CC BY
8
УДК 662.352:662.311.11
Ярмизина М. В., Готфрид С. Д., Михалёв Д. Б.
ИЗУЧЕНИЕ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ЗАМЕДЛИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Ярмизина Мария Владиславовна, студентка пятого курса кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений, e-mail: furryeyes@yandex.ru
Готфрид Софья Дмитриевна, инженер кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений; Михалёв Дмитрий Борисович, старший преподаватель кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений;
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Исследованы эксплуатационные и баллистические характеристики пиротехнических композиций, перерабатываемых методом проходного прессования, на основе термопластичных синтетических каучуков: синтетический бутадиен нитрильный каучук и синтетический фторсодержащий каучук.
Ключевые слова: пиротехнические композиции, замедлители, баллистические характеристики, термопластичные каучуки.
STUDY OF THE BALLISTIC CHARACTERISTICS OF PYROTECHNIC DELAY COMPOSITIONS
Yarmizina M. V., Mikhalev D. B., Gotfrid S.D.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Operational and ballistic characteristics of pyrotechnic compositions processed by extrusion based on the thermoplastic synthetic rubbers: NBR-40, VF2/CTFE are studied.
Keywords: pyrotechnic compositions, thermoplastic rubber, delay compositions, ballistic characteristics.
Введение
С момента создания бомб, ракет и гранат, они нуждаются в обеспечении задержки срабатывания, так как человеку необходимо время, чтобы удалиться на безопасное расстояние от места взрыва или детонации. Для обеспечения задержки срабатывания применялись фитили, трубки, набитые дымным порохом, неспособные удовлетворить требованиям по постоянству свойств, обеспечить нужное время срабатывания. Решить большинство проблем предшественников способны малогазовые составы, разработкой которых вплотную занялись после Первой мировой войны [1, 2]. Действие замедлительных составов состоит в следующем: начальный- импульс (капсюля-воспламенителя, электрозапала, терочного воспламенителя) воспламеняет замедлительный состав, который должен легко воспламеняться и сгорать со строго постоянной- скоростью с разбросом не более 3%. Замедлительный состав служит передатчиком теплового импульса основному заряду, который обеспечивает конечный импульс самого изделия [2].
Штатная технология изготовления замедлителей-метод глухого прессования, имеет ряд недостатков: сложность процесса подготовки исходных компонентов; дозировка при прессовании осуществляется объемным методом, что приводит к значительному разбросу по массе, плотности и длине готовых изделий; ограниченность размеров готовых изделий по высоте и форме. Данных явлений можно избежать при использовании метода проходного прессования, который позволяет получать
однородные составы с высокой воспроизводимостью баллистических характеристик и уровнем механических характеристик. ООО «Интех» разработал ряд пиротехнических замедляющих шнуров, изготавливаемых методом проходного прессования. В работе исследовалась возможность использования данного типа шнуров для замедлителей в системах инициирования для горнорудной промышленности. На основе аналитического анализа, исходя из тактико-техническим характеристик (скорость горения при атмосферном давлении в диапазоне 6-12 мм/с), для исследований нами были выбраны шнуры марок ШЗ-6/1-Н, ШЗ-7/1-Н, ШЗ-9/1-Ф, изготовленных из составов 6-Н, 7-Н, 9-Ф.
Методическая часть
Составы 6-Н и 7-Н изготовлены на основе каучука СКН-40, в составе 6-Н каучук СКН-40 пластифицирован ДБФ, состав 7-Н изготовлен без пластификатора. Состав 9-Ф принципиально отличается используемым фторированным каучуком-СКФ-32. Кроме полимерного связующего во все составы входят: окислители-калиевая селитра и перхлорат калия (ПХК), горючее-фенолформальдегидная смола, катализаторы и стабилизаторы горения-оксид железа и цинка, а также технологические добавки - стеарат кальция и комплексный модификатор фторопласт (Ф-4). Были изучены баллистические и эксплуатационные характеристики данных составов: зависимость скорости горения от давления и температуры, определена температура вспышки, а также
определены механические свойства исследуемых составов.
Зависимость скорости горения от давления изучалась с помощью сжигания образцов в приборе постоянного давления. Методика эксперимента состоит в следующем: цилиндрические шашки пороха диаметром 7 мм и высотой 17 мм бронируются поливинилхлоридными трубками по боковой поверхности для обеспечения горения заряда параллельными слоями. Скорость горения определяется методом угловых точек в ППД в атмосфере азота с использованием датчика давления «Карат-ДИ» и цифрового осциллографа "Pico ADC-216". Процесс горения фиксируется в виде осциллограммы, на которой видны точки: начала горения и конца горения. Зная длину сгоревшего образца, можно вычислить среднюю скорость горения при среднем давлении. Далее производится сброс давления до необходимого при проведении следующего опыта.
