RU2105747C1

RU2105747C1 - Method of producing ballistite powder

Info

Publication number: RU2105747C1
Application number: RU96105682A
Authority: RU
Inventors: Н.Б. Завьялова; А.В. Косточко; Е.Б. Смола; А.И. Петров; Ю.М. Шартов; Т.Т. Вахитова; А.Г. Корсаков
Original assignee: Казанский государственный технологический университет
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: explosives. SUBSTANCE: invention relates to ballistite powders for charges used in artillery systems. Method is distinguished by that, in the component mixing phase, spherical members are added containing high-nitrogen cellulose nitrates, or cellulose nitrates and plasticizer, or cellulose nitrates, plasticizer, and explosive in amounts 30-70 wt %, diameter of spherical members ranging from 0.025 to 0.25 mm. EFFECT: increased resistance to impact loads at low temperatures and improved safety of production process. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способу получения баллиститных порохов и может найти применение в производстве баллиститных порохов для зарядов к артиллерийским системам. The invention relates to a method for producing ballistic powders and may find application in the production of ballistic powders for charges to artillery systems.

Известен способ получения бездымных порохов разных типов, заключающихся в том, что особым образом приготовленные сферические частицы нитратов целлюлозы (НЦ) смешивают с порошкообразными добавками и нелетучим растворителем, после чего осуществляют пластификацию при повышенной температуре. В состав пороха могут входить: нитраты целлюлозы, нелетучий растворитель более 25% тонкоизмельченные неорганические добавки (NH₄ClO₄, катализатор горения, например, окись, сульфид, хромат или азид Pb, Al -пудра и др.) в количестве до 65% В качестве растворителя используют нитроглицерин (НГЦ), бутантриолнитрат, динитратдиэтиленгликоль и невзрывчатые вещества дибутилфталат, триацетил и др. [1]
Недостатком данного способа является ограничение по размеру изделий (диаметр 12-96 мм и длина до 60 см), введение большого количества порошкообразных веществ на фазе изготовления, низкая энергетика, вследствие большого количества инертных добавок.A known method of producing smokeless powders of various types, which consists in the fact that specially prepared spherical particles of cellulose nitrate (SC) are mixed with powdered additives and a non-volatile solvent, after which plasticization is carried out at elevated temperature. The composition of the powder may include: cellulose nitrates, non-volatile solvent, more than 25% finely divided inorganic additives (NH ₄ ClO ₄ , a combustion catalyst, for example, oxide, sulfide, chromate or azide Pb, Al powder, etc.) in an amount of up to 65% V Nitroglycerin (NGC), butanetriol nitrate, dinitrate diethylene glycol and non-explosive substances dibutyl phthalate, triacetyl and others are used as solvent [1]
The disadvantage of this method is the restriction on the size of the products (diameter 12-96 mm and length up to 60 cm), the introduction of a large number of powdery substances in the manufacturing phase, low energy, due to the large number of inert additives.

