CC BY
74
Л. Б. Гусева, С. Б. Ваничкина, В. А. Михайлов,
А. И. Хацринов, Р. Ф. Гатина
ТЕКСТИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
МЕТАТЕЛЬНЫХ ЗАРЯДОВ
Ключевые слова: метательный заряд, картузы воспламенителей и пламегасителей, прокладки, кружки, шнуры для вязки пучков пороха, текстильные материалы, сокращение натурных испытаний, разработка методов лабораторных (стендовых) испытаний.
В статье кратко изложены основные проблемы изготовления метательных зарядов, связанные со спецификой современного производства текстильных материалов и отсутствием бесстрельбовых методов испытаний метательных зарядов. Указаны пути решения обозначенных проблем.
Keywords: propellent charge, bags for ignitors and flame dampers, spacers, small circles, cords for binding of bunches of gunpowder, textile materials, reduction of the full-scale tests, development of bench tests metods.
In paper the basic problems of manufacturing of the propellant charges, connected with specificity of state-of-the-art manufacture of textile materials and absence not shooting testing methods of propellant charges are set briefly up. Ways of the solution of the marked out problems are specified.
В конструкции метательных зарядов танковых выстрелов используют картузы воспламенителей и пламегасителей, разного рода прокладки, кружки, мембраны, а также шнуры для вязки пучков пороха. Несмотря на некоторую архаичность, эти элементы -важные части конструкции состоящих на вооружении метательных зарядов, и материалы, из которых они изготовлены, также необходимы, как взрывчатые вещества для снарядов или пороха.
В связи с тем, что заказы на артиллерийские заряды за последние 20 лет существенно уменьшились, текстильная промышленность не в состоянии (исходя из экономической нецелесообразности) удовлетворять нужды заводов-изготовителей в специальной ткани из шелковых очесов - аммиатине, а производство специального полиформальдегидного шнура осталось на территории современной Украины. Изготовление любой другой ткани (шнура) в столь же малых количествах, которое требуется для производства метательных зарядов, так же экономически не выгодно. Решение проблемы заключается в использовании в производстве метательных зарядов тканей и шнуров уже находящихся в производстве. Изначальное предназначение этих продуктов текстильной промышленности - одёжные, технические, фильтрационные, обувные, рыболовные - не имеет значения. Значение имеет стабильность выпуска и подходящие характеристики. Кроме того, нередки случаи, когда практически ту же самую ткань начинают выпускать по другой нормативной документации в связи с какими либо изменениями в технологическом процессе или маркетинговой политике производителя тканей - например меняется оборудование, на котором изготавливается текстильный материал, меняется сырьё, ткань "плащёвая" переименовывается в «полотно палаточное». Всё это приводит к внесению дополнений в конструкторскую до-
кументацию на метательные заряды и служит причиной к проведению дорогостоящих испытаний метательных зарядов, изготовленных с использованием практически тех же тканей, но под другим наименованием, поскольку в конструкторской документации указаны наименования конкретных тканей, а не некоторые общие характеристики текстильных материалов, определяющие возможность применения любых тканей, удовлетворяющих этим требованиям для изготовления метательных зарядов.
Одним из наиболее перспективных технических решений, позволяющих добиться сокращения числа натурных дорогостоящих испытаний и тем самым длительности процесса внедрения новых текстильных материалов в производство МЗ, является разработка методов лабораторных (стендовых) испытаний текстильных материалов, частично или полностью заменяющие проведение натурных испытаний тканевых материалов и шнуров в составе МЗ.
Для тканей, предназначенных для изготовления различных элементов метательных зарядов, такие испытания могут быть направлены на определение поверхностной плотности, прочности на разрыв по основе и утку (при различных условиях), стойкости к истиранию, способности к накоплению электростатического заряда электричества, гигроскопичности, водо- и газопроницаемости, химической совместимости с различными порохами, термической стойкости и характера термического разложения.
Для шнуров, предназначенных для вязки пучков, такие испытания могут быть направлены на определение следующих параметров: прочности на разрыв при различных условиях и удлинения при разрыве, стойкости к истиранию, способности к накоплению заряда электростатического электричества, держащей силы узла, гигроскопичности, химической совместимости с порохами пучков.
Общими требованиями для всех, применяемых в изготовлении метательных зарядов, материалов являются отечественная сырьевая база, недефицитность, возможно более низкая стоимость, простота изготовления, наличие возможно большего количества взаимозаменяемых материалов одного назначения; по возможности эти материалы должны состоять из синтетических веществ, то есть их производство не должно зависеть от природных факторов.
Комплекс свойств, которыми должны обладать ткани для изготовления картузов: химическая совместимость с порохами, с которыми контактирует ткань картуза, независимость прочностных свойств от действия на ткань спиртоэфирных паров, высокая стойкость к истиранию, минимальная электризуемость; величина поверхностной плотности должна быть возможно ниже при соблюдении условия отсутствия проникновения частиц пороха через ткань и по возможности более высокой газопроницаемости, гигроскопичность как таковая особого значения не имеет - метательный заряд сам по себе должен быть герметичен.
Для шнуров такие характеристики, как прочность на разрыв, удлинение при разрыве, коэффициент внешнего трения, диаметр, тип плетения, форма поперечного сечения определяются основным требованием - обеспечением прочности вязки пучка, низкая элек-тризуемость, отсутствие взаимодействия между материалом шнура и порохом.
