ПОРИСТЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ВЛАГОСТОЙКИЙ ПОРОХ ДЛЯ ДРОБОВЫХ ПАТРОНОВ К ГЛАДКОСТВОЛЬНОМУ ОРУЖИЮ
POROUS SPHERICAL MOISTUREPROOF POWDER FOR SHOT-GUN CARTRIDGES FOR SMOOTH-BORE ARMS

Изобретение относится к области производства сферических порохов и может быть использовано для снаряжения дробовых патронов к спортивному и охотничьему гладкоствольному оружию.
Известен порох для охотничьих ружей (патент РФ №1779685, МПК 7 С06В 25/24, приоритет от 02.04.90 г.), содержащий нитроцеллюлозу, дифениламин, этилацетат, окись свинца, технический углерод (сажу), влагу и графит при следующем соотношении компонентов в составе (мас.%):
окись свинца
1,0…4,0
технический углерод (сажа)
0,2…1,0
дифениламин
0,3…0,9
этилацетат
0,7…1,5
влага
0,1…0,4
графит
0,1…0,3
нитроцеллюлюза с содержанием
NO не менее 213,0 мл/г
остальное
Указанный порох имеет недостаточную влагостойкость вследствие его гигроскопичности, свойственной пироксилиновым порохам. Поскольку охотничьи патроны после сборки не являются герметичными изделиями их хранение в условиях повышенной влажности может привести к увлажнению размещенного в них метательного заряда из указанного пороха и, как следствие этого, к снижению его баллистических характеристик. Кроме того, порох может поглощать влагу в процессе сборки патронов, когда находится вне герметичной тары.
Существует пористый сферический порох для снаряжения патронов боевого, спортивного и охотничьего оружия - прототип (Краткий энциклопедический словарь «Энергетические конденсированные системы», под ред. Б.П.Жукова, М., Янус-К, 2000, стр.425-427), включающий нитроцеллюлозу, нитроглицерин, дифениламин, флегматизаторы, влагу, остаточный растворитель и графит, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
нитроглицерин
0…25
дифениламин
0,5…1,0
флегматизаторы (дибутилфталат,
централит или динитротолуол)
3…8
влага
0,1…0,3
графит
0,2…1,5
остаточные растворители (этилацетат,
метилацетат или нитрометан)
0,1…0,3
нитроцеллюлоза (12-13,5 мас.% азота)
остальное
Наличие динитротолуола в составе данного пороха действительно снижает его гигроскопичность. Однако порох все же поглощает влагу, хотя и в меньшей степени, что делает возможным его применение только в составе герметичного патрона. При этом снижение гигроскопичности оказывается достаточным для того, чтобы предохранить порох от увлажнения только на фазе сборки патрона. Более длительное нахождение пороха в условиях повышенной влажности, в том числе в составе охотничьих и спортивных дробовых патронов при их хранении, приведет к изменению баллистических характеристик метательного заряда в связи с увлажнением пороха.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение влагостойкости пористых сферических порохов, используемых для снаряжения дробовых охотничьих и спортивных патронов к гладкоствольному оружию.
Техническая задача решена за счет того, что в пористом сферическом порохе, содержащем нитроцеллюлозу, нитроглицерин, дифениламин, централит, этилацетат, влагу и графит, применяется графит марки С1, мелкодисперсный, размер частиц которого составляет не более 4,0 мкм (нами рассмотрен диапазон 0,1…4,0 мкм), при следующем соотношении входящих в состав компонентов (мас.%):
нитроглицерин
4,0…9,0
дифениламин
0,3…1,5
централит
0,1…0,4
графит
0,1…0,4
влага
0,8…1,2
этилацетат
0,01…0,7
нитроцеллюлоза с содержанием
NO не менее 200 мл/г
остальное
Поскольку размеры частиц применяемого для графитования пороха мелкодисперсного графита марки С1 соизмеримы с размерами пор в пороховых элементах, то в процессе графитования помимо распределения графита по поверхности пороха происходит закупорка пор мелкодисперсным графитом. Так как в пористых порохах, в том числе и сферических, влага в основном поглощается через поры, их закупорка мелкодисперсным графитом приводит к повышению влагостойкости пороха. Применяемый ранее для графитования пороха графит марки С3 с более крупными частицами (до 30 мкм), размеры которых несоизмеримы с размерами пор, не обеспечивает закупорки пор и повышения влагостойкости в этом случае не происходит.
