Пироксилиновые пороха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казанский национально-исследовательский

технический университет

Курсовая работа

По дисциплине: «ПЭв ТНП»

На тему: «Пироксилиновые пороха»

Выполнила:

Ст. группы 1213-32

Хайбрахманова А.Б.

Проверил:

Москов В.А.

Казань

2015



Содержание

Введение

Определение

Требования к использованию порохов

Виды порохов

Дымные пороха, состав, свойства и применение

Пироксилиновые пороха

Производство пироксилиновых порохов

Список использованной литературы



Введение

Порох - взрывчатое вещество. Применяется главным образом в стрелковом и в артиллерийских орудиях. Порох делится на дымный и бездымный. Первым появился дымный. Место его изобретения точно не известно. Считают, что он появился в Китае. Он был также известен Арабам. В качестве военного средства порох начали применять в Европе, в том числе в России в 14 веке. После изобретения бездымного пороха и других видов взрывчатых веществ, дымный порох в значительной мере утратил своё значение. Бездымный порох впервые был получен французским учёным П.Вьелем в 1884 году. В военном деле бездымный порох применяется как метательное средство.



Определение

порох пироксилиновый спиртоэфирный

Пироксилиновый порох -- один из нескольких видов порохов.

В состав пироксилиновых порохов обычно входит 91-- 96% пироксилина, 1, 2-- 5 % летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1, 0-- 1, 5% стабилизатора (дифениламин) для увеличения стойкости при хранении, 2-- 6% флегматизатора для замедления горения наружных слоев пороховых зёрен, 0, 2-- 0, 3%графитаи пламегасящие присадки. Такие пороха изготовляются в виде пластинок, лент, колец, трубок и зёрен с одним или несколькими каналами; применяются в стрелковом оружии и в артиллерии.

Основными недостатками пироксилиновых порохов являются: изменение содержания остаточного растворителя и влаги при хранении, что отрицательно сказывается на их баллистических характеристиках: длительность технологического цикла производства (от 6-- 10 дней до 1 месяца).

В зависимости от присадок и назначения помимо обычных пироксилиновых имеются специальные пороха: пламегасящие, малогигроскопичные, малоградиентные (с малой зависимостью скорости горения от температуры заряда); малоэрозионные (с пониженным разгарно-эрозионным воздействием на канал ствола); флегматизированные (с пониженной скоростью горения поверхностных слоев); пористые и другие.

Процесс производства пироксилиновых порохов предусматривает растворение (желатинизацию) пироксилина, прессование полученной пороховой массы и резку для придания пороховым элементам определённой формы и размеров, удаление избыточного растворителя и состоит из ряда последовательных операций.



Требования к использованию порохов

Основным видом взрывчатого превращения порохов является в обычных условиях применения горение, не переходящее в детонацию.

Для практического использования порохов к ним предъявляются следующие основные требования:

достаточная мощность (работоспособность), обеспечивающая метательное или воспламеняющее действие;

определенные пределы чувствительности к механическим и тепловым импульсам, что обеспечивает безотказность их действия в условиях использования и безопасность в обращении;

стабильность, т.е. способность при хранении не изменять своих физико-химических, а следовательно, и баллистических свойств;

способность устойчиво и закономерно гореть;

однообразие качества;

достаточная механическая прочность пороховых элементов;

беспламенность и бездымность при стрельбе;

возможно меньшее коррозийное и эрозийное действие на канал ствола оружия;

экономическая доступность и возможность изготовления из сырья отечественного происхождения.

Виды порохов

Существующие в настоящее время разнообразные пороха могут быть разделены на две группы: пороха-механические смеси и пороха коллоидного типа.

Основанием для разделения порохов на эти группы является различие в их физико-химической природе, влияющей на характер их горения. Пороха коллоидного типа обычно горят закономерно параллельными слоями, в то время как при горении порохов-механических смесей такая закономерность существует не всегда, и лишь при больших плотностях пороховых зерен (не меньше, чем 1, 7) они горят более или менее закономерно. Поэтому эти группы порохов применяются в разных областях. Пороха-механические смеси в настоящее время почти не применяются для метательных целей, а используются для изготовления воспламенителей к зарядам из коллоидных порохов, для дистанционных составов в трубках и взрывателях, для вышибных зарядов, в различных пиротехнических средствах, для изготовления усилителей, замедлителей, петард и т. д.

Пороха коллоидного типа, как правило, используются только для метательных целей.

Пороха-механические смеси. Пороха-механические смеси в зависимости от состава, главным образом от вида окислителя, разделяют на следующие подгруппы:

а) дымные пороха (окислитель--калиевая селитра, горючее - древесный уголь и сера, цементатор -- сера);

б) аммонийные пороха (окислитель -- аммонийная селитра, горючее -- древесный уголь);

в) перхлоратные пороха (окислитель -- перхлорат);

г) малогазовые составы (компоненты и их соотношения подобраны из расчета образования при горении небольшого количеств газообразных продуктов).

Пороха коллоидного типа. Основой всех порохов коллоидного типа являются нитраты целлюлозы. Основанием для условного разделения таких порохов на различные виды являются свойства (вернее летучесть) растворителя, примененного для перевода нитратов целлюлозы в пластифицированное желатиноподобное состояние. По этой характеристике растворителя все пороха коллоидного типа делят: на пороха на летучем растворителе, пороха на труднолетучем растворителе, пороха на смешанном растворителе и пороха на нелетучем растворителе. Кроме того, существуют пороха типа коллоидных без растворителя.

Пороха на летучем растворителе обычно называют пироксилиновыми порохами. Различают винтовочные и орудийные пироксилиновые пороха. Они получаются обработкой пироксилина спиртоэфирной смесью и несколько отличаются друг от друга по составу, что видно из табл. 42. Пороха, содержащие в поверхностных слоях пороховых элементов для улучшения баллистических свойств флегматизатор, называются флегматизированными. Кроме обыкновенных и флегматизированных пироксилиновых порохов, состав которых указан в табл. 42, существует еще несколько разновидностей пироксилинового пороха: беспламенный, быстросгорающий и др. По форме пороховых элементов пироксилиновые порохамогут быть пластинчатые, ленточные, трубчатые и зерненые (безканала, с одним каналом, с семью каналами, с четырнадцатью и с еще большим числом каналов).

