Термо-вакуум-импульсная технология приготовления композиционных энергонасыщенных материалов и изделий. Методические указания

ТВИП – сушка осуществляется ТВИ-прососом горячего теплоносителя вакуумом через слой материала в течение 5 минут. Количество импульсов зависит от влажности материала.

ТВИП+ТВИС(5+5) или ТВИП+ТВИС(5+1) - прогрев образца осуществляется ТВИ – прососом (ТВИП) горячего теплоносителя вакуумом через слой материала в течение 5 минут. Затем закрывается подача горячего теплоносителя с расходом 475л/мин и набирается в ресивере вакуум до 3,2-13кПа. После достижения требуемого значения вакуума осуществляется импульсное вакуумирование в течение 5 минут (или 1 минуты) в режиме ТВИС. Количество циклов (прогрев - вакуумирование) ограничивается условием достижения постоянной массы материала.

КС+ТВИС – это циклическое чередование нагреввакуумирование. Конвективный нагрев осуществляется с помощью промышленного фена марки BOSCH GHG 660 LCD Professional с

расходом воздуха 475л/мин (375л/мин, 275л/мин) в течение 5 минут. Точность измерения температуры на выходе сопла и индикаторе ±5%. В это время набирается вакуум до 3,2-13кПа. Затем подача воздуха отключается и проводится импульсное вакуумирование материала в течение 5 минут. Количество циклов устанавливается индивидуально, в зависимости от содержания влаги. Сушка ведется до постоянного веса.

Ф+КС+ТВИС700С (или 500С)– режим термо-вакуум- импульсной сушки, состоящий из конвективного нагрева при Т=700С (или 500С) со скоростью подачи теплоносителя 475л/мин и вакуумирования, в обогреваемой форме Т=700С (или 500С),

КС+ТВИС70-Ф – режим термо-вакуум-импульсной сушки, состоящий из конвективного нагрева при 700С и вакуумирования, без обогрева формы

Высушенные до постоянной массы образцы гранул КЭМ после сушки взвешиваются и определяется их влажность по формуле 3.

Устройство ТВИ - установки

Экспериментальный стенд (рис.5.) состоит из двух линий: нагревательной и вакуумной, которые включают в себя экспериментальный реактор, фен промышленный марки BOSCH GHG 660 LCD Professional, вакуумный насос марки 2НВР-5Д, ресивер, запорно-регулирующие и отсечные клапаны, теплообменникиконденсаторы, сетчатый контейнер для изучаемого материала.

21

контрольно-измерительных приборов. Изучение технологических ТВИ-процессов на экспериментальном стенде дает возможность получить закономерности позволяющие корректировать производственно-технологические режимы сушки и пропитки материалов в реальных установках промышленного производства.

Задание 1: Определить время сушки гранул инертного ПВВ с

помощью ТВИ- и конвективного способов сушки при температуре

500С, 600С, 700С.

Задание 2: Определить скорость сушки гранул инертного ПВВ с помощью ТВИ- и конвективного способов сушки при температуре 500С, 600С, 700С. Объяснить интенсификацию ТВИ-сушки по сравнению с конвективной.

Содержание отчета Отчет должен содержать: наименование и цель работы,

теоретические сведения по теме лабораторной работы, эскиз ТВИустановки, кривые сушки, кривые скорости сушки и температурные кривые сушки инертных гранул ПВВ с помощью ТВИ- и конвективного способов сушки при температуре 500С, 600С, 700С. Результаты испытаний и обработка экспериментальных данных, их расчет и анализ, выводы по работе.

Лабораторная работа 4

Классификация и определение плотности гранул инертного пластичного взрывчатого вещества

Цель работы: определение фракционного состава гранул инертного ПВВ и их плотности.

Приборы, приспособления и материалы: сухие гранулы приготовленного инертного ПВВ, тара, весы, набор сит (1; 0,5; 0,315; 0,250; 0,160 мм и поддон).

Методика определения дисперсности гранул ПВВ

Определение фракционного состава проводится классификацией сухих гранул инертного ПВВ с помощью набора сит (1; 0,5; 0,315; 0,250; 0,160 мм и поддон) после конвективной сушки КС и ТВИсушки в режимах ТВИП, ТВИП+ТВИС (5+5), ТВИП+ТВИС (5+1), КС(5)+ТВИС(5), КС(10)+ТВИС(5) с температурами теплоносителя 500С, 600С и 700С. Фракционный состав рассчитывается по формуле 4:

23

где С – остаток вещества на определенном сите, %, m1 – масса сита с веществом, г, m2 – масса сита, г, m3 – общая масса АС, поступившей на классификацию, г.

Задание 1: Провести классификацию высушенных гранул инертного ПВВ с помощью набора сит (1; 0,5; 0,315; 0,250; 0,160 мм и поддон) и вычислить по формуле 4 фракционный состав.

