PL217089B1 - Materiał wybuchowy z polimerycznym lepiszczem i sposób otrzymywania ładunków takiego materiału wybuchowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał wybuchowy z polimerycznym lepiszczem i sposób otrzymywania ładunków takiego materiału wybuchowego za pomocą odlewania.

Znane są odlewane materiały wybuchowe stanowiące mieszaniny polimerycznego lepiszcza i kruszących materiałów wybuchowych, takich jak trotyl, pentryt, heksogen, oktogen, nitroguanidyna, 3-nitro-1,2,4-triazol-5-on (NTO), 1,1-diamino-2,2-dinitroetylen (FOX-7), użytych samodzielnie lub w mieszaninie w ilości od 50% do 90% masy odlewanego materiału (polski opis patentowy PL 180 343). Znanym, podstawowym składnikiem lepiszcza tego rodzaju materiału wybuchowego jest polibutadien zakończony grupami hydroksylowymi albo karboksylowymi, przy czym częściej stosowany jest polibutadien zakończony grupami hydroksylowymi (Standaryzacyjna Publikacja Sojusznicza NATO - Allied Ordnance Publication - AOP-39 pt. „Guidance on the Assessment and Development of Insensitive Munitions (IM); NSA; Bruksela; Belgia; 2010; str. L-17 oraz indyjska publikacja naukowo-edukacyjna pod redakcją S. Krishnan, S.R. Chakravarthy, S.K. Athithan; pt. Propellants and Explosives Technology; Allied Publishers Ltd.; New Delhi, Mumbai, Calcutta, Lucknow, Chennai, Nagpur, Bangalore, Hyderabad, Ahmedabad; 1998; str. 268).

Według brytyjskiego opisu patentowego GB 2170494, spośród szeregu lepiszczy mogących występować w składach materiałów wybuchowych, może być zastosowany polibutadien zakończony grupami hydroksylowymi oraz żywice epoksydowe. Znanym plastyfikatorem podstawowych składników lepiszczy materiałów wybuchowych jest adypinian dioktylu (polski opis patentowy PL 180 343 oraz ww. Publikacja Sojusznicza NATO - AOP-39; Agencja Standaryzacyjna NATO (NSA); Bruksela; Belgia; 2010; str. L-17). A zatem, biorąc pod uwagę zawartość kruszących materiałów wybuchowych w materiate wybuchowym z polimerycznym lepiszczem, może ono stanowić 10-50% całkowitej masy materiału wybuchowego, przy czym zazwyczaj stanowi ono 10-20% jego masy (patrz str. 268 ww. publikacji indyjskiej oraz str. L-17 ww. Publikacji Sojuszniczej NATO).

Znane sposoby otrzymywania odlewanych ładunków materiałów wybuchowych z polimerycznym lepiszczem polegają na wprowadzeniu krystalicznych, kruszących materiałów wybuchowych do ciekłej mieszaniny lepiszcza, korzystnie kilkuetapowo, zaczynając od najmniejszej do największej frakcji kruszących materiałów wybuchowych i wymieszaniu wszystkich składników do chwili uzyskania jednorodnej masy, którą następnie wlewa się do form odlewniczych pod zmniejszonym ciśnieniem, w celu jej odpowietrzenia. Role form odlewniczych mogą spełniać korpusy, głowice amunicji, zazwyczaj pocisków artyleryjskich i rakietowych oraz bomb i torped. Mieszanie składników materiału wybuchowego oraz zalewanie form odlewniczych często odbywa się w podwyższonej temperaturze, pod zmniejszonym ciśnieniem, przy jednoczesnym poddaniu form odlewniczych wibracjom. Po operacji odlewania, ładunki materiałów wybuchowych pozostają w formach odlewniczych, w podwyższonej temperaturze, przez co najmniej kilka dób. Podczas tego okresu ładunki materiałów wybuchowych ulegają procesowi utwardzania/sieciowania, przy aktywnym udziale środka utwardzającego/sieciującego. Powyższe operacje technologiczne mają na celu odpowietrzenie ładunków materiałów wybuchowych oraz zachowanie ich jednorodności i zwartości.