Таблица 42 Состав типовых пироксилиновых порохов

Наименование компонентов	Состав пороха в %
	для винтовок	дляорудий
Пироксилин	95, 5	95--96
Растворитель (спирто-эфирная смесь)	Около 1	до 2, 5
Дифениламин (стабилизатор)	Около 1	1
Камфора (флегматизатор)	1, 5	--
Графит (свыше 100%)	0, 2	--
Влага	Около 1	1, 5

Пороха на труднолетучем растворителе получили название баллиститов, на смешанном растворителе -- кордитов.

При изготовлении баллиститов основным исходным компонентом являются низкоазотные нитраты целлюлозы -- коллоксилины, которые пластифицируются нитроглицерином или каким-либо другим нитратом многоатомного спирта. При изготовлении кордитов применяются высокоазотные нитраты целлюлозы (пироксилины), которые плохо' пластифицируются нитроглицерином, в связи с чем для облегчения условий пластификации применяют дополнительные растворители -- ацетон, спиртоэфирную смесь и др., которые необходимо по возможности полностью удалить из состава готового пороха.

Процесс удаления дополнительного растворителя является очень длительным, а потому продолжительность процесса изготовления кордитного пороха значительно больше, чем процесса изготовления порохов баллиститного типа.

Состав же готового пороха кордитного типа и его энергетические характеристики в основном близки к баллиститным порохам (табл. 43).

По форме зерна порохов на труднолетучем и смешанном растворителях могут быть в виде пластинок, лент, колец, шнуров и трубок.

Таблица 43. Состав некоторых порохов на труднолетучем и смешанном растворителях

Наименование компонентов	Содержание компонентов (в %) в зависимости от назначения порохов
	для минометов	Баллиститы для реактивных снарядов	для артиллерийских орудий
	баллистит	кордит		баллистит	Кордит
Пироксилин	__ .	64, 5	__	__	65
Коллоксилин	57, 7		64, 5	58, 5	--
Нитроглицерин	40	34	--	30	29, 5
Нитроди гликоль	--	--	29	--	--
Централит	2	1	3	3	2
Другие стабилизаторы (дифениламин, акардит)		0, 2	2, 5	~	-
Динитро производные	--	--	--	7, 5	--
Вазелин	0, 3	0, 3	1	1	3, 5
Ацетон (свыше 100%)	0, 5	--	1, 5
Влага (свыше 100%) 0, 6 -0, 4	0, 5	0, 5	0, 5
Графит (свыше 100%) 0, 2	--	0, 10	--	--
Окись магния (свыше100%)	--	0, 2	0, 25	--	--



Пороха на нелетучем растворителе представляют собой сложные системы, полученные специальной обработкой низкоазотных нитратов целлюлозы твердыми пластификаторами при повышенной температуре (табл. 44).

Таблица 44 Состав некоторых порохов на нелетучем растворителе

Наименование компонентов пороха	Состав в %	Наименование компонентов пороха	Состав в %
	№ 1	№ 2		№ 1	№ 2
Коллоксилин	65		Динитротолуол	5	_____
Пироксилин (содержание азота 12, 4%) Тринитротолуол	25	62, 630, 7	Централит Влажность Щавелевокислый натрий	4, 50, 5	5, 00, 51, 2

Ввиду трудности изготовления эти пороха не получили широкого применения.

Пороха без растворителя представляют собой пронитрованную и стабилизированную, предварительно уплотненную целлюлозу (например, пергамент и т. п.).

Дымные пороха, состав, свойства и применение

Состав дымных порохов.

Состав дымных порохов, установленный в конце XVIII в. на основе работ М. В. Ломоносова, не претерпел существенных изменений до настоящего времени.

Отдельные компоненты в составе дымных порохов имеют следующее назначение.

Селитра является окислителем и при нагревании легко отдает кислород. Выделяющийся кислород окисляет серу и уголь.

С увеличением содержания селитры в порохе до определенного предела (~80%) сила пороха возрастает и увеличивается скорость его горения. В природе много веществ, богатых кислородом, но для целей пороходелия находит применение почти исключительно калиевая селитра, так как она в наибольшей степени удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к окислителям в составе пороха (малая гигроскопичность и невысокая чувствительность) .

Уголь является горючим веществом. Для пороходелия употребляется древесный уголь (преимущественно ольховый или крушинный) с содержанием 72--8ОУо углерода. Уголь из смолистых пород деревьев применять нежелательно, так как пороха, приготовленные с использованием такого угля, трудно воспламеняются. При увеличении количества угля в порохе скорость горения пороха снижается, но с увеличением содержания углерода в угле -- увеличивается.

Сера, с одной стороны, является цементатором, связывающим селитру с углем, а с другой, -- горючим веществом, облегчающим воспламенение пороха, так как сера воспламеняется при более низкой температуре, чем уголь. От увеличения содержания серы в порохе сила пороха и скорость горения уменьшаются. Сера встречается в кристаллической и аморфной формах. В пороходелии применяется сера только кристаллической формы с температурой плавления 114, 5 .

Свойства дымных порохов. Цвет дымных пороков бывает от сине-черного до серо-черного с металлическим блеском. Интенсивно черный цвет указывает на присутствие в порохе большого количества влаги. Хороший порох сравнительно трудно раздавливается между пальцами, не пачкает рук и при насыпании его на бумагу даже с высоты 1 м совершенно не оставляет пыли.

Насыпанный на лист бумаги порох при зажжении должен быстро вспыхнуть и образовать вертикальный столб дыма, при этом бумага не должна загораться и на ней не должно оставаться следов копоти (обугливания).

Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени и искры. Температура вспышки его около 300. Удар молнии всегда вызывает взрыв. Небольшие количества пороха только вспыхивают при зажжении, а большие взрываются.

Содержание влаги в порохе должно быть в пределах 0, 7--1, 0%.

Плотность пороха может изменяться в пределах 1, 6--1, 93 см³. Гравиметрическая плотность 0, 8--1, 0 кг/л. Дымный порох обладает высокой химической стойкостью.

Увеличение количества влаги оказывает значительное влияние на воспламеняемость пороха. При содержании влаги свыше 2% порох трудно воспламеняется, а при 15% влаги он совсем теряет способность к воспламенению.

