Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Часть 4.doc
Скачиваний:
8
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.3 Mб
Скачать

4.10.4. Применение нитратов целлюлозы

П и р о к с и л и н о в ы е п о р о х а

Пироксилиновыми называются пороха, изготовленные из нитроцеллюлозы, содержащей более 12% азота, с применением летучего растворителя, который в процессе производства практически полностью удаляется из пороха. Основными компонентами для пироксилиновых порохов являются пироксилины № 1, № 2 или смесевой пироксилин, стабилизаторы нитроцеллюлозы (дифениламин), флегматизаторы (камфара, графит) и пламегасители (сульфат калия, перхлорвиниловая смола и т.д.). Уменьшение времени сгорания пороха достигается за счет получения многоканальных зерен или пластин с малой толщиной горящего свода, а также путем создания пористой структуры зерен. Производство пороха осуществляется по периодической и непрерывной технологиям. В обоих случаях пироксилин с помощью спиртоэфирной смеси переводится в пластическое состояние и на гидравлических или шнек-прессах перерабатывается в шнуры заданного сечения, из которых нарезаются зерна или трубки. После удаления растворителя последние приобретают требуемую плотность и прочность, обеспечивающую их устойчивое и закономерное горение в замкнутом объеме при высоких давлениях. Пироксилиновые пороха используются в качестве метательных зарядов в ствольной артиллерии различного калибра, минометах и стрелковом оружии (винтовках, автоматах, пистолетах и т.д.). Выпускается значительное количество порохов, отличающихся природой, формой и размерами элементов. Для стрелкового оружия применяются в основном мелкозерненые пороха, а для крупнокалиберных орудий – в виде пластинок, ленточек, тонкостенных трубок, цилиндриков с одним или несколькими каналами. Пироксилиновые пороха используются также в охотничьих и спортивных патронах. Пороха для спортивных патронов должны обеспечивать высокую скорость полета дробового заряда (380 м/с), оптимальную кучность и относительно низкое дульное давление (менее 4 МПа). Они выпускаются на основе высокоазотного пироксилина в виде пластин, сфер и одноканальных зерен с повышенной пористостью. Для охотничьих патронов выпускаются зерненые и сферические пороха «Сунар», «Сунар-СФ», «Сунар‑Н», «Лось», пластинчатый «Сокол» и «Сокол‑М» и др. Для спортивных патронов 12 калибра выпускаются зерненые с каналом пороха «Сунар-С» и «Сунар-СВ», которые по своим характеристикам значительно превосходят зарубежные аналоги. Начальная скорость дробового заряда при использовании в охотничьих патронах полиэтиленовых пыжей-контейнеров увеличивается примерно на 10 м/с. Пироксилиновый порох «Сокол» представляет собой пористые пластины прямоугольной формы; он предназначен для снаряжения спортивных патронов 12 калибра с пластмассовой гильзой и охотничьих патронов 12, 16 и 20 калибров с бумажной и пластмассовой гильзами.

Сферические и пористые пороха применяются для винтовочных спортивных патронов кольцевого воспламенения калибра 5,56 «Юниор-С», «Снайпер», «Темп», «Биатлон», «Силуэт» и обеспечивают при малой массе заряда высокую начальную скорость полета пули, стабильные характеристики по разбросу скорости полета пули и давлению пороховых газов, малую градиентность и беспламенность.

Разработан сферический, высокоплотный, быстрогорящий порох для снаряжения строительно-монтажных патронов всех номенклатур К14 и Д14. Хорошая сыпучесть пороха позволяет производить дозировку на автоматических снаряжательных линиях. Масса заряда для патрона К4 составляет 0,20 г,  Д4  – 0,35 г, максимальное давление пороховых газов 196,0 и 215,6 МПа соответственно. Высокая полнота сгорания пороха обеспечивает более 1000 выстрелов без чистки и смазки пистолета.