Na przykład, według brytyjskiego opisu patentowego GB 2170494, materiał wybuchowy o składzie: 60% części wagowych nitroguanidyny, 20% części wagowych heksogenu i 20% części wagowych polibutadienu zakończonego grupami hydroksylowymi, jest otrzymywany w wyniku wymieszania ww. składników i odlania tak otrzymanej mieszaniny w temperaturze 49°C pod zmniejszonym ciśnieniem z przedziału 60,8 - 106,4 mm Hg, a następnie jej utwardzania w temperaturze 57°C przez 6 dób.

Według polskiego opisu patentowego PL 161 471, stwierdza się, że temperatura procesu mieszania składników materiału wybuchowego zawierającego polimeryczne lepiszcze, zależna od ich fizykochemicznych właściwości, może dochodzić do 77°C. Z kolei, według polskiego opisu patentowego PL 180 343, temperatura przetwórstwa materiałów wybuchowych zawierających polimeryczne lepiszcze może zmieniać się w zakresie od 65,5°C do 93,3°C.

Istota materiału wybuchowego z polimerycznym lepiszczem, według wynalazku polega na tym, że lepiszcze w ilości od 10% do 50% masy materiału wybuchowego, stanowi kompozycja terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, żywicy epoksydowej oraz adypinianu dioktylu, przy czym lepiszcze składa się z 20-60% części wagowych terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, 5-20% części wagowych żywicy epoksydowej oraz 20-60% części wagowych adypinianu dioktylu.

PL 217 089 B1

Istota sposobu otrzymywania ładunków materiału wybuchowego z polimerycznym lepiszczem, według wynalazku polega na tym, że ustaloną masę ciekłego lepiszcza składającego się z 20-60% części wagowych terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, 5-20% części wagowych żywicy epoksydowej oraz 20-60% części wagowych adypinianu dioktylu, stanowiącą 10-50% masy materiału wybuchowego, wlewa się do mieszalnika planetarnego, w którym utrzymuje się zmniejszone, ustalone ciśnienie z zakresu 20-50 mm Hg i temperaturę 80°C, a następnie miesza przez 10 minut. Po zakończeniu mieszania, do ww. lepiszcza dozuje się kolejno trzy równe porcje krystalicznego kruszącego materiału wybuchowego, stanowiące 50-90% części wagowych materiału wybuchowego, mieszając po każdym dodaniu porcji krystalicznego, kruszącego materiału wybuchowego przez 10 minut pod ww. ciśnieniem i w ww. temperaturze, po czym jednorodną masę materiału wybuchowego przelewa się pod zmniejszonym ciśnieniem do termostatowanego dozownika o temperaturze 80°C. Następnie materiał wybuchowy dozuje się, korzystnie z szybkością 100 g/min, pod ustalonym ciśnieniem z zakresu 20-50 mm Hg, wąskim strumieniem do formy odlewniczej o temperaturze 80°C poddanej wibracjom, korzystnie o częstotliwości 11 Hz. Po zakończeniu dozowania materiału wybuchowego do formy odlewniczej, do objętości układu: forma odlewnicza - dozownik, wprowadza się powietrze do uzyskania ciśnienia atmosferycznego, nie przerywając wibracji jeszcze przez 10 minut, po czym formę odlewniczą z ładunkiem materiału wybuchowego umieszcza się w cieplarce w temperaturze 80°C na 5 dób, gdzie następuje proces jego sieciowania/utwardzania.

