СФЕРИЧЕСКИЙ ПОРОХ
PELLET POWDER

Изобретение относится к области получения сферического пороха для стрелкового оружия.
Известны пороха для стрелкового оружия, содержащие в своем составе различные компоненты: пироксилин, дифениламин (ДФА), нитроэфиры, централиты, остаточные растворители, ВВ, модификаторы горения и др. [1-3]. Известно, что стабилизаторы химической стойкости вводят в состав пороховой массы или нитратов целлюлозы для связывания оксидов азота. ДФА обеспечивает необходимую химическую стойкость порохов. Однако в качестве недостатка следует отметить образование нитрозосоединений в процессе длительного хранения и эксплуатации порохов, являющихся канцерогенами.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является сферический порох [4], включающий нитроглицерин, ДФА, централит, этилацетат, графит, влагу и нитраты целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитроглицерин
5-10
дифениламин
0,4-1,3
централит
0,1-0,3
этилацетат
0,1-0,9
влага
0,2-0,8
графит
0,1-0,2
нитраты целлюлозы
остальное
Порох обладает требуемой химической стойкостью и обеспечивает гарантийные сроки хранения. В качестве недостатков можно отметить следующее. Во-первых, как уже отмечалось выше, происходит образование нитрозоамина и других производных. Подтверждением накопления токсичных продуктов является изменение цвета порохов, т.е. появление на зернах светло-зеленых, светло-синих пятен. Во-вторых, ДФА имеет достаточно выраженные основные свойства (рКа=0,88) и участвует в реакциях омыления эфиных групп этилацетата при изготовлении сферических порохов уже при комнатной температуре. Это снижает качество отработанного этилацетата и кратность его использования. Кроме того, согласно имеющимся данным, ДФА как основание способен реагировать с нитроэфирами, например с нитроглицерином, входящим в состав двухосновных сферических или баллиститных порохов. Реакции омыления начинают заметно проявляться при концентрациях ДФА выше 2 мас.%. При увеличении его содержания более 5 мас.% омыляющее действие настолько велико, что за 20 суток происходит полная деструкция пороха. В последние годы наметилась тенденция развития высокоэнергетических порохов с вводом не только повышенного содержания нитроэфиров, но и ВВ, многие из которых достаточно чувствительны даже к следам оснований, например производные нитроформа. Централит 1 разлагает производные нитроформа еще в большей степени, чем ДФА.
Целью изобретения является замена токсичного компонента ДФА на менее безопасный и основный компонент при обеспечении требуемых норм химической стойкости пороха.
Технический результат достигается тем, что:
1. В сферическом порохе, содержащем нитраты целлюлозы, стабилизатор химической стойкости, флегматизатор, этилацетат, влагу и графит, в качестве стабилизатора химической стойкости и флегматизатора используется трифениламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
трифениламин
0,2-5,0
этилацетат
0,2-2,0
влага
0,5-1,2
графит
0,1-0,2
нитраты целлюлозы
остальное
2. Сферический порох по п.1 дополнительно содержит нитроглицерин - до 30 мас.% включительно.
Выбор ТФА как СХС пороха обусловлен отсутствием образования и накопления нитрозосоединений, его меньшей основностью и возможностью использовать его в качестве флегматизатора сферического пороха. Увеличение его содержания более 5 мас.% хотя и приводит к еще большему повышению химической стойкости пороха, но при этом снижаются энергетические характеристики и, как следствие, скорость дробового снаряда, например, в охотничьем патроне «Магнум». Снижение его менее 0,2 мас.% нецелесообразно из-за усложнения равномерного распределения его по объему гранул.
Нитроглицерин применяется как энергетический пластификатор, содержание которого в порохе может колебаться до 30 мас.%. Больший ввод может приводить к значительному возрастанию дымности выстрела, ухудшению полноты сгорания и нестабильности флегматизированного слоя.
Этилацетат и вода являются технологическими компонентами, остающимся в порохе после его изготовления. Их содержание определяется условиями формирования и составом пороха. В порохе с высоким содержанием нитроэфира остаточное количество этилацетата минимально, а в одноосновных порохах - максимально. Массовая доля влаги зависит от условий сушки, но не должна превышать 1,2%, чтобы не снижать в заметной степени энергетических характеристик. Уменьшение влаги менее 0,5 мас.% будет приводить к более значимым изменениям баллистических характеристик при колебаниях относительной влажности воздуха.
Графит используется как антистатическая добавка для снижения электризуемости и улучшения сыпучести пороха. Увеличение его более 2,0 мас.% приводит к появлению свободного графита, а уменьшение менее 0,1 мас.% не дает необходимого эффекта.