Дымный порох чувствителен к удару и трению. По чувствительности к удару он превосходит некоторые бризантные ВВ.

Удар пули при скорости более 500 м/сек вызывает почти всегда взрыв пороха.

При трении между поверхностями железа или камня дымный порох вспыхивает или взрывает.

Скорость горения пороха зависит от состава пороха, внешнего давления и от плотности пороховых элементов.

Состав пороха, т. е. соотношение составных частей, как уже выше указывалось, оказывает влияние на скорость горения, но ввиду того, что состав современных военных порохов почти одинаков, влияние этого фактора очень небольшое.

Опыты показали, что при давлении около 450 мм рт. ст. начинается частичное затухание горящего пороха в дистанционных трубках (затухает примерно 20--30% трубок), а при давлениях ниже 350 мм рт. ст. затухают все трубки.

Скорость горения дымных порохов, запрессованных в дистанционные кольца, при сжигании на воздухе 8--10 мм/сек.



Пироксилиновые пороха

В состав пироксилиновых порохов обычно входит 91-96 % пироксилина, 1, 2-5 % летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1, 0-1.5 % стабилизатора (дифениламин, центролит) для увеличения стойкости при хранении, 2-6 % флегматизатора для замедления горения наружных слоев пороховых зёрен и 0, 2-0, 3 % графита в качестве добавок. Такие пороха изготовляются в виде пластинок, лент, колец, трубок и зёрен с одним или несколькими каналами; применяются в стрелковом оружии и в артиллерии. Основными недостатками пироксилиновых порохов являются: невысокая энергия газообразных продуктов сгорания (относительно, например, баллиститных порохов), технологическая сложность получения зарядов большого диаметра для ракетных двигателей. Основное время технологического цикла затрачивается на удаление из порохового полуфабриката летучих растворителей. В зависимости назначения помимо обычных пироксилиновых имеются специальные пороха: пламегасящие, малогигроскопичные, малоградиентные (с малой зависимостью скорости горения от температуры заряда); малоэрозионные (с пониженным разгарно-эрозионным воздействием на канал ствола); флегматизированные (с пониженной скоростью горения поверхностных слоев); пористые и другие. Процесс производства пироксилиновых порохов предусматривает растворение (пластификацию) пироксилина, прессование полученной пороховой массы и резку для придания пороховым элементам определённой формы и размеров, удаление растворителя и состоит из ряда последовательных операций.

Применение

Пироксилины применяют для изготовления бездымных порохов (температура горения пироксилиновых порохов около 2500 С). В пороха вводят пластификаторы (смеси органических растворителей), стабилизаторы (например, дифениламин), флегматизаторы (камфору). Из коллоксилина с высокой массовой долей азота (11, 5... 12, 2% N) получают так называемые нитроглицериновые пороха (температура горения около 3500 С), в которые в качестве пластификатора вводят нитроглицерин.Нитроцеллюлозные пороха используют в качестве твердого ракетного топлива.

Применение для получения азо- и трифенилметановых красителей проведения различных органических синтезов в

качестве стабилизатора пироксилиновых порохов, пластификатора нитроцеллюлозы и сложных иров целлюлозы.

Не менее важное значение имеет набухание в производстве целлюлозы щелочными способами, а также в производстве пироксилиновых порохов. В качестве примера из области технологии неорганических веществ можно назвать процесс затвердевания (схватывания) цемента. Здесь набухающим высокополимером является силикат кальция.

Нельзя себе представить без набухания производство клеящих веществ, обуви и кожгалантереи, процесс изготовления пироксилиновых порохов, затвердевание (схватывание) цемента и т. д.

Чтобы уменьшить скорость горения пироксилина и использовать его не только при взрывных работах, но и в артиллерии, из него приготовляют бездымный пироксилиновый порох.

Таким образом, в отличие от влияния давления и начальной температуры роль плотности на величину критического диаметра горения оказывается различной в зависимости от природы ВВ. В этом проявляется одна из специфических особенностей горения пористых систем. Данное обстоятельство представляет интерес и заслуживает внимания. Вместе с тем имеющиеся в литературе результаты по этому вопросу крайне немногочисленны. Поскольку получение зарядов с различной пористостью сопряжено с определенными методическими трудностями, ранее опыты проводились с образцами либо максимальной плотности (готовые нитроглицериновый и пироксилиновый пороха), либо насыпной или близкой к ней плотности.

Воробьев П. И. Пироксилин и бездымный пироксилиновый порох.

Авторы работы сфотографировали поверхность потушенного нитроглицеринового пороха при давлении выше атмосферного на фотографиях отчетливо видны застывшие пузырьки. На поверхности горящего пироксилинового пороха в вакууме визуально жидкий слой не наблюдался, но наблюдения под микроскопом потушенного пороха показали, что она также сплошь пронизана застывшими пузырьками. Авторы предположили, что реакционный слой конденсированной фазы пироксилинового пороха в процессе горения находится в размягченном полужидком агрегатном состоянии.

А. В. Сапожников начал исследования пироксилина и пироксилиновых порохов.

К-Метиланилин используется для синтеза красителей, медицинских препаратов, стабилизаторов пироксилиновых порохов. Нитрованием М-метиланилина нитрующей смесью получают тетрил - бризантное взрывчатое вещество длякапсюлей-детонаторов и промежуточных детонаторов

В минуту при равномерном перемешивании так, что через 16 минут она достигнет 180. Нитроклетчатка не должна давать вспышки ниже 180 , пироксилиновый порох -- не ниже 170 инитроглицериновый порох -- не ниже 160 .

Нитроклетчатка Пироксилиновый порох Нитроглицериновый порох 30 мин. 1 час 30 мин. 45 мин. 2 часа 45 мин. 5 час. 5 час. 5 час.

Пироксилиновыми порохами называются пороха, изготовляемые из нитратов целлюлозы с применением летучих растворителей (смеси спирта и этилового эфира).

Были проведены две серии испытаний. Вначале определяли, при каких условиях в исследуемых системах возникает детонационная волна. Скорость детонации определяли методомразвертки процесса по времени на фотопленку с помощью зеркального скоростного фоторегистра ЖФР-2. Подсчет скорости вели по наклону полосы самосвечения волны на фотопленке. Инициирование системы производили пиропатроном ЛБО-101-Б или электровоспламенителем БМ-2 в отдельных опытах пробовали подрывать навески азида свинца массой 1 г или навески пироксилинового пороха массой 5 г, а такжеиспользовали некоторые другие инициаторы.

Мочевина представляет собой наиболее концентрированное азотное удобрение (46% N2) и применяется в больших количествах для производства искусственных смол и пластических масс, а также многих медицинских препаратов, например бромурала, веронала. Мочевина и ее производные -- централиты применяются как стабилизаторы питрогляцерипосых и пироксилиновых порохов. Нитромочевина и нитрогуанидин НЫС(ЫН2)2НКОз взрывчатые и применяются в качестве добавок к взрывчатым веществам. Кроме того, мочевина является весьма эффективным кормовым средством для животных.

ДИФЕНИЛАМИН -- белые кристаллы со слабым характерным запахом, темнеющие на свету, т. пл. 54 С малорастворим в воде, растворяется в органических растворителях и концентрированных минеральных кислотах. Д. применяют для органических синтезов, в производстве красителей, для стабилизации пироксилиновых порохов, определения окислителей.

Измельченные пироксилиновые и баллиститные пороха представляют собой полидисперсный порошок с размером частиц менее 1 мм. Они существенно отличаются от непереработанных НЦ своей структурой и более плотной упаковкой макромолекул, что создает определенные трудности в использовании их в качестве технологической основы. Несмотря на это, были разработаны ППСЦО на основе измельченных порохов под технологию пироксилиновых порохов, но вместо спирто-эфирного растворителя применяли ацетон в количестве 30-40% по отношению к составу.

Исследования показали, что измельченные пороха в ППСЦО можно заменять на мелкозерненые, пластинчатые и сферические пироксилиновые пороха. В этом случае отпадает необходимость в измельчении порохов и существенно снижается опасность при изготовлении составов. На данной основе были разработаны ППСЦО под технологию пироксилиновых порохов, рецептуры и характеристики которых очень близки к составам на основе измельченного пироксилинового пороха .

Показана возможность разработки ППСЦО, в которых измельченный пироксилиновый или баллиститный порох, мелкозерненый, пластинчатый или сферический пироксилиновый порох будут выполнять только роль термической основы, аэрозоль технологической основы выполняет система порошкообразное ВМС + пластификатор или эластомер, введенный в состав в виде раствора. Пластификатор и растворитель эластомера не должны растворять порох. В этом случае зерна пороха сохраняют свою индивидуальность. Исследования показали, что сила света с единицы поверхностигорения таких составов в 2-3 раза выше, чем у аналогичных составов, в которых порох представляет матричную систему .

Перспективными путями регулирования зависимостей и артиллерийских порохов является применение в них ацидопластификаторов, повышенного количества высокодисперсных энергоемких каталитических добавок, быстрогорящих взрывчатых веществ, теплопроводящих элементов и создание регулируемой и воспроизводимой пористости. Пористые пироксилиновые пороха имеют переменную y v н области давлений до 120-180 МПа она превышает единицу, а при большем давлении убывает и становится меньше единицы.

Дифениламин применяется также в качестве стабилизатора термо- и атмосферостойкости нитратов целлюлозы, в том числе пироксилиновых порохов, как промежуточный продукт в синтезе триарилметановых и азокрасителей, как ингибитор коррозии.

Пироксилиновыми порохами называются пороха, изготовляемые сприменением летучих растворителей (смеси спиртаи эфира). Нитроцеллюлозу, предназначенную для приготовления пироксилиновых порохов. прежде всего освобождают от воды, с которой она выпускается из производства. Раньше это достигалось крайне опасной операцией -- сушкой нитроцеллюлозы в сушилках. По предложению Д. И. Meндeлeeвa. сушка пыла заменена обезвоживанием спиртом, что позже было принято во всех странах.

Зависимость скорости горения пироксилинового пороха от дав.1ення в атмосфере азота

Д.-исходный продукт в произве антиоксидантов для полимеров стабилизатор термо- и атмосферостойкости нитратов целлюлозы, в т. ч. пироксилиновых порохов, промежут. продукт в синтезе триарилметановых и азокрасителей, инсектицидов ингибитор коррозии мягких сталей используется в аналит. химии для обнаружения NOJ, NO3 и др. окислителей, как окислит.-восстановит. индикатор ( = + 0, 75 В).

Производство пироксилинового пороха состоит из большого количества разнообразных операций. Спиртоэфирный растворитель необходим на фазах обезвоживания и пластификации пироксилина, прессования пороховой массы и резки пороха. Последующие провяливание, вымочка и сушка применяются для удаления из пороха возможно больших количеств летучего растворителя.

В большинстве производств применяющиеся растворители являются вспомогательными веществами, так как обычно готовый продукт в своем составе растворителя не содержит или содержит в незначительном количестве. Например, на изготовление 1 т целлулоида расходуется 900--920 кг растворителя на изготовление 100 погонных метров кинопленки расходуется около 10, 8 кг этилового спирта, 6, 6 кг эфира и около 0, 9 кг других растворителей для приготовления одной тонны нитро- и ацетил-целлюлозных лаков необходимо затратить до 90--95% от веса растворителей изготовление пироксилинового пороха производится на 80--90% содержания спирто-эфирной смеси, в готовом же порохе остается всего лишь 3--4%.[c.3]

Метод конденсации паров растворителей был широко распространен при фабрикации пироксилинового пороха, особенно на русских пороховых заводах, в частности, в 1895 году на Охтенском, а позднее на Шлиссельбургском заводах.

Камфора как естественная, так и синтетическая, встречается в мало-дымных пироксилиновых порохах и служит для понижения температуры горения и для регулирования скорости горения (она прекрасно желатинирует коллоидный пироксилин при нагревании и в спиртовом растворе). Кроме того, она оказывает известное стабилизирующее действие . Добавление ее к гремучему студню делает последний менее чувствительным к механическим воздействиям.

Углекислый натрий часто прибавлялся в виде кальцинированной соды к взрывчатым веществам, а иногда и к пироксилиновым порохам, как средство для нейтрализации кислых продуктов. В Германии в настоящее время он для этой цели больше не применяется, так как его вредное омыляющее действие, особенно в присутствии незначительных количеств влаги и при повышенной температуре, может превысить ожидаемое стабилизирующее действие. Он служит для приготовления щелочных промывных растворов при производстве нитроглицерина. Он должен содержать не более воды, не более 0, 3 /о нерастворимого в воде остатка и не более 0, 1 /ц остатка, нерастворимого в воде и соляной кислоте. Содержание СО должно быть не менее 98°/о-

Под растворимостью нитроклетчатки понимают содержание в ней составных частей, растворимых в спирто-эфире. Это содержание играет большую роль при изготовлении желатинированных малодымных порохов и должно для чистого пироксилинового пороха, желатинируемого спирто-эфиром, составлять не менее 25%. Растворяющая способность спирто-эфирных смесей меняется в зависимости от их состава. Наибольшей растворяющей способностью обладает смесь из 3объемных частей спирта и 4 объемных частей эфира. В Англии и в Америке для определения растворимости берут 2 объема эфира и 1объем спирта. В остальном эти методы определения принципиально не отличаются от германского, который проводится следующим образом

В Германии только нитроглицериновые пороха испытывают посредством цинк-иод-крахмальной пробы пределом считается 10 минут при 80 . Для калий-иод-крахмальной пробы (стр. 695) в Англии требуют для кордита 15 минут при 82, 2 (180 F), в США для пироксилиновых порохов--10 минут при 100.

В отношении предельной бризантности порохов, допущенных к перевозкам по железным дорогам, германские правила требуют, чтобы пироксилиновые пороха и содержащие нитроглицерин пироксилиновые пороха при испытании в свинцовой бомбе давали расширение, не больше чем на 10/д превышающее расширение, получающееся от содержащего нитроглицерин кубического пироксилинового пороха.

Германские правила перевозки по железной дороге требуют, чтобы для нитроклетчатки при пробе в 1 г до появления желтых паров прошло не менее 30 минут для малодымных порохов первой группы при пробе в 3 г пироксилинового пороха--1 час и при пробе в 1 г нитроглицеринового пороха -- 30 минут. Однако, хорошо стабилизированные пороха обычно выдерживают эту пробу дольше. Величина зерен влияет на продолжительность пробы.

Для пироксилиновых порохов пригоден метод, основанный на определении убыли веса, применяемый в арсенале Франкфорда в Филадельфии

Нитроцеллюлоза, предназначенная для приготовления пироксилиновых порохов, прежде всего освобождается от воды, которую содержит выпускаемая промышленностью нитроцеллюлоза. Раньше это достигалось крайне опасной операцией -- сушкой нитроцеллюлозы в сушилках. По предложению Д. И. Менделеева [214] сушка была заменена обезвоживанием спиртом, что позже было принято во всех странах. Обезвоженную спиртом нитроцеллюлозу в аппаратах с мешалками обрабатывают смесью спирта и этилового эфира при этом происходит ее пластификация. Одновременно вводят другие компоненты пороха, например стабилизаторы. Из полученной пороховой массы на гидравлических прессах выпрессовывают порох, который для удаления летучего растворителя провяливают, вымачивают в воде и сушат при умеренном нагревании.

Производство пироксилиновых порохов

Обезвоживание пироксилина этиловым спиртом

Пироксилин обезвоживается с целью снижения содержания влаги от 28-32 до 2-4 %. Большое количество влаги в пироксилине препятствует его пластификации. Метод основан на вытеснении из пироксилина воды этиловым спиртом. Этот метод был предложен выдающимся русским ученым Д.И. Менделеевым. В процессе обезвоживания пироксилин пропитывается спиртом до 25-28 %, происходит набухание волокон, низкоазотные фракции нитратов целлюлозы и нестойкие примеси растворяются в спирте, вымываются, химическая стойкость пирок-силина повышается.

На процесс обезвоживания пироксилина оказывают влияние следующие факторы:

1. С повышением содержания азота в пироксилине обезвоживание протекает более глубоко и с большей скоростью. Присутствие в пироксилине низкоазотных фракций, растворимых в спирте, приводит к образованию высоковязких растворов, что затрудняет диффузию спирта через массу пироксилина.

2. Наличие в пироксилине примесей затрудняет процесс обезвоживания, так как примеси набухают в спирте, закрывая поры. Следовательно, пироксилин из хлопковой целлюлозы будет обезвоживаться легче, чем из древесной целлюлозы.

3. Спирт высокой крепости может вызвать интенсивное растворение поверхностного слоя пироксилина с образованием высоковязкой пленки. Поэтому процесс обезвоживания пироксилина начинают с применения этилового спирта более низкой концентрации (70-80 объемных долей).

4. С повышением температуры спирта обезвоживание ускоряется, так как снижается его вязкость. Оптимальная температура обезвоживания 30-40 °С.

Таблица 2 ? Рецептуры и свойства составов цветных огней на основе пироксилина

Наименование компонентов и параметров излучения	Содержание компонентов, %, и значения параметр.излучения для состава огня
	красного	зеленого	белого	желтого	оранжевого	голубого	Фиолет.
Пироксилин ДФА	42, 0-69, 0	42, 0-60, 0	50, 0-65, 0	41, 0-57, 0	50, 0-61, 0	54, 0-50, 0	35, 0-50, 0
Цветопламенная добавка	15, 0-25, 0	15, 0-25, 0	15, 0-40, 0	28, 0-39, 0	20, 0-35, 0	25, 0-45, 0	45, 0-55, 0
Металлическое горючее	10, 0-20, 0	10, 0-20, 0	10, 0-20, 0	15, 0-20, 0	10, 0-15, 0	5, 0-15, 0	5, 0-10, 0
Усилитель цвета пламени	6, 0-12, 0	6, 0-12, 0	-	-	-	6, 0-10, 0	-
Удельная светосумма, кд.с/г	2940-3010	2940-2990	2460-2580	3650-3710	1410-1600	100-120	680-900
Р, %	92-93	72-74	42-45	90-91	92-93	60-62	68-71
l, нм	610-613	532-535	565-567	584-585	601-606	468-474	498-502

Пироксилин обезвоживается в вертикальных центрифугах периодического действия с верхней выгрузкой, имеющих две перфорированные обечайки. Пироксилин в мешках по 10 кг каждый загружается в пространство между обечайками, промачивается отработанным спиртом и тщательно уплотняется. Затем на различных режимах вращения (медленном и быстром) в центрифугу подается спирт-ректификат, подогретый до 35 °С.

Отработанный спирт отводится через отверстие в донной части центрифуги. Общая масса загружаемого пироксилина составляет 60-70 кг (на сухую массу), продолжительность обезвоживания 1-2 ч. Качество обезвоживания контролируется по крепости отработанного спирта и по содержанию влаги и спирта в пироксилине.

Смешение компонентов и пластификация пороховой массы

Назначение данной стадии - приготовление однородной и пластичной пороховой массы, из которой в последующем будут формоваться пороховые шнуры. На эту стадию поступает пироксилин, содержащий до 4 % воды и 32 % спирта. Стабилизатор химической стойкости - дифениламин, подается на эту стадию в виде раствора в этиловом эфире. Смешение осуществляется в лопастных смесителях с рубашками для охлаждения и двумя Z-образными мешалками, вращающимися в противоположных направлениях (рисунок 21), или в перовых мешателях, валы которых имеют вращательное и возвратно-поступательное движение.

Рисунок 21 - Смеситель

Через 1-2 мин направление вращения мешалок периодически изменяется. Загрузка смесителя пороховой массой составляет 90-120 кг. Смешение осуществляется в следующей последовательности: в смеситель загружается половина всей массы пироксилина, брак и заливается половина всего растворителя. После перемешивания в течение 5 мин мешалки останавливают и загружают вторую половину пироксилина и растворителя, а также эфир с растворенным дифениламином. После перемешивания в течение 30 мин отбирается проба на анализ качества пластификации. При положительных результатах пороховая масса выгружается в герметичные бидоны по 30 кг.

Рисунок 22 - Матрица

Необходимые количества спирта и эфира для подачи в смеситель определяются на основе уравнений материального баланса, исходя из следующих условий:

1. Соотношение между спиртом и эфиром составляет от 1:1 до 1:1, 5; чаще всего используется соотношение 1:1, 1.

2. На 100 массовых частей сухого пироксилина берется следующее количество растворителя: при изготовлении орудийных порохов из смесевого пироксилина СА - 85-100 массовых частей; при изготовлении винтовочных порохов из смесевого пироксилина ВА - 90-110 массовых частей.

3. Возвратный брак, поступающий в смеситель, при малом содержании в нем растворителя, подвергается предварительной размочке.

Формование пороховых шнуров, их предварительное провяливание и резка на элементы

Формование пороховых шнуров осуществляется путем продавливания пластичной пороховой массы через формующие устройства - матрицы (рисунок 22).

Рисунок 23 - Гидравлический пресс

Размер матриц выбирается с учетом 30%-ной усадки пороховых элементов по диаметру, происходящей после удаления растворителя.

В процессе формования происходит уплотнение пороховых элементов, придание им требуемой формы и размеров, а также частичная ориентация макромолекул вдоль направления движения пороховой массы по каналу матрицы. Вследствие ориентации макромолекул возникает анизотропия свойств порохов.

Прессование осуществляется на гидравлических прессах (рисунок 23), имеющих две вращающиеся изложницы, главный и вспомогательный гидравлические цилиндры с поршнями, установленные на двух массивных колоннах.

Вспомогательный гидравлический цилиндр служит для подпрессовки пороховой массы под небольшим давлением (1, 0-1, 5 МПа). Главный гидравлический цилиндр служит для выпрессовывания пороховой массы. Прессование осуществляется в следующей последовательности. Сначала в изложницу вставляется обойма с матрицами, направляющими и фильтрующими дисками. Поверх дисков устанавливаются две стальные сетки для задержания инородных включений. Затем в изложницу загружается 30 кг пороховой массы в пять приемов с подпрессовкой давлением около 1, 0 МПа. Подпрессовки необходимы для удаления воздуха из пороховой массы, который при сжатии разогревается и может инициировать ее воспламенение. После загрузки пороховой массы в изложницу вставляется пороховая «лепешка», оставшаяся от предыдущего прессования, и медное разрезное обтюрирующее кольцо. Подготовленная изложница поворачивается вокруг колонны на 180°, устанавливается соосно с поршнем главной цилиндрической системы и фиксируется с помощью защелки.

Включается главный гидравлический цилиндр, и начинается выпрессовывание пороховых шнуров (пороховых нитей). Пороховые шнуры на выходе из пресса сворачиваются в бухты или подаются на барабаны. Толстосводные шнуры для трубчатого пороха накалываются на рамы. Пороховые нити для винтовочных порохов и тонкосводных орудийных порохов разрываются на отрезки длиной около 3 м и развешиваются на деревянных стержнях. При прессовании пороховых шнуров возможны следующие виды брака:

- шнуры с неправильными (смещенными) каналами (образуются в том случае, если иголки в матрице погнуты или установлены неправильно);

- расширенные каналы (образуются при высокой скорости прессования);

- узкие каналы (образуются при медленном прессовании «жирной» массы, содержащей избыток растворителя);

- шнуры с шероховатой поверхностью (образуются при высокой скорости прессования);

- шнуры с плохой пластификацией на наружной поверхности и в изломе имеют белые рыхлые включения непластифицированного пироксилина. Этот наиболее часто встречающийся вид брака возникает при плохом обезвоживании пироксилина, при недостатке растворителя, неправильном выборе соотношения между спиртом и эфиром, при повышенной температуре или недостаточном времени смешения.

Предварительное провяливание пороховых шнуров осуществляется после их формования с целью удаления части растворителя и придания им определенной механической прочности. После выхода из пресса пороховые шнуры содержат около 50 % растворителя, являются мягкими и при резке могут легко деформироваться. После предварительного провяливания шнуров в естественных условиях содержание в них растворителя уменьшается до 40-35 %.

Резка пороховых шнуров на элементы осуществляется с учетом 10%-ной усадки по длине в результате удаления растворителя. Длина трубчатых порохов определяется в зависимости от длины зарядной каморы или длины цилиндрической части гильзы. Для крупных калибров орудий длина пороховых трубок принимается равной половине или четверти длины зарядной каморы. Для зерненых и пластинчатых порохов длина пороховых элементов определяется в зависимости от толщины горящего свода 2e1:

- зерно с одним каналом - (7-8) 2e1;

- зерно с семью каналами - (10-12) 2e1;

- пористые пороха без канала - (2-3) 2e1;

- ширина пластины - (10-20) 2e1.

Резка пороховых шнуров осуществляется на резательных станках (рисунок 24) с помощью специальных ножей. Скорость подачи шнуров и частота перемещения ножей регулируются в зависимости от требуемой длины пороховых элементов.

Рисунок 24 - Резательный станок

Для резки шнуров могут применяться также резательные станки Разумеева и гильотинный станок Сан-Галли.

При резке возможны следующие виды брака пороховых элементов: заусенцы или зерна с острыми выступающими краями, короткие или длинные зерна, зерна с трещинами и косыми срезами, зерна с заплывшими каналами.

Удаление спиртоэфирного растворителя

Операция удаления растворителя в производстве пироксилиновых порохов является одной из наиболее ответственной и самой продолжительной.

Это сложный физико-химический процесс, скорость и характер протекания которого зависит как от внешних факторов (среды и параметров процесса), так и от внутренних (сырья и структуры пороха).

Выпрессованные пороховые шнуры имеют значительное количество растворителя, который необходимо удалить до требуемых норм содержания. На этой фазе производства формируются основные физико-химические параметры порохов, определяющих их эксплуатационные качества: содержание удаляемых (вода), неудаляемых (спиртоэфирный растворитель), геометрические размеры элементов, плотность, удельная поверхность. Удаление растворителя идет поэтапно и разбивается на три самостоятельные фазы: провяливание, вымачивание (вымочка), сушка с последующим увлажнением пороха.

Провяливание пороха осуществляется с целью плавного удаления спиртоэфирного растворителя из пороха до содержания не более 15 %.

При медленном удалении растворителя происходит усадка пороха, при этом повышаются его плотность и прочность. Если удаление растворителя происходит слишком быстро, то релаксация макромолекул не успевает протекать и порох сохраняет структуру, характерную для набухших нитратов целлюлозы. При этом происходит недостаточная усадка и в порохе «фиксируется» пористая структура. Такой порох будет иметь большую скорость горения, меньшую плотность. Кроме этого, быстрое удаление спиртоэфирного растворителя из пороха может привести к образованию на поверхности зерен твердой пленки - «корочки», препятствующей дальнейшему удалению растворителя.

Провяливание осуществляется в провялочных шкафах с искусственной циркуляцией воздуха при температуре (30±2) °С и относительной влажности воздуха 60-65 %. Провялочный шкаф имеет 5-10 секций, каждая секция работает самостоятельно. Внутри секции располо-жены полки с решетками, на которые укладываются зерненые пороха в мешках по 11-15 кг на сухую массу. Трубчатые пороха провяливаются на рамах. Воздух после прохождения через массу пороха поступает в холодильник, где большая часть растворителя конденсируется, после чего воздух пропускается через калорифер и снова поступает в шкаф.

Время провяливания составляет от 10 до 50 ч. После провяливания формируются малые партии, и производятся разымка и сортировка пороха. Брак по внешнему виду удаляется путем переборки пороха. Брак по размерам зерненых порохов удаляется путем проведения разымки на наклонных разымочных аппаратах и цилиндрических разымочных аппаратах - аппаратах Моро. Пороха марок 7/7 и крупнее разымке не подвергаются.

Наклонный разымочный аппарат состоит из трех сит: на первом сите за-держиваются длинные зерна, на втором - нормальные по размерам зерна, а мелочь проходит на третье сито. Пороховая пыль собирается на глухом дне разымочного аппарата. Для ускорения разымки ситам придается возвратно-поступательное движение с помощью криво-шипно-шатунного механизма.

Трубчатые пороха с браком по размерам и внешнему виду отделяются при ручной переборке.

Вымочка пороха в воде проводится с целью удаления летучего растворителя до норм, установленных техническими условиями для конкретной марки пороха. Вымочку производят в бетонных бассейнах длиной 4, 5 м, шириной 2, 65 м, глубиной 1, 8 м. Бассейн имеет ложное дно, под которым проходят трубы с отверстиями для подачи пара с целью подогрева воды. Повышение температуры воды ускоряет процесс вымочки, но при этом возрастают потери стабилизатора химической стойкости дифениламина. На вымочку поступает малая партия пороха: зерненый в мешках по 25-30 кг, трубчатый - в пучках. В ходе вымочки производится смена воды. Время вымочки составляет от 10 до 200 ч. Специальные пороха, содержащие водорастворимые добавки, вымочке не подвергаются (кроме пористых порохов).

Процесс вымочки контролируется путем измерения температуры и крепости водного раствора спирта. В конце вымочки определяется содержание в порохе неудаляемых летучих веществ. При удовлетворительных результатах анализа из бассейна удаляется вода, порох выгружается и транспортируется на сушку.

Сушка и увлажнение пороха. После вымочки влажность пороха составляет 20-25 %. По техническим условиям содержание удаляемых летучих веществ (влаги) должно находиться в пределах 1, 0-1, 8 %. Прямой сушкой достигнуть требуемого содержания влаги трудно, поэтому порох сначала пересушивают, а затем увлажняют до требуемых норм.

Процесс сушки основан на пропускании через слой влажного пороха сухого воздуха с температурой 55-75 °С. Наряду с удалением из пороха влаги, в процессе сушки происходит незначительное снижение количества спиртоэфирного растворителя. Скорость процесса сушки зависит от структуры, формы и размеров пороховых элементов, от содержания влаги перед сушкой, от объема, температуры и влажности подаваемого на сушку воздуха.

