СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СМЕСЕВОГО РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
METHOD FOR SEMI-FINISHED PRODUCT FOR COMPOSITE SOLID ROCKET PROPELLANT MANUFACTURING

Изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к разработке способа изготовления полуфабриката для производства смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ), малочувствительного к механическим воздействиям и электрической искре.
Повышение эффективности топлив и взрывчатых веществ (ВВ) является основной задачей при создании высокоэнергетических материалов. Одновременно возникает вопрос о создании низкочувствительных компонентов, позволяющих повысить безопасность технологического цикла изготовления зарядов, которые обладают высокими энергетическими характеристиками. Этого можно достичь путем обработки поверхностей ВВ специальными добавками, понижающим чувствительность ВВ к механическим воздействиям.
Одной из таких добавок является 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол (ТАТБ), которая используется для снижения чувствительности высокоэнергетических ВВ (например, нитраминов) к механическим воздействиям, обладающая высокой термостойкостью, высокой плотностью и скоростью детонации. Известно использование ТАТБ в этом качестве в статье «Новые тенденции в области создания перспективных высокоэнергетических материалов» авторов М.Б.Талавара, Р.Сивабалана, М.Аннияпана и др. «Физика горения и взрыва», 2007 г., т.43 №1, с.72-85. В статье «Новый способ снижения чувствительности и улучшения технологических свойств некоторых нитраминов», авторы В.И.Ильин, С.П.Смирнов и др., в сборнике «Современные проблемы специальной технической химии», Казань, 2006 г., рассмотрены способы нанесения добавок на высокочувствительные ВВ. Один из способов заключается в механическом смешении ВВ и добавки в виде малочувствительного ВВ. Недостатком такого способа является то, что интенсивное перемешивание может привести к локальному взрыву за счет трения частиц. Следует отметить, что при таком перемешивании за счет разной плотности нитрамина и флегматизатора нельзя гарантировать однородность распределения частиц по всему объему.
В статье «Нанопокрытия компонентов смесевых конденсированных систем» авторов В.А.Алейникова, В.М.Мальцева, Ю.М.Милехина и др. в сборнике «Нанокомпозиты: исследования, производство и применение». Тезисы докладов международной научно-технической конференции по перспективным композиционным материалам: «Нанокомпозиты - 2004 г.» г.Сочи, с.102-103, под редакцией А.А.Берлина, И.Г.Ассовского, Москва, 2004 г., рассмотрен способ модифицирования октогена графитовыми нанопокрытиями. При этом он становится полупроводником, что делает его взрывобезопасным ввиду исключения возникновения статической электризации при работе с ним. Недостатком этого способа является огнеопасность процесса, поскольку графит наносится из спиртового коллоидного раствора, что делает процесс пожароопасным и малотехнологичным. Этот способ выбран нами в качестве прототипа.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного способа изготовления полуфабриката для производства СРТТ с целью снижения чувствительности к механическим воздействиям и электрической искре его компонентов и снижения пожароопасности процесса.
Технический результат достигается тем, что в суспензию октогена в водном растворе поливинилового спирта при весовом соотношении октогена к поливиниловому спирту 100:0,05…0,2 при перемешивании вводят малочувствительное взрывчатое вещество 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол при весовом соотношении октогена к 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензолу 100:1…5, перемешивают в течение 10…20 минут при массовом соотношении общего количества октогена и 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензола к воде 1:20…30 с последующим добавлением баллистического модификатора - углерода, на котором высажен оксид металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn) или их смеси, в количестве 0,3…0,5%, перемешивают в течение 40…60 минут при температуре 20±5°C, осадок отфильтровывают и сушат при 80±5°C.
Полуфабрикат, состоящий из октогена, ТАТБ, поливинилового спирта, углерода с нанесенным оксидом металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn или их смеси) представляет собой хорошо рассыпающийся порошок темно-серого цвета. Прочность покрытия достигается за счет формирования межмолекулярных водородных связей между водородными группами ПВС и атомами кислорода нитраминных групп октогена, а также нитрогрупп ТАТБ.
Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является то, что проведение процесса высаживания компонентов на октоген происходит в воде без использования органического растворителя, тем самым понижается пожароопасность процесса, исключается операция по отгонке растворителя, повышается экологическая безопасность процесса.
Предлагаемый полуфабрикат для производства СРТТ содержит следующие компоненты:
- основной окислитель-октоген (циклотетраметилентетранитроамин) по ОСТ В 84-2515-2001;
- адгезионная добавка - поливиниловый спирт по ГОСТ 10779-69;
- малочувствительное ВВ - 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол по ТУ 7511903-538-90;
- модификатор баллистических свойств - катализаторы-модификаторы горения по ТУ 2171-008-047440886-2007.
Весовое соотношение октогена и ТАТБ к воде составляет 1:(20…30), которое взято в целях безопасности процесса. Большее количество воды брать нежелательно ввиду снижения производительности аппарата.
Высаживание ТАТБ на октоген протекает при температуре 20±5°C. Повышение температуры нежелательно, поскольку происходит перерасход энергии, что приводит к удорожанию процесса, а снижение температуры приводит к замедлению образования водородных связей между октогеном и ТАТБ.
