мощность ВС и заданного критического диаметра детонации заряда, требуемой восприимчивости к инициирующему импульсу, увеличение скорости детонации, с сохранением высоких характеристик взрывобезопасности.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».