Задание 2: Определить насыпную плотность гранул инертного

ПВВ

Содержание отчета Отчет должен содержать: наименование и цель работы,

теоретические сведения по теме лабораторной работы. Результаты испытаний и обработка экспериментальных данных, их расчет и анализ, выводы по работе.

Контрольные вопросы к лабораторным работам 3 и 4:

1.Условие протекания процесса сушки. При каких условиях сушка невозможна?

2.Каковы основные движущие силы процесса сушки?

3.По каким принципам осуществляется ТВИ-сушка, конвективная, кондуктивная и радиационная сушки? Отметьте достоинства и недостатки каждого из способов.

4.За счет чего происходит интенсификация ТВИ-сушки в отличие от других видов сушки.

5.Основные факторы, влияющие на дисперсность гранул КЭМ?

3. ПРЕССОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

На первой стадии (рис. 6) уплотнения в порошковом материале в основном происходят структурные деформации, связанные с перемещением твердых частиц, заполнением пустот и образованием более плотной упаковки частиц. При этом уплотнение происходит без деформации частиц. На этой стадии нет принципиальной разницы между поведением частиц разной твердости и пластичности. Темп нарастания плотности на этой стадии практически постоянен dρ/dР = const, повышается лишь число контактов и происходит упорядочение укладки частиц.

24

3.1. Влияние температуры на прессование композиционных энергонасыщенных материалов

Классическим примером прессования материала является уплотнение его при той температуре, при котором он находится в обычном состоянии. Чаще всего это температура производственного помещения. Такое прессование является наиболее выгодным, так как исключаются затраты на проведение предварительного нагрева перерабатываемого материала и пресс-инструмента.

Это касается и ВВ, как разновидности порошкового материала. ЭНМ прессуют без применения предварительного нагрева, когда главным является экономичность изготовления изделий, а качество получаемых изделий вполне приемлемо для обеспечения поставленной цели при их использовании по назначению. В частности, такое прессование ВВ используется при изготовлении кумулятивных зарядов для перфорации нефтяных и газовых скважин.

Однако в большинстве случаев требуется изготовление зарядов с высокими качественными показателями запрессовки (высокая плотность, низкая разноплотность и т.д.), что заставляет искать пути улучшения прессуемости (повышения пластичности) ВВ. Одним из них является повышение температуры прессования. Кроме того, повышенная температура прессования ВВ способствует снятию внутренних напряжений в формируемом заряде, что также положительно сказывается на его качественных характеристиках.

Температура переработки ВВ (индивидуальных и взрывчатых составов) выбирается в зависимости от их свойств (способности к плавлению; склонности к разложению при повышенных температурах и полиморфизму; наличию и количеству пластифицирующих добавок, их способности к размягчению и т.д.).

С повышением температуры порошка, а также за счет диссипативного (рассеивающегося) тепла, выделяющегося при механической работе деформирования частиц, большую роль при уплотнении начинают играть диффузионные процессы. При этом улучшаются пластические характеристики материала частиц. Так, при подогреве порошка тротила до 50−60С в результате повышения пластичности материала его прессуемость улучшается. Увеличение температуры приводит также к интенсификации процесса спекания (схватывания) между частицами. При этом упрочнение прессованного изделия происходит за счет диффузионных процессов.

26

С увеличением температуры ускоряются процессы пластической деформации за счет возрастания скорости скольжения дислокаций, облегчаются процессы преодоления дислокациями различного рода барьеров, встречающихся на пути их движения.

Влияние температуры на процесс прессования можно выразить через температурный коэффициент давления прессования по уравнению 5:

где Р0 – давление прессования при Т = 0С; Т – температура уплотняемого вещества; αТ – температурный коэффициент давления прессования.

Следует отметить, что влияние температуры на давление прессования подчиняется аналогичной закономерности, как и уравнение 7 прочности σ=f(Т):

σ = σ0·exp (−β·Т) (7)

В уравнении (6) величина αТ равна тангенсу угла наклона зависимости давления от Т. С увеличением плотности коэффициент αТ уменьшается, например, для тротила при плотности 1,45 г/см3 он равен 10,9·10-3 1/град, а при плотности 1,60г/см3− 8·10-31/град.

Однако температура по-разному влияет на качество разрывного заряда. Так, прессуемость некоторых ВВ (тетрила, ТЭНа) мало

изменяется при нагревании до 40–60С, а тетрил лучше прессуется

при комнатной температуре (25С). Другие ВВ (тротил, динитронафталин, динитробензол, амматолы) значительно повышают свою прессуемость с повышением температуры. Это можно объяснить тем, что при нагревании тротила имеющиеся в его составе примеси, взаимодействуют с основным α – ТНТ, образуя эвтектики,

температура плавления которых равна 42–45С. Образующаяся при этом жидкая фаза повышает пластичность тротила.

Повышение пластических свойств характерно также и для составов на основе гексогена, частицы которого покрываются парафино – церезиновым сплавами с низкими температурами плавления. Прессование ВВ и взрывчатых составов на их основе

27

показало, что для достижения одной и той же плотности давление прессования будет тем меньше, чем выше температура прессования. Причем температура оказывает более значительное влияние при малых уровнях давления прессования.