Для получения суспензии октогена в воде в присутствии ПВС проводят перемешивание в течение 10…20 минут. Перемешивание менее 10 минут нежелательно, поскольку октоген не успевает распределиться в водном растворе ПВС, а увеличение времени свыше 20 минут способствует нерациональному перерасходу энергии, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта.
Соотношение октогена и ТАТБ к поливиниловому спирту составляет 1:0,05…0,2, что создает условия для высаживания ТАТБ на октоген и не снижает энергетические характеристики полуфабриката и топлива на его основе.
Продолжительность процесса высаживания ТАТБ на октоген, покрытый адгезивом ПВС, составляет 10-20 минут, которое необходимо для формирования нового продукта-октогена, покрытого адгезивом ПВС и высаженного на него ТАТБ.
Количество высаженного ТАТБ на октоген составляет от 1…5 вес.ч. на 100 вес.ч. октогена и его количество зависит от уровня требуемых механических характеристик ВВ. Введение ТАТБ более 5 вес.ч. на поверхность октогена понижает уровень энергетических характеристик.
Для регулирования баллистических характеристик в полуфабрикат вводят углерод с высаженным на его поверхности оксидом металла в количестве 0,3…0,5%.
Следующая стадия заключается в добавлении к суспензии комплексного модификатора баллистических свойств - катализатора горения, состоящего из углерода, на поверхности которого высажена окись металла. Этот процесс проводят при перемешивании при температуре 20±5°C в течение 40-60 минут с целью равномерного распределения всех компонентов по составу. Перемешивание менее 40 минут нежелательно, поскольку возможно неравномерное распределение компонентов, а увеличение времени свыше 60 минут нерационально из-за увеличения производственного цикла получения полуфабриката.
Температура сушки полуфабриката составляет 80±5°C, выбрана исходя соображения безопасности процесса, поскольку октоген при температуре выше 105°C переходит из одной модификации в другую, а это приводит к изменению свойств продукта. Понижение температуры сушки полуфабриката ниже 80°C способствует увеличению продолжительности процесса и увеличению себестоимости конечного продукта.
В таблице 1 приведены основные параметры техпроцесса изготовления полуфабриката СРТТ, выполненные в рамках заявленного изобретения.
Рассмотренные пределы позволяют получать полуфабрикат для производства СРТТ, состоящий из окислителя, малочувствительного ВВ, катализатора-модификатора баллистических свойств и адгезионной добавки в виде поливинилового спирта. Способ изготовления позволяет получать устойчивые стабильные, воспроизводимые характеристики составов топлив с новыми свойствами, где все порошкообразные компоненты равномерно распределены по составу.
Пример изготовления полуфабриката СРТТ
В реактор, снабженный механической мешалкой, термометром, воронкой, помещают водный раствор поливинилового спирта и присыпают октоген при соотношении 0,1:100. Количество воды берут исходя из заданного соотношения октогена и ТАТБ к воде (1:20) при этом соотношение ТАТБ и октогена 3:100, перемешивают в течение 10…20 минут до получения суспензии с последующим добавлением комплекса углерода с окисью металла (Ni, Pb, Cu, Bi, Sn) или их смеси в количестве 0,3% перемешивают в течение 40…60 минут при температуре 20±5°C, осадок отфильтровывают, сушат при температуре 80±5°C, до постоянного веса, предварительно распределив готовый полуфабрикат тонким слоем.
min
Из табл.2 видно, что чувствительность к удару у полуфабриката улучшилась по сравнению с чистым октогеном с 300 до 500 мм (при Р=2 кг), к трению также улучшилась с 50 до 180 МПа. Чувствительность к электрической искре не ухудшилась, а осталась на том же уровне W>100 мДж.
Таблица 2
Чувствительность исследуемых веществ к механическим воздействиям и электрической искре
Наименова-ние соединений
Чувствительность к удару по ОСТ В 84-892-74
Чувствительность к трению
Чувствительность к ударному сдвигу
Чувствительность к электрической искре
H<sub>o</sub>, мм при P=2 кг
По ОСТ 84-894-74 при скорости трения 520 об/мин нижний предел, Р<sub>0</sub>, МПа
По ОСТ 84-895-74
По МТ 840-83
нижний предел, Р<sub>0</sub>, МПа
W<sub>min</sub>, мДж
Октоген м. В по ОСТ В 84-2515-2001
300
50
200
>100
Полуфабри-кат на основе октогена
500
180
200
>100
Технологический процесс производства полуфабриката СРТТ реализован на действующей установке в условиях ФГУП «НИИПМ».
Предлагаемый способ изготовления полуфабриката СРТТ позволяет значительно упростить технологический процесс за счет равномерного распределения ТАТБ и углерода с высаженным оксидом металла по всему объему октогена, все это создает условия, которые способствуют снижению чувствительности к механическим воздействиям, отпадает необходимость в дозировке каждого компонента, значительно упрощается технология изготовления топлива в дальнейшем, улучшаются эксплуатационные характеристики.