Известен способ получения бездымного пороха, который основан на принципе насыщения сферических гранул НЦ жидких нитроэфиром (НЭ) (тринитратом глицерина, динитратом диэтиленгликоля, динитратом триэтиленгликоля) и состоит 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 др. НЭ) в несмешивающемся с водой растворителе; выдержка суспензии до момента насыщения НЦ-гранул [2]
Недостатком данного способа является ограниченность введения различных порошкообразных добавок, влияющих на энергетические и эксплуатационные характеристики пороха, невозможность получения порохов трубчатой и зерненой формы.A known method of producing smokeless powder, which is based on the principle of saturation of spherical granules of NTs with liquid nitroesters (NE) (glycerol trinitrate, diethylene glycol dinitrate, triethylene glycol dinitrate) and consists of the following operations: mixing the NTs granules in water until a suspension forms; the introduction of a suspension of water-immiscible solvent NTS; extracting the suspension to complete absorption of the solvent with NTs granules; adding to the suspension a solution of NHC (or other NE) in a water-immiscible solvent; holding the suspension until the saturation of the NC granules [2]
The disadvantage of this method is the limited introduction of various powder additives that affect the energy and operational characteristics of the powder, the inability to obtain tubular and granular powders.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения баллиститных порохов но баллиститной технологии. В основу способа изготовления порохов баллиститного и типа положен метод смешивания составных компонентов в водной среде ("варка"). При таком методе смешивания происходит набухание коллоксилина в растворителях, пластификации пороховой массы здесь не происходит, так как ей препятствует вода. Пластификация массы и уплотнение достигается специальной термохимической обработкой массы (на обогреваемых вальцах). Полученная пластичная масса прессуется в пороховые трубки или элементы другой формы. Далее они режутся на требуемую длину, а затем отправляются на разработку, мешку и укупорку [3]
Недостатком этого способа является опасность технологического процесса при подготовке и при введении порошкообразных взрывчатых веществ (например, кристаллических нитроаминов), а также низкие физико-механические характеристики порохов, получаемых по этой технологии.The closest in technical essence and the achieved result is a method of obtaining ballistic gunpowder but ballistic technology. The method of manufacturing ballistic powder and type is based on the method of mixing the constituent components in an aqueous medium (“cooking”). With this mixing method, colloxylin swells in solvents, plasticization of the powder mass does not occur here, since it is interfered with by water. Plasticization of the mass and compaction is achieved by special thermochemical treatment of the mass (on heated rollers). The resulting plastic mass is pressed into powder tubes or elements of another shape. Then they are cut to the required length, and then sent to the development, bag and corking [3]
The disadvantage of this method is the danger of the process during the preparation and the introduction of powdered explosives (for example, crystalline nitroamines), as well as the low physical and mechanical characteristics of the powders obtained by this technology.

Задачей данного изобретения является разработка способа получения баллиститного пороха с высокой прочностью к ударным нагрузкам при низких температурах. The objective of the invention is to develop a method for ballistic gunpowder with high impact strength at low temperatures.

Поставленная задача решается тем, что предварительно изготовленные сферические элементы (СФЭ) диаметром 0,025 0,25 мм на основе высокоазотных нитратов целлюлозы или НЦ и пластификатора (нитратов многоатомных спиртов или нитроаминов), или НЦ, пластификатора и взрывчатых веществ (например, кристаллических нитроаминов, таких как октоген, гексоген) вводятся в баллиститный порох в количестве 30-70 мас. на фазе смешения компонентов в водной среде ("варки"). Такой способ ввода мощных взрывчатых веществ, а также НЦ и пластификатора в составе сферических элементов значительно повышает безопасность технологического процесса и позволяет ввести большое количество компонентов, что значительное увеличивает энергетические характеристики пороха. На фазе смешения компонентов происходит коллоксилина в растворителях; пластификации пороховой массы здесь не происходит, так как ей препятствует вода. Пластификация массы и уплотнение достигается термомеханической обработкой массы на вальцах. Баллиститный порох получают в виде трубки методом проходного прессования. The problem is solved in that the prefabricated spherical elements (SFE) with a diameter of 0.025 0.25 mm based on high nitrogen nitrates of cellulose or NTs and a plasticizer (nitrates of polyhydric alcohols or nitroamines), or NTs, plasticizer and explosives (for example, crystalline nitroamines, such as octogen, hexogen) are introduced into ballistic powder in an amount of 30-70 wt. in the phase of mixing the components in the aquatic environment ("cooking"). This method of introducing powerful explosives, as well as SC and plasticizer in the composition of spherical elements significantly increases the safety of the process and allows you to enter a large number of components, which significantly increases the energy characteristics of the powder. In the phase of mixing the components, colloxylin occurs in solvents; plasticization of the powder mass does not occur here, since it is hindered by water. Plasticization of the mass and compaction is achieved by thermomechanical processing of the mass on the rollers. Ballistic powder is obtained in the form of a tube by continuous pressing.