П о р о х а и т о п л и в а

б а л л и с т и т н о г о т и п а

Пороха и топлива баллиститного типа изготавливаются на основе нитратов целлюлозы и труднолетучего растворителя (пластификатора). Наиболее часто в качестве нитратов целлюлозы используется коллоксилин (50-60%), а труднолетучего растворителя (пластификатора) – нитроглицерин (НГ), динитратдиэтиленгликоль (ДНДЭГ) или их смеси (25-42%). В состав пороха входят также стабилизатор химической стойкости (централит № 2, 2-3%), технологические добавки (например, вазелин), катализаторы и стабилизаторы горения (соли свинца, мел, оксид магния и др.), дополнительные пластификаторы (динитротолуол) и т.д., а в топлива на его основе иногда вводят порошкообразное металлическое горючее. Рецептуры некоторых порохов и топлив приведены в табл. 15.

Таблица 15

Рецептуры некоторых порохов и топлив

Наименование

компонентов

Содержание компонентов, % мас., для порохов марок

Россия

США

Германия

Н

НМ-2

М-13

Тв

Digl 10/2

Нитраты целлюлозы с содержанием азота, % мас.:

12,0

57

54

12,2

55,5

12,5

57,3

60,2

Нитроглицерин

28,0

27,0

40,0

27,5

Динитратдиэтиленгликоль

39,0

Динитротолуол

11,0

15,0

10,5

Стабилизатор химической стойкости

3,0

1,2

4,0

0,7

Графит или сажа

0,1

0,5

Оксид магния

2,0

0,1

Технологическая добавка

1,0

2,0

0,5

Прочие вещества

1,4

1,5

Для артиллерийских орудий выпускаются пороха в виде тонкостенных трубок, а для ракетных двигателей – топлива в виде шашек цилиндрической формы диаметром до 800 мм с каналом цилиндрической, звездообразной, лучевой и других форм. Плотность пороха и топлив находится в пределах 1540-1620 кг/м3. Они обладают высокой физико-химической стабильностью и имеют гарантийный срок хранения до 20 лет. Единичный импульс топлив колеблется в пределах 200-235 с; по чувствительности к механическим воздействиям они близки к бризантным ВВ типа тротила и скальным аммонитам; устойчиво сгорают параллельными слоями при повышенном давлении, но при воздействии взрывного импульса многие из них могут детонировать, как бризантные ВВ. Взрывчатые характеристики некоторых баллиститных порохов и ВВ приведены в табл. 16.

Таблица 16

Взрывчатые характеристики баллиститных порохов и ВВ

Наименование

продукта

Восприимчивость

к детонации

Удельная теплота взрывчатого

превращения, МДж/кг

Объемная плотность энергии,

МДж/м3

Скорость детонации,

км/с

Удельный объем

газов,

м3/кг

dкр,

мм

Ркр,

гПа

Порох НМФ

18,0-19,0

8,1

3,7

6,0

6,9

900

Порох РСИ

3,0-3,3

5,1

3,7

6,0

7,0

890

Порох ИД

1,5-2,0

3,6

4,5

7,2

7,2

890

Эластит № 1

1,8-2,0

4,1

3,7

6,1

7,1

890

Тротил прессованный

8,0-10,0

1,2

4,2

6,7

6,8

800

Зерногранулит

50,0

1,0

4,3

3,7

5,1

895

Аммотол

70,0

1,0

5,3

4,2

4,2

635

Аммонит 6ЖВ

10,0-13,0

1,0

4,3

5,2

4,5

895

Тротил порошкообразный

10,0

0,8

4,2

4,2

7,0

870

Баллиститные пороха и композиции на основе баллиститной массы находят широкое применение в народном хозяйстве. Они используются в различных газогенерирующих устройствах, например, в генераторах давления для нефтяных скважин, газогенерирующих патронах для различных средств пожаротушения, системах экстренного запуска дизельных и газотурбинных двигателей, системах экстренного торможения рельсового транспорта, спасения водителей и пассажиров при авариях; установках быстровозводимого перекрытия ствола шахты и т.д. В качестве топлива они применяются в сигнальных и осветительных реактивных патронах различного калибра, противоградовых ракетах типа «Алазань» и «Кристалл», метеорологических ракетах, космических аппаратах, а также для торможения и маневрирования крупнотоннажных морских судов и т.д.

