Влияние условий хранения охотничьих порохов и патронов на их баллистические характеристики

Полная исследовательская публикация _____________________________ Енейкина Т.А., Арутюнян А.С., Латфуллин Н.С.,

Сопин В.Ф., Староверов А.А. и Шутова И.В.

Размещено на http://www.allbest.ru/

66 ________________ http://chem.kstu.ru _______________ ©-- Chemistry and Computational Simulation. Butlerov Communications. 2004. Vol.5. No.1. 61.

Тематический раздел: Промышленная химия. ______________________________ Полная исследовательская публикация

Подраздел: Химия взрывчатых веществ. Регистрационный код публикации: ec7

©-- Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2004. Т.5. № 1. _____ Ул. К. Маркса, 68. 420015 Казань. Татарстан. Россия. ______ 61

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ХРАНЕНИЯ ОХОТНИЧЬИХ ПОРОХОВ И ПАТРОНОВ НА ИХ БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Енейкина Татьяна Александровна, Арутюнян Андрей Саркисович,

Латфуллин Наиль Султанович, Сопин Владимир Федорович,*⁺

Староверов Александр Александрович и Шутова Ирина Владимировна

Резюме

пластификатор пироксилиновый порох влагопоглощение

Изучено влияние содержания пластификатора, пористости и исходной влажности мелкозерненых пироксилиновых и сферических порохов на влагопоглощение при относительной влажности воздуха 40-90%. Установлена обратнопропорциональная зависимость влагопоглощения и пористости пороховых гранул при величине пористости более 30%. Выданы рекомендации по серийному изготовлению охотничьих порохов.

Ключевые слова: охотничьи пороха, мелкозернистые пироксилиновые пороха, влага, пористость, хранение.

Введение

Боевые патроны стрелкового оружия хранятся в герметичной металлической таре, обеспечивающей их гарантийный срок хранения до 25 лет. В отличие от них, охотничьи и спортивные патроны к гладкоствольному оружию в заводских условиях и в магазинах хранятся в картонных коробках, помещенных в деревянный ящик или в полиэтиленовый пакет, а у охотников - в сейфе в картонных коробках или россыпью, т.е. в негерметичной упаковке. Кроме того, конструкция патронов к гладкоствольному оружию также не обеспечивает их герметичности. Поэтому, в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха пороха, представляющие собой капиллярно-пористые вещества, могут поглощать либо отдавать влагу в окружающую среду, что, в свою очередь, приводит к изменению их баллистических характеристик.

В связи с этим, было исследовано влияние относительной влажности воздуха на баллистические характеристики патронов к гладкоствольному оружию, снаряженных порохами различных марок.

Результаты и дискуссия

Изучение влияния относительной влажности воздуха () на баллистические характеристики патронов проводили в диапазоне = 40...80%, как наиболее характерном для процесса хранения порохов и патронов в течение 5 и 40 суток.

В качестве объектов исследований использовались патроны, снаряженные пироксилиновыми и сферическими (СФП) порохами отечественного производства Сунар, Сунар СФ, Сунар СВМ, Сунар СВС и иностранные патроны “Winchester upland game” (США), “Remington” (США) и “Rottweil” (ФРГ). Физико-химические характеристики отечественных и иностранных порохов приведены в табл. 1. Для исследований были взяты пороха с различным исходным содержанием влаги.

Для сборки патронов (закатка “звезда”) использовались:

· гильзы полиэтиленовые капсюлированные;

· пыж-контейнер фирмы “Chеddite” (Франция);

· дробь свинцовая № 6 ГОСТ 7837-78, масса дробового снаряда 32 г.

Для исключения влияния возможного изменения характеристик капсюля-воспламенителя на баллистические показатели метательного заряда (МЗ) капсюлированные гильзы выдерживались в течение 10 суток при относительной влажности воздуха 80%. Патроны, собранные с указанными гильзами и с гильзами, хранившимися при = 55...60%, показали идентичные баллистические характеристики.

Анализ полученных результатов показал, что при выдержке патронов в течение 5 суток при относительной влажности воздуха 40, 60 и 80% при температуре 20...22^о С изменения массы, скорости дробового снаряда и давления пороховых газов незначительны и не выходят за пределы требований нормативной документации (НД) на патроны для гладкоствольного оружия.

Динамика изменения массы заряда относительно первоначальной в течение 40 суток приведена на рис. 1, а баллистические характеристики в табл. 2. Из представленных данных видно, что степень изменения баллистических характеристик МЗ определяется как величиной исходной влажности пороха, так и условиями хранения. Пироксили-новые одноканальные пороха Сунар, Сунар СВМ с массовой долей удаляемых летучих 0.8...1.1% увлаж-няются при относительной влажности воздуха 60% и выше, в результате чего на 8...21 м/с снижается средняя скорость дробового снаряда.

