Двухосновное твердое топливо
DOUBLE-BASED SOLID FUEL

В настоящее время в ряде изделий гражданского назначения, например стартовых двигателях противоградовых ракет, используются быстрогорящие твердые топлива, не содержащие в своем составе токсичных соединений I класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, например свинца, никеля и др., что является одним из главных условий для топлив.
Известно топливо по патенту РФ №2167137, имеющее скорость горения 28-35 мм/с и низкую зависимость скорости горения от давления, включающее в состав катализаторы горения - окиси меди и свинца (II, IV), химически высаженные на волокна нитроцеллюлозы. Эффект получения высокой скорости горения и низкой зависимости скорости горения обеспечивается за счет совместного влияния (синергизма) окиси меди и окиси свинца, однако наличие высокотоксичной окиси свинца (вещество 1 класса опасности) не позволяет использовать его в изделиях гражданского назначения.
2
Известно быстрогорящее двухосновное твердое топливо, взятое за прототип, по патенту РФ №2288206, не содержащее в своем составе токсичных веществ 1 класса токсичности, содержащее в качестве катализатора горения высокодисперсную окись или гидроокись железа с размером частиц 0,1-1,0 мкм, например, в виде пигмента желтого или красного железоокисного и имеющего скорость горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см. Однако недостатком этого топлива является высокая зависимость скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения 0,7 и более), что неблагоприятно сказывается на стабильности баллистических характеристик топливного заряда.
Также известно топливо для противоградовых ракет по патенту РФ №2507187, имеющее сниженный степенной показатель в законе горения - не более 0,6 - и не имеющее в своем составе соединений 1 класса опасности. Топливо в качестве модификатора горения содержит оксид меди, предварительно обработанный полиакриламидом, однако оно имеет невысокую скорость горения - 5,9-7,0 мм/с.
Известны также двухосновные топлива по патентам США №5639987 и №5652409, содержащие в качестве катализаторов малотоксичные соединения висмута и меди, имеющие невысокую зависимость скорости горения от давления. Недостатком этих топлив является недостаточно высокая скорость горения.
2
Технической задачей изобретения является разработка состава твердого топлива со скоростью горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6) и не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности.
Технический результат достигается тем, что состав, содержащий нитроцеллюлозу, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит или дифениламин или их смесь, углерод технический, индустриальное масло, стеарат цинка, окись или гидроокись железа, дополнительно содержит окись меди и для закрепления компонентов на нитроцеллюлозе полиакриламид, при следующем содержании компонентов, мас. %:
Нитроглицерин
38,0-43,0
Централит или дифениламин или
1,0-2,5
их смесь
Индустриальное масло
0,5-1,2
Стеарат цинка
0,03-0,1
Углерод технический
0,5-2,5
Окись или гидроокись железа
1,0-5,0
Окись меди
0,1-2,0
Полиакриламид
0,03-0,05
Нитроцеллюлоза
Остальное
Предпочтительно топливо содержит окись или гидроокись железа со среднемассовым размером частиц 0,1÷4,0 мкм, например, в виде пигмента желтого или красного железоокисного, а окись меди химически высаженную на нитроцеллюлозу.
Пример высаживания оксида меди
В реактор с мешалкой и рубашкой для нагрева заливается вода, включается мешалка и обогрев. Вода нагревается до температуры 50-70°С, и вводится навеска ацетата меди при соотношении вода:ацетат медь = 1:50-100. Вводится навеска нитроцеллюлозы, и выдерживается при отключенной мешалке для набухания в течение 30-40 мин. Включается мешалка, и производится нагрев до температуры 95-100°С и затем вводится навеска едкого натра с последующим перемешиванием в течение 60-90 мин. Образующаяся окись меди в виде тонкодисперсных частиц осаждается на волокна нитроцеллюлозы.
Для ряда изделий (крупногабаритные заряды с топливными канальными шашками радиального горения) требуется введение в состав стабилизатора горения, в качестве которого рекомендуется использовать карбонат кальция в виде мелкодисперсного порошка, например мела, химически высаженного в количестве 0,5-2,5% сверх 100%.
2
Новым является сочетание известных компонентов, используемых в производстве твердотопливных составов, и их определенное количественное соотношение, что позволяет получить технический результат: получение экологически безопасного твердого ракетного топлива со скоростью горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6), не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности.
Состав готовят по штатной технологии изготовления и переработки баллиститных порохов. Технология получения твердого ракетного топлива включает фазы смешения компонентов в водной среде, отжим топливной массы, вальцевание, таблетирование, сушку топливной таблетки и прессование проходным методом. Твердые добавки дозируют на смешение компонентов топлива в виде предварительно приготовленной водной суспензии, а полиакриламид в виде водного раствора.
Рецептуры прототипа и свойства образцов состава приведены в таблице.