СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛОТНОГО НАПОЛНЕННОГО СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА
METHOD OF PREPARING DENSE FILLED PELLET POWDER

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия и малокалиберной артиллерии.
Известны способы получения сферических порохов путем растворения нитратов целлюлозы (НЦ) или НЦ с нитроглицерином в этилацетате (ЭА) в водной среде. Получаемый пороховой лак в присутствии эмульгаторов диспергируется на сферические частицы заданного размера. После этого производится обезвоживание частиц и отгонка ЭА [1-3]. Получаемые данными способами СФП имеют определенные насыпные плотности, регулируемые количеством вводимого обезвоживающего агента (сульфата натрия) и режимами отгонки растворителя при условии отсутствия кристаллического наполнителя в составе порохов.
Наиболее близким техническим решением является способ получения сферического пороха [4], включающий перемешивание гранул нитратов целлюлозы, бризантного ВВ в воде до образования суспензии, приготовление порохового лака при перемешивании в этилацетате, диспергирование лака на сферические частицы и удаление этмлацетата отгонкой, отличающийся тем, что в качестве нитратов целлюлозы используют пироксилин 1Пл, а в качестве бризантного взрывчатого вещества (ВВ) используют кристаллический октоген в количестве 5-60 мас.% по отношению к пороховой массе в виде 50 мас.% водной суспензии, а приготовление лака ведут в этилацетате при модуле 5-10 мас.ч. в течение 40-60 мин.
Недостатком прототипа является низкая плотность гранул получаемого СФП, содержащего ВВ.
Целью изобретения является увеличение плотности гранул порохов, содержащих кристаллический ВВ-наполнитель.
1. Данная цель достигается тем, что способ получения сферического пороха, включающий перемешивание нитратов целлюлозы и вводимого в виде 50 мас.% водной суспензии бризантного взрывчатого вещества, приготовление порохового лака при перемешивании в этилацетате, ввод эмульгатора, диспергирование лака на сферические частицы, обезвоживание и удаление этилацетата отгонкой, отличается тем, что удаление этилацетата проводят первоначально при температуре 74-76°С до прекращения экстракции, затем снижают температуру до 65-70°С и вводят повторно этилацетат в количестве 0,5-2,0 мас.ч. по отношению к нитратам целлюлозы и 3,0-20,0% сульфата натрия (к воде) для обезвоживания, перемешивают 20-30 мин, повышая температуру от 74-76°С до 92-96°С, отгоняют этилацетат.
2. Способ получения по пункту 1, отличающийся тем, что при содержании бризантного взрывчатого 30-50 мас.% по отношению к общей массе пороха повторный ввод этилацетата, сульфата натрия и удаление этилацетата осуществляют дважды.
3
3
Полученный таким образом СФП имеет кажущуюся плотность более 1,6 г/см и насыпную плотность более 0,96 г/см.
Исключение из состава СФП пластификатора (нитроглицерина) приводит к раннему фазовому распаду системы НЦ-ЭА в частицах лака при отгонке с образованием на поверхности частицы твердой «корочки», когда еще не весь ЭА удален из нее. Это затрудняет процесс диффузии ЭА из объема частицы лака в дисперсионную среду, т.е. приводит к неполному удалению ЭА и, следовательно, к повышенной пористости гранулы. Повторный ввод ЭА устраняет образование «корочки», создавая условия для дальнейшей экстракции растворителя. Повторный ввод ЭА в количестве 0,5-2,0 мас.ч. по отношению к НЦ осуществляют после снижения температуры до 65-70°С. Ввод ЭА менее 0,5 мас.ч. не устраняет образование «корочки» и не обеспечивает необходимой степени уплотнения гранул; а увеличение ввода ЭА более 2,0 мас.ч. изменяет форму частицы и может приводить к дополнительному диспергированию (изменению фракционного состава пороха). Температура в пределах 65-70°С позволяет обеспечить необходимое вязкотекучее состояние системы НЦ-ЭА-ВВ, при котором происходит дополнительная усадка частиц под воздействием сульфата натрия, вводимого повторно в количестве 3,0-20%, что приводит к повышению плотности гранулы СФП. При снижении температуры не ниже 70°С начинается преждевременное испарение повторно дозируемого ЭА, а при менее 65°С вязкость лаковой частицы увеличивается и снижается эффективность обезвоживания.