Созданы специальные топлива на баллиститной основе для геофизических твердотопливных МГД-установок, широко используемых для работ по обнаружению месторождений нефти и газа, прогноза землетрясений. Разработаны также составы для тушения пожаров и предотвращения взрывов газовоздушных смесей.

В режиме детонации пороха используются в качестве промышленных ВВ для массовых взрывов на выброс и дробления руд, прокладки траншей при мелиоративных работах, импульсной обработки металлов, резки сложных и громоздких металлоконструкций, сварки разнотипных металлов, синтеза алмазов, корундов, нитридов бора и других сверхтвердых материалов, штамповки взрывом, сейсморазведки и т.д. [35, 71]. На основе нитроцеллюлозы, динитротолуола, централита, дибутилфталата и индустриального масла на ЛНПО «Союз» разработаны состав и изделие «Прометей», которые используются для разжигания костров при неблагоприятных условиях (дождь, ветер, снег).

Т в е р д ы е т о п л и в а

п л а с т и з о л ь н о г о т и п а

Типичное пластизольное твердое топливо на основе нитроцеллюлозы содержит, %: нитроцеллюлозу (N=12,2-12,6%) – 5-20, нитроэфиры – 25-40; десенсибилизаторы – 0-10; стабилизаторы химической стойкости – 0,5-2,0; твердые окислители – 40-50; металлические горючие – 0-20. В качестве пластификаторов в твердых топливах используются нитроглицерин, тринитратпентаэритрит, динитратдиэтиленгликоль и другие; десенсибилизатором нитроглицерина может служить триацетат глицерина, а стабилизаторами – этилцентралит и 2-нитро-дифениламин. Окислителями в топливах являются перхлораты аммония и калия, а высокоэнергетическими добавками – алюминий, бериллий, гидриды металлов. Для пластизольных топлив разработано и освоено производство нитроцеллюлозы с частицами сферической формы диаметром ~ 10 мкм. Температура смешения компонентов твердого топлива составляет менее 290С (во избежание желатинизации и роста вязкости массы). По сравнению с обычными смесевыми твердыми топливами на основе каучуков, твердые топлива пластизольного типа имеют в 10-100 раз меньшую вязкость, что упрощает процесс производства зарядов. Желатинизация топлив осуществляется при температуре 38-600С под давлением в течение нескольких дней.

П и р о т е х н и ч е с к и е с о с т а в ы

Нитраты целлюлозы представляют значительный интерес для использования в качестве термической и технологической основы аэрозолеобразующих, искристо-пламенных составов и составов цветных огней. Для получения цветного дыма используют смесь бездымного пороха ЕС с органическим красителем в соотношении 50:50. Порох ЕС – это частично желатинизированная нитроцеллюлоза с добавлением неорганических нитратов. Он содержит, %: нитроцеллюлозу – 80,4; нитрат калия – 8,0; нитрат бария – 8,0; крахмал – 3,0; дифениламин – 0,6.

За рубежом для разгона демонстраций применяется состав из слезоточивого вещества Cu-ЭС [Cl6H4CH(CN)2] и термической смеси (40% хлората калия, 28% сахара и 32% карбоната магния).

В США запатентован аэрозолеобразующий состав, содержащий, %: AgIО3 – 50-70, алюминий – 0-20, связку – 30 (состоит из нитроцеллюлозы и ТЭНа в соотношении 3:7) [73].

На основе нитратов целлюлозы в России разработаны экологически чистые составы и топлива для воздействия на переохлажденные облака и туманы, составы цветных дымов, инсектицидные, для борьбы с заморозками, генерации серы и сернистого газа и т.д. Они содержат 50-70% нитратов целлюлозы (или смеси нитрата целлюлозы с труднолетучим энергетически насыщенным пластификатором), вещества, определяющие специальный эффект (смесь иодидов серебра и аммония, краситель, инсектицидное возгоняющееся вещество, древесную муку и опилки, серу и т.д.) и добавки.

