СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХОСНОВНОГО ПОРОХА (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR PRODUCTION OF BIBASIC POWDER (VERSIONS)

Изобретение относится к области получения порохов для стрелкового оружия, например гладкоствольного дробового ружья 12,16 и 20 клб.
3
Известны способы получения двухосновных сферических порохов (СФП) с содержанием нитроглицерина (НГЦ) до 32 мас.% [1-4], заключающиеся в получении порохового лака в водной среде в присутствии растворителя (например, этилацетата), диспергировании его на сферические частицы при действии эмульгатора (мездрового клея, желатина или других ПАВ), обезвоживании эмульгированных частиц (при получении плотных гранул) с последующей отгонкой растворителя. Пороха имеют высокую себестоимость, требуется наличие фазы изготовления пластификатора и баллиститной массы, имеются технологические трудности при получении пористых порохов (с плотностью 0,9-1,1 г/см).
Существуют способы получения баллиститных порохов [5,6], согласно которым компоненты пороха (нитраты целлюлозы - НЦ, НГЦ, стабилизатор, наполнитель) смешиваются в смесителе, например в теплой воде, затем после отжима воды масса пропускается через горячие вальцы. Происходит уплотнение и полная пластификация пороховой массы. Получающееся полотно режут на пластинки заданных размеров или скатывают в рулоны и прессуют через соответствующие матрицы для получения трубок или нитей. Способы трудоемки и опасны.
Предложен способ получения бездымного пороха, основанный на принципе насыщения сферических гранул СФП жидким нитроэфиром (например, НГЦ, динитраты этиленгликоля и др.) и состоящий из следующих операций: перемешивание гранул НЦ в воде до образования суспензии, введение в суспензию несмешивающегося с водой растворителя НЦ, выдержка суспензии до полного поглощения растворителя гранулами НЦ, добавление к суспензии раствора НГЦ или другого нитроэфира в том же растворителе, выдержка суспензии до момента насыщения НЦ-гранул нитроэфиром и удаление растворителя из гранул [7]. К недостаткам способа следует отнести применение в качестве растворителей хлористого метилена, четыреххлористого углерода. Последний в соответствии с Монреальским протоколом является запрещенным озоноразрушающим веществом.
Наиболее близким техническим решением (прототип) [8] является способ получения двухосновного пороха, включающий пропитку сформированных элементов пороха НГЦ, удаление растворителя, отличающийся тем, что пропитку сформированных элементов пороха, в качестве которых используют мелкозерненый пироксилиновый порох, НГЦ осуществляют при перемешивании их в реакторе в водном растворе ацетона с концентрацией 10…80 об.% в присутствии НГЦ или пороховой смеси в виде крошки или пороха, содержащих НГЦ, при соотношении мелкозерненого пироксилинового пороха (МЗПП) к пороховой смеси в виде крошки или пороха, содержащих НГЦ, 1:1…1:5, температуре процесса 20…50°С, длительности 0,5…20 часов.
Недостатками способа являются высокие энергозатраты (трудоемкость), обусловленные большой длительностью процесса, и использование растворителя, не применяемого в штатном производстве СФП, что делает невозможным совмещение в одном аппарате конечных стадий формирования пороха с процессом пропитки.
Кроме того, предельно допустимая масса порохового заряда не обеспечивает необходимой скорости полета дробового снаряда.
Задачей предлагаемого изобретения является сокращение временных режимов изготовления двухосновных порохов, совмещение процесса отгонки растворителя с пропиткой НГЦ и снижение себестоимости пороха.
Технический результат достигается тем, что:
1. Способ изготовления двухосновного пороха, включающий
пропитку нитратцеллюлозного пороха нитроглицерином при перемешивании в присутствии пороха, содержащего нитроглицерин, отличающийся тем, что пропитку осуществляют в водном растворе этилацетата (ЭА) с концентрацией 5…8 об.%, при соотношении нитратцеллюлозного пороха и пороха, содержащего нитроглицерин, 1:1…1:10, температуре 50…70°С в течение 1..4 часов, при этом в качестве нитратцеллюлозного пороха используют мелкозерненый пироксилиновый порох, а в качестве пороха, содержащего нитроглицерин - баллиститный порох, затем раствор декантируют, смесь фракционируют для отделения полученного двухосновного пороха от баллистного пороха.
