RU2242448C2

RU2242448C2 - Spherical gunpowder manufacturing method

Info

Publication number: RU2242448C2
Application number: RU2002133421/02A
Authority: RU
Inventors: Г.Р. Стрекалова (RU); Г.Р. Стрекалова; О.Т. Шипина (RU); О.Т. Шипина; А.В. Косточко (RU); А.В. Косточко
Original assignee: Казанский государственный технологический университет
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-12-20

Abstract

FIELD: explosives.

SUBSTANCE: spherical hunting-rifle powder is manufactured as follows. Powder lacquer is prepared by mixing, in aqueous medium, cellulose nitrate, diphenylamine with acetate, dibutyl phthalate, nitroglycerine, and dinitrotoluene. Dispersion medium is prepared with carboxymethylcellulose sodium salt or hydroxyethylcellulose as emulsifier. Powder lacquer is dispersed in dispersion medium into spherical powder particles, which are then dehydrated, freed of ethyl acetate, and powdered with graphite.

EFFECT: reduced polydispersity and increased density of powder thereby increasing its efficiency.

1 tbl

Description

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для охотничьего оружия и может найти применение для снаряжения патронов стрелкового оружия.The invention relates to the field of production of spherical powders (TFP) for hunting weapons and may find application for equipping small arms cartridges.

Известен способ получения сферического пороха для охотничьего оружия, включающий приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде нитрата целлюлозы (НЦ) и дифениламина с этилацетатом, добавление костного клея, диспергирование порохового лака на сферические частицы и удаление этилацетата при нагревании смеси.A known method for producing spherical gunpowder for hunting weapons, including the preparation of powder varnish with stirring in an aqueous medium of cellulose nitrate (SC) and diphenylamine with ethyl acetate, the addition of bone glue, the dispersion of powder varnish on spherical particles and the removal of ethyl acetate when the mixture is heated.

При этом в качестве НЦ используют пироксилин №1 или пироксилин №1 с возвратно-технологическими отходами совместно с дифениламином (ДФА), вводя технический углерод в виде водной суспензии и медь (II)-свинец (II) фталатоксид [а.с. 1727375, МПК С 06 В 21/00 БИ №4, 10.02.97].In this case, pyroxylin No. 1 or pyroxylin No. 1 with recycling waste material together with diphenylamine (DPA) is used as SC, introducing carbon black in the form of an aqueous suspension and copper (II) -lead (II) phthalate oxide [A. 1727375, IPC С 06 В 21/00 BI No. 4, 02/10/97].

Недостатком данного способа является неоднородные сферические частицы, которых необходимо возвращать обратно в производство, низкая насыпная плотность, что увеличивает скорость газообразования.The disadvantage of this method is the inhomogeneous spherical particles, which must be returned back to production, low bulk density, which increases the rate of gas formation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сферического пороха путем приготовления нитрата целлюлозного лака при перемешивании в воде нитратов целлюлозы, стабилизатора химической стойкости и нерастворимого в воде растворителя нитратов целлюлозы. Продолжая перемешивание с частотой вращения мешалки 50-90 об/мин, вводят эмульгатор костный клей, желатин или растительную резину и растворимую в воде соль щелочного или щелочно-земельного металла. Пороховой лак диспергируется на отдельные сферические частицы. Дальнейшее уменьшение скорости перемешивания вызывает коагуляцию частиц. Затем второй раз добавляют эмульгатор и растворимую в воде соль щелочного или щелочно-земельного металла, а скорость перемешивания увеличивают до уровня, соответствующего 60-95% от начального. Это вызывает повторное диспергирование лака на отдельные сферические частицы. Растворитель удаляют дистилляцией, а частицы отделяют от воды [патент США № 3824108, кл. С 08 В 21/12, 1974 г.].The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing spherical gunpowder by preparing cellulose varnish nitrate with stirring in water of cellulose nitrates, a stabilizer of chemical resistance and a water-insoluble solvent of cellulose nitrates. Continuing mixing with a stirrer speed of 50-90 rpm, an emulsifier is introduced bone glue, gelatin or vegetable gum and a water-soluble salt of an alkaline or alkaline-earth metal. Powder varnish is dispersed into individual spherical particles. A further decrease in the stirring speed causes coagulation of the particles. Then a second time add an emulsifier and a water-soluble salt of an alkaline or alkaline earth metal, and the stirring speed is increased to a level corresponding to 60-95% of the initial. This causes redispersion of the varnish onto individual spherical particles. The solvent is removed by distillation, and the particles are separated from water [US patent No. 3824108, CL. From 08 to 21/12, 1974].