Баллиститный порох компонуется по типу "гранула в высокоэластичной полимерной матрице". Сферические элементы не растворяются в труднолетучем пластификаторе, так как они изготовлены на основе высокоазотных нитратов целлюлозы. За счет этого происходит сохранение сферических гранул в полимерной матрице. Гранулы оказывают упрочняющее действие, за счет чего достигается высокий уровень физико-механических характеристик. Данная компоновка позволяет получить баллиститный порох с высокой прочностью к ударным нагрузкам при низкой температуре при одновременном сохранении высокого уровня энергетических показателей, достигаемого за счет высокоазотных нитратов целлюлоз, или НЦ и высокоэнергетического активного пластификатора, или НЦ, пластификатора и мощность взрывчатого вещества. Гранулу применяют в виде мелкодисперных сферических элементов диаметром 0,025 0,25 мм и готовят на основе высокоазотных нитратов целлюлозы по эмульсионной технологии лаковым способом, которая включает в себя приготовление порохового лака на основе НЦ; НЦ и пластификатора; НЦ, пластификатора и взрывчатого вещества и легколетучего растворителя (этилацетат), с последующим диспергированием в водной среде и удалением легколетучего растворителя. Ballistic gunpowder is compounded as a “granule in a highly elastic polymer matrix”. Spherical elements do not dissolve in a hardly volatile plasticizer, since they are made on the basis of high-nitrogen cellulose nitrates. Due to this, spherical granules are retained in the polymer matrix. Granules have a strengthening effect, due to which a high level of physical and mechanical characteristics is achieved. This arrangement allows to obtain ballistic powder with high resistance to impact loads at low temperature while maintaining a high level of energy performance achieved by high-nitrogen cellulose nitrates or SC and high-energy active plasticizer, or SC, plasticizer and explosive power. The granule is used in the form of finely dispersed spherical elements with a diameter of 0.025 0.25 mm and is prepared on the basis of high-nitrogen cellulose nitrates by the emulsion technology by the varnish method, which includes the preparation of powder varnish based on NTs; SC and plasticizer; SC, plasticizer and explosive and volatile solvent (ethyl acetate), followed by dispersion in an aqueous medium and the removal of volatile solvent.

Вследствие малой растворимости высокоазотных нитратов целлюлозы в труднолетучих пластификаторах применение их в качестве высокомолекулярной основы сферических элементов (СФЭ) позволяет сохранить структуру баллиститного пороха по типу "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" в процессе переработки и эксплуатации пороха. Для порохов типа "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" необходимо получение мелкодисперсных сферических элементов. Due to the low solubility of high-nitrogen cellulose nitrates in hardly volatile plasticizers, their use as a high molecular weight base of spherical elements (SFE) allows preserving the structure of ballistic gunpowder by the type of "granule in a highly elastic polymer matrix" during the processing and operation of gunpowder. For powders of the type "granule in a highly elastic polymer matrix" it is necessary to obtain finely divided spherical elements.

Высокоэластичная матрица баллиститного пороха, представляющая собой низкоазотный нитрат целлюлозы, пластифицированный смесью активных пластификаторов (нитратов многоатомных спиртов), обеспечивает необходимый комплекс физико-механических свойств баллиститного пороха в диапазоне температур от +20 до -50^oC и других эксплуатационных характеристик.The highly elastic matrix of ballistic powder, which is low-nitrogen cellulose nitrate, plasticized with a mixture of active plasticizers (polyhydric alcohol nitrates), provides the necessary complex of physico-mechanical properties of ballistic powder in the temperature range from +20 to -50 ^o C and other operational characteristics.