Для патронов с порохом Сунар, содержащим 1.7 масс.% удаляемых летучих, при = 80% средняя скорость дробового снаряда снижается на 9 м/с, а при = 60% баллистические характерис-тики практически не изменяются. Выдержка патронов при = 40% приводит к снижению массовой доли влаги в порохе и увеличению скорости дробового снаряда и давления пороховых газов в камере. Однако уровень максимального давления не превышает предельного значения по НД.

Патроны, снаряженные одноосновным СФП марки Сунар СФ с содержанием влаги 0.3...0.6 масс.%, изменяют баллистические характеристики аналогично патронам с порохом Сунар. В то же время, двухосновный СФП Сунар СВС, благодаря наличию в его составе нитроглицерина (НГц), несмотря на низкое содержание массовой доли влаги в порохе (0.3%), обеспечивает минимальное изменение баллистических характеристик патронов.

Для иностранных патронов после выдержки при = 80% наблюдается меньшее снижение баллистических характеристик по сравнению с отечественными (кроме патронов с порохом Сунар СВС). Для патронов “Winchester upland game” отмечено значительное снижение давления пороховых газов (на 37.9%), однако при этом скорость дробового снаряда уменьшается всего на 1.3%. Вероятно, это связано с тем, что при увлажнении пороха происходит смещение горения МЗ к дульному срезу. Это приводит к снижению давления пороховых газов в камере, но, ввиду полного сгорания пороха, скорость дробового снаряда при этом практически не меняется. Меньшая зависимость баллистических характеристик иностранных патронов от условий хранения при различной относительной влажности обусловлена использованием двухосновных порохов (табл. 1).

В России для патронов к гладкоствольным ружьям производится всего два двухосновных пороха: спортивный - Сунар СВС и охотничий - Сунар Н, содержащие в своем составе 15...25 масс.% НГц, что значительно превышает уровень содержания пластификатора в зарубежных порохах. Анализ зарубежных охотничьих порохов показывает, что они чаще содержат 5...10 масс.% НГц. Повышенное содержание НГц увеличивает пламенность выстрела и снижает полноту сгорания МЗ в условиях низких давлений пороховых газов. Поэтому оптимальным содержанием пластификатора в порохах для охотничьего гладкоствольного оружия, где не требуется высокая скорость дробового снаряда, следует считать 5...10 масс.%.

На примере СФП, содержащих 7.5 масс.% НГц (обр.1...9 ), при относительной влажности воздуха = 60 и 90% и температуре 20^о С были определены максимальные влагосодержания при различной пористости зерен. Результаты испытаний приведены на рис. 2, 3 и 4 и в табл. 3, 4 и 5. Для сравнения представлены кривые адсорбционного насыщения штатных одноосновных СФП (рис. 2 ) с содержанием азота не менее 213.2 мл NO/г, полученные при аналогичных условиях.

Из полученных зависимостей следует, что пороха, содержащие НГц, обладают меньшей адсорбирующей способностью, чем штатные одноосновные аналоги (ПС 690/4.23; “Ковбой-410”, флегматизированный дибутил-фталатом; АЕф 35/3.35, флегматизированный централитом 1 и ДНТ), хотя для изготовленных порохов характерна большая пористость и меньшее содержание азота в НЦ. По нашему мнению, это свидетельствует о доминирующем влиянии содержания пластификатора в порохе на влагопоглощение.

Это связано с тем, что при введении пластификатора внутрь порохового зерна происходит заполнение им макро-, мезо- и микропор, т.е. блокировка гидроксильных групп НЦ в объеме зерна, что препятствует присоединению воды. Ввод пластификатора в поверхностные слои порохового элемента экранирует только внешние гидроксильные группы. Наличие пор, проходящих вглубь порохового зерна, способствует прониканию влаги во внутренний объем. Поэтому более плотный одноосновный порох, покрытый с поверхности большим количеством флегматизатора, например АЕф 35/3.35 (примерно 8.5 масс.% ), приближается по характеристикам влагопоглощения к нефлегматизированным нитроглицериновым порохам (7...8 масс.% НГц).

Зависимость максимального влагопоглощения образцов 1...3, 5 от пористости зерна при = 60% приведена на рис. 4 (кривая 2) .

Согласно полученным данным, увеличение пористости от 34% до 62% снижает максимальное влагопоглощение на 0.11 масс.%. Такая зависимость для СФП получена впервые и не согласуется с известными данными о прямо пропорциональной зависимости пористости и влагопоглощения для плотных двухосновных СФП, хотя конкретное верхнее значение параметра пористости для них при этом не указывается.

Известно, что гигроскопичность связана с явлением адсорбции и капиллярного всасывания влаги. Процессы адсорбции очень чувствительны к линейному размеру пор [1]. Величиной адсорбции в макропорах обычно пренебрегают. Мезопоры обладают развитой удельной поверхностью, на которой последовательно протекают вначале мономолекулярная, а затем полимолекулярная адсорбция, завершаемая заполнением пор по механизму капиллярной конденсации. Размеры микропор соизмеримы с размерами адсорбируемых молекул. Доступность микропор зависит от линейных характеристик их полостей и входов в них. Максимальный размер микропор по энергетическим расчетам дисперсионного взаимодействия зависит от критического диаметра молекулы адсорбента (D _кр), в нашем случае молекул воды. Он равен 2.5 D _кр. Если считать, что D _кр молекулы воды равно 2.76Е [2], то максимальным размером микропор следует считать величину 6.9Е. Поры с меньшим диаметром адсорбировать влагу на внутренней поверхности не будут.

Наблюдаемый эффект обратно пропорциональной зависимости возможен по двум причинам. Во-первых, согласно [1], чем больше величина пористости порохов, тем больше количество макропор и меньше мезо- и микропор, отвечающих за процесс адсорбции (их адсорбционная поверхность значительно превышает таковую для макропор). В этом случае для пористых порохов следует ожидать снижения гигроскопичности с увеличением пористости. Однако, увеличение пористости, напротив, может быть связано с возрастанием количества микропор с входным диаметром меньше критического значения (6.9Е).

С другой стороны, этот эффект может быть связан также с тем, что при малой относительной влажности (60%) не все микропоры заполняются адсорбентом. Однако и при практически максимальной относительной влажности воздуха ( = 90%) получена аналогичная обратно пропорциональная зависимость пористости и влагопоглощения, но более ярко выраженная (рис. 4, кривая 1). Следовательно, такая зависимость обусловлена спецификой капиллярно-пористой структуры гранул.

Согласно полученным результатам, этот эффект наблюдается при пористости гранул более 30%. При увеличении плотности порохового зерна наблюдается обратная тенденция, т.е. снижение гигроскопичности с увеличением плотности НЦ - матрицы при прочих равных условиях. Так, для двухосновного СФП с пористостью 0...5% максимальное влагопоглощение при = 90% составляет 0.78...0.80 масс.%, что и для порохов с пористостью 55...60%. Таким образом, зона пористости гранул равная 10...30% является переходной областью между пористыми и плотными порохами и для нее характерно максимальное влагопоглощение.

На основании полученных результатов с точки зрения обеспечения стабильности баллистических характеристик пористых спортивных и охотничьих порохов при хранении в условиях переменной влажности предлагается:

- серийно производимые одноосновные СФП или мелкозерненые пироксилиновые спортивно-охотничьи пороха изготавливать с содержанием остаточной влаги или летучих удаляемых веществ 0.6...0.8 масс.% или 1.0...1.6 масс.%, соответственно;

- в рецептуру вновь разрабатываемых СФП вводить 5...10 масс.% НГц.

В общем случае, в зависимости от эффективности выстрела и вида стрелкового оружия, в качестве МЗ используются три типа двухосновных СФП:

- с низким содержанием НГц (5...10 масс.%);

- со средним содержанием НГц (10...20 масс.%);

- с высоким содержанием НГц ( 20 ...35 масс.%).

Для систем с низким давлением пороховых газов и скоростью полета пули (дробового снаряда), как, например, для гладкоствольных ружей, 5.6 мм спортивно-охотничьей винтовки, целесообразно использовать первый вариант двухосновных СФП. Второй вид СФП (флегматизированных) чаще используют в системах, где требуется высокая прогрессивность горения МЗ. Третий вид СФП (нефлегматизированные) рекомендуют, как правило, для короткоствольных высокоэффективных систем.

Выводы

Изучено влагопоглощение МЗ в охотничьих патронах и пористых двухосновных СФП с содержанием НГц = 7.5 масс.% при относительной влажности воздуха 40...90%. Установлена обратно пропорциональная зависимость влагопоглощения и пористости пороховых гранул при величине пористости более 30%. Введение в состав пороха 7.5 масс.% НГц снижает гигроскопичность порохов в 2...3 раза по сравнению с одноосновными аналогами

Выданы рекомендации по изготовлению зерненых и сферических охотничьих порохов, обеспечивающих стабильность баллистических характеристик МЗ при хранении патронов и порохов в условно-герметичной упаковке при различной относительной влажности воздуха.

Литература

[1] Плаченов Т.Г., Колосенцев С.Д. Порометрия. Л.: Химия. 1988. 176с.

[2] Краткая химическая энциклопедия. М.: Сов. Энциклопедия. 1963. Т.. С.606.

Размещено на Allbest.ru