На кафедре ХТГС КГТУ (КХТИ) разработан принципиально новый тип составов цветных огней названный пиропороховым, в которых нитраты целлюлозы являются технологической и термической основой. Составы отличаются высокой силой света, чистотой цвета пламени, малой дымностью и не требуют специальной оболочки. Первоначально они были разработаны на основе пироксилина под технологию пироксилиновых порохов, в которой исключена фаза вымочки. Учитывая, что при изготовлении пироэлементов из составов цветных огней требования по устойчивости горения при высоких давлениях не предъявляются, возможно изготовление цилиндрических элементов с толщиной свода 8-10 мм. Рецептуры таких составов и их основные характеристики приведены в работах [74-76]. На основе пироксилина разработаны также искристо-форсовые составы и составы периодического излучения. Искристо-форсовые составы при горении образуют форс искр со временем свечения не менее 5 с и цветное пламя (красное, зеленое, желтое, голубое, оранжевое и фиолетовое). Они содержат, %: цветопламенную добавку – 12,0-36,0; алюминий (размер частиц не более 200 мкм) – 10,0-20,0; хлорпарафин (содержание хлора не менее 45%) – 3,0‑14,0; дифениламин – 0,5-1,5; пироксилин – остальное.

Разработаны составы цветных огней и искристо-пламенные составы на баллиститной основе. По технологии баллиститных порохов варка массы осуществляется в воде, поэтому все применяемые компоненты должны быть водонерастворимыми и не взаимодействовать с ней. Рецептуры составов и их светотехнические характеристики приведены в табл. 17 [77-84]. Составы перерабатываются по технологиям баллиститных и сферических порохов, а также пиротехнических составов. Первые четыре состава (табл. 17) могут использоваться в сигнальных и фейерверочных высотных изделиях, остальные – в наземных и высотных фейерверочных изделиях. Технология их приготовления и переработки освоена на ПО «Авангард», а изделий на их основе – на ПО «Сигнал». Пироэлементы на их основе не требуют для воспламенения переходного состава и легко воспламеняются в изделиях типа «Салют» только от воспламенительного состава, нанесенного лаковым методом. Аналогичные композиции разработаны в НПО «Союз», но рецептуры их составов содержат значительное количество компонентов, кроме того, они менее технологичны.

В последние годы под руководством профессора Ф.П.Мадякина разработаны все вышеперечисленные пиротехнические составы на основе утилизируемых баллиститных и пироксилиновых порохов. Мелкозерненые пироксилиновые пороха используются без дополнительной обработки, а крупнозерненые пироксилиновые пороха, баллиститные пороха и топлива баллиститного типа перед употреблением измельчаются до размера частиц менее 800 мкм. Составы на основе утилизируемых порохов могут перерабатываться по пиротехнической технологии, технологиям пироксилиновых или баллиститных порохов.

Таблица 17

Рецептуры и основные характеристики составов цветных огней на баллиститной основе

Наименование компонента и

характеристики состава

Содержание компонентов, %, и значения характеристик для состава огня

красного № 1

зеленого

желтого

№ 1

белого

лилового

голубого

желтого № 2

желтого

искристо-пламенного

красного № 2

Баллиститная

основа

73

73

78

78

56

56

98

87

92

Металлическое горючее

10

10

16

16

16

16

Цветопламенная добавка

10

10

6

6

14

22

2

5

4

Усилитель цвета пламени

7

7

14

6

Искрообразователь

8

4

Сила света, кд

2000

2500

1500

1800

1350

1920

210

1150

100

Скорость

горения, мм/с

1,5

1,5

1,4

1,6

1,8

1,5

0,8

1,2

0,8

Чистота цвета

пламени, %

98

86

96

98

96

96

Д р у г и е о б л а с т и п р и м е н е н и я

Нитраты целлюлозы используются для производства пластичных [85-87], водонаполненных [88-90] и промышленных [91-93] ВВ, сгорающих картузов, запальных трубок, гильз, оболочек [94-99], газогенерирующих составов [100-102], огнепроводного шнура [103] и воспламенительных составов [104]. Имеется значительное количество патентов на изготовление ВВ на основе нитроцеллюлозы. Эфиры целлюлозы широко используются для производства этролов, целлулоида, целлона, нитролинолеума, мастик, нитрокрасок, нитроэмалей и шпатлевок. Вопросы применения нитратов целлюлозы для различных целей рассмотрены в работах [105-106].

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]