Сушку пироксилиновых порохов по периодическому способу производят в столовых сушилках. В помещении для сушки располагается несколько столов. Каждый стол состоит из четырех равных отделений, разделенных алюминиевыми бортами. В дно стола к каждому отделению присоединены воздухопроводы для подачи воздуха. Над столом закрепляется вытяжная система. Перед загрузкой пороха в каждое отделение стола укладываются деревянные решетки, которые затем накрываются неплотной тканью. После этого засыпается зерненый порох толщиной слоя около 0, 2 м. Трубчатые пороха устанавливаются на решетки пучками вертикально. В каждое отделение загружается около 1 т пороха. Сушка контролируется путем измерения температуры в верхнем, среднем и нижних слоях пороха. Сушка считается законченной, если в верхнем и нижнем слоях пороха температура будет одинаковой и будет отличаться от температуры подаваемого воздуха не более чем на 3-5 °С. Для равномерной и ускоренной сушки пороха через каждые 8-12 ч подача нагретого воздуха прекращается, порох охлаждается до 20-25 °С и перемешивается. Общее время сушки составляет 20-120 ч. По окончании сушки порох охлаждают в течение 30-60 мин, а затем увлажняют в тех же сушилках путем продувания через него влажного воздуха, нагретого до температуры 30-45 °С.

Составление общих партий и укупоривание пороха

Для усреднения физико-химических и баллистических свойств пороха производится мешка малых и общих партий. Сначала производится двухкратная мешка малых партий. Затем малые партии подвергаются физико-химическим испытаниям, а винтовочные пороха - физико-химическим и баллистическим испытаниям.

По результатам испытаний малых партий составляется план мешки общей партии, исходя из следующих положений:

- толщина горящего свода в общей партии является усредненной величиной толщины горящего свода в малых партиях;

- содержание летучих веществ, удаляемых 6-часовой сушкой при температуре 95 °C, после 10 суток выравнивается по всей массе партии (к удаляемым сушкой веществам относится влага);

- содержание остаточного растворителя, т.е. летучих веществ, не удаляемых 6-часовой сушкой, практически не выравнивается даже после нескольких месяцев.

При смешении малых партий в общую партию отклонения показателей между отдельными малыми партиями должны быть: для пороха ВТ по толщине свода 0, 02 мм, по общему содержанию летучих веществ ±0, 4 %; для орудийных порохов средних марок по толщине свода 0, 03 мм, по общему содержанию летучих веществ ±0, 7 %.

Для мешки выбирают партии, которые имеют меньшую толщину свода, но большее содержание летучих веществ и наоборот. Мешка зерненых порохов осуществляется на аппарате Тарасова (рисунок 25), который состоит:

- из воронки, служащей для засыпки пороха;

- из распределительного конуса;

- из 14 приемных желобов.

Рисунок 25 - Схема аппарата Тарасова

Мешка трубчатых порохов осуществляется, как правило, вручную. После смешения общая партия пороха подвергается полному физико-химическому анализу и баллистическим испытаниям. После получения удовлетворительных результатов порох поступает на укупоривание в герметическую укупорку.

Укупорка состоит из металлического оцинкованного короба (рисунок 26) с герметической крышкой и деревянного футляра.

Перед укупориванием короба проверяются на отсутствие кислотности и герметичность. В зависимости от вместимости укупорки масса засыпаемого пороха составляет 50?90 кг. Сверху на порох укладывается ярлык с маркировкой пороха и фамилиями лиц, производивших укупоривание. После этого короб закрывается, и привинчивается крышка футляра, на которую нанесены данные о марке пороха и производственные данные.

Исправление некондиционных малых и общих партий

Малые партии могут быть некондиционными по следующим показателям: удаляемые летучие вещества - выше или ниже установленной нормы, а неудаляемые летучие вещества - выше установленной нормы.

При содержании удаляемых летучих веществ выше нормы производят подсушку пороха; при содержании удаляемых летучих веществ ниже нормы - увлажнение; при содержании неудаляемых летучих веществ выше нормы - дополнительную вымочку с последующей сушкой и увлажнением.

Рисунок 26 - Оцинкованный короб

Общие партии могут оказаться некондиционными по следующим показателям:

- некондиционность по летучим веществам (исправляют так же, как и для малых партий);

- высокое максимальное давление пороховых газов Рм в канале ствола (устраняют увлажнением общей партии или подмешивают к общей партии несколько малых партий с повышенным содержанием летучих веществ и повышенной толщиной свода (тупые партии));

- низкое значение Рmax устраняют сушкой пороха или добавляют партии с пониженной толщиной свода (острые партии));

- некондиционные партии по вероятному отклонению начальной скорости снаряда rv (дополнительно перемешивают или порох вылеживается не менее 10 суток);

- малая гравиметрическая плотность пороха не позволяет заряд поместить в гильзу (подмешиваются малые партии с большой гравиметрической плотностью).

В случае невозможности исправления качества пороха этими средствами партия расформировывается.

Особенности производства пироксилиновых порохов специального назначения

Графитовка пороха проводится путем напыления на поверхность пороховых элементов графита с целью устранения электризуемости порохов. Графитовке подвергаются мелкозерненые пороха. Операция проводится в полировальных барабанах. Пороха опыляются графитом, как правило, после вымочки. Содержание связанного графита составляет 0, 2-0, 3 %.

Флегматизацию порохов проводят после сушки и вымочки пороха. В качестве флегматизатора применяется камфора, которая с некоторым количеством дифениламина вводится в виде спиртового раствора. Для улучшения сыпучести и снижения электризуемости добавля-ется графит. Для флегматизации используется вращающийся барабан.

В готовом порохе содержание флегматизатора должно быть 1, 0-1, 8 %. Неравномерное проникновение камфоры в поверхностные слои пороха приводит к увеличению рассеивания снарядов при стрельбе. После флегматизации производятся сушка и разымка пороха. Флегматизации подвергаются лишь мелкозерненые пороха для стрелкового оружия.

Получение пористых порохов. На стадии смешения компонентов в смеситель загружаются калиевая селитра, предварительно просеянная через сито, и графит. После прессования и резки шнуров порох без провялки поступает на операцию вымочки, где происходит удаление калиевой селитры и летучего растворителя.



Список использованной литературы

Горст А. Г., Пороха и взрывчатые вещества, 3 изд., М., 1972 Советская военная энциклопедия, М., 1978

Сарнер С., Химия ракетных топлив, пер. с англ., М., 1969; Горст А. Р., Пороха и взрывчатые вещества, 3 изд., М., 1972. © Б. С. Светлов.

Размещено на Allbest.ru

...