Пример 1. СФЭ получают по эмульсионной технологии лаковым способом. Для приготовления порохового лака 170 г высокоазотных нитратов целлюлозы растворяют в 800 мл легколетучего растворителя (этилацетат) и диспергируют в водной среде (при модуле 1:8) в реакторе в течение 1 ч при скорости перемешивания 650 об/мин T=55-60^o, потом удаляют легколетучий растворитель ступенчатой отгонкой в течение 2,5 ч при медленном повышении температуры до 84^o. Получение сферические элементы диаметром 0,025-0,25 мм, промывают, сушат, рассеивают на фракции.Example 1. SFE receive emulsion technology varnish method. To prepare a powder varnish, 170 g of high-nitrogen cellulose nitrates are dissolved in 800 ml of a volatile solvent (ethyl acetate) and dispersed in an aqueous medium (with a module of 1: 8) in the reactor for 1 h at a stirring speed of 650 rpm T = 55-60 ^o , then the volatile solvent is removed by step distillation for 2.5 hours with a slow temperature increase to 84 ^o . Obtaining spherical elements with a diameter of 0.025-0.25 mm, washed, dried, scattered into fractions.

Для получения баллиститного пороха сферические элементы диаметром 0,25 мм массой 30 г смешивают в варочном котел с 31 г коллоксилина, 36 г пластификатора (нитраты многоатомных спиртов) и 3 г технологических добавок (индустриальное масло, централит N 2) в течение 1 ч при комнатной температуре, модуль по воде 1:5. Полученную пороховую массу отжимают от воды до влажности 30% и отвальцовывают при температуре 70^oC. Готовое плотно формуют через матрицу на гидравлическом прессе при T=75^oC и давлении прессования 110 кгс/см². Полученный пороховой шнур диаметров 6 мм разрезают на элементы длиной 6 см и проводят физико-механические испытания.To obtain ballistic powder, spherical elements with a diameter of 0.25 mm weighing 30 g are mixed in a digester with 31 g of colloxylin, 36 g of plasticizer (nitrates of polyhydric alcohols) and 3 g of technological additives (industrial oil, centralized N 2) for 1 h at room temperature, water module 1: 5. The resulting powder mass is squeezed from water to a moisture content of 30% and rolled at a temperature of 70 ^o C. The finished product is tightly molded through a die on a hydraulic press at T = 75 ^o C and a pressing pressure of 110 kgf / cm ² . The resulting powder cord with a diameter of 6 mm is cut into elements 6 cm long and physical and mechanical tests are carried out.

Пример 2. При получении сферических элементов для приготовления порохового лака 153 г высокоазотных целлюлозы и 17 г активного пластификатора растворяют в 800 мл легколетучего растворителя. Дальнейший процесс аналогичен примеру 1. Example 2. When receiving spherical elements for the preparation of powder varnish, 153 g of high-nitrogen cellulose and 17 g of active plasticizer are dissolved in 800 ml of a volatile solvent. The further process is similar to example 1.

Пример 3. При получении сферических элементов для приготовления порохового лака 51 г высокоазотных нитратов целлюлозы, 17 г активного пластификатора и 102 г взрывчатого вещества (кристаллического нитроамина) растворяют в 800 мл легколетучего растворителя. Дальнейший процесс аналогичен примеру 1. Example 3. When receiving spherical elements for the preparation of powder varnish, 51 g of high-nitrogen cellulose nitrates, 17 g of active plasticizer and 102 g of explosive (crystalline nitroamine) are dissolved in 800 ml of a volatile solvent. The further process is similar to example 1.

Характеристики образцов, полученных по предлагаемому способу получения баллиститного пороха, приведены в таблице. The characteristics of the samples obtained by the proposed method for producing ballistic gunpowder are shown in the table.

Удельную ударную вязкость образцов измеряют на маятниковом копре МК-0,5 в соответствии с ОСТ В-84-619-72 при температуре 20^oC и -50^oC.The specific impact strength of the samples is measured on a MK-0.5 pendulum head in accordance with OST B-84-619-72 at a temperature of 20 ^o C and -50 ^o C.