Содержание влаги в порохе в пределах 0,8…1,2% (в существующих сферических порохах для дробовых патронов менее 0,8%) также способствует уменьшению гигроскопичности пороха поскольку смещает динамическое равновесие в сторону снижения способности пороха поглощать влагу.
Порох предлагаемой авторами рецептуры был подвергнут физико-химическим и баллистическим испытаниям на соответствие требованиям действующей нормативно-технической документации, по которой ведется приемка спортивных и охотничьих порохов, в частности, ТУ 7506804-164-93 на сферический спортивный порох Сунар СВС. Определялись следующие характеристики:
- химическая стойкость (манометрическая проба), мм рт.ст., по ТУ не более 60;
- средняя скорость полета дроби, м/с, по ТУ не менее 340;
- разброс скорости полета дроби, м/с, по ТУ не более 15;
2
- среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см, по ТУ не более 630.
Баллистические испытания патронов проводились с увлажненным и неувлажненным порохом. Увлажнение пороха проводилось путем его выдержки в атмосфере с 80% относительной влажностью в течение 3 часов.
В таблице 1 представлены результаты испытаний пороха предлагаемой рецептуры в пределах граничных значений соотношения компонентов в составе. Испытывались 3 варианта состава: с максимальным (пр.1), минимальным (пр.2) и средним (пр.3) значением величины содержания компонентов. При этом применялся графит марки С1 с размерами частиц 4,0 мкм.
2
2
Как видно из таблицы, рассмотренные составы предлагаемой рецептуры имеют величины определяемых характеристик в пределах нормативных значений. Так, при массе заряда 1,42…1,45 г испытания патронов с неувлажненным порохом показали, что средняя скорость полета дроби составляет 342…346 м/с; разброс скорости полета дроби - 11…15 м/с; среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола - 600…615 кгс/см. При этом химическая стойкость порохов находится в пределах 30…35 мм рт.ст. Известный состав, предназначенный для снаряжения 5,6 мм патронов, показал при испытаниях в патронах 12 калибра, соответственно, следующие значения характеристик: 335 м/с, 20 м/с, 685 кгс/см при массе заряда 1,65 г.
2
2
При испытаниях патронов с увлажненным порохом предлагаемой рецептуры баллистические характеристики практически не изменились и составили соответственно: 341…344 м/с, 11…15 м/с, 586…600 кгс/см. В то время как у известного состава наблюдается значительное снижение баллистических характеристик до 315 м/с, 21 м/с, 595 кгс/см, соответственно. Таким образом, предлагаемый состав в пределах граничных значений обеспечивает требуемую влагостойкость, в то время как известный состав показывает высокую гигроскопичность по сравнению с предлагаемым составом.
Таблица 1
Наименование показателя
По разработанному авторами составу
По известному составу (прототип)
пр.1
пр.2
пр.3
1
2
3
4
5
2. Состав, мас.%
- нитроглицерин
4,0
7,0
9,0
12,5
- дифениламин
0,3
0,9
1,5
0,7
- централит
0,1
0,25
0,4
-
- графит марки С1 (4,0 мкм)
0,1
0,25
0,4
- влага
0,8
1,0
1,2
0,2
- этилацетат
0,01
0,35
0,7
0,2
- динитротолуол
-
-
-
5,0
- графит штатный крупнодисперсный марки С3
1,0
- нитроцеллюлоза с содержанием NO не менее 200 мл/г
94,69
90,25
86,8
- нитроцеллюлоза содержанием азота в пределах 12-13,5 мас.%
81,4
3. Стойкость, (манометр. проба) мм рт.ст.
30
35
30
35
4. Баллистические характеристики заряда в спортивном патроне 12 калибра с массой дроби 24 г (до увлажнения)
- масса заряда, г
1,45
1,43
1,42
1,65
- средняя скорость полета дроби, м/с
342
345
346
335
- разброс скорости полета дроби, м/с
12
15
11
20
- среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см<sup>2</sup>
600
610
615
685
5. Баллистические характеристики заряда (после увлажнения)
- средняя скорость полета дроби, м/с
341
345
344
315
- разброс скорости полета дроби, м/с
15
11
14
22
- среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см<sup>2</sup>
586
596
600
595
2
2
В таблице 2 приведены результаты испытаний аналогичных составов (пр.1, 2, 3), в которых использовался графит с размерами частиц, преимущественно 0,1 мкм. Как видно из таблицы, баллистические характеристики патронов с увлажненным и неувлажненным порохом практически одинаковы и имеют при массе заряда 1,43…1,45 г следующие значения. С неувлажненным порохом: средняя скорость полета дроби - 340…348 м/с, разброс скорости полета дроби - 11…14 м/с, среднее максимальное давление пороховых газов - 600…625 кгс/см. С увлажненным порохом соответственно: 340…347 м/с, 11…15 м/с, 580…610 кгс/см.