Недостатком данного способа является сложность ведения технологического процесса, так как при снижении частоты вращения мешалки на стадии диспергирования происходит коагуляция сферических частиц и налипание их на поверхность мешалки, чему также способствует низкая концентрация эмульгатора в водной среде; необходимость ступенчатого ввода растворов эмульгатора и соли приводит к ступенчатому разбавлению смеси и ухудшению процесса диспергирования, т.е. скачкообразные увеличения модуля по воде вызывают неоднородность структурообразования сферических частиц, что в конечном итоге приводит к увеличению разброса скорости полета пули. Для получения низкой насыпной плотности 0,4-0,6 кг/дм³ нужно снизить интенсивность перемешивания порохового лака на стадии диспергирования с последующим увеличением интенсивности перемешивания при повторном диспергировании в сочетании с вводом сернокислого натрия. Повторное диспергирование способствует образованию пористых сферических частиц, а дозировка сернокислого натрия приводит к получению высокоплотных частиц СФП. Наличие этих двух факторов, действующих в противоположных направлениях, создает неустойчивость технологического процесса. Такой порох не обеспечивает требуемых баллистических характеристик, имеет высокое дульное давление пороховых газов при выстреле из охотничьего оружия.The disadvantage of this method is the complexity of the process, since with a decrease in the speed of the mixer at the dispersion stage, spherical particles coagulate and stick to the surface of the mixer, which also contributes to the low concentration of emulsifier in the aqueous medium; the need for stepwise input of emulsifier and salt solutions leads to stepwise dilution of the mixture and deterioration of the dispersion process, i.e. spasmodic increases in water modulus cause heterogeneity in the structure formation of spherical particles, which ultimately leads to an increase in the spread of the bullet’s flight speed. To obtain a low bulk density of 0.4-0.6 kg / DM ³ it is necessary to reduce the intensity of mixing of the powder varnish at the stage of dispersion, followed by an increase in the intensity of mixing during repeated dispersion in combination with the introduction of sodium sulfate. Repeated dispersion promotes the formation of porous spherical particles, and the dosage of sodium sulfate results in high-density particles of TFP. The presence of these two factors, acting in opposite directions, creates the instability of the process. Such gunpowder does not provide the required ballistic characteristics; it has a high muzzle pressure of the powder gases when fired from hunting weapons.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности получения сферического пороха за счет снижения полидисперсности, увеличения плотности, уменьшения разброса скорости полета пули и упрощение технологического процесса.The objective of the invention is to increase the efficiency of producing spherical powder by reducing polydispersity, increasing density, reducing the dispersion of the speed of the bullet and simplifying the process.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем приготовление порохового лака при перемешивании в водной среде нитрата целлюлозы и дифениламина с этилацетатом, приготовление дисперсионной среды, включающей эмульгатор, диспергирование порохового лака на сферические пороховые частицы в дисперсионной среде, обезвоживание сферических пороховых частиц и удаление этилацетата при нагревании полученных сферических пороховых частиц, при приготовлении порохового лака дополнительно вводят дибутилфталат, нитроглицерин и динитротолуол, в качестве эмульгатора используют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы или оксиэтилцеллюлозу в количестве 0,1-0,5 мас.% по отношению к дисперсионной среде, в качестве нитрата целлюлозы используют пироксилин №1, а после удаления этилацетата сферические пороховые частицы опыляют графитом.This object is achieved in that in a method comprising preparing a powder varnish while stirring in an aqueous medium cellulose nitrate and diphenylamine with ethyl acetate, preparing a dispersion medium comprising an emulsifier, dispersing the powder varnish onto spherical powder particles in a dispersion medium, dehydrating the spherical powder particles and removing ethyl acetate when heating the obtained spherical powder particles, dibutyl phthalate, nitroglycerin and dini are additionally introduced in the preparation of the powder varnish rotoluol, as an emulsifier, a sodium salt of carboxymethyl cellulose or hydroxyethyl cellulose in an amount of 0.1-0.5 wt.% with respect to the dispersion medium as cellulose nitrate used guncotton №1, and after removing ethyl acetate, spherical graphite powder particles pollinating.

