Основы химии и технологии порохов и твёрдых ракетных топлив

УДК 662.1/.4 (075) ББК 35.63 Ф618

Рецензенты:

Академик Российской инженерной академии, доктор технических наук, профессор, ректор Московского государственного

университета инженерной экологии

М.Б. Генералов

Доктор химических наук, профессор Казанского государственного технологического университета

А.В. Косточко

Фиошина М.А., Русин ДЛ.

Ф618 Основы химии и технологии порохов и твердых ракетных топлив: Учеб, пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004.-264 с.

ISBN 5-7237-0449-4

Приведена классификация порохов и твердых ракетных топлив.

Рассмотрены вопросы физико-химических особенностей изготовления пороховых (топливных) масс, комплекса их реологических характеристик, а также технологии производства нитроэфиров и пороховых композиций различного типа (пироксилиновых, баллиститных, сферических, вискозных, смесевых, дымных).

На основе анализа материалов открытой литературы представлена проблема технологии порохов и твёрдых ракетных топлив в обобщённом и взаимосвязанном виде.

Во втором издании (первое вышло в 2001 г.) внесены уточнения и дополнения в текстовую и графическую части, расширен библиографический раздел.

Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов, обучающихся по специальности N925.12.00 «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив», а также для инженерно-технических работников соответствующей отрасли промышленности.

УДК 662.1 /.4 (075) ББК 35.63

Основные принятые сокращения

АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами

БК - бутилкаучук БП - баллиститный порох

ВВ; МВВ - взрывчатое вещество; мощное взрывчатое вещество ВТО - возвратно-технологические отходы ГМС - гранулометрический состав ГСХ - гарантийный срок хранения ГЦ, ДЭГ - глицерин, диэтиленгликоль ДБФ - дибутилфталат ДНП - динитразопентан ДНТ - динитротолуол ДОФ - диоктилфталат ДП - дымный порох ДФА - дифениламин

ДЭГДН - диэтиленгликольдинитрат ЗКС - защитно-крепящий слой КВВ - коллоксилино-водная взвесь КСП - каскадный смеситель-пресс МГД - магнитогидродинамический НГЦ - нитроглицерин

НДМ - непрерывнодействующий мешатель НКТС - нижняя критическая температура смешения

НЦ; НЦ-12; НЦ-13 - нитроцеллюлоза; нитроцеллюлоза с содержанием азота 12%; нитроцеллюлоза с содержанием азота 13%

НЭ - нитроэфир ОК - отработанная кислота П - порох

ПАВ - поверхностно-активное вещество ПВВ - пироксилино-водная взвесь ПГС - полимерное горючее-связующее

ПДК - предельно-допустимая концентрация

ПП - пироксилиновый порох ПХА - перхлорат аммония

ПЭНП - полиэтилен низкой плотности РДТТ -ракетный двигатель на твердом топливе РСП - рабочая смесь порошков

СКН-18; СКН-26 - синтетический каучук нитрильный с содержанием ширильных групп 18%; синтетический каучук ширильный с содержанием нитрильных групп 26%;

СНД - смеситель непрерывного действия СНЭ; СЭ - сульфонитроэфир; сульфоэфир СП - степень полимеризации

СТТ; СРТТ - смесевое твердое топливо; смесевое ракетное твердое топливо

СфП - сферический порох ТАЦ - триацетин

ТРТ; РТТ - твердое ракетное топливо; ракетное твердое топливо ФМХ - физико-механические характеристики Ц - целлюлоза ЭА - этилацетат

2.1.1.Теория нитрования целлюлозы смесями азотной

4.2.Производство дымного пороха водно-суспензионным

ПРЕДИСЛОВИЕ

Специфика специальности «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив» обусловила то, что за многие десятилетия ее существования высшая школа не имела пособий, аналогичных настоящему учебному пособию.

Известны и использовались в учебном процессе монографии и учебные пособия по вопросам получения и комплекса свойств некоторых компонентов и пороховых композиций, например, Тишунин И.В., Арги М.М. Курс порохов. Ч. IY, Y. М: Артакадемия, 1946; Взрывчатые вещества

ипороха/ М.А. Будников., Н.А. Левкович.,. И.В. Быстров В.Ф. Сиротинский., Б.И. Шехтер. М.: Гособорониздат, 1955; Горст А.Г. Пороха

ивзрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972; Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л.: Химия, 1973; многотомная монография Urbanski Т. Chemistry and Technology of Explosives. V.I-IY, Warszawa: Pergamon Press, 1964-1984.

Впоследнее время опубликованы многочисленные монографии и учебные пособия по отдельным вопросам пороходелия: Schubert Hiltmar. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry: V.22. Propellants. VCH Publishers, 1993; Гиндин В.И. Технология пироксилиновых порохов: 1.2. Производство порохов. Казань: Тат. газ.-журн. изд-во, 1995; Смирнов Л.А. Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них. М.: МГАХМ, 1997; Смирнов Л.А., Калабухов Г.В. Создание смесевых твердых топлив. М.: МГАХМ, 1997; Смирнов Л.А., Тиньков О. В. Конверсионные промышленные взрывчатые вещества. М.: МГУИЭ, 1998; Фиошина М.А. Вклад Д.И. Менделеева в химию и технологию порохов. М.: РХТУ, 1999; Смирнов Л.А. Оборудование XXI века для производства энергетических конденсированных систем. М.:

МГУИЭ, 1999; Кожух М.С., Фальковский М .Г Нестандартное оборудование заводов по производству твердых ракетных топлив и порохов. М.: РХТУ, 2000; Краткий энциклопедический словарь. Энергетические конденсированные системы/ Под ред. Б.П. Жукова. М.: Янус-К, 2000; Жигарев В.Г., Китаев Г.И. Оборудование производства энергонасыщенных материалов. М.: МГУИЭ, 2001; Нигипал Г.А., Милехин Ю.М., Смирнов Л.А. и др. Теория и практика врывобезопасности энергоемких материалов. М.: ЦЭИ Химмаш, 2002; Забелин Л.В., Гафиятуллин Р.В., Кузьмицкий Г.Э. Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топлив. М.: Недра, 2002; Забелин Л.В. Технологическая безопасность в производствах порохов. М.: Недра, 2002; Жигарев В .Г, Китаев Г.И. Оборудование для переработки энергонасыщенных материалов в изделия. М.: МГУИЭ, 2002.

Воснову настоящего учебного пособия положены лекции и научные труды авторов, выполненные на кафедре «Химии и технологии высокомолекулярных соединений» РХТУ им. Д.И. Менделеева, а также данные исследований зарубежных ученых.

На основе анализа материалов открытой литературы систематически представлена проблема технологии порохов и твёрдых ракетных топлив в обобщённом и взаимосвязанном виде.

Вучебном пособии рассмотрены как общие закономерности и отличительные особенности физико-химических процессов изготовления различных пороховых (топливных) масс, так и комплекс реологических и технологических характеристик этих энергонасыщенных полимерных композитов.

М.А. Фиошиной написаны: введение, 1.1; 2.1; 2.4; 2.5; 3.1; 3.2; 3.4; 3.5. Д.Л. Русиным - предисловие, 1.2; 2.2; 2.3; 3.3; 3.6; 4.1; 4.2; 4.3. Остальные разделы написаны авторами совместно.

Фиошина Марина Александровна, доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, автор 292 публикаций, в том числе 4 книг, 28 авторских свидетельств.

Специалист в области поверхностных явлений и применения поверхностно-активных веществ при изготовлении и переработке энергонасыщенных полимерных композитов. Неоднократно признавалась лучшим лектором РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Русин Дмитрий Леонидович, кандидат технических наук, доцент. Автор 315 публикаций, в том числе 2 книг, 30 авторских свидетельств и патентов РФ и ряда других стран.

Специалист в области моделирования и регулирования структурно-ме­ ханических и технологических свойств энергоёмких композиционных материалов, разработки эластичных огнепроводных шнуров с широким диапазоном скоростей передачи импульса.

Авторы выражают искреннюю благодарность проф. Лотменцеву Ю.М. за компетентные замечания, высказанные им при прочтении первого варианта пособия, опубликованного в 2001 г.

страны. Они работают по сложной наукоемкой технологии и оснащены уникальным автоматическим оборудованием.

Специфику пороходелия можно кратко обосновать приведенными ниже положениями, которые и обусловливают многокомпонентность порохов и сложность их производства.

• К эксплуатационным характеристикам пороховых изделий предъ­ являются очень высокие и многообразные требования для обеспечения за­ данной скорости и дальности полета метаемого объекта (пули, снаряда, ра­ кеты), а также выполнения других специфических задач. Пороха обеспечивают не только оборонный потенциал страны, но широко исполь­ зуются в различных отраслях народного хозяйства: в космической технике, при получении технических алмазов, для поиска полезных ископаемых на больших глубинах, прогноза землетрясений, эффективной борьбы с пожа­ рами, градом, снежными лавинами, для сварки, штамповки, резки металлов

идругих целей [2].

Вкомплекс эксплуатационных требований входят энергетические, бал­ листические, физико-химические, физико-механические и другие характе­ ристики, а также производственно-экономические и экологические показа­ тели.

Порох должен обладать необходимой потенциальной энергией, опреде­ ленной скоростью горения U и зависимостью ее от давления в канале ство­ ла или камере ракетного двигателя Р и температуры заряда Т0 [1]. Давление

итемпература горения не должны превышать определенных величин. Го­ рение должно быть стабильным и не переходить во взрыв (детонацию).

Порох должен иметь высокую химическую стойкость и физическую стабильность (в том числе и термостабильность), малую гигроскопичность, низкую чувствительность к механическим, тепловым и прочим импульсам, определенный комплекс физико-механических характеристик в заданном температурно-скоростном интервале (долговременную прочность, относи­ тельное удлинение, модуль упругости, прочность на растяжение, сжатие, срез, ударный сдвиг и другие).

Для порохов необходимо обеспечить гарантийный срок хранения (ГСХ), то есть требуемый временной интервал стабильности эксплуатационных характеристик при длительном его хранении на складах или на борту раке­ ты при заданном интервале температуры и относительной влажности.

Взависимости от назначения пороха к нему могут предъявляться и раз­ личные специфические требования, например:

- высокая электропроводность продуктов сгорания композиций, исполь­ зуемых в магнитогидродинамических (МГД) генераторах [18];