Результаты испытаний указывают на удовлетворительную влагостойкость порохов, в пределах граничных значений содержания компонентов состава при размерах частиц применяемого графита 0,1…4,0 мкм.
В таблице 3 приведены результаты испытаний спортивных патронов 12 калибра, снаряженных увлажненным и неувлажненным порохом с рецептурой, в которой один из компонентов выходит за пределы граничных значений. Размеры частиц применяемого графита составляли 4,0 мкм.
Как видно из таблицы, при значении содержания нитроглицерина ниже минимального (пр.1a) происходит недобор средней скорости (335 м/с), а при значении выше максимального, (пр.1б), имеет место превышение разброса скорости (18 м/с).
При запредельном минимальном значении стабилизаторов химической стойкости дифениламина и централита (пр.2а, пр.3а) наблюдается снижение химической стойкости пороха (65 и 58 мм рт.ст.), где значение 65 мм рт.ст. выше допустимого. При превышении максимального значения централита в составе (пр.3б) имеет место недобор по средней скорости (338 м/с). В случае с дифениламином (пр.2б) получено превышение по разбросу скорости полета дроби (20 м/с). Изменение содержания графита до значений, выходящих за пределы граничных величин, в частности, выше максимального (пр.4б) приводит к превышению разброса скорости полета дроби (22 м/с). В случае увеличения содержания влаги выше максимального значения (пр.5б) получен недобор по средней скорости (335 м/с). Уменьшение содержания этилацетата ниже минимального значения технологически невозможно, поэтому испытывался состав с содержанием этилацетата выше граничного значения, при этом получен недобор по средней скорости (332 м/с) и превышение по разбросу скорости (19 м/с).
Таблица 2
Наименование показателя
По разработанному авторами составу
пр.1
пр.2
пр.3
1. Состав, мас.%
- нитроглицерин
4,0
7,0
9,0
- дифениламин
0,3
0,9
1,5
- централит
0,1
0,25
0,4
- графит (0,1 мкм)
0,1
0,25
0,4
- влага
0,8
1,0
1,2
- этилацетат
0,01
0,35
0,7
- нитроцеллюлоза с содержанием NO не менее 200 мл/г
94,69
90,25
86,8
2. Стойкость, (манометр. проба), мм рт.ст.
40
30
35
3. Баллистические характеристики заряда в спортивном патроне 12 калибра с массой дроби 24 г (до увлажнения)
- масса заряда, г
1,45
1,44
1,43
- средняя скорость полета дроби, м/с
340
348
345
- разброс скорости полета дроби, м/с
11
12
14
- среднее макс. давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см<sup>2</sup>
610
625
600
4. Баллистические характеристики заряда (после увлажнения)
- средняя скорость полета дроби, м/с
340
347
344
- разброс скорости полета дроби, м/с
15
11
14
- среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см<sup>2</sup>
590
610
580
Таблица 3
Наименование показателя
пр.1
пр.2
пр.3
пр.4
пр.5
пр.6
1
2
3
4
5
6
7
1. Состав, мас.%
- нитроглицерин
а) 3,0; б) 10,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
- дифениламин
0,9
а) 0,2; б) 2,0
0,9
0,9
0,9
0,9
- централит
0,25
0,25
а) 0,05; б) 0,5
0,25
0,25
0,25
- графит (4,0 мкм)
0,25
0,25
0,25
а) 0,05; б) 0,5
0,25
0,25
- влага
1,0
1,0
1,0
1,0
а) 0,7; б) 1,3
1,0
- этилацетат
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,9
- нитроцеллюлоза с содержанием NO не менее 200 мл/г
остальное
остальное
остальное
остальное
остальное
остальное
2. Стойкость (манометр. проба), мм рт.ст
а) 30
а)65
а) 58
а) 38
а) 31
39
б) 35
б)40
б) 34
б) 49
б) 41
3. Баллистичские характеристики заряда в патроне 12 калибра с массой дроби 24 г (до увлажнения)
- масса заряда, г
а) 1,70
а) 1,55
а) 1,53
а) 1,56
