СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩЕГО ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО СОСТАВА С ПОЛИМЕРНЫМ СВЯЗУЮЩИМ
METHOD OF PRODUCING GAS-GENERATING PYROTECHNIC COMPOUND WITH POLYMER BINDER

Изобретение относится к способам получения составов, выделяющих при горении большое количество газообразных продуктов и предназначенных для использования в составе пиротехнических устройств, служащих для создания давления в определенном объеме. Благодаря использованию полимерного связующего, например, каучука, при производстве таких составов могут применяться методы обработки термопластов и резин (экструзия, проходное прессование). Это позволяет изготавливать изделия сложной формы с высокой производительностью. Полимерное связующее также является горючим компонентом состава.
Известен способ изготовления заряда твердого ракетного топлива баллистит-ного типа по патенту РФ №2378238 (заявка 2008133848 от 18.08.2008), включающий следующие основные технологические операции:
- механическое смешение компонентов топлива в воде;
- отжим полученной массы;
- вальцевание на валках при температуре 65-105°C;
- сушка массы;
- формование заряда методом проходного прессования.
Основной недостаток данного способа состоит в том, что он не пригоден для работы с водорастворимыми компонентами. Например, с перхлоратами калия или аммония, широко использующимися в газогенерирующих составах в качестве окислителя.
Известен способ получения термопластичного газогенерирующего пиротехнического состава повышенной силы, описанный в патенте РФ №2394800 (заявка 2008150647 от 23.12.08) Данный способ, принятый за прототип, предусматривает следующие операции:
- механическое смешение термопластичного связующего и окислителя;
- переработка смеси в жгут в форме трубки методами проходного прессования, экструзией и другими методами, применяемыми для обработки термопластичных материалов;
- нарезка жгута на зерна (цилиндрические элементы с центральным каналом).
Недостаток прототипа состоит в том, что он не позволяет реализовать в полной мере потенциал мощности (скорости нарастания давления при горении), имеющийся в газогенерирующем составе. Это следует из практики применения состава ТПКМ-66 ОСТ В 84-1936-81, в производстве которого используется технология прототипа.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения термопластичного газогенерирующего состава, позволяющего увеличить его мощность.
Для достижения поставленного результата способ включает:
- смешение компонентов состава с использованием растворителей полимерного связующего;
- переработку смеси в жгут методами проходного прессования, экструзией и другими методами, применяемыми для обработки термопластов и резин;
- резку жгута на зерна;
- нагрев зерен до температуры 80-200°C и выдержку при температуре в течение определенного времени.
Прирост мощности газогенерирующего состава при данном способе его получения можно объяснить следующим образом.
При изготовлении состава используется растворитель полимерного связующего. Он необходим для получения высокой степени гомогенности смеси в процессе смешения и оптимальной вязкости смеси для ее успешного формования в жгут в процессе экструзии или проходного прессования. Кроме того, растворитель позволяет повысить безопасность производства за счет снижения трения при механических воздействии, а также за счет флегматизирующего действия.
В процессе изготовления состава растворитель испаряется, но часть его остается в отформованном жгуте и полученных из него зернах состава. При воздействии повышенной температуры происходит испарение оставшегося растворителя из зерен состава, в результате чего существенно увеличивается количество мелких пор внутри зерен. Изначально таких пор мало, так как в процессе экструзии или проходного прессования ранее возникшие поры разрушаются.
Заряд из зерен газогенерирующего состава по наряду с мелкими порами внутри зерен содержит крупные поры между зерен. Кроме того, он может содержать искусственно созданные крупные поры внутри зерен, например, в случае способа-прототипа, предусматривающего получение зерен из жгута в форме трубки. При поджигании пористый заряд начинает гореть параллельными слоями (нормальное горение). Если затруднить отток продуктов горения, то произойдет возрастание давления и начнется их течение внутрь заряда через связанные друг с другом поры с воспламенением внутренней поверхности пор. Первоначально воспламеняются крупные поры, в которые продукты горения проникают особенно легко. В дальнейшем вследствие роста давления в крупной поре продукты горения проникают в более мелкие поры, вызывая горение внутри слоя (конвективное горение). Скорость горения заряда и скорость нарастания давления резко возрастают.
3
Увеличение количества пор в зернах позволяет более эффективно реализовать механизм конвективного горения, достичь большей скорости горения и нарастания давления, и тем самым увеличить мощность газогенерирующего состава. Прирост мощности может быть очень значительным. Как видно из представленных в таблице результатов испытаний состава ТПКМ-66 ОСТ В 84-1936-81, изготовленного по технологии прототипа и предлагаемой технологии, скорость нарастания давления увеличивается более чем на 30%. В испытаниях определялась величина максимального давления, развиваемого при сгорании 10 г состава в объеме 93 см, и время достижения максимального давления. Средние значения параметров, представленные в таблице, рассчитывались по результатам 3-5 экспериментов.
Результаты испытаний состава ТПКМ-66
Партия состава ТПКМ-66
Максимальное давление, МПа
Время достижения максимального давления, мс
Скорость нарастания давления, МПа/мс
01-0 - по технологии прототипа
86,4
10,5
8,2
01оп-1 - по предлагаемой технологии(получена из партии 01-0 путем термостатирования при 100°C в течение 24 ч)
89,8
7,2
12,5
01оп-2 - по предлагаемой технологии(получена из партии 01-0 путем термостатирования при 80°C в течение 48 ч)
88,6
8,3
10,7
01оп-3 - по предлагаемой технологии(получена из партии 01-0 путем термостатирования при 120°C в течение 18 ч)
92,1
7,1
13,0
02-0 - по технологии прототипа
80,0
11,2
7,1
02оп-1 - по предлагаемой технологии(получена из партии 02-0 путем термостатирования при 200°C в течение 1 ч)
95,2
10,1
9,4
02оп-2 - по предлагаемой технологии(получена из партии 02-0 путем термостатирования при 180°C в течение 2 ч)
96,7
10,3
9,4
Температурные границы теплового воздействия в предлагаемом способе изготовления газогенерирующего состава установлены исходя из свойств компонентов, использующихся в производстве газогенерирующих составов, включая растворители полимерных связующих, требований безопасности, экономических и организационных факторов. Если процесс удаления растворителя и образования пор вести при температуре менее 80°C, то потребуется очень много времени, а результат (приращение мощности состава) может быть незначительным. Превышение температуры 200°C может приводить к разложению состава, изменению его свойств, самопроизвольному воспламенению.
Длительность температурного воздействия определяется экспериментально в зависимости от выбранной температуры. При 80°С для получения полезного эффекта могут потребоваться десятки часов. При 200°С может оказаться достаточной получасовая выдержка в камере тепла.