2. Способ изготовления двухосновного пороха, включающий пропитку нитратцеллюлозного пороха нитроглицерином при перемешивании в присутствии пороха, содержащего нитроглицерин, отличающийся тем, что сначала получают суспензию, содержащую воду, нитратцеллюлозный порох и эмульгатор, при температуре 50°С заливают этилацетат, повышают температуру до 65-70°С и перемешивают до образования дискообразных элементов нитратцеллюлозного пороха, затем повышают температуру до 76-80°С и отгоняют этилацетат до остаточного его содержания 10…30 об.%, снижают температуру до 50…70°С, загружают порох, содержащий нитроглицерин, и проводят пропитку нитратцеллюлозного пороха нитроглицерином в присутствии защитного коллоида и пороха, содержащего нитроглицерин, в течение 1…4 часов при соотношении нитратцеллюлозного пороха и пороха, содержащего нитроглицерин, 1:1…1:10, при этом в качестве нитратцеллюлозного пороха используют мелкозерненый пироксилиновый порох или сферический пироксилиновый порох, а в качестве пороха, содержащего нитроглицерин - баллиститный порох, затем отгоняют остаточное содержание этилацетата, смесь фракционируют для отделения полученного двухосновного пороха от баллиститного пороха.
В качестве порохов, содержащих нитроэфиры, используются морально и физически устаревшие баллиститные пороха состава НБ и твердые ракетные топлива баллиститного типа, которые являются донорами нитроэфиров. Нитратцеллюлозные пороха (МЗПП одноосновные СФП) являются акцепторами нитроэфиров.
Пропитку мелкозерненого пироксилинового или сферического пороха ведут при температуре 50…70°С. Снижение температуры процесса ниже 50°С нежелательно, так как происходит замедление диффузионных процессов, что приводит к увеличению длительности процесса пропитки и, следовательно, трудоемкости, а при повышении температуры выше 70°С начинается отгонка этилацетата.
Концентрация этилацетата в воде больше 8 об.% ведет к появлению свободного растворителя, что приведет к поверхностной пластификации гранул МЗПП.
Обработку пороха-акцептора НГЦ ведут в течение 1…4 часов, увеличение длительности процесса пропитки более 4 часов нецелесообразно, так как процесс диффузии и распределения пластификатора по объему гранулы уже завершен. Снижение времени пропитки менее 1 часа приводит к неравномерному распределению НГЦ, и следовательно, к разбросу скоростей дробового снаряда. При изготовлении двухосновного сферического пороха (СФП) нитроглицерин можно вводить на фазе формирования после частичной отгонки этилацетата (70…90%), когда НЦ-гранулы еще насыщены ЭА. Увеличение остаточного содержания ЭА в диспергированной частице более 30% приводит к изменению ее формы и размеров, что окажет влияние на выход и фракционный состав целевого продукта.
Пример 1. В реактор объемного типа (V=45 л), снабженный мешалкой и рубашкой для обогрева, заливается 9 л воды и 0,72 л ЭА (8 об.%), раствор нагревается до 50°С и перемешивается 5 минут. Затем загружается 3 кг смеси, состоящей из 1,5 кг МЗПП и 1,5 кг баллиститного пороха состава НБ (НБПл или НБл). Смесь перемешивается в течение 1 часа при температуре 50°С. Затем раствор декантируется и полученный порох фракционируется на сите №1, 6 для отделения двухосновного зерненого пороха от баллиститного пороха-донора НГЦ. В дальнейшем порох промывается и сушится.
Пример 2. В реактор заливается 9 л воды, загружается 3 кг МЗПП и 0,09 кг (3 мас.%) защитного коллоида. При температуре 50°С заливается 9 л ЭА. Затем температура поднимается до 65-70°С и суспензия перемешивается до образования дискообразных элементов. После температура поднимается до 76-80°С, отгоняется 70 об.% ЭА. Температура снижается до 50°С, загружается 3 кг баллиститного пороха и смесь перемешивается 1 час. Затем отгоняется остаточное количество ЭА. Смесь порохов фракционируется на сите №1, 6 для отделения двухосновного зерненого пороха от баллиститного пороха. В дальнейшем порох промывается и сушится.
Примеры выполнения способа получения двухосновного пороха в пределах граничных условий, за их пределами, а также по известному способу приведены в таблицах 1 и 2.
Из данных таблиц видно, что двухосновные пороха, изготовленные по заявленным режимам на основе устаревших порохов, обеспечивают требуемые баллистические характеристики в охотничьем и спортивном дробовом оружии. При этом снижается длительность процесса по сравнению с прототипом, а в качестве растворителя применяется штатный ЭА, что позволяет унифицировать производство порохов. Кроме того, пороха, использованные в качестве донора НГЦ, после экстракции из них нитроглицерина также могут перерабатываться в двухосновные СФП по полному циклу формирования водно-дисперсионного гранулирования.
