Способ нанесения защитного покрытия на сгорающий материал жесткого сгорающего картуза
METHOD FOR APPLYING A PROTECTIVE COATING TO THE BURNING MATERIAL OF A RIGID BURNING CARTRIDGE

Изобретение относится к области получения жестких сгорающих изделий к модульным метательным зарядам (ММЗ), в частности, к защитным покрытиям композиционных сгорающих материалов.
Жесткий сгорающий картуз (ЖСК) - это жесткая, определенной формы специальная оболочка, предназначенная для размещения в ней порохового заряда. В первую очередь, ЖСК должен предохранять метательный заряд (МЗ) от воздействия внешних факторов: природного (повышенная влажность воздуха), человеческого (механические повреждения при транспортировании, заряжании), а также от автоматизированной системы заряжания в самоходной артиллерийской установке. В отечественной промышленности картузы для МЗ полевой артиллерии изготавливаются  по технологии фильтрационного литья на основе трехкомпонентного материала: целлюлозы, нитрата целлюлозы и тринитротолуола.
Материал ЖСК гигроскопичен, так как содержит в составе гидрофильный по своей природе компонент - целлюлозу (~20 мас.%). Адсорбирующаяся в целлюлозном материале вода вызывает атмосферную деградацию поверхности сгорающего материала (СМ), что приводит к изменению размеров и появлению трещин, например, в процессе хранения при минусовых температурах (при замерзании воды). Повышенное содержание влаги также отрицательно сказывается на баллистических характеристиках метательного заряда в ЖСК и полноте сгорания, то есть приводит к возникновению несгоревших остатков в канале ствола.
Гидрофобизация поверхности может повысить срок службы СМ и противостоять повреждениям на ее внешней стороне. Защита поверхности обеспечивается с помощью лакокрасочных материалов. Тип система покрытий влияет на общий срок службы как самих покрытий, так и СМ, находящегося под ним.
Согласно патенту [Патент РФ № 2606608 от 10.01.2017г.] в производстве ММЗ для обеспечения сохранности эксплуатационных свойств, геометрических размеров при хранении изделий на предварительно обработанную ацетоном внешнюю сторону ЖСК наносится защитное покрытие. Активный по отношению к нитратам целлюлозы растворитель пластифицирует нитраты целлюлозы, образуя подложку с большей плотностью, чем материал ЖСК, которая препятствует прониканию защитного покрытия вглубь материала. В качестве защитного покрытия в настоящее время применяется эпоксидный лак ЭП-5123, который наносят на подложку в два слоя.
Эпоксидные лаки являются эффективными защитными покрытиями, так как благодаря наличию сильнополярных ОН - групп обладают хорошими адгезионными свойствами к большому кругу материалов, в том числе к целлюлозе и нитратам целлюлозы. Однако они могут вступать во взаимодействие с нитроэфирами в случае их проникания в СМ из баллиститного пороха при контакте.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является способ нанесения защитного покрытия на композиционный сгорающий материал, включающий создание на материале подложки и основного защитного покрытия из двух слоев лака ЭП-5123 методом пульверизации в течение 8-12 с, отличающийся тем, что для создания подложки сгорающий материал обрабатывается ацетоном путем его окунания в растворитель с выдержкой не более 1 секунды, с последующей сушкой в течение 1,5-2,5 часов [Патент РФ № 2735287 от 29.10.2020]. Данное изобретение принято нами в качестве прототипа.
Его недостатками являются большой расход растворителя при окунании в ацетон и отсутствие цветности такого покрытия, что не позволяет визуально отличать изделия разных конструкций друг от друга.
Задачами изобретения являются выбор нового цветного защитного покрытия с более высокими эксплуатационными характеристиками взамен применяемого бесцветного эпоксидного лака ЭП-5123 и замена способа обработки ацетоном внешней поверхности ЖСК на более экономичный.
Поставленная задача решается посредством того, что используется способ нанесения защитного покрытия на сгорающий материал, включающий создание на материале слоя подложки путем обработки ацетоном и нанесение основного защитного покрытия методом пульверизации в течение 8-12 секунд с последующей сушкой в течение 1,5-2,5 часов, отличается тем, что обработку осуществляют только наружной поверхности сгорающего материала ЖСК путем протирки хлопчатобумажным тампоном, смоченным в ацетоне, а в качестве основного однослойного защитного покрытия применяют белую эпоксидную грунт-эмаль ЭП - 150.
Белая эпоксидная грунт-эмаль ЭП - 150 выбрана в качестве защитного покрытия для придания отличительных признаков ЖСК.Эпоксидная грунт-эмаль ЭП-150 (ТУ 20.30.12.130-009-09328340-2017)представляет собой двухкомпонентный жидкий материал на основе эпоксидных смол, состоящий из связующего компонента, отвердителя, наполнителей, пигментов, ингибиторов коррозии и целевых добавок. И образует высокопрочный слой с созданием на поверхности серо-белого покрытия.
Эффективность белых лаковых пленок в сравнении с известным прототипом оценивалась по следующим показателям:
Таблица - Сравнительные характеристики покрытий
Наименование показателя
По разработанному способу
За пределамиграничных условий
По прототипу
Пр.1
Пр.2
Пр.3
Пр.4
Пр.5
Видосновного покрытия
ЭП-150
ЭП-150
ЭП-150
ЭП-150
Эп-150
ЭП-5123
Способсоздания подложки
Протирка  тампоном, смоченным в ацетоне
Протирка  тампоном, смоченным в ацетоне
Протирка  тампоном, смоченным в ацетоне
Протирка  тампоном, смоченным в ацетоне
Протирка  тампоном, смоченным в ацетоне
Окунаниев ацетон
Расход ацетона на 100 штук ЖСК, л
7
5
5
5
5
17-24
Количество слоев основного покрытия
2
2
2
3
1
2
Время нанесения одного слоя основного покрытия, с
12
10
8
15
3
8-12
Время удержания вакуума, с,при давлении- 0,096 МПа
450
420
380
600
100
Не менее 180
Гигроскопичность при 20°Си относительной влажности воздухаϕ = 75%., %
1,5
2
2,5
1
6
Не более 2,5
Время задержки воспламенения, с
0,02
0,018
0,012
0,45
0,01
0,032
Цвет изделия
Серо-белый
Серо-белый
Серо-белый
Серо-белый
Серо-белый
Оранжево-коричневый
Согласно данным таблицы, эксплуатационные характеристики СМ, покрытого белой грунт-эмалью, не уступают показателям прототипа по гигроскопичности, времени удержания  вакуума и времени задержки воспламенения (примеры 1-3). При этом вследствие замены операции обработки сгорающего материала ацетоном путем окунания в растворитель на протирку тампоном сокращается расход растворителя и повышается безопасность процесса.
Это связано с тем, что при окунании для обеспечения полного погружения элементов ЖСК диаметром до 160 мм и высотой до 140 мм необходима открытая емкость объемом 15 л. При проведении операции с использованием принудительной вентиляции происходит испарение легко летучего ацетона, что вызывает необходимость периодического ввода дополнительного количества растворителя.
При нанесении защитного покрытия за пределами граничных условий (пример 4) увеличивается время задержки воспламенения СМ, что может привести к неполноте сгорания при выстреле из самоходной артиллерийской установки. Уменьшение времени нанесения грунта ЭП-150 (пример 5) увеличивает газопроницаемость СМ (снижается время удержания вакуума), что повышает гигроскопичность примерно в 3 раза.
Таким образом, заявленное изобретение удовлетворяет критериям патентоспособности, а именно: «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость».