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

ранее. Здесь же, рассматривая взрывчатые свойства полуфаб­ риката, загружаемого в пресс, следует определить требования к его физическим свойствам: размеру гранул, их пористости, сыпучести, насыпному весу. Приведенные в табл. 38 данные показывают большое влияние пористости (влажность полуфаб­ риката перед сушкой) на показатель dP/dt, определяющий па­ раметры генерации ударной волны. При переработке порохо­ вых масс высокоэнергетических металл-ВВ-содержащих топ­ лив это обстоятельство привело к необходимости корректировки технологического процесса в направлении ис­ ключения пористости полуфабриката после сушки и введении специального таблетирующего аппарата типа ПКТ.

Итак, пористость существенно облегчает генерацию удар­ ной волны в рыхлой структуре. Какое же влияние оказывает размер гранул полуфабриката? Очевидно, влияние величины зерна в рыхлой массе в первую очередь сказывается на крити­ ческом диаметре детонации, так как необходимая интенсив­ ность ударной волны в данной по плотности структуре дости­ гается при полном сгорании зерен. Следовательно, чем круп­ нее зерна, тем больше критический диаметр детонации. Эта закономерность согласуется с результатами экспериментов. Критический диаметр зарядов состава РСТ-4В из измельчен­ ной стружки (протертой через сито № 26) находится на уровне 10...12 мм, из резаного шнура диаметром 2 мм — 120...150 мм, из резаного шнура диаметром 5 мм — около 400 мм.

Таким образом, для повышения безопасности процесса прессования по параметрам генерации ударной волны и кри­ тического диаметра детонации полуфабрикат должен состоять из крупных плотных гранул, обеспечивающих, как отмечалось ранее, разрыв детонационной волны по интенсивности и экс­ тенсивности.

Гранулирование (таблетирование) пороховой массы баллиститного типа, осуществляемое методом проходного прессова­ ния на шнековых или специальных таблетирующих прессах с резкой выпрессовываемых шнуров специальными ножами, не обеспечивает равномерности гранул и связано с получени­ ем определенного количества «мелочи». Это, как показали экспериментальные исследования, приводит к существенному повышению восприимчивости полуфабриката к детонации. Поэтому сразу же на начальном этапе отработки технологии переработки модифицированных топлив типа РСТ, РАМ тех­ нологический процесс измельчения массы на фазе вальцева-

390

ния был изменен с исключением резательных станков, уста­ новкой щелевых формующих колец на вальцах и перфориро­ ванных желобов на шнековых транспортерах после сушилки. Однако, как отмечалось выше, без дополнительного уплотне­ ния и укрупнения гранул (таблеток) этих мероприятий оказа­ лось недостаточно, что привело к необходимости введения в технологическую схему специального таблетирующего аппа­ рата ПКТ, обеспечивающего укрупнение и уплотнение щеле­ вого полуфабриката (рис. 191).

Рабочим органом аппарата ПКТ является перфорирован­ ный барабан с профилированными отверстиями (рис. 192), че­ рез которые пороховая масса при прокатке в зазоре между ба­ рабаном и роликом продавливается в виде цилиндрического шнура и срезается ножом, установленным снаружи неподвиж­ но по образующей, в виде гранул. Диаметр гранул определяет­ ся диаметром отверстий, а длина — количеством подаваемого в зазор между барабаном и роликом щелевого полуфабриката и скоростью вращения барабана.

Характер течения пороховой массы в отверстиях определя­ ет требования к их профилю. Поскольку структура щелевой «таблетки», полученной на вальцах с относительно высокой влажностью и высушенной на сушилке до окончательной влажности (0,3...0,5%), является пористой, требуется формиро­ вание структуры заново. Параметры «теплосилового» поля, обеспечивающие уплотнение пористой пороховой массы, будут рассмотрены ниже при описании закономерностей течения пороховой массы в раструбном пресс-инструменте.

392

Здесь же целесообразно ограничиться физической моделью процесса и общими требованиями к конструктивным элемен­ там аппарата.

Гранулирование осуществляется, как отмечалось выше, пу­ тем продавливания пороховой массы через конусно-цилиндри­ ческие отверстия (рис. 193) за счет давления, развиваемого в суживающемся зазоре между роликом и барабаном. Процесс продавливания — циклический.

Для обеспечения уплотнения массы отверстия должны иметь уменьшающееся сечение по ходу движения. При этом интенсивность уменьшения сечения, характеризующая ско­ рость сдвиговых деформаций, определяется формой отверстий (рис. 194).

Представленные на рис. 194 три формы отверстий обеспе­ чивают различные режимы течения с отличающимися усло­ виями конформационных перестроек структуры пластифици­ рованной полимерной композиции.

Так, форма, изображенная на рис. 194а, в виде сочлененных конуса и цилиндра имеет две зоны резко отличных режимов течения: конусную с высокой скоростью сдвиговых деформа­ ций и цилиндрическую с относительно низкой скоростью де­ формаций, вызываемых торможением массы у стенок за счет внешнего трения. Таким образом, на стыке форм происходит резкая смена режимов течения, которая отражается на форми­ ровании структуры получаемых гранул. Нестабильность режи-

Рис. 193. Схема продавливания пороховой массы через конусно-цилшщри ческие отверстия ПКТ.

1 — ролик; 2 — пороховая масса; 3 — барабан; 4 — нож

393

I

мов течения усугубляется цикличностью нагружения: интен­ сивное деформирование в зоне «клина» — отсутствие продавливания при выходе из него. Релаксация напряженных элементов структуры (вытянутых цепей макромолекул в аморфной зоне) приводит к разрыву сплошности на границе конуса и цилиндра. На рис. 195 представлена фотография гра­ нул, получаемых на шнек-прессе типа Ш-3 и на ПКТ — в ре­ жиме циклического деформирования. Видно, что полуфабри­ кат, получаемый после шнек-пресса, по качеству (плотность, поверхность) превосходит «таблетку» после ПКТ, которая име­ ет расслоения и разрывы по поверхности и прочие дефекты.

Тем не менее, в сравнении со щелевым полуфабрикатом «таблетка» с ПКТ имеет существенно более низкий показатель dP/dt, обеспечивающий безопасность переработки новых высо­ коэнергетических топлив.

Альтернативный вариант гранулирования — шнековый пресс, обеспечивающий деформирование в непрерывном ре­ жиме прессования и получение полуфабриката с меньшим dP/dt, не лишен серьезных недостатков. Прежде всего это, также как и в формующем шнек-прессе, большая вероятность перехода горения в детонацию на щелевом полуфабрикате. Да и в режиме горения последствия аварии более серьезные, так как загорание практически всегда происходит в прессующей зоне, т. е. в полностью закрытом объеме. Аппарат ПКТ, также как и вальцы, является открытым и более безопасным аппара­ том.

Тем не менее гранулирующие шнек-пресса, оснащенные динамически ослабленной втулкой и винтом с короткой зоной

394

и снизить вероятность нарушения структуры в режиме релак­ сации (при выходе барабана из зоны контакта с роликом). Профильные отверстия (рис. 194 б), имеющие постоянное уменьшение сечения по длине dS/dl, обеспечивают постоян­ ную скорость объемного деформирования.

Однако изготовление аппарата с такими отверстиями пред­ ставляет определенную сложность. В практическом плане оп­ тимальными являются профильные отверстия с несколькими конусами, на стыке которых разница в скоростях объемной деформации существенно меньше, чем в варианте конус-ци­ линдр (рис. 194 а).

Итак, конструкция как таблетирующего пресса ПКТ, так и гранулирующего пресса типа Ш-3, ШП-3, ПСВ-3 должна обеспечивать получение плотного полуфабриката с возможно меньшей удельной поверхностью с целью максимального сни­ жения показателя взрывобезопасности dP/dt. При работе на высокоэнергетических топливах шнековые пресса должны иметь, кроме того, конструктивные элементы разрыва детона­ ционной волны по интенсивности и экстенсивности (короткая зона сжатия и динамически ослабленная втулка). По этой причине пресса Ш-3, ШП-3 не удовлетворяли требованиям безопасности и были заменены на современные ПСВ-3.

При рассмотрении закономерностей течения пороховой массы в канале винта шнекового пресса определялись пара­ метры прессующей и загрузочной зон с целью синхронизации их работы.

Параметры прессующей зоны, как было определено в раз­ деле шнековых прессов, зависят от сопротивления пресс-инст­ румента, производительности загрузочной зоны, реологических свойств пороховых масс как функции температуры, скорости сдвига и давления. Одним из основных параметров, характе­ ризующих безопасность процесса и качество продукции, явля­ ется температура пороховой массы на выходе из пресса, опре­ деляемая уровнем диссипативного разогрева, т. е. удельной энергией прессования. Интегрально тепловой разогрев зависит от величины обратного потока (то есть скорости сдвиговых деформаций) и длины запрессованной зоны (то есть времени деформирования массы в канале винта). Как отмечалось вы­ ше, для обеспечения качества пороховых шашек и требуемого уровня безопасности процесса прессования необходимы опре­ деленные параметры «теплосилового поля»: давление Р, темпе­ ратура Т, скорость сдвига у и ее интеграл — деформация у.

396