10cp
макс.ср
При соотношении порохов акцептора и донора НГЦ 1:0,5 и 1:12 (примеры 4, 5) баллистические характеристики (V и P соответственно) выходят за пределы требований нормативной документации. В первом случае при малой длительности пропитки нитроглицерин распределяется в объеме гранулы неравномерно, из-за чего наблюдается больший разброс скоростей. Во втором случае может наблюдаться превышение давления пороховых газов.
Таблица 1
Технологические параметры осуществления способа / (п.1)
Наименование показателей
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Прототип
Тип пороха-акцептора НГЦ
ВТМ
ВТМ
ВТМ
ВТМ
ВТМ
ВТМ
Тип пороха-донора НГЦ
НБл НБПл
НБл НБПл
НБл НБПл
НБл НБПл
НБл НБПЛ
НБл НБПл
Концентрация ацетона в воде, об.
-
-
-
-
20
Концентрация ЭА в воде, об.%
8
6
5
4
8
-
Соотношение порохов акцептора и донора НГЦ
1:1
1:5
1:10
1:0,5
1:12
1:2
Модуль по воде
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
Температура, °С
50
60
70
40
70
25
Длительность, ч
1
2
4
0,5
5
15
Характеристики пороха
Содержание НГЦ, мас.%
19,5
30,3
36,4
5,2
36,9
18,7
Удельная теплота горения, МДж/кг
4,57
5,17
5,21
4,0
5,22
3,8
Баллистические характеристики в дробовом спортивном патроне 12 клб с массой дробового снаряда 24 г
Масса заряда, г
1,34
1,32
1,28
1,56
1,25
1,30
V<sub>10cp</sub>, м/с
344
342
341
338*
361
320
Р<sub>макс.</sub>, МПа
63,3
72,5
76,2
51,3
90,6
58,0
Примечание. Требования ТУ 7506804-151: масса заряда не более 1,55 г; скорость дробового снаряда на расстоянии 10 м от дульного среза (V<sub>10cp</sub>) не менее 340 м/с; максимальное давление пороховых газов (Р<sub>макс.</sub>) не более 90,0 МПа.
Таблица 2
Технологические параметры осуществления способа / (п.2)
Наименование показателей
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Прототип
Марка пороха-акцептора НГЦ
ВТМ (или СФП)
ВТМ (или СФП)
ВТМ (или СФП)
ВТМ (или СФП)
ВТМ (или СФП)
ВТМ
Тип пороха-донора НГЦ
НБл
НБл
НБл
НБл
НБл
НБл
Концентрация ацетона в воде, об.%
-
-
-
-
-
20
Остаточное содержание ЭА в смеси, об.%
10
20
30
5
40
-
Соотношение акцептора и донора
1:1
1:5
1:10
1:0,5
1:12
1:2
Модуль по воде
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
1:3
Температура, °С
50
60
70
40
70
25
Длительность, ч
1
2
4
0,5
5
15
Характеристики пороха
Содержание НГЦ, мас.%
19,5
30,3
36,4
5,2
36,9
18,7
Удельная теплота горения, МДж/кг
4,55
5,07
5,19
3,78
5,20
4,8
Баллистические характеристики в дробовом охотничьем патроне 12 клб с массой дробового снаряда 45 г
Масса заряда, г
2,37
2,28
2,25
2,72
2,10
2,0
V<sub>10cp</sub>, м/с
328
331
335
323
334
305
Р<sub>макс.</sub>, МПа
62,8
64,5
67,0
57,5
67,2
57,0
Примечание. Требования ТУ 7506804-200-96: масса заряда 2,20-2,60 г; скорость дробового снаряда на расстоянии 10 м от дульного среза (V<sub>10cp</sub>) не менее 320 м/с; максимальное давление пороховых газов (Р<sub>макс</sub>) не более 68,6 МПа.
Таким образом, изготовленные по данному способу двухосновные пороха путем пропитки мелкозерненого пироксилинового пороха (или СФП) обеспечивают требования к охотничьим и спортивным патронам современного уровня за счет увеличения энергетических характеристик пороха.
Литература
1. Патент ФРГ 1067719 (1960), Кл. 78С 20 МКИ С06В.
2. Патент США 2027114.
3. Патент США 2160626.
4. Патент США 2213255.
5. Патент ФРГ 1771061, Кл. 78С 5/00 (С06В 5/00, С06В 21/00), РЖХим, 1975, 2Н344П.
6. Патент ФРГ 1446933, Кл.78D 5/00 (С06D 5/00), РЖХим, 1974, ЗН677П.
7
7. Патент России 2229461(2004), МПК С06В 21/00.
7
8. Патент России 2242449 (2004), МПК С06В 21/00, 25/24, С06D 5/06.