
3. Состав и разновидности баллиститного пороха и твердого топлива
Баллиститные пороха — это пороха на основе нитратов целлюлозы, пластифицированных нитроэфирами или их смесями.
В отличие от пироксилиновых порохов из баллиститных порохов растворитель-пластификатор не удаляется в процессе производства, а остается в пороховых элементах в том же количестве, в каком вводился при дозировке компонентов.
Основу баллиститных порохов составляют нитроцеллюлоза и неудаляемый (труднолетучий) растворитель, поэтому их иногда называют двухосновными. Обычный состав баллиститных порохов включает (табл.2):
50–60 % коллоксилина;
25–40 % труднолетучего растворителя (нитроглицерин, нитродигликоль, нитроксилитан либо их смеси);
стабилизаторы химической стойкости;
охлаждающие добавки и дополнительные пластификаторы;
технологические добавки;
влагу.
Таблица 2. Компонентный состав баллиститных порохов и ракетных топлив |
|||||||
Компоненты |
Разновидности порохов (ракетного топлива) и содержание компонентов, % |
||||||
Артиллерийский порох |
Мино- метный |
Ракетное топливо |
|||||
НДТ |
ДГ |
НДГ |
НБ |
НМФ |
РСИ |
РАМ |
|
Коллоксилин |
56,0 |
62,0 |
59,5-60,0 |
58,5 |
57,0-59,0 |
56.0-59,5 |
51,0 |
Нитроглицерин |
25,0-28,0 |
- |
11,0-19,5 |
40,0 |
26,0 |
25,0-26,5 |
33,0 |
Нитродигликоль |
- |
31,3-34,8 |
17,0-25,0 |
- |
- |
- |
- |
Централит №1 |
3,0 |
2,2-4,0 |
3,0 |
1,0 |
|
|
1,5 |
Динитротолуол |
9,0 |
- |
- |
- |
8,0-11,7 |
9,1-11,3 |
2,5 |
Дибутилфталат |
3,0-6,0 |
0,0-2,7 |
- |
- |
1,7-3,0 |
- |
- |
Окись магния |
- |
|
|
- |
2,3-3,0 |
|
- |
Мел |
|
|
|
|
|
0,9-1,3 |
|
Алюминий-магниевый сплав |
|
|
|
|
|
|
10,0 |
Вазелиновое масло |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,5 |
1,0 |
1,0-1,2 |
0,8 |
Дифениламин |
|
|
|
|
|
3,0 |
1,0 |
Вода |
0,5* |
0,5* |
0,5* |
0,5* |
0,5* |
0,5* |
0,5* |
Калорийность пороха, ккал/кг |
710-820 |
710-820 |
880-925 |
1000 |
880 |
850 |
1245 |
*сверх 100% |
|
|
|
|
|
|
|
Коллоксилин (нитрат целлюлозы с содержанием азота менее 12,1 %) как и пироксилин является энергетической и структурно-механической основой пороха. Это основной компонент, обуславливающий энергетические характеристики, формирующий структуру и физико-механические свойства пороха.
Труднолетучие растворители-пластификаторы переводят коллоксилин в пластичное состояние, благодаря чему создается возможность уплотнять пороховую массу и формовать из нее пороховые элементы. Кроме того, они являются энергетическими добавками и вместе с коллоксилином обуславливают энергетические характеристики порохов. Труднолетучие растворители-пластификаторы представляют собой полные нитраты соответствующих многоатомных спиртов. Получаются при обработке многоатомных спиртов смесью азотной и серной кислот.
Являясь сложными эфирами многоатомных спиртов и азотной кислоты, все эти вещества обладают недостаточной термодинамической (химической) устойчивостью и способны к медленному самопроизвольному разложению с выделением тепла. Все растворители-пластификаторы являются жидкими взрывчатыми веществами, очень чувствительными к внешним механическим воздействиям (например: нитроглицерин представляет собой маслянистую, лишенную запаха жидкость, сладковатую на вкус. Цвет жидкости от светло-желтого до коричневато-желтого. Температура вспышки нитроглицерина 200°. Очень чувствителен к механическим воздействиям, легко взрывается от удара, чрезвычайно опасен в обращении).
Стабилизаторы химической стойкости (централит №1 и №2) снижают скорость химического разложения коллоксилина и труднолетучего растворителя-пластификатора, чем увеличивают срок служебной пригодности порохов.
Как и дифениламин в пироксилиновых порохах, централит №1 и централит №2 связывают продукты разложения пороха, предотвращают автокаталитическое ускорение процесса разложения компонентов.
Это твердые кристаллические вещества белого цвета с температурой плавления 80°С. Важнейшим их свойством является способность взаимодействовать с продуктами разложения с образованием нейтральных стабильных продуктов.
Дополнительные пластификаторы и регуляторы энергетики (динитротолуол, дибутилфталат) в баллиститных порохах выполняют роль охлаждающих добавок и дополнительных пластификаторов коллоксилина. Введение их в различных количествах позволяет изменять значения теплоты и температуры горения порохов для метательных зарядов артиллерийских выстрелов.
Технологические добавки (вазелин, вазелиновое масло) применяются с целью облегчения процесса изготовления пороха путем снижения внутреннего и внешнего трения при формовании пороховых элементов. Эти вещества играют роль смазки.
Влага является неизбежным элементом пороха, так как порох обладает определенной гигроскопичностью, удалить которую полностью нельзя и нецелесообразно с точки зрения стабильности свойств пороха в процессе эксплуатации метательных зарядов.
Количественный состав компонентов пороха определяется его назначением.
Баллиститное ракетное топливо (БРТТ) применяется в качестве источника энергии в РДТ'Г основного и вспомогательного назначения. Количественный состав компонентов топлива определяется его назначением (табл. 2).
Условия горения зарядов БРТТ существенно отличаются от условий сгорания метательных зарядов. Основное отличие — сравнительно низкий уровень давления в камере сгорания РДТТ (2...20 МПа). При таких давлениях и высоких скоростях газового потока вдоль поверхности заряда БРТТ возможны случаи неустойчивого горения.
Для устранения этих явлений в состав твердых топлив вводятся специальные добавки: катализаторы скорости горения (окись свинца — РbО, карбонат свинца — PbСО3 и др.); стабилизаторы процесса горения (окись магния — МgО, мел — СаСОз, двуокись титана — ТiO2 и др.).
Введение в состав БРТТ твердых веществ минерального происхождения (катализаторов скорости и стабилизаторов процесса горения) значительно повышает жесткость пороховой массы, т. е. ухудшает ее технологические свойства.
Поэтому в составе БРТТ увеличивают содержание технологических добавок (вазелина, стеарата цинка — (С17Н35СОО)2Zп, графита).
Во многих составах БРТТ содержится динитротолуол и дибутилфталат, но в этом случае они выполняют функции дополнительных пластификаторов, улучшающих технологичность топливной массы.