CC BY
36
УДК 662.311.1
О.С. Кукина, Е Зо Тве, А.П. Денисюк
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ГОРЕНИЕ ДИНИТРАТОВ ИЗОМЕРОВ ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ И МОДЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ИХ ОСНОВЕ
Изучено горение динитратов изомеров пропиленгликоля (1,2 и 1,3 ПГДН) и нитро-целлюлозных композиций на их основе. Установлено, что желатина 1,3 ПГДН горит лишь на 6% быстрее, чем желатина 1,2 ПГДН при одинаковом значении v в законе скорости горения. Качественно аналогичная картина наблюдается и для пороховых композиций, но различия по скоростям горения между ними меньше, чем для пластификаторов. Показано, что при горении композиций НЦ - пластификатор, значительную роль играет НЦ.
In this paper combustion of dinitrate isomers of propylene glycol (1,2- and 1,3- PGDN) and compositions with nitrocellulose (NC) on their basis is studied. It is established, that combustion rate of 1,3-PGDN gelatin sample is just 6% faster than that of 1,2-PGDN gelatin sample having the same pressure exponent v in combustion rate equation. A qualitatively similar picture is observed for the propellant compositions, but the difference in combustion rate is less than that for plasticizers. It is shown, that NC plays important role in combustion process of NC- plasticizer composition.
Известно, что модельные пороха на основе нитрогликоля (НГЛ) горят в ~1,5 раза медленнее аналогичных образцов на основе нитроглицерина (НГЦ), хотя эти образцы имеют практически одинаковую теплоту горения (табл. 1) [1, 2].
Таблица 1. Данные по зависимости скорости горения образцов от давления на ос_____________________________нове НЦ, НГЦ и НГЛ________________________________
образец U, мм/с при р U = Bpv Ap, МПа
4 МПа 10 МПа B v от до
НЦ:НГЦ [2] 8,5 16,4 3,19 0,71 1 18
НЦ:НГЛ [2] 5,8 11,4 2,12 0,73
НГЦ (3,2-8,5% ж-на) [1] 20,7 41,5 7,22 0,76 0,5 10
НГЛ (3% ж-на) [1] 6,2 12,8 2,07 0,79
Различия по скорости горения самих пластификаторов значительно сильнее - более трех раз. В [1] более высокие скорости горения и другие параметры в волне горения пороха на основе НГЦ объясняются с его меньшей термической устойчивостью и с тем, как это установлено в [3], для различных нитроэфиров, что при отщеплении N02 от вторичного углеродного атома образуется высокореакционный атомарный водород. Например, гекса-нитроманнит (4 вторичных группы) горит в 1,5 раза быстрее, чем НГЦ и в 3,5 раз чем НГЛ, у которого нет вторичного атома углерода.
Как видно из табл. 1, различие в скоростях горения композиции НЦ-пластификатор (НЦ - НГЦ и НЦ - НГЛ), существенно меньше, чем для индивидуальных пластификаторов. Это можно связать с тем, что образцы содержат одинаковое количество НЦ, скорость горения которой значительно выше, чем НГЛ и вклад которой в скорость горения, сравниваемых образцов является значительным. Другие композиции, в которых используются изомеры нитроэфирных пластификаторов, не изучались. В связи с этим для более обоснованного понимания этого фактора в работе изучено горение динитратов изомеров пропиленгликоля (1,2 и 1,3 ПГДН) и нитроцеллюлозных композиций на их основе (49% НЦ, 49% пластификатора и по 1% централи-та и индустриального масла). Расчетная теплота и температура их горения существенно меньше, чем для систем на основе НГЦ и НГЛ (табл. 2)
Таблица 2. Термодинамические и физико-химические параметры образцов, содержащих 50% НЦ и 50% пластификатора
образец Рж, кДж/кг Тг (4 МПа), К а р, г/см3
НГЦ 5253 3022 0,72 1,6
НГЛ 5206 2986 0,71 1,55
1,2-/ 1,3-ПГДН 4081 2416 0,59 1,48
Динитрат изомеров пропиленгликоля получали с использованием нитрующей смеси, состоящей из 50% серной и 50% азотной кислот при температуре - 10°С. Полученные нитраты промывали водой и содовым раствором до получения нейтральной реакции.
Для определения скорости горения пластификаторов использовали их 2%-ные желатины. Желатины наливали в трубки диаметром -7 мм; высота заряда -15 мм.