Указанная дозировка сульфата натрия и время перемешивания обеспечивают качественное протекание усадки частиц лака и получение плотных гранул. Снижение ввода сульфата натрия менее 3,0% и времени перемешивания менее 20 мин приводят к увеличению пористости гранул. Увеличение времени перемешивания более 30 мин и дозировки сернокислого натрия более 20% нецелесообразно, так как эффект дальнейшего повышения плотности не проявляется.
Повторная отгонка ЭА осуществляется при тех же температурно-временных режимах, что и первая, обеспечивающая наиболее оптимальные условия экстракции. Конечная температура отгонки (92-96°С) обусловлена протеканием процесса в водной среде, которая определяет предельную температуру экстракции 100°С.
Примеры выполнения способа получения наполненного СФП в пределах граничных условий, за их пределами, а также по известному способу приведены в таблице.
Пример 1. В реактор заливается 295 л воды, загружается водная суспензия 5 кг ВВ (октоген или гексоген) в 5 л воды, 95 кг НЦ (например, пироксилин 1Пл или НЦ с возвратно-технологическими отходами). Смесь перемешивается 10 мин. Затем в реактор заливается 240 л ЭА и в течение 30-40 мин готовится пороховой лак. После ввода эмульгаторов (мездрового клея) ведется диспергирование порохового лака на сферические частицы, вводится 6,0 кг (2,0% к воде) сульфата натрия, дисперсия перемешивается 20 мин, а затем температура в реакторе повышается до 74-76°С и ведется отгонка ЭА до прекращения экстракции (примерно 70-75% от общего количества). Температура в реакторе снижается до 65-70°С, повторно заливается 52 л ЭА (0,5 мас.ч. относительно НЦ), вводится 9 кг сульфата натрия (3% к воде) и проводится перемешивание в течение 30 мин. Затем температура поднимается до 74-76°С и при этой температуре отгоняется ЭА. Оставшуюся часть ЭА отгоняют при постепенном повышении температуры до 92-96°С с выдержкой в конце процесса в течение 20-30 мин.
Полученный СФП промывается, фракционируется и сушится.
Пример 2. В реактор заливается 280 л воды, загружается водная суспензия 20 кг ВВ (октоген или гексоген) в 20 л воды, 80 кг НЦ (например, пироксилин 1Пл или НЦ с возвратно-технологическими отходами). Смесь перемешивается 10 мин. Затем в реактор заливается 200 л ЭА и в течение 30-40 мин готовится пороховой лак. После ввода эмульгаторов (мездрового клея) ведется диспергирование порохового лака на сферические частицы, вводится 6,4 кг (2,0% к воде) сульфата натрия, дисперсия перемешивается 15-20 мин, а затем температура в реакторе повышается до 74-76°С и ведется отгонка ЭА до прекращения экстракции (примерно 70-75% от общего количества). Температура в реакторе снижается до 65-70°С, повторно заливается 71 л ЭА (0,8 мас.ч. относительно НЦ), вводится 15 кг сульфата натрия (5% к воде) и проводится перемешивание в течение 25 мин. Затем температура поднимается до 74-76°С и при этой температуре отгоняется ЭА. Оставшуюся часть ЭА отгоняют при постепенном повышении температуры до 92-96°С с выдержкой в конце процесса в течение 20-30 мин.
Полученный СФП промывается, фракционируется и сушится.
Пример 3. В реактор заливается 250 л воды, загружается водная суспензия 50 кг ВВ (октоген или гексоген) в 50 л воды, 50 кг НЦ (например, пироксилин 1Пл или НЦ с возвратно-технологическими отходами). Смесь перемешивается 10 мин. Затем в реактор заливается 125 л ЭА и в течение 30-40 мин готовится пороховой лак. После ввода эмульгаторов (мездрового клея) ведется диспергирование порохового лака на сферические частицы, вводится 6,0 кг (2,0% к воде) сульфата натрия, дисперсия перемешивается 15-20 минут, а затем температура в реакторе повышается до 74-76°С и ведется отгонка ЭА до прекращения экстракции (примерно 70-75% от общего количества). Температура в реакторе снижается до 65-70°С, повторно заливается 110 л ЭА (2,0 мас.ч по отношению к ВЦ), вводится 30 кг сульфата натрия (10% к воде) и проводится перемешивание в течение 30 мин. Затем температура поднимается до 74-76°С и ЭА отгоняется при этой температуре (примерно повторно залитое количество ЭА). После температура в реакторе снижается до 65-70°С, повторно заливается 110 л ЭА (2,0 мас.% по отношению к НЦ), вводится 30 кг сульфата натрия (10% к воде) и проводится перемешивание в течение 20 мин. Затем температура поднимается до 74-76°С и ЭА отгоняется при этой температуре. Оставшуюся часть ЭА отгоняют при постепенном повышении температуры до 92-96°С с выдержкой в конце процесса в течение 20-30 мин. Полученный СФП промывается, фракционируется и сушится.