В таблице приведены примеры состава пороха-прототипа, сферического пороха в пределах граничных условий и за их пределами.
Пример 1 (фаза формирования)
Составы сферических порохов
Наименование показателя
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Прототип
Массовая доля компонентов, %:
Пироксилин
96,4
85,2
74,2
95,8
58,3
87,9
Нитроглицерин
-
10
30
-
35
10
Дифениламин
-
-
-
-
-
1,0
Этилацетат
2,0
0,8
0,2
2,5
0,2
0,6
Влага
1,2
0,8
0,5
1,3
0,3
0,3
Графит
0,2
0,2
0,1
0,2
0,2
0,2
Трифениламин
0,2
3,0
5,0
0,2
6,0
-
Химическая стойкость, мм рт.ст. при:
125°С за 3,5 ч
187
122
87
198
53
195
110°С за 5 ч.
45
19
12
48
10
47
Баллистические характеристики в охотничьем патроне 12 клб (масса дроби 35 г)
- масса МЗ, г
1,95
-
-
1,90
-
1,85
- скорость дробового снаряда, м/с
327
-
-
320
-
327
- давление пороховых газов, МПа
61,8
-
-
59,7
-
62,0
Баллистические характеристики в охотничьем патроне 12 клб «Магнум» (масса дроби 50 г)
- масса МЗ, г
-
2,35
2,55
-
2,33
-
- скорость дробового снаряда, м/с
-
328
330
-
315
-
- давление пороховых газов, МПа
-
62,4
62,0
-
66,5
-
Примечания. 1. Требования ТУ 7506804-150-92 S: скорость дробового снаряда 325 м/с, не менее; среднее давление пороховых газов 64 МПа, не более.
2. Химическая стойкость по ОСТ 84-2085 220 мм рт.ст., не более или 60 мм рт.ст. в зависимости от температуры испытаний
В реактор объемного типа, снабженный мешалкой и рубашкой для обогрева, заливается 12 л воды, загружается 3 кг пироксилина или его смеси с возвратно-технологическими отходами и 5,4 л этилацетата с растворенными 12 г (0,4 мас.%) ТФА. Смесь нагревается до 68°С и перемешивается 15 минут. Затем загружается 0,024 кг (0,8 мас.%) мездрового клея (эмульгатора). После диспергирования вводится 0,06 кг (2 мас.%)) сернокислого натрия, и эмульсия перемешивается 10-15 мин. Температура поднимается до 75°С, и осуществляется отгонка ЭА. В дальнейшем порох промывается, фракционируется, графитуется и сушится.
Остальные образцы изготавливаются аналогично.
Пример 2 (фаза флегматизации)
В реактор заливают воду в количестве 2,29-2,31 части воды, загружают 1 мас. часть пороха и нагревают при перемешивании до температуры 76-80°С (в случае двухосновных порохов, содержащих нитроглицерин) или 95-96°С (для одноосновных порохов). Затем в реактор вводят в один прием при той же температуре флегматизирующую эмульсию, полученную при перемешивании в течение 10-20 минут из 0,71-1,19 мас.ч. воды, 0,20-0,25 мас.% мездрового клея и 5,0 мас.% ТФА по отношению к 1 мас.ч. пороха. Пороховую суспензию перемешивают при указанной температуре в течение заданного времени.
Технологические параметры получения пороха, результаты баллистических испытаний образцов порохов представлены в таблице.
Из данных таблицы видно, что пороха, изготовленные с вводом ТФА, имеют требуемую химическую стойкость.
При уменьшении содержания ТФА в порохе менее 0,4 мас.% (пример 5) они имеют меньший запас химической стойкости, а увеличение его более 5 мас.% приводит к значительному снижению энергетических характеристик пороха, повышению массы МЗ и неудовлетворительным баллистическим характеристикам патрона по скорости дробового снаряда.
Таким образом, порох, содержащий ТФА, имеет требуемую химическую стойкость, а его меньшая основность позволяет использовать его и в качестве флегматизатора сферических порохов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент Англии №42577 от 14.04.76, кл. C1D (С06В 25/34), РЖ Хим., 1977, 3Н433П.
2. Патент США №370133 от 13.04.76, кл. 149-92 (С06В 23/34, С06В 25/18), РЖ Хим., 1977, 1Н363П.
3. Патент Франции, заявка №2210589 от 14.12.72, кл. С06В 19/00, 5/00, РЖ Хим., 1975, 16Н432П.
7
4. Патент России №2268869 от 27.01.2006. МПК С06В 25/24.