Пороховые композиции готовили смешением компонентов в воде (варка пороха), затем пороховую массу отжимали (до содержания воды -10%) и вальцевали при температуре -85 С. Из полученного полотна проходным прессованием получали шнуры диаметром -7 мм, которые разрезали на шашки высотой -15 мм. Шашки плотно вставляли в трубки из ПВХ, обеспечивая равномерное горение заряда с торца.
Скорость горения определяли в приборе постоянного давления в атмосфере азота, фиксируя время горения зарядов известной высоты с помощью тензодатчиков.
Рис. 1. Зависимость скорости горения от давления пластификаторов и композиций на их основе с нц
Из рис. 1 и табл. 3 видно, что желатина 1,3 ПГДН горит лишь на 6% быстрее, чем желатина 1,2 ПГДН при одинаковом значении V в законе скорости горения. Скорость их горения в ~1,9 раза меньше, чем для НГЛ и в 6,3 раза, чем для НГЦ, а показатель V несколько больше [1].
Таблица 3. Зависимость скорости горения образцов от давления на основе 1,2- и _______________________________1,3- ПГДН с нц_______________________________
образец и, мм/с при р и = Врл' Ар, МПа
2 МПа 6 МПа В V от до
НЦ:1,2-ПГДН 2,3 5,6 1,32 0,81 0,6 18
НЦ:1,3-ПГДН 2,5 6 1,48 0,78
1,2-ПГДН 1,6 4,7 0,81 0,98 1,5 6
1,3-ПГДН 1,7 5,1 0,87 0,99
Качественно аналогичная картина наблюдается и для пороховых композиций, но различия по скоростям горения между ними меньше, чем для пластификаторов. Так, композиция на основе 1,2 ПГДН горит в 1,4 раза медленнее, чем образец на основе НГЛ и в 2 раза, чем нитроглицериновая композиция. Это характерно и для НГЦ и для НГЛ и составов на их основе [2].
Подчеркнем, что скорость горения композиций на основе ПГДН почти на 30% выше, чем пластификаторов.
Таким образом, в случае с динитратами изомера пропиленгликоля строение нитроэфира оказало лишь небольшое влияние на скорость горения.
Возможно, частично это связано с тем, что они относительно слабо различаются по константам скорости (К) термического распада [4]:
для 1,3-ПГДН К = 10-14,9ехр(- 19678/Т), а
для 1,2-ПГДН К = 10-15,8ехр(-20282/Т)
Так, при низких температурах (353-433К), характерных при изучении термического распада, 1,2 ПГДН разлагается в ~1,4-2 раза быстрее, чем 1,3 ПГДН, а при температурах, характерных для температур поверхности горения (573-723) - в 2,8-3,4 раза.
НГЛ при указанных пониженных температурах разлагается в ~2,3-2,9 раза медленнее, чем 1,2 ПГДН, а при температурах, равных температуре поверхности горения в 5,4-7 раза.
В целом, с учетом данных по горению композиций НЦ - НГЦ, НЦ -НГЛ [2] можно сделать вывод о том, что при горении композиций НЦ - пластификатор, значительную роль играет НЦ.
Библиографические ссылки:
1. Андреев, К. К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ / К.К. Андреев - М.: 1966. - 346с.
2. Е Зо Тве. Параметры волны горения порохов на основе пластификаторов с различной температурой кипения. / Е Зо Тве, А.П. Денисюк. // Горение и взрыв. Выпуск 5: под общей ред. д.ф.-м.н. С.М. Фролова. - М.: ТОРУС ПРЕСС, 2012. - С.226-230.
3. Кондриков, Б. Н. Горение О-нитросоединений. / Б. Н. Кондриков, В. М. Райкова. // Российский химический журнал. - 1997. - Т.41, № 4. - С. 6372.
4. Афанасьев, А.Г. О влиянии химического строения некоторых нитроэфиров на характер их термического распада. / А.Г. Афанасьев, Б.А. Лурье, Б.С. Светлов. // Теория взрывчатых веществ: сборник статей под редакцией проф. К.К. Андреева. - М.: 1967. - С. 63-73.
УДК: 662. l
Д.Л. Русин, H.H. Синявский
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Mенделеева, Mосква, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИСПЕРСНОСТИ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ МОДЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ПТФЭ
Mетодами изучения механических и реологических свойств модифицированных алюминизированных композитов установлено, что модифицирование образцов с помощью ПТФЭ приводит одновременно к улучшению их деформационно-прочностных, реологических и технологических характеристик и обеспечивает возможность переработки методом проходного прессования.
By methods of studying mechanical and rheological properties of the modified aluminous composites it is established, that modifying of samples with help PTFE leads simultaneously to
