Особенности горения модельных композитов, модифицированных с помощью ПТФЭ

1. Скорость детонации в оболочном заряде при одинаковом диаметре и составе смеси значительно превышает скорость детонации в безоболочном заряде.

2. Скорость детонации простейших аммоналов на основе гранулированной АС значительно ниже смесей на основе мелкодисперсной АС.

Библиографические ссылки

1. Г.Д. Козак, В.М. Райокова, Е.И. Алешкина, Критические Условия распространения и фоторегистрации детонационных процессов: Уч. Пособие, М: РХТУ им. Менделеева, 2005, 64с.

2. Д.И. Михеев, В.В. Кузьмин, П.А. Черных, Экспериментальное исследование параметров детонации смесей на основе гранулированной аммиачной селитры и алюминия: Успехи в Химии и Химической Технологии, Том XXIV, 2010, с. 55-58

3. Sumin A. I. Shock and detonation general kinetics and thermodynamics in reactive systems computer package/ A. I. Sumin, V. N. Gamezo, B. N. Kon-drikov, V. M. Raikova// Trans, of the 11th (Int.) Detonation Symposium.- Snow-mass, Colorado, USA.-1998.-p. 30-35.

УДК: 662.1

Д.Л. Русин, H.H. Синявский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ МОДЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ПТФЭ

Influence of a kind and degree of dispersiveness of fillers (an oxidizer and metal powders) on law of burning of modeling composites on a basis bivinylstyrene thermoplastic elastomer is investigated. Assumptions of the mechanism of substantial improvement of dependence of the burning rate from pressure and from initial temperature for the modified composites are stated.

Исследовано влияние вида и степени дисперсности наполнителей (окислителя и металлических порошков) на закономерности горения модельных композитов на основе диви-нилстирольного термоэластопласта. Высказаны предположения о механизме существенного улучшения зависимости скорости горения от давления и начальной температуры для модифицированных композитов.

Ранее в работах [1-7, 9-13] было установлено, что модифицирование с помощью политетрафторэтилена (ПТФЭ, ф-4) металлизированных композитов, перерабатываемых вальцеванием и проходным прессованием, приводит, помимо улучшения деформационно-прочностных и реологических характеристик образцов, также к существенному улучшению закономерностей их горения. Наблюдали повышение скорости горения (U) образцов в 2-10 раз в

области пониженного давления (0,1-0,3 МПа) и уменьшение величины и при давлениях более 6-8 МПа, что в целом приводило к снижению величины и в законе горения до 3 раз. Эффективность модифицирования повышалась при увеличении степени дисперсности металлических наполнителей и их количества [11, 12].

Рис. 1. Влияние температуры заряда на скорость горения композитов сАСД-8 и ПХА: А - Образцы без катализатора горения; Б - содержат 3% катализатора; 1,3,5 - без модификатора ф-4; 2,4, 6, - содержат 2% ф-4; 1,2 - 298К; 3,4 - 323К; 5,6 - 223

Рис. 2. Влияние температуры заряда и дисперсности ПХА на скорость горения модельных катализированных композитов, наполненных ПБМ и ПХА: А - ПХА (200 мкм); Б - ПХА (10 мкм); 1,3,5 - без модификатора ф-4; 2, 4,6, - содержат 2% ф-4;

1,2 - 298К; 3, 4 - 323К; 5, 6 - 223 К

Настоящая работа является продолжением этих исследований. Модельные композиты готовились на основе пластифицированного дивинил-стирольного термоэластопласта ДСТ-30 и содержали, помимо 40% металлических наполнителей {алюминий АС Д-8 или полиборид магния (ПБМ)}, также перхлорат аммония (ПХА) различной степени дисперсности. Величина коэффициента избытка окислителя а для исследованных композитов равнялась -0,3, т.к. ранее было показано [3, 7, 9, 13], что при таком значении а эффективность модифицирования образцов максимальна. Проходным прессованием получали шнуры диаметром 7 мм, из которых отрезали шашки

длиной 20-25 мм для изучения закономерностей горения. Скорость горения определяли в установке постоянного давления [8] с использованием зарядов, бронированных по боковой поверхности с помощью поливинилхлоридных трубок, плотно прилегающих к поверхности зарядов.