Дисперсионная среда, содержащая 0,1-0,5 мас.% Na-КМЦ или ОЭЦ, обеспечивает требуемый уровень вязкости, а также повышается поверхностное натяжение на границе раздела фаз: дисперсионная среда - дисперсная фаза (вода - пороховой лак), что приводит к снижению пористости сферических пороховых частиц. Получаемый сферический порох по предлагаемому способу более однороден по форме, снижается его полидисперсность и увеличивается плотность получаемых сферических пороховых частиц. Снижение содержание эмульгатора (Na-КМЦ или ОЭЦ) менее 0,1% приводит к образованию сферических пороховых частиц неправильной формы с высокой пористостью и большим разбросом по размерам. Увеличение содержания эмульгатора (Na-КМЦ или ОЭЦ) более 0,5% приводит к увеличению вязкости дисперсионной среды, в которой эмульгирование (диспергирование) порохового лака становится затруднительным, и качество получаемого сферического пороха ухудшается.A dispersion medium containing 0.1-0.5 wt.% Na-CMC or OEC provides the required level of viscosity, and also increases the surface tension at the interface: dispersion medium - dispersed phase (water - powder varnish), which leads to decrease in porosity of spherical powder particles. The resulting spherical powder according to the proposed method is more uniform in shape, its polydispersity decreases and the density of the resulting spherical powder particles increases. Reducing the content of emulsifier (Na-CMC or OEC) less than 0.1% leads to the formation of spherical powder particles of irregular shape with high porosity and a large variation in size. An increase in the content of emulsifier (Na-CMC or OEC) of more than 0.5% leads to an increase in the viscosity of the dispersion medium, in which emulsification (dispersion) of the powder varnish becomes difficult, and the quality of the resulting spherical powder deteriorates.

Кроме того, жизнеспособность 0,1-0,5% водного раствора Na-КМЦ или ОЭЦ определяется сохранностью свойств в течение 7 суток, а жизнеспособность водного раствора костного клея определяется в промышленности 7 часами. При использовании в качестве эмульгатора Na-КМЦ или ОЭЦ практически не образуется пена при эмульгировании (диспергировании) порохового лака и удалении растворителя (этилацетата) из эмульгированных (диспергированных) сферических пороховых частиц при нагревании, в то время как в промышленности по существующей технологии большое количество брака получается из-за процесса пенообразования в присутствии костного клея.In addition, the viability of a 0.1-0.5% aqueous solution of Na-CMC or OEC is determined by the preservation of properties for 7 days, and the viability of an aqueous solution of bone glue is determined in industry 7 hours. When Na-CMC or OEC is used as an emulsifier, almost no foam is formed when emulsifying (dispersing) powder varnish and removing solvent (ethyl acetate) from emulsified (dispersed) spherical powder particles when heated, while in industry, according to the existing technology, a large number of rejects obtained due to the foaming process in the presence of bone glue.

Количественное использование Na-КМЦ или ОЭЦ значительно меньше, чем у костного клея: 0,1-0,5% вместо 1,5-2,5%. Кроме того, для обеспечения эффективной работы костного клея как эмульгатора необходимо создание определенной вязкости дисперсионной среды путем добавления к дисперсионной среде загустителя (декстрина или крахмала) в количестве 1,5-2,5%. В случае использования Na-КМЦ или ОЭЦ дополнительного ввода загустителя среды не требуется, т.к. роль загустителя и эмульгатора выполняют Na-КМЦ или ОЭЦ.The quantitative use of Na-CMC or OEC is significantly less than that of bone glue: 0.1-0.5% instead of 1.5-2.5%. In addition, to ensure the effective functioning of bone glue as an emulsifier, it is necessary to create a certain viscosity of a dispersion medium by adding a thickener (dextrin or starch) to the dispersion medium in an amount of 1.5-2.5%. In the case of using Na-CMC or OEC, an additional input of a thickener is not required, since the role of thickener and emulsifier is performed by Na-CMC or OEC.

Пример. СФП получают по эмульсионной технологии лаковым способом.Example. TFP is obtained by emulsion technology by the lacquer method.