Zastosowanie w materiale wybuchowym 10-50% wagowych mieszaniny lepiszcza o ww. składzie umożliwia wypełnianie nim korpusów, głowic amunicji o skomplikowanych kształtach, zapewniając jego zadowalającą wytrzymałość mechaniczną uwarunkowaną bardzo dobrymi właściwościami teologicznymi. Jednocześnie, tego rodzaju materiały wybuchowe wykazują mniejszą wrażliwość na bodźce mechaniczne - uderzenie i tarcie, bodźce termiczne - wolne i szybkie ogrzewanie, pobudzenie falą detonacyjną, uderzeniową, oraz są mniej podatne na wyładowania elektrostatyczne, czyli na podstawowe zagrożenia środowiskowe, które mogą występować podczas eksploatacji amunicji. Zastosowanie odpowiedniej zawartości lepiszcza w materiale wybuchowym i skład lepiszcza, zapewniając bardzo dobre własności reologiczne kompozycji wybuchowej, umożliwia uzyskanie wysokiego stopnia jej wypełnienia krystalicznym materiałem wybuchowym, a co za tym idzie - uzyskanie wysokich parametrów detonacyjnych takiej mieszaniny wybuchowej. Ponadto, opracowane i zastosowane lepiszcze charakteryzuje się wysoką zgodnością kontaktową (kompatybilnością chemiczną) z pozostałymi składnikami materiału wybuchowego, jak również z materiałami konstrukcyjnymi wykorzystywanymi powszechnie w wyrobach zawierających materiały wybuchowe, zazwyczaj w amunicji i jej elementach. Trwałość fizykochemiczna jak również wysoka termostabilność lepiszcza zastosowanego w wynalazku, są wyższe niż trwałość i termostabilność powszechnie stosowanych wybuchowych mieszanin kruszących, których głównym składnikiem jest trotyl. A zatem, zastosowanie lepiszcza objętego wynalazkiem, nie pogarsza tych właściwości w odniesieniu do całej kompozycji materiału wybuchowego, zapewniając zachowanie wymaganych własności eksploatacyjnych wyrobów wypełnionych takim materiałem wybuchowym w szerokim zakresie temperatur tj. od -40°C do +70°C (termiczny rozkład materiału wybuchowego z polimerycznym lepiszczem zachodzi w temperaturze powyżej 180°C). Również istotną zaletą opracowanej mieszaniny stanowiącej lepiszcze, jest jej stosunkowo niska cena a także łatwiejsza dostępność poszczególnych składników, w porównaniu z ceną i dostępnością najpowszechniej stosowanych na świecie lepiszczy opartych na polibutadienie zakończonym grupami hydroksylowymi. Ponadto, proces technologiczny wytwarzania materiału wybuchowego z lepiszczem według wynalazku tj. terpolimerem butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, charakteryzuje się znacznie mniejszymi wymaganiami w zakresie utrzymywania reżimu technologicznego zarówno ze względu na mniejszą toksyczność stosowanego w procesie środka sieciującego (tj. żywicy epoksydowej) w odróżnieniu od izocyjanianów używanych do sieciowania polibutadienu zakończonego grupami hydroksylowymi, jak i ze względu na brak wrażliwości na wilgoć operacji procesu technologicznego wytwarzania terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego. W związku z tym nie zachodzi konieczność klimatyzowania pomieszczeń produkcyjnych, jak to ma miejsce przy wytwarzaniu polibutadienu zakończonego grupami hydroksylowymi.

Wynalazek zostanie bliżej przedstawiony za pomocą poniższego przykładu.

P r z y k ł a d

Do mieszalnika planetarnego o pojemności 1,5 litra dodaje się kolejno 70 g terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, 15 g żywicy epoksydowej oraz 75 g adypinianu dioktylu. Całość miesza się przez 10 min, w temperaturze 80°C pod zmniejszonym ciśnieniem wynoszącym

PL 217 089 B1 mm Hg. Następnie do mieszalnika dodaje się kolejno trzy równe porcje heksogenu, po 280 g każda, mieszając przez 10 minut po dodaniu każdej porcji. Jednorodną masę materiału wybuchowego umieszcza się w termostatowanym dozowniku w temperaturze 80°C, po czym dozuje się materiał wybuchowy w postaci ciekłej wąskim strumieniem z szybkością 100 g/min (tj. przez 10 min) do formy odlewniczej poddanej wibracjom o częstotliwości 11 Hz, która znajduje się pod zmniejszonym ciśnieniem wynoszącym 30 mm Hg. Następnie, do układu: forma odlewnicza-dozownik doprowadza się powietrze do uzyskania ciśnienia atmosferycznego, nie przerywając wibracji układu jeszcze przez 10 minut. Po zakończonym formowaniu ładunek umieszcza się w cieplarce w temperaturze 80°C na 5 dób.

