Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

и описанной ранее, по отношению к модифицированным высоконаполненным топливам не выполнял условие непрерыв­ ности и не обеспечивал необходимого однообразия пороховой массы по причине низкой точности дозирования и плохого перемешивания. Операции по подготовке металлического го­ рючего, окиси магния, ВВ (пассивация, гидратация, гидрофобизация) выполнялись периодически и требовали больших за­ трат ручного труда.

Основной технологический процесс производства «варки» пороховой массы — пластификация, включающая операции смачивания НЦ пластификаторами, капиллярной пропитки, диффузии НГЦ в межмакромолекулярном объеме НЦ и набу­ хания волокон со структурной перестройкой — протекает мед­ ленно и никак не ускоряется за счет применения стимулирую­ щих физических способов.

Так называемое «созревание» пороховой массы требует длительного времени (десятки часов) и приводит к необходи­ мости разрыва производственного процесса «варка — перера­

Новый непрерывный технологический процесс в сравне­ нии с первым вариантом («варка» в двух «варочных котлах» простых составов без металла и ВВ) имеет существенные пре­ имущества и дает значительный технико-экономический эф­ фект.

Наиболее важные из них:

— использование специально разработанных для операций обработки суспензий, эмульсий, смешения пороховой массы гидродинамических аппаратов АПТС, СН-4, РПС, ЭМУ обес­ печивает увеличение энергии смешения как минимум на три порядка, что ускоряет все процессы и повышает однообразие распределения компонентов в массе в 2—3 раза;

— дистанционно управляемые дозирующие устройства с переключателями потоков для жидко-вязких и порошкооб­ разных компонентов позволяют в автоматическом режиме проводить процесс изготовления массы, включая за счет нали­ чия переключателей потока его начало и завершение;

— создание непрерывных процессов гидратации, пассива­ ции и гидрофобизации позволило в непрерывном режиме проводить изготовление пороховых масс современных моди­ фицированных высоконаполненных ракетных топлив;

149

— применение 2-х стадийных режимов «варки» (холодной капиллярной пропитки и горячей диффузии пластификатора и набухания полимера) позволяют ускорить процесс пласти­ фикации с десятков до 2...3 часов.

Однако, несмотря на значительный прогресс в области тех­ нологии производства пороховой массы, применительно к со­ временной номенклатуре систем вооружения, в особенности высокоточному оружию, современная технология обладает ря­ дом существенных недостатков.

Самыми важными из этих недостатков являются длитель­ ность и недостаточная глубина процесса пластификации, вы­ зывающие в технологии БРТТ в целом необходимость двух весьма нежелательных операций: создания промежуточного за­ паса пороховой массы в смесителях общих партий и введения на фазе переработки операций вальцевания с высокими пара­ метрами силового поля (напряжения, скорость сдвига, темпе­ ратура), приводящими к опасности воспламенения.

Современные БРТТ для высокоточного оружия отличаются повышенными требованиями к баллистическим характеристи­ кам и их воспроизводимости. В первую очередь это касается зависимости скорости горения от давления (v) и температуры

(В). Снижение этой зависимости достигается применением смешанной катализирующе—ингибирующей системы, эффек­ тивность которой в значительной мере зависит от степени из­ мельчения ингредиентов и равномерности их распределения в тонкоизмельченном состоянии. К сожалению, современная технология не обеспечивает необходимого измельчения и не исключает агломерации тонкоизмельченных порошкообразных компонентов в процессе смешения массы.

Серьезным недостатком технологии является ее низкая мо­ бильность, определяемая жесткой привязкой к производству нитроэфиров, промежуточное хранение которых в буферных емкостях по соображениям безопасности крайне нецелесооб­ разно, а диапазон изменения производительности фаз нитро­ вания спиртов и стабилизации эфиров весьма невелик. Поэто­ му и те и другие (нитрация и «варка») рассчитаны на разрыв фаз «варка — переработка».

Основные задачи и направления модернизации производства. Прогнозируемая модель развития

Учитывая те недостатки, которые имеет производство по­

150

видно, говорить не о модернизации, а создании принципиаль­ но нового производства. Примером в данном случае может служить производство нитрата глицерина, в котором разработ­ ка инжекторной нитрации и центробежного разделения реа­ гентов сократили время процесса в целом с нескольких часов до нескольких минут.

В данном случае задача является гораздо более сложной, ибо здесь мы имеем дело с весьма неоднородным по молеку­ лярной, надмолекулярной и морфологической структуре поли­ мером с развитой капиллярно-пористой системой. Процессы абсорбции, диффузии пластификатора, структурных перестро­ ек в подобной гетерогенной системе проходят несоизмеримо медленнее, чем реакция нитрования и разделения реагентов в гомогенной системе.

Поэтому в плане решения генеральной задачи — создания современного высокомобильного производства пороховой мас­ сы с кратковременным технологическим циклом — можно на­ метить скорее пути решения, чем представить готовый резуль­ тат, тем более что имеющиеся в промышленности способы физического стимулирования физико-химических процессов весьма ограничены.

На каких же основных концептуальных проблемах следует акцентировать внимание?

Вопросы смачивания, сорбции пластификатора НЦ, авто­ матического дозирования, гидратации, пассивации, гидрофобизации рассматривались в течение нескольких предыдущих десятилетий и в инженерном плане были решены и реализо­ ваны в производстве.

Проблема же дальнейшего прогресса технологии, о кото­ рой говорилось выше, в инженерном плане лежит за гранью современного уровня техники и требует проведения дополни­ тельных исследований и инженерных разработок по следую­ щим направлениям.

Ускорение капиллярной пропитки за счет улучшения смачи­ ваемости поверхностно-активными веществами и дисперсно­ сти эмульсии пластификатора в значительной мере исчерпало свои возможности. Требуется силовое воздействие на пласти­ фикатор, способствующее «заталкиванию» его в капилляры. Предварительные исследования [54] показали возможность су­ щественного ускорения этого процесса УЗ-излучением за счет реализации кавитационного эффекта. Однако окончательное решение может быть достигнуто после завершения исследова-

151

ний по поиску оптимальных параметров ультразвукового гене­ ратора (частота, амплитуда, мощность излучения).

Ускорение диффузии молекул нитроглицерина в межмакромолекулярной среде НЦ является одной из сложнейших про­ блем для решения поставленной задачи и связано без преуве­ личения с серьезным прорывом в теории и практике взрывча­ тых композиционных материалов. Все дело в том, что в распоряжении инженеров имеется только один способ уско­ рения диффузии — повышение температуры. В данном случае использование этого способа невозможно по двум причинам:

Поэтому требуется поиск иного, причем более эффектив­ ного способа ускорения диффузии и структурных перестроек в пластифицированной нитроцеллюлозе, обеспечивающего за­ вершение «созревания» (пластификации) массы в потоке и ис­ ключающего необходимость смесителей общих партий. Совер­ шенно очевидно, что это должно быть энергетическое воздей­ ствие на межмакромолекулярные связи в НЦ с целью их ослабления, с одной стороны, и на молекулы пластификатора в направлении повышения энергии вращательных колебаний и диффундирующей способности, с другой.

Следовательно, необходим излучатель волновой энергии с частотами, резонансными частотам межмакромолекулярных связей, в основном водородных, и колебательным частотам молекул нитрата глицерина, т. е. генератор высокочастотных колебаний (СВЧ-диапазон).

Повышение эффективности катализирующе-ингибирующей системы должно обеспечиваться путем механоактивации с од­ новременным измельчением до нанодисперсного состояния и ввода в пороховую композицию способом, обеспечивающим исключение агломерации.

Технологическая схема изготовления пороховой массы с со­ кращенным технологическим циклом за счет реализации выше­ названных изменений приведена на рис. 66.

Следует отметить, что технологический процесс в целом, в том виде, в котором он изображен на рис. 66, еще далек от промышленной реализации несмотря на положительные ре­ зультаты испытаний многих узлов (гидродинамических аппара­ тов, дезинтегратора, УЗ-генераторов). Основные технологиче­ ские аппараты (УЗГ, СВЧ-генератор, дезинтеграторы) и про-

152

цессы капиллярной пропитки, диффузии, испытанные с поло­ жительным результатом как опытные образцы, должны быть оптимизированы по энергетическим параметрам: мощностям, частотам и амплитудам колебаний и т. д.

Принципиально от существующей данная технологическая схема отличается не только применением генераторов физиче­ ского стимулирования процессов (ГД, УЗГ, СВЧГ), но и по­ строением производственного процесса.

Существующий процесс имеет две стадии: смешение всех компонентов пороховой массы в заданном соотношении и длительная выдержка («созревание») массы в смесителях об­ щих партий. При этом вследствие накладки друг на друга раз­ личных операций, которые в оптимальном режиме должны осуществляться последовательно, тормозится процесс в целом, существенно увеличивая время технологического цикла и сни­ жая однообразие пороховой массы.

Представленный на рис. 66 технологический процесс раз­ делен на пять стадий:

1- я — смешение НЦ с пластификаторами с использовани ем гидродинамических и ультразвуковых генераторов при низ­ котемпературных режимах, которые тормозят диффузию пла­ стификатора и «заплывание» капилляров вследствие набухания волокон НЦ, с другой стороны, капиллярная пропитка уско­ ряется кавитационными режимами, создающимися гидродина­ мическим и ультразвуковым генераторами;

2- я — подготовка, ввод и распределение в пороховой массе катализаторов, стабилизаторов и ингибиторов горения в нанодисперсном состоянии. На этой операции используются для измельчения и механоактивации дезинтеграторы, для исключе­ ния агломерации и интенсивного перемешивания ультразвуко­ вые и гидродинамические генераторы;

154