Для приготовления порохового лака 28 г нитрата целлюлозы - пироксилин №1 (П№1), 3,68 г динитротолуола (ДНТ), 2,8 г дибутилфталата (ДБФ), 4,5 г нитроглицерина (НГЦ) и 0,52 г дифениламина (ДФА) растворяют в 156 мл этилацетата (ЭА) (4 объем.ч. ЭА на 1 вес.ч. пороховой массы). Полученный высоковязкий, гомогенный раствор компонентов пороха в этилацетате, так называемый пороховой лак, эмульгируют (диспергируют) в дисперсионной среде (воде), содержащей Na-КМЦ в количестве 0,1%, при температуре 50-60°С в течение 30 мин при скорости вращения мешалки 110 об/мин. Дисперсионная среда (вода) по отношению к дисперсной фазе (пороховому лаку) берется в соотношении 56:44.For the preparation of powder varnish, 28 g of cellulose nitrate - pyroxylin No. 1 (P No. 1), 3.68 g of dinitrotoluene (DNT), 2.8 g of dibutyl phthalate (DBP), 4.5 g of nitroglycerin (NGC) and 0.52 g of diphenylamine (DFA) is dissolved in 156 ml of ethyl acetate (EA) (4 vol.h. EA on 1 wt.h. powder mass). The obtained highly viscous, homogeneous solution of powder components in ethyl acetate, the so-called powder varnish, is emulsified (dispersed) in a dispersion medium (water) containing 0.1% Na-CMC, at a temperature of 50-60 ° C for 30 minutes at a speed rotation of the mixer 110 rpm The dispersion medium (water) in relation to the dispersed phase (powder varnish) is taken in the ratio of 56:44.

Дисперсионная среда, представляющая собой водный раствор 0,1% Na-КМЦ, готовится следующим образом: навеска Na-КМЦ 0,2 г растворяется в 200 мл воды при 40-50°С в течение 30 мин до полного растворения навески Na-КМЦ.A dispersion medium, which is an aqueous solution of 0.1% Na-CMC, is prepared as follows: a sample of Na-CMC 0.2 g is dissolved in 200 ml of water at 40-50 ° C for 30 minutes until the sample of Na-CMC is completely dissolved.

Для обезвоживания эмульгированных (диспергированных) сферических пороховых частиц вводят 6,84 г сульфата натрия (2,5% по отношению к воде (дисперсионной среде) из расчета на кристаллогидрат). Через 35-40 мин после ввода сульфата натрия удаляют этилацетат (ЭА) ступенчатой отгонкой в течение 120 мин при медленном повышении температуры от 68 до 80°С. Полученный сферический порох в количестве 35 г промывают, опыляют графитом, сушат, рассеивают на фракции и определяют физико-химические и баллистические характеристики. Остальные примеры проводят аналогично для дисперсионной среды, содержащей соответственно: 0,5% Na-КМЦ, 0,1% ОЭЦ и 0,5% ОЭЦ.To dehydrate emulsified (dispersed) spherical powder particles, 6.84 g of sodium sulfate is introduced (2.5% with respect to water (dispersion medium) based on crystalline hydrate). 35-40 minutes after the introduction of sodium sulfate, ethyl acetate (EA) is removed by step distillation for 120 minutes with a slow temperature increase from 68 to 80 ° C. The obtained spherical powder in an amount of 35 g is washed, pollinated with graphite, dried, dispersed into fractions and the physicochemical and ballistic characteristics are determined. The remaining examples are carried out similarly for a dispersion medium containing respectively: 0.5% Na-CMC, 0.1% OEC and 0.5% OEC.

Физико-химические и баллистические характеристики предлагаемого и известного способа приведены в таблице.Physico-chemical and ballistic characteristics of the proposed and known method are shown in the table.