Рис. 3. Влияние модифицирования некатализированных композитов с 40% АСД-8 на распределение температуры в волне горения (Р=0,15 МПа):

А - ширина прогретого слоя к-фазы Б - полный профиль температур 1 - 0% ф-4

Рис. 4. Влияние модифицирования композитов с40% ПБМ, на распределение температуры в волне горения (Р=0,2 МПа): А - ширина прогретого слоя к-фазы;

Б - полный профиль температур; 1 - 0% ф-4 (ТП=678К; 11=5,39 мм/с);

2 - 2% ф-4

Определяли также распределение температуры в волне горения с помощью вольфрам-рениевых термопар. Часть композитов дополнительно содержала 3% железосодержащего катализатора горения. Закономерности горения определяли при различной начальной температуре заряда (+20, +50, -50°С).Полученные результаты представлены на рис. 1-6.

Из данных рис.1, 2, 6 следует, что образцы, модифицированные с помощью ф-4, помимо улучшения зависимости 1ДР), отличаются от таковых, не содержащих ф-4, также существенно меньшей зависимостью скорости горения от начальной температуры заряда. Это наблюдается для композитов, содержащих как АСД-8, так и ПБМ, а также как для катализированных,

так и для образцов, не содержащих катализатора горения. Качественно картина не изменяется при замене ПХА со средним размером частиц 10 мкм на таковой с частицами -200 мкм (рис. 2).

Ь, мм

Рис. 5. Влияние модифицирования катализированных безметальных композитов на распределение температуры в волне горения (Р=0,15 МПа): А - ширина прогретого слоя к-фазы; Б - полный профиль температур; 1 - 0% ф-4 (ТП=736К, 11=2,84 мм/с);

2 - 2% ф-4

2 А І 2,0 Ї 1,6 1,2 0,8 0,4

ь Ъ'7

;ДЕ ; Й -А. Д 6

ііі 4

О

;«] :— ;

-V:

А т,:°к

=

220 240 260 280 300 320 34(1

Рис. 6. Температурная зависимость скорости горения композитов с АСД-8,

А- содержат 3% катализатора; Б - без катализатора горения 1,2,3,4 - без модификатора ф-4; 5,6, 7,8 - содержат 2% ф-4 Величина давления, МПа: 0,3

Сравнение температурных профилей горящих образцов показало, что для модифицированных композитов по сравнению с образцами, не содержащими ф-4, характерны следующие особенности:

• для безметальных образцов и композитов с ПБМ большая температура поверхности горения (доЮОК, рис.4,5);

• существенно большая протяженность зоны между температурой поверхности и максимальной температурой горения. Для композитов с алюминием эта зона состоит из двух участков (рис.З).

• большая (в 2-2,5 раза) ширина прогретого слоя к-фазы, за которую принимали расстояние от температуры поверхности до участка, на котором

разогрев снижается в «е» раз (сравни 10 и l2f на рис. 3-5);

Особенности полученных закономерностей горения композитов, модифицированных с помощью ф-4, вероятно, связаны со следующими процессами:

уменьшением при горении модифицированных составов агломерации катализаторов горения и металлического наполнителя, что повышает полноту его горения и увеличивает эффективность действия катализаторов;

непосредственным, в качестве окислителя, участием ф-4 в экзотермическом процессе горения металлизированных образцов;

повышением доли тепла, выделяющегося в к-фазе;

формированием структур из нагретых конденсированных продуктов, удерживаемых некоторое время пространственной сеткой продуктов пиролиза волокон и пленок фторопласта над горящей поверхностью, что способствует передаче тепла из зоны пламени в к-фазу.

Библиографические ссылки

1. Rusin D.L. Investigation of structural properties of PTFE modified propellants /D.L. Rusin, D.B Mikhalev, T.M. Zhukhina et. al //Proceedings of the 33rd Intern. Annual Conf. of ICT, Energetic Materials, Ignition, Combustion and Detonation, Karlsruhe, Federal Republic of Germany-2002- P.P079-1 - P079-14.

2. Rusin D. L. Investigation of the Structural - Mechanical And Ballistic Properties of the Pyrotechnic Composites, produced by the through passage pressing /D. L. Rusin, D. B. Mikhalev //Proceedings of the 34th International Annual Conference of ICT, Energetic Materials, Karlsruhe, Federal Republic of Germany. -2003. - P. 049-1 -049-14.

