МАТЕРИАЛ ЖЕСТКОГО СГОРАЮЩЕГО КАРТУЗА
MATERIAL OF RIGID BURNING CARTRIDGE

Изобретение относится к области производства сгорающих материалов (СМ) для жестких сгорающих картузов.
Известны составы сгорающих материалов для изготовления жестких сгорающих картузов (ЖСК) [1-5], состоящие из энергетических связующих и армирующего компонента, в которых в качестве энергетических компонентов применяются нитраты целлюлозы (НЦ), взрывчатые вещества (октоген, гексоген, тетрил), армирующие компоненты - целлюлоза, связующие -карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), тротил, поливинилацетат или акрилаты (метилметакрилат, олигоэфируретанакрилат).
Недостатком данных аналогов является то, что сгорающий материал изготовленный на основе октогена, гексогена, тротила, акрилатов, медленно горит в условиях минометного выстрела и имеет высокую задержку воспламенения, что связано с более низким давлением пороховых газов при выстреле (50-70 МПа) в минометных системах по сравнению с давлением пороховых газов у артиллерийских систем (150-400 МПа у САУ).
Наиболее близким, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является состав материала жесткого сгорающего картуза, содержащий следующие компоненты в массовых % [5]:
Нитрат целлюлозы 51,0
Целлюлоза 48,1
Акардит 0,9
КМЦ (связующее), сверх 100% 1,0
Влага, сверх 100% 1,3
Нитраты целлюлозы выполняют функцию энергетического наполнителя. В качестве армирующего компонента используется целлюлоза, которая благодаря бумагообразующим свойствам и высоким механическим характеристикам обеспечивает технологичность формования изделий из водной суспензии методом фильтрационного литья (свойлачивания) и прочность материала. Карбоксиметилцеллюлоза является энергетическим связующим. Акардит стабилизатором химической стойкости.
Недостатком прототипа является низкая скорость горения, высокая задержка воспламенения и наличие остатков сгорающего материала при горении в рабочем диапазоне давлений (50-70 МПа), что недопустимо при организации выстрела. Это может быть связано с наличием ≈ 48,1 мас. % целлюлозы с более высокой термостойкостью (Тнир ≈ 400°С) по сравнению с НЦ (Тнир ≈ 136°С)
Задачей данного изобретения является повышение скорости горения материала и снижение задержки воспламенения с сохранением высоких физико-механических характеристик.
Положительный результат достигается за счет того, что материал жесткого сгорающего картуза, включающий целлюлозу, НЦ, энергетическое связующее, отличается тем, что дополнительно вводится низкоазотный нитрат целлюлозы (НАНЦ), а в качестве энергетического связующего, взамен КМЦ, вводится тротил, при следующем соотношении компонентов в мас. %:
Целлюлоза древесная 5,0-10,0
Низкоазотный нитрат целлюлозы (НАНЦ) 26,0-28,0
Тротил (связующее) 22,0-23,0
Нитрат целлюлозы остальное
Влага, сверх 100% не более 1,3
Все соединения по отдельности известны и описаны в литературе. Основные характеристики НАНЦ приведены в таблице 1 в сравнении с НЦ, выпускаемых отечественной промышленностью.
Как видно из таблицы 1, НАНЦ отличается от НЦ содержанием азота и вязкостью. По показателю растворимости НАНЦ в большей степени присущи свойства целлюлозы. При вводе его в состав сгорающего материала он повышает энергетические характеристики и армирует материал ЖСК, являясь одновременно энергетическим и армирующим компонентом, а тротил -энергетическим связующим.
Состав сгорающего материала и его характеристики приведены в таблице 2.
* Данные рассчитаны по модельным образцам, воспроизведенным по рецептуре [5] и испытанным в лабораторных условиях.
3
3
Из данных таблицы 2 видно, что разработанный сгорающий материал (примеры 1-3) имеет скорость горения выше, чем у прототипа на 30%, а задержку воспламенения - ниже в 2,5 раза. Также происходит значительное повышение прочности (почти в 2 раза), вероятно, низкая прочность прототипа связана с более высокой пористостью (0,48 г/см), чем у аналога (0,9 г/см).
Увеличение содержания НАНЦ более 28,0 мас. % и изменение содержания целлюлозы менее 5 мас. % приводит к существенному снижению прочности материала (пример 4). Увеличение содержания целлюлозы более 10 мас. % и снижение содержания НАНЦ менее 26 мас. % увеличивает время задержки воспламенения, снижает скорость горения (пример 5), и в конечном итоге, ухудшает полноту сгорания.
Источники информации
1. Крестовский А.Н. Разработка олигоэфируретанакрилатного сгораемого материала и технологии изготовления нового поколения жестких сгораемых картузов для модульных метательных зарядов/ А.Н. Крестовский [и др.]// Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2011. №31. С. 21-31.
2. Патент РФ №2521464 от 26.12.2012. МПК F42B 5/38. Жесткий сгораемый картуз/ А.Н. Крестовский, И.В. Белов, А.В. Гуляев и др.
3. Патент РФ №2586198 от 13.05.2016 МПК В31С 9/00. Материал инертного имитатора жесткого сгорающего картуза/ С.В. Солдатов, Т.А. Енейкина, В.Н. Чистюхин и др.
4. Патент Японии № JP 20070009381 от 18.01.2007 МПК F42B 5/192. Combustible container/ Ito Akihito, Kodaira Katsuto.
5. Патент США №US20030145753 от 07.09.2003 МПК F42B 5/188. Process for manufacturing a combustible cartridge case for ammunition/ Haider Manfred, Huber Alexander, Kuechler Annet, Voelkel Hans-Georg.