Как следует из данных, приведенных в таблице, примеров получения сферического пороха по предлагаемому способу, как в пределах граничных условий (примеры 2 и 3), так и за их пределами (примеры 1 и 4), изготовление сферического пороха с использованием в качестве эмульгатора Na-КМЦ или ОЭЦ обеспечивает требуемый уровень физико-химический и баллистических характеристик, при улучшении некоторых из них, а также улучшении технологических параметров процесса. Так, например, использование 0,1-0,5% Na-КМЦ или ОЭЦ в качестве эмульгатора вместо 3% костного клея совместно с декстрином обеспечивает требуемый уровень вязкости дисперсионной среды, при этом выход годной фракции сферического пороха увеличивается до 75% (в аналоге выход годной фракции не превышает 60%), насыпная плотность увеличивается в 1,5 раза, увеличивается истинная плотность, существенно уменьшается разброс скорости полета дробового снаряда в серии выстрелов и другие баллистические характеристики, кроме того, отсутствует пенообразование эмульгатора при повышенной температуре, снижается процента брака при производстве сферического пороха. При изготовлении сферического пороха за пределами граничных условий (примеры 1 и 4), т.е. введение эмульгатора менее 0,1% и более 0,5%, приводит к нарушению технологического режима, при этом получаются частицы неправильной формы с меньшей насыпной плотностью, с меньшей истинной плотностью, с большим разбросом по размерам, что влечет за собой изменение баллистических свойств получаемого пороха не в лучшую сторону.As follows from the data given in the table, examples of obtaining spherical powder by the proposed method, both within the boundary conditions (examples 2 and 3) and beyond (examples 1 and 4), the manufacture of spherical powder using Na as an emulsifier - CMC or OEC provides the required level of physico-chemical and ballistic characteristics, while improving some of them, as well as improving the technological parameters of the process. For example, the use of 0.1-0.5% Na-CMC or OEC as an emulsifier instead of 3% bone glue together with dextrin provides the required level of dispersion medium viscosity, while the yield of spherical powder fraction increases to 75% (in analog the yield of the suitable fraction does not exceed 60%), the bulk density increases by 1.5 times, the true density increases, the spread of the velocity of the shot projectile in a series of shots and other ballistic characteristics significantly decrease, in addition, there is no foaming mulgator at elevated temperature, decreases the percentage of marriage in the production of spherical powder. In the manufacture of spherical powder outside the boundary conditions (examples 1 and 4), i.e. the introduction of an emulsifier of less than 0.1% and more than 0.5% leads to a disruption of the technological regime, and irregularly shaped particles with a lower bulk density, lower true density, and a wide variation in size are obtained, which entails a change in the ballistic properties of the resulting gunpowder is not for the better.

При изготовлении сферического пороха использовались компоненты, выпускаемые отечественной промышленностью: нитроцеллюлоза - ОСТ В 84-2373-87, дифениламин - ГОСТ 194-80, графит - ОСТ 6-08-431-75, этилацетат - ГОСТ 8981-78, Na-КМЦ - ТУ 6-55-41-90, дибутилфталат ГОСТ 2102-67, нитроглицерин ОСТ В 84-238688, динитротолуол ГОСТ В7059-73. Физико-механические испытания определяют по ГОСТ 14685-78, баллистические характеристики определяют по ОСТ В84-902-74.In the manufacture of spherical powder, components used by the domestic industry were used: nitrocellulose - OST V 84-2373-87, diphenylamine - GOST 194-80, graphite - OST 6-08-431-75, ethyl acetate - GOST 8981-78, Na-CMC - TU 6-55-41-90, GOST 2102-67 dibutyl phthalate, OST B 84-238688 nitroglycerin, GOST B7059-73 dinitrotoluene. Physical and mechanical tests are determined according to GOST 14685-78, ballistic characteristics are determined according to OST V84-902-74.

Таким образом, использование 0,1-0,5% Na-КМЦ или ОЭЦ в качестве эмульгатора в замен 1,5% костного клея и 1,5% декстрина обеспечивает эффективность технологического процесса производства сферического пороха за счет исключения пенообразования и обеспечения определенной вязкости дисперсионной среды, в результате чего снижается полидисперсность получаемого продукта, увеличивается выход годной фракции, увеличиваются насыпная и истинная плотности сферических частиц, улучшаются баллистические характеристики получаемого пороха, кроме того, снижаются затраты на вспомогательные материалы за счет снижения количества используемого эмульгатора, что экономически целесообразно.Thus, the use of 0.1-0.5% Na-CMC or OEC as an emulsifier in exchange for 1.5% bone glue and 1.5% dextrin ensures the efficiency of the spherical powder production process by eliminating foaming and providing a certain dispersion viscosity environment, resulting in a decrease in the polydispersity of the obtained product, increased yield, increased bulk and true density of spherical particles, improve the ballistic characteristics of the resulting powder, in addition, reducing there are costs for auxiliary materials by reducing the amount of emulsifier used, which is economically feasible.

Claims

A method of producing spherical powder, including the preparation of powder varnish with stirring in an aqueous medium of cellulose nitrate and diphenylamine with ethyl acetate, the preparation of a dispersion medium including an emulsifier, the dispersion of powder varnish on spherical powder particles in a dispersion medium, the dehydration of spherical powder particles and the removal of ethyl acetate by heating the obtained spherical powder particles, characterized in that in the preparation of the powder varnish is added dibutyl phthalate, nitrogly Erin and dinitrotoluene, are used as the emulsifier sodium carboxymethyl cellulose or hydroxyethyl cellulose in an amount of 0.1-0.5 wt.% with respect to the dispersion medium as cellulose nitrate used guncotton № 1, and after removing ethyl acetate, spherical graphite powder particles pollinating.