Зависимость скорости горения от начальной температуры проводится следующим образом: бронированные ПВХ трубкой цилиндрические
шашки диаметром 7 мм и высотой 35 мм термостатировались при заданной температуре в течении 2 часов и далее производится их сжигание в вытяжном шкафу. Время между изъятием образцов и их сжиганием составляло не более 15 с. Для каждого состава производилось по три параллельных опыта при каждой температуре.
Механические свойства: прочность и деформация при одноосном растяжении, определялись на разрывной машине марки Би 1000е. Определение температуры вспышки проводилось в соответствии с ГОСТ Р 51271-99.
Экспериментальная часть
При сжигании составов на атмосферном давлении составы на основе СКН-40 показали практически одинаковую скорость горения, находящуюся в диапазоне 6-7 мм/с. Скорость горения состава на СКФ-32 несколько выше и равна 8 мм/с. Зависимость скорости горения от давления представлена на рисунках 1 (а, б), 2 и в таблице 1.
1
0.8 0.6
L, мм/с п=Мр14
, п__—— • г
, , , . Р, МПа
0,1 0,6 0.8 1
108
1
О, В 0,6 0,4
U, мм/с U=8,5p°'1s
Р, МПа
0,4 0,6 0,8 1
а) б)
Рисунок 1 - Зависимость скорости горения от давления: а -состав 9-Ф, б - состав 7-Н
U, мм/с
1___——" , . _%» А >
* *
Р, МПа
0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 8 10 20
Рисунок 2 - Зависимость скорости горения от давления для составов: 6-Н, 7-Н, 9-Ф.
Установлено, что для всех исследуемых составов характерно низкое значение зависимости скорости горения от давления (от 0,1 до 15 МПа), которое лежит в диапазоне 0,11-0,16. Следует отметить, что для состава 6-Ф наблюдается перелом зависимости скорости горения при давлении равным 5,5 МПа. В
диапазоне от 0,1 МПа до 5,5 МПа, V для данного состава, практически равно нулю, далее оно возрастает до значения 0,46 (Рис 3).
Таблица 1. Зависимость скорости горения составов от
давления
Состав Закон скорости горения U=Bpv (Ap = 0,1-15,0 МПа)
В V
0,1-5,5 5,6-15,0 0,1-5,5 5,6-15,0
6-Н 5,7 2,6 -0,01 0,46
7-Н 9,6 0,11
9-Ф 8,5 0,16
Помимо исследования зависимости скорости горения от давления, в работе было изучено влияние начальной температуры, в диапазоне от -60 до +60 0 С, на скорость горения при атмосферном давлении. Данные представлены в таблице 2 и рисунке 3.
Таблица 2. Зависимость скорости горения составов от
начальной температуры
Состав Т, 0С и=р, мм/с в
-60 7,52
9-Ф 20 8,2 1,150 0,0012
60 8,65
-60 5,11
6-Н 20 5,91 1,231 0,0017
60 6,29
-60 5,92
7-Н 20 6,1 1,115 0,0009
60 6,6
Механические характеристики образцов
представлены в таблице 3. Следует отметить, что значения деформации и прочности составов при одноосном растяжении находятся на достаточно высоком уровне.
В ходе работы также было установлено, что все исследуемые составы обладают достаточно высокой термической устойчивостью. Наибольшей температурой вспышки обладает состав 9-Ф, что можно объяснить более термостойким типом связующего.
Таблица 4. Температура вспышки составов
1А-7А-!.! -е.о-
5.55.0 -
Рисунок 3 - Зависимость скорости горения от начальной температуры
Было установлено, что все составы имеют низкое значение коэффициента в, характерное для пиротехнических составов. Наименьшее значение коэффициента в имеет состав 7-Н (в =0,0009).
Таблица 3. Механические характеристики составов
Механические хар актеристики Состав
6-Н 7-Н 9-Ф
ер ||, % 74,44 15,72 28,13
оу ср ||, МПа 4,14 7,70 2,86
Достаточно высокие показатели по температуре вспышки позволяет заключить о стабильности баллистических характеристик при долгосрочном хранении данных составов.
Заключение
Исходя из анализа полученных данных и по совокупности баллистических и эксплуатационных параметров, наиболее перспективными для дальнейших исследований, с нашей точки зрения, являются составы 7-Н и 9-Ф. Применение состава 6-Н допустимо только для изделий с максимальным рабочим давлением до 5 МПа.
Список литературы
1. Мельников В. Э. Современная пиротехника / В. Э. Мельников - Москва . 2014. - 480 с.
2. Ладягин Ю. О. Введение в пиротехнику / Ладягин Ю. О. - Москва. - 132 с.
3. Шидловский А. А. Основы пиротехники / А. А