Следует заметить, что при вязке пучков на специальных станках особое значение имеет зависимость удлинения шнура от нагрузки. Дело в том, что ход подвижного зажима (в нём закрепляется конец шнура, за который осуществляется затяжка узла) - величина постоянная. Для удовлетворительного затягивания вязки величина нагрузки должна составлять ~ 70-80% от разрывной, при этом шнур растягивается на некоторую величину. Если шнур изготовлен из синтетических волокон, обладающих относительно высоким удлине-
нием при нагрузке, то для получения достаточно прочной вязки придётся затягивать узел дважды - за один ход подвижного зажима станок не выберет всего удлинения шнура. Ещё применяемый специальный полиформальдегидный шнур обладает примерно в два раза меньшим удлинением при нагрузке по сравнению с традиционно применяемыми для изготовления нитей и шнуров полиамидными, полиэфирными и полипропиленовыми волокнами (8-12% против 20-25%, 15-25%, 25-40%, соответственно).
С точки зрения внутренней энергетики картузы, прокладки, шнуры, картонные изделия, прослойки клеёв и мастик являются «балластом», причём основным недостатком является не низкий тепловой эффект экзотермического превращения, а низкая скорость термического разложения - даже температура в несколько тысяч градусов не гарантирует отсутствие остатков, если процесс выстрела происходит за миллисекунды. Поэтому для тканей и шнуров предъявляют два основных эксплуатационных требования - они должны обеспечивать целостность картуза при действии на него механических нагрузок и полностью сгорать при выстреле (в каморе не должно оставаться несгоревших, и тем более тлеющих остатков). Последнее требование особенно важно для зарядов в частично сгорающих гильзах - контакт сгорающего материала заряжаемой гильзы с открытым огнём тлеющего остатка недопустим.
Полнота сгорания определяется свойствами сгорающего материала, конструкцией сгораемого изделия, конструкцией всего заряда и условиями в каморе - температурой, давлением, составом газов, временем выстрела. Для различных метательных зарядов к одному орудию эти условия могут сильно отличаться - давление при выстреле холостым зарядом значительно меньше, чем при боевом. Большое значение имеет состав сгорающего материала, не случайно, что основным материалом для картузных тканей и шнуров для вязки пучков до недавнего времени был натуральный шёлк. Шёлковое волокно представляет собой белковое соединение органического происхождения, и наряду с удовлетворительной прочностью обладает способностью быстро и легко разлагаться при сравнительно невысоких температурах. Горение материала из шёлкового волокна не тлеющее, в отличие от материалов из целлюлозных волокон (бумага, картон, хлопчатобумажные ткани), и не коксообразующее, как у материалов из синтетических волокон (например, капроновых или полиэфирных). Но шёлк, как материал природного происхождения, весьма дорог и плохо подходит в качестве сырья для средств вооружения - его производство находится в зависимости от множества трудно контролируемых факторов (например, погодных условий). Кроме того, применительно к РФ, шёлковое волокно является экспортируемым материалом.
К сожалению, на настоящий момент отсутствует надёжный лабораторный метод определения полноты сгорания определённого материала в составе заданного метательного заряда. Проведение исследований в этом направлении требуют значительных затрат.
Проведённые нами исследования показали, что для использования в качестве материала для изготовления картузов воспламенителей и пламегасителей можно использовать ткани смешанного состава - как хлопчатобумажные, так и смесевые, состоящие из хлопчатобумажных, вискозных и полиэфирных волокон. Поверхностная плотность этих тканей изменяется в пределах 160±8 - 285±14 г/м2, разрывная нагрузка от 334Н до 833Н, стойкость к истиранию от 2000 до 5000 циклов. Для сравнения, характеристики аммиатиноввой ткани: поверхностная плотность - 285±30 г/м2, разрывная нагрузка - 314Н; требований по стойкости к истиранию к ткани аммиатиновой по нормативной документации не предъявляется. Таким образом, кроме введения новых наименований в список тканей для изготовления картузов к некоторым отдельным метательным зарядам, существенно расширены представления о необходимых характеристиках этих тканей. Отобранные в ходе работ
ткани могут использоваться для изготовления картузов с улучшенными характеристиками. Например, в метательных зарядах с крупным, тяжёлым пучком, необходимо использовать дополнительные тканевые прокладки для предотвращения протирания картуза воспламенителя из штатной ткани, находящегося между пучком и соском поддона. Использование более плотной ткани позволяет исключить прокладки из состава конструкции изделия, что позволяет сократить затраты ткани и снизить трудоёмкость производства метательного заряда. Для изделий с небольшим пучком, наоборот возможно использование более тонкой ткани, которая дешевле на 14%.
Также показана возможность использования тканевых герметизирующих кружков из ткани перкалевой группы, не имеющей дополнительной огнезащитной пропитки.
Следующим этапом работы будет определение набора необходимых и достаточных характеристик текстильных материалов и отработка комплекса лабораторных исследований, предназначенных для исключения испытаний тканей и шнуров в составе метательных зарядов.
© Л. Б. Гусева - гл. специалист ФКП «ГосНИИХП»; С. Б. Ваничкина - гл. специалист ФКП «ГосНИИХП»; В. А. Михайлов - асп. каф. химии и технологии высокомолекулярных соединений КГТУ, инж.- конструктор 1 кат. ФКП «ГосНИИХП»; А. И. Хацринов - д-р техн. наук, зав. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ, зам. директора по НИОКР ФКП «ГосНИИХП»; Р. Ф. Гатина - д-р хим. наук, директор ФКП «ГосНИИХП», [email protected].