3. Русин Д.Л. Основы комплексного модифицирования полимерных композитов, перерабатываемых проходным прессованием, учебное пособие /Д.Л. Русин М: РХТУ им. Д.И. Менделеева. - 2008. - 222 с.

4. Rusin D.L. Investigation of combustion regularities of PTFE modified composites, produced by the through passage pressing /D.L. Rusin, S.V. Tchemykh et al. //Proceedings of the 39th International Annual Conference of ICT, Energetic Materials. Processing and Product Design.- 2008,- P.85-1-85-12.

5. Русин Д.Л., Косов C.B., Синявский H.H. Исследование закономерностей горения композитов, модифицированных с помощью ф-4. Современные проблемы специальной технической химии: Матер, докл. Всеросс. научно-технич. и методич. конф., Казань.- КГТУ.- 2009- С. 282-289.

6. Русин Д.Л., Синявский Н.Н., Л.А. Демидова Исследование структурномеханических характеристик и особенностей горения композитов с низким коэффициентом избытка окислителя. Современные проблемы специальной технической химии: Матер, докл. Всеросс. научно-технич. и методич. конф., Казань,- КГТУ,- 2009, С.303-311

7. Денисюк А.П. Определение баллистических характеристик и параметров горения порохов и ТРТ :лабораторный практикум /А.П. Денисюк, Ю.Г. Шепелев-М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009.-136 с.

8. Русин Д.Л. Исследование структурно-механических характеристик и

особенностей горения композитов с низким коэффициентом избытка окислителя /Д.Л. Русин, Н.Н. Синявский, Л. А. Демидова //Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр..- М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева.-2009,- T.XXIII, №4(97).-С.100-105.

9. Rusin D.L. Laws of Burning of the Composites Containing PTFE /D.L. Rusin, N.N. Sinyavsky //Proceedings of the 2009 International Autumn Seminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Theory and Practice of energetic materials.- China, Science Press: 2009.-V.YIII.-P.251-258.

10. Русин Д.Л. Исследование закономерностей горения энергонасыщенных композитов, модифицированных с помощью ПТФЭ /Д.Л. Русин, Н.Н. Синявский, Л.А. Демидова, С.В. Косов //Успехи в специальной химии и химической технологии: Труды Всеросс. Науч-технич. конф.- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева - 2010-С.322-328.

11. Русин Д.Л. Закономерности горения модельных композитов, модифицированных с помощью ПТФЭ /Д.Л. Русин, Н.Н. Синявский, М.П. Евланов //Успехи в химии и химической технологии. Сб. научн. тр. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева,- 2010.-T.XXIY,- №3(108)/- С.69-74.

12. Rusin D.L. Investigation of combustion regularities and catalysis of composites with small value of factor of surplus of an oxidizer /D.L. Rusin, N.N. Sinyavsky, S.V. Kosov //Proceedings of the 41st International Annual Conference of ICT, Energetic Materials. For High Performance, Insensitive Munitions and Zero Pollution.- 2010,- P.69-1-69-12.

УДК 662.215.3

O.E. Назарова, M.H. Терещенко, Д.В. Коковихин, A.B. Дубовик Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К УДАРУ СМЕСЕЙ

УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПХА С ТЕФЛОНОМ

The dependence of sensitivity's indicators to impact from composition for mixes of ultradispersed ammonium perchlorate (UAP) with polytetrafluorethylene (PTFE) was defined by method of critical energy. It is shown that in a wide range of teflon Is content the critical energy of initiation of mixes isn’t differentiate from the sensitivity of basic component (UAP). It can be explained by the influence on process of initiation of explosion of many competing factors, in particular, diluting UAP combustible active fluorine-contenting component, position of a maximum of heat of explosion at equimolar content of components, increase in dynamic viscosity of mixes at teflon contents. Calculations of critical parameters of explosion initiation depending on composition of mixes are executed on the basis of representations about chemical interaction of components in the center of explosion initiation.

Методом критических энергий определена зависимость показателей чувствительности к удару от состава для смесей ультрадисперсного перхлората аммония (УДП) с политетрафторэтиленом (тефлоном). Показано, что в широком диапазоне содержаний тефлона критические энергии инициирования смесей не слишком сильно отличаются от показателя чувствительности к удару базового компонента. Это объясняется влиянием на процесс ини-