W wyniku realizacji opisanego wyżej przykładowego sposobu według wynalazku, otrzymuje się ₃ ładunek małowrażliwego materiału wybuchowego o masie 1000 g, gęstości 1640 kg/m³, prędkości detonacji 7800 m/s i średnicy krytycznej wynoszącej 6 mm, składający się z 16% części wagowych lepiszcza (zawierającego 43,75% części wagowych terpolimerem butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, 9,375% części wagowych żywicy epoksydowej i 46,875% części wagowych adypinianu dioktylu) oraz 84% części wagowych heksogenu.

Claims (3)

1. Materiał wybuchowy z polimerycznym lepiszczem zawierającym polibutadien, żywicę epoksydową, adypinian dioktylu, wymieszanym z kruszącym materiałem wybuchowym, takim jak heksogen, oktogen, nitroguanidyna, 3-nitro-1,2,4-triazol-5-on (NTO), 1,1-diamino-2,2-dinitroety!en (FOX-7), stanowiącym indywiduum chemiczne lub mieszaninę tego rodzaju indywiduów chemicznych, użytego w ilości od 50% do 90% masy całego materiału wybuchowego, znamienny tym, że lepiszcze w ilości od 10% do 50% masy materiału wybuchowego, stanowi kompozycja terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, żywicy epoksydowej oraz adypinianu dioktylu.

2. Materiał wybuchowy z polimerycznym lepiszczem według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że lepiszcze składa się z 20-60% części wagowych terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, 5-20% części wagowych żywicy epoksydowej oraz 20-60% części wagowych adypinianu dioktylu.

3. Sposób otrzymywania ładunków materiału wybuchowego z polimerycznym lepiszczem zawierającym polibutadien, adypinian dioktylu oraz żywicę epoksydową, poprzez wymieszanie w podwyższonej temperaturze i pod zmniejszonym ciśnieniem lepiszcza z kruszącym materiałem wybuchowym stanowiącym 50-90% masy materiału wybuchowego, takim jak heksogen, oktogen, nitroguanidyna, 3-nitro-1,2,4-triazol-5-on (NTO), 1,1-diamino-2,2-dinitroetylen (FOX-7), będącym indywiduum chemicznym lub mieszaniną tego rodzaju indywiduów chemicznych, wlanie pod zmniejszonym ciśnieniem jednorodnej mieszaniny wszystkich ww. składników materiału wybuchowego do formy odlewniczej o podwyższonej temperaturze, przy jednoczesnym poddaniu jej wibracji, a następnie sieciowaniu/utwardzaniu przez kilka dób w formie odlewniczej posiadającej podwyższoną temperaturę, znamienny tym, że ustaloną masę ciekłego lepiszcza składającego się z 20-60% części wagowych terpolimeru butadienu, akrylonitrylu i kwasu akrylowego, 5-20% części wagowych żywicy epoksydowej oraz 20-60% części wagowych adypinianu dioktylu, stanowiącą 10-50% masy materiału wybuchowego, wlewa się do mieszalnika planetarnego, w którym utrzymuje się zmniejszone, ustalone ciśnienie w zakresie 20-50 mm Hg i temperaturę 80°C, miesza przez 10 minut, a następnie do ww. ciekłego lepiszcza dozuje się kolejno trzy równe porcje krystalicznego, kruszącego materiału wybuchowego, stanowiące razem 50-90% masy materiału wybuchowego, mieszając po każdym dodaniu porcji krystalicznego, kruszącego materiału wybuchowego przez 10 minut pod ww. ciśnieniem i www. temperaturze, po czym jednorodną masę materiału wybuchowego przelewa się pod zmniejszonym ciśnieniem do termostatowanego dozownika o temperaturze 80°C, dozuje się materiał wybuchowy, korzystnie z szybkością 100 g/min, pod ustalonym ciśnieniem z zakresu 20-50 mm Hg, wąskim strumieniem do formy odlewniczej o temperaturze 80°C poddanej wibracjom, korzystnie o częstotliwości 11 Hz, a następnie, po zakończeniu dozowania materiału wybuchowego do formy odlewniczej, do objętości układu: forma odlewnicza - dozownik wprowadza się powietrze do uzyskania ciśnienia atmosferycznego, nie przerywając wibracji jeszcze przez 10 minut, po czym formę odlewniczą z ładunkiem materiału wybuchowego umieszcza się w cieplarce w temperaturze 80°C na 5 dób, gdzie następuje proces jego sieciowania/utwardzania.