а) 1,57
1,61
-
б) 1,50
б) 1,60
б) 1,59
б) 1,53
б) 1,80
- средняя скорость полета дроби, м/с
а) 335
а) 345
а) 341
а) 340
а) 343
332
б) 355
б) 340
б) 338
б) 341
б) 335
- разброс скорости полета дроби, м/с
а) 15
а) 12
а) 12
а) 11
а) 15
19
б) 18
б) 20
б) 15
б) 22
б) 18
- среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см<sup>2</sup>
а) 645
а) 625
а) 610
а) 595
а) 625
628
б) 630
б) 640
б) 600
б) 605
б) 630
4 Баллистические характеристики заряда в патроне 12 калибра с массой дроби 24 г (после увлажнения)
- средняя скорость полета дроби, м/с
а) 325
а) 330
а) 335
а) 318
- разброс скорости полета дроби, м/с
а) 12
а) 15
а) 16
а) 10
- среднее максимальное давление пороховых газов в канале ствола, кгс/см<sup>2</sup>
а) 590
а) 510
а) 525
а) 505
2
Таким образом, последующим баллистическим испытаниям были подвергнуты патроны с увлажненным порохом следующих рецептур: пр.2а; пр.3а; пр.4а; пр.5а, которые по своим характеристикам удовлетворяли требованиям ТУ. Испытания указанных составов показали падение баллистических характеристик зарядов из увлажненного пороха: средней скорости до 318…330 м/с, среднего максимального давления пороховых газов до 505…590 кгс/см, что свидетельствует об их недостаточной влагостойкости.
Из изложенного следует, что составы, включающие компоненты, содержание которых выходит за пределы граничных значений, не отвечают предъявляемым требованиям, что указывает на правильность и достоверность выбранного соотношения компонентов состава.
Что касается предельных значений диапазона размеров частиц графита (0,1…4,0 мкм), то следует отметить нецелесообразность использования фракции графита с размерами частиц менее 0,1 мкм, вследствие малых количеств этой фракции в наиболее мелкой марке графита, производимого отечественной промышленностью (графит марки С1).
Влияние на влагостойкость пороха со средними значениями содержания компонентов, включающего в свой состав графит с размерами частиц 5,0…6,0 мкм (выше верхнего предела заявленного диапазона), показано в таблице 4.
2
Как видно из таблицы, состав со средними значениями величин содержания компонентов, включающий графит с размерами частиц 5,0…6,0 мкм, показывает после увлажнения снижение баллистических характеристик: средней скорости полета дроби с 344 до 337 м/с и среднего максимального давления пороховых газов в канале ствола с 610 до 530 кгс/см. Можно предположить, что порох увлажняется за счет проникновения влаги через поры, недостаточно закрытые более крупнодисперсным графитом.
Таблица 4
Состав, мас.%
Химичес-кая стойкость, мм рт.ст.
Масса заряда, г
Баллистические характеристики заряда в спортивном патроне 12 клб с массой дроби 24 г
до увлажнения
после увлажнения
средняя скорость полета дроби, м/с
разброс скорости полета дроби, м/с
среднее макс. давление пороховых газов,кгс/см<sup>2</sup>
средняя скорость полета дроби, м/с
разброс скорости полета дроби, м/с
среднее макс. давление пороховых газов, кгс/см<sup>2</sup>
- нитроглицерин
7,0
- дифениламин
0,9
- централит
0,25
- графит
(5,0-6,0 мкм)
0,25
38
1,43
344
12
610
337
14
530
- влага
1,0
- этилацетат
0,35
- нитроцеллюлоза
с содержанием NO не менее
200 мл/г
90,25
Из изложенного следует, что выбранный диапазон размеров частиц графита (0,1…4,0 мкм) достаточно достоверен.
Таким образом, предложенный авторами состав позволяет повысить его влагостойкость за счет выбранной дисперсности графита 0,1…4,0 мкм и повышенного содержания влаги 0,8…1,2% при соответствующем соотношении входящих в него компонентов.