Остальные примеры выполняются аналогично.
3
3
Из данных таблицы видно, что СФП, изготовленный по заявленным режимам, имеет кажущуюся плотность в пределах 1,60-1,64 г/см и насыпную плотность не менее 0,96 г/см. Баллистические характеристики пороха не приводятся, потому что для применения его в конкретных системах, указанных выше, необходимо проведение флегматизации для создания прогрессивности горения метательного заряда, особенности которой не входят в предмет данного изобретения. Но непременным условием является использование плотного пороха, чтобы обеспечить максимальную массу заряда в гильзе с целью достижения высоких значений скорости пули.
3
3
3
3
Изготовление пороха за пределами граничных условий приводит к ухудшению физико-химических показателей пороха (по плотности и содержанию остаточного растворителя): пример 4 - кажущаяся плотность - 1,38 г/см, насыпная плотность 0,56 г/см при содержании ВВ более 50%, меньшем повторном вводе ЭА (0,2 мас.ч.) и сульфата натрия (2%); пример 5 - кажущаяся плотность 1,56 г/см, насыпная плотность 0,86 г/см при большем повторном вводе ЭА и сульфата натрия (10%).
3
Пороха, получаемые по известному способу, обладают низкой насыпной плотностью - 0,55 г/см.
Таблица
Режимы изготовления и характеристики пороха, изготовленного по разработанному и известному способам
Наименование показателя
По разработанному способу
За пределами граничных условий
По известному способу
Пр. 1
Пр. 2
Пр. 3
Пр. 4
Пр. 5
1
2
3
4
5
6
7
Масса НЦ, кг
95
80
50
40
80
80
Количество воды, л
295
280
250
240
280
200
Масса ВВ, кг (%)
5(5)
20 (20)
50 (50)
60 (60)
20 (20)
20 (20)
Перемешивание компонентов, мин
10
10
10
10
10
10
Ввод ЭА, л
240
200
125
100
200
200
Ввод сернокислого натрия, кг (%)
6,0 (2,0)
6,0 (2,0)
6,0 (2,0)
6,0 (2,0)
6,0 (2,0)
2,2 (1,0)
Отгонка растворителя при температуре, °С
74-76
74-76
74-76
74-76
74-76
75-94
Снижение температуры до, °С
65
68
70
63
74
-
Повторный ввод ЭА, мас.ч.
0,5
0,8
2,0
0,4
2,5
-
Ввод сульфата натрия, кг (%)
9(3)
15(5)
24(8)
6(2)
30 (10)
-
Перемешивание, мин
20
25
30
30
40
-
Отгонка растворителя, °С
74-96
74-96
74-76
74-76
74-96
-
Снижение температуры до, °С
-
-
65-70
62-64
-
-
Повторный ввод ЭА, мас.ч.
-
-
2,0
0,4
-
-
Ввод сульфата натрия, кг (%)
-
-
36(12)
6(2)
-
-
Перемешивание, мин
-
-
20
30
-
-
Отгонка растворителя, °С
-
-
74-76
74-76
-
-
Физико-химические характеристики пороха:
- плотность кажущаяся, г/см<sup>3</sup>
- насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
1,64
1,58
1,62
1,38
1,56
1,37
- содержание ЭА, мас.%
1,04
0,96
1,02
0,56
0,86
0,55
1,5
1,8
2,0
2,8
2,5
5,1
Примечания: 1. Общее количество воды в реакторе 300 л по каждому примеру;
2. В качестве стабилизатора химической стойкости вводится дифениламин 0,5 мас.% по отношению к НЦ, сверх 100 мас.%.
Литература
1. Патент РФ 1806462, С06В 21/00, 1991.
2. Патент США 3824108, кл. С08В 21/2, 1974.
3. Патент РФ 2226184, С06В 21/00,2002.
4. Патент 2280634, С06В 21/00, 2006.