СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА
METHOD OF PREPARING PELLET POWDER

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.
-1
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, 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-γ-децилоксипропил-N-(β-карбокси-β-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-γ-децилоксипропил-N-(β-карбокси-(β-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.
-1
-1
-1
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 готовится пороховой лак. Затем вводится 0,5-1,0 мас.% к воде эмульгатора (мездровый клей), лак диспергируется при частоте вращения мешалки 100-120 мин, частота вращения снижается до 80-90 мин, 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
3
1
1
В реактор заливается 1,5 об.ч. (750 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм- 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 (2e) - 0,05 мм, диаметр (d) - 0,38 мм. Значение коэффициента K, равное d/2e, характеризующего прогрессивность формы гранул, составляет 7,2.
Пример 2
3
1
В реактор заливается 2,4 об.ч. (1200 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм- 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: 2e - 0,11 мм, d - 0,36 мм. Значение коэффициента К составляет 3,3.
Пример 3
3
1
В реактор заливается 3,0 об.ч. (1500 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм- 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: 2е - 0,14 мм, d - 0,32 мм. Значение коэффициента K составляет 2,2.
Пример 4
3
1
В реактор заливается 3,8 об.ч. (1900 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм - 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 - 0,25 мм, d - 0,28 мм. Значение коэффициента K составляет 1,1, что значительно меньше, чем на примерах 1-3.
Пример 5
3
1
В реактор заливается 3,4 об.ч. (1700 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм - 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: 2e - 0,19 мм, d - 0,30 мм. Значение коэффициента К составляет 1,4, что значительно меньше, чем на примерах 1-3.
Пример 6
3
1
В реактор заливается 2,4 об.ч. (1200 л) воды, вводится 1 об.ч. (500 дм- 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 - 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.).
ЭА CP.
ЭА СР.
3
3
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=2,85 л/кг·1,6 кг/дм=4,56; предлагаемый - М=2,4, где 1,6 кг/дм- 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.
3
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/дм), 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 пороховоймассой, об.ч. (дм<sup>3</sup>)
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<sup>-1</sup>
120
120
120
120
120
120
190
1.8. Ввод Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, 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. 2e<sub>1</sub>, 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/2e<sub>1</sub>)
7,2
3,3
2,2
1,1
1,4
2,3
1,5-6
2.4. Плотность насыпная, кг/дм<sup>3</sup>
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. Р<sub>макс.ср.</sub>, кгс/см<sup>2</sup>
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. Р<sub>макс.ср.</sub>, кгс/см<sup>2</sup>
1968
1972
1905
1822
1880
-
2000,
не более
Примечания: 1. Объем реактора 6500 л; загрузка реактора 800 кг, т.е. 500 дм<sup>3</sup> - постоянная на всех примерах;
2. Расчет соотношения по п.1.5 производился по формуле М<sub>В</sub>/(1+М<sub>ЭА</sub>), где М<sub>В</sub> - модуль об. по воде, М<sub>ЭА</sub> - модуль об. по ЭА;
3. Модуль определяется как отношение объема воды (этилацетата) к объему пороховой массы; плотность последней 1,6 кг/дм<sup>3</sup>;
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 см<sup>3</sup>, для патрона 6,8×11 - 0,19 см<sup>3</sup>;
6. Энергоотдача выражена через среднюю глубину отпечатка от удара поршня по преграде из стали 10;
7. Р<sub>макс. ср.</sub> - 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.