Введение нитратцеллюлозных сферических элементов на фазе смещения в количестве от 30 до 70 мас. приводит к увеличению удельной ударной вязкости при -50^oC до 10 кДж/м², при изменении количества сферических элементов в меньшую (25% ) сторону, прочностные характеристики остаются на уровне, не превышающем штатные значения. При увеличении содержания СФЭ до 75% и выше вальцованное полотно получается некачественным, связующей полимерной матрицы не хватает на такое большое количество СФЭ, резко возрастает давление прессования, баллиститный порох получается хрупким, с удельной ударной вязкостью на уровне штатных значений и ниже. Такое же влияние оказывает введение сферических элементов диаметром 0,01 мм. Применение сферических элементов диаметром в интервале 0,025-0,25 мм позволяет увеличить эластичность пороха за счет упрочняющего действия гранул и получить удельную ударную вязкость при -50^oC на уровне 100 кДж/м² и выше. С увеличением диаметра СФЭ свыше 0,30 мм, образцы становятся хрупкими и имеют низкие технологические показатели в процессе получения и удельную ударную вязкость на уровне штатных значений и ниже.The introduction of cellulose nitrate spherical elements in the displacement phase in an amount of from 30 to 70 wt. leads to an increase in specific impact strength at -50 ^o C to 10 kJ / m ² , when the number of spherical elements changes in a smaller (25%) direction, the strength characteristics remain at a level not exceeding the nominal values. With an increase in the SFE content up to 75% and higher, the rolled sheet turns out to be of poor quality, the binder polymer matrix is not enough for such a large amount of SFE, the pressing pressure sharply increases, the ballistic powder turns out to be brittle, with a specific impact strength at the level of standard values and lower. The introduction of spherical elements with a diameter of 0.01 mm has the same effect. The use of spherical elements with a diameter in the range of 0.025-0.25 mm allows to increase the elasticity of the powder due to the strengthening action of the granules and to obtain a specific impact strength at -50 ^o C at a level of 100 kJ / m ² and above. With the increase in the diameter of the SFE over 0.30 mm, the samples become brittle and have low technological parameters in the process of obtaining and specific impact strength at the level of standard values and below.

Введение сферических элементов на основе НЦ и активного пластификатора позволяет при повышении энергетических характеристик одновременно улучшить деформационно-прочностные характеристики и получить значение удельной вязкости при -50^oC на уровне 10 кДж/м². Введение пластификатора более 10% не рекомендуется, так как при большем содержании он начинает мигрировать из сферических элементов, что значительно меняет эксплуатационные свойство пороховых элементов, т.е. приводит к снижению значений

до уровня штатных значений.The introduction of spherical elements based on NTs and an active plasticizer makes it possible to simultaneously improve the deformation-strength characteristics and increase the specific viscosity at -50 ^o C at a level of 10 kJ / m ² while increasing the energy characteristics. The introduction of a plasticizer of more than 10% is not recommended, since at a higher content it begins to migrate from spherical elements, which significantly changes the operational properties of the powder elements, i.e. leads to lower values

to the level of standard values.

Введение сферических элементов на основе НЦ, активного пластификатора и мощного взрывчатого вещества повышает энергетические характеристики пороха и одновременно увеличивает эластичность пороха, что позволяет получить значения удельной ударной вязкости при -50^oC на уровне 12 кДж/м². Введение более 60% взрывчатого вещества снижает прочностные характеристики до уровня штатных значений и ниже. Вводить более 60% взрывчатого вещества не рекомендуется, так как при увеличении содержания ВВ в СФЭ наблюдается их нахождение не в виде гранул, а в кристаллическом виде, так как для образования полимерной оболочки с СФЭ не хватает нитратов целлюлозы, что приводит к хрупкости образцов и резкому уменьшению значений

до уровня штатных значений.The introduction of spherical elements based on SC, an active plasticizer and a powerful explosive increases the energy characteristics of the powder and at the same time increases the elasticity of the powder, which allows to obtain values of specific impact strength at -50 ^o C at the level of 12 kJ / m ² . The introduction of more than 60% of the explosive reduces the strength characteristics to the level of standard values and below. It is not recommended to introduce more than 60% of the explosive, since with an increase in the explosive content in the SFE, they are found not in the form of granules, but in a crystalline form, since cellulose nitrates are not enough for the formation of a polymer shell with SFE, which leads to fragility of the samples and sharp decrease values

to the level of standard values.

Улучшение физико-механических характеристик объясняется тем, что гранула сохраняет свою форму в полимерной матрице в процессе изготовления и применения пороха, упрочняя таким образом пороховые элементы. Это приводит к эффекту резкого повышения эластичности и увеличения прочности пороха к ударным нагрузкам, что особенно важно в процессе выстрела. Предлагаемый способ получения баллиститного пороха по способу компоновки "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" позволяет регулировать путем варьирования компонентов в СФЭ и их количества энергетические и эксплуатационные характеристики баллиститных порохов в зависимости от их назначения и повышает безопасность процесса их изготовления. The improvement of physical and mechanical characteristics is explained by the fact that the granule retains its shape in a polymer matrix during the manufacture and use of gunpowder, thus strengthening the powder elements. This leads to the effect of a sharp increase in elasticity and increase the strength of the powder to shock loads, which is especially important during the shot. The proposed method for producing ballistic powder by the layout method "granule in a highly elastic polymer matrix" allows you to adjust by varying the components in the SFE and their quantity the energy and operational characteristics of ballistic gunpowder depending on their purpose and increases the safety of the manufacturing process.

Преимуществами предлагаемого способа получения баллиститного пороха являются:
высокая прочность получаемых составов к ударным нагрузкам при низких температурах (-50^oC) и повышение безопасности технологического процесса получения пороха за счет введения на фазе смещения компонентов сферических элементов на основе высокоазотных нитратов целлюлозы (НЦ), или НЦ и активного пластификатора, или НЦ, пластификатора и мощного взрывчатого вещества за счет сохранения сферических гранул в полимерной матрице пороха в процессе его получения и применения;
получение баллиститного пороха по способу компоновки "гранула в высокоэластичной полимерной матрице" на основе штатной баллиститной технологии, что позволяет варьировать в широких пределах форму и размер баллиститного пороха;
компоновка "гранул в высокоэластичной полимерной матрице" позволяет варьировать в широких пределах энергетические и эксплуатационные характеристики порохов в зависимости от назначения и за счет изменения количества компонентов получать составы с заданными характеристиками.The advantages of the proposed method for ballistic gunpowder are:
high strength of the obtained compositions to impact loads at low temperatures (-50 ^o C) and increase the safety of the technological process of producing gunpowder due to the introduction of spherical elements based on high nitrogen cellulose nitrates (SC), or SC and an active plasticizer, or SC, in the displacement phase a plasticizer and a powerful explosive due to the conservation of spherical granules in the polymer matrix of gunpowder during its preparation and use;
ballistic gunpowder production according to the “granule in a highly elastic polymer matrix” layout method based on standard ballistic technology, which allows varying within a wide range the shape and size of ballistic gunpowder;
the layout of "granules in a highly elastic polymer matrix" allows you to vary within a wide range the energy and operational characteristics of the powders depending on the purpose and due to the change in the number of components to obtain compositions with desired characteristics.

Claims

1. A method of producing ballistic powder, comprising a phase of mixing the components, rolling the mass, pressing and cutting into elements, characterized in that at the phase of mixing the components, spherical elements containing high nitrogen cellulose nitrates are introduced in an amount of 30 to 70 wt. diameter 0.025 0.25 mm.

2. The method according to claim 1, characterized in that the spherical elements further comprise a plasticizer.

3. The method according to claim 1, characterized in that the spherical elements further comprise a plasticizer and an explosive.