При выборе температуры прессования заряда ВВ, кроме свойств прессуемого вещества, учитываются также возможности производства в части обеспечения технологического процесса необходимыми теплоносителями (горячая вода, перегретый пар), а также экономические и ряд других факторов.

Прессование при температурах более 100С требует использования в качестве нагревающего агента сжатого перегретого пара. Последнее связано с усложнением конструктивного оформления технологического процесса, так как в этом случае используются пресс-формы, имеющие дополнительную наружную герметичную полость («рубашку»).

Если же процесс прессования ВВ ведется при температурах менее 100С, то используются обычные конструкции пресс-форм (без индивидуального обогрева). Нагрев таких пресс-форм перед прессованием обычно осуществляется в ванне с горячей водой.

Поэтому при разработке технологического процесса всегда оценивают степень необходимости прессования ВВ при температурах

более 100С. В тех случаях, когда повышение температуры переработки ВВ не приводит к существенному повышению качественных характеристик заряда, стараются снизить температуру прессования до минимально необходимого уровня.

В настоящее время в реальных производственных условиях различные ВВ прессуются при температурах от 70С до 150С, причем высокие температуры прессования используются для получения качественных, физически стабильных зарядов из мощных трудно прессуемых взрывчатых композиций с добавкой в качестве связующих-пластификаторов термостойких компонентов.

Необходимая температура нагрева ЭНМ достигается при выполнении подготовительных операций непосредственно перед подачей нагружающего усилия пресса. Выполняется это различными способами, основными из которых являются:

−раздельный нагрев навески порошка и пресс-формы; −засыпка "холодной" навески в пресс-форму и их совместный

нагрев.

28

В зависимости от того, какой из указанных способов нагрева ВВ применяется, в некоторых случаях сам процесс прессования условно называют соответственно "горячим" и "холодным" прессованием.

При раздельном нагреве вещества и пресс-инструмента навеску ЭНМ помещают в специальный нагревательный аппарат и выдерживают в нем в течение определенного времени, достаточного для прогрева всей массы порошкообразного материала до заданной температуры. Время нагрева вещества обычно составляет от 0,5 до 3 ч в зависимости от массы и заданной температуры прессования. Прессинструмент нагревают (также в зависимости от заданной температуры) или в разобранном виде в воде или в собранном виде теплоносителем, подаваемым в так называемую "рубашку" (внутреннюю замкнутую полость) пресс-формы.

Второй способ, заключающийся в одновременном нагреве пресс-формы с навеской ЭНМ, применяется в основном при

температурах прессования более 100С и нагреве теплоносителем через рубашку пресс-формы [9].

Лабораторная работа 5

Прессование изделий из гранул инертного ПВВ

Цель работы: получение шашек методом прессования.

Приборы, приспособления и материалы: гранулы инертного ПВВ, пресс 2ПГ-10, пресс-формы, сушильный шкаф ШС-3.

Методика прессования шашек

Прессование производится при давлении 300, 400, 500 кгс/см2, при температуре комнатной, 50, 60, 70°С на прессе 2ПГ-10. Нагрев материала и пресс-инструмента осуществляется в конвективной сушилке в течение часа.

комнатная, 50, 60, 70°С на плотность шашки из гранул инертного ПВВ при давлении прессования 300, 400, 500 кгс/см2.

29

Содержание отчета Отчет должен содержать: наименование и цель работы,

теоретические сведения по теме лабораторной работы. Результаты испытаний и обработка экспериментальных данных, их расчет и анализ, выводы по работе.

Контрольные вопросы к лабораторной работе 5:

1.Описание кривой прессования.

2.Расчет давления прессования.

3.Влияние температуры на качество прессованных изделий из различных ЭНМ.

4.Методы определения плотности.

5.Влияние давления прессования на плотность изделий. Перепрессовка материала.

4.ДЕФОРМАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

При малых деформациях напряжение прямо пропорционально

относительному удлинению (участок OA диаграммы, рис.7.). Эта зависимость, называемая законом Гука, вычисляется по формуле 9

= E | | (9)

Относительное удлинение взято по модулю, так как закон Гука справедлив как для деформации растяжения, так и для деформации

сжатия, когда < 0.

Коэффициент пропорциональности E, входящий в закон Гука,

называется модулем упругости или модулем Юнга. Модуль Юнга определяется по формуле (9), измеряя напряжение и относительное

удлинение при малых деформациях.

Для большинства широко распространённых материалов модуль Юнга определён экспериментально. Так, для хромоникелевой стали

E=2,1 1011 Па, а для алюминия E=7 1010 Па. Чем больше модуль Юнга, тем меньше деформируется стержень при прочих равных условиях (одинаковых силе, площади, удлинении). Модуль Юнга характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия.

Закон Гука выполняется при небольших деформациях, а следовательно, при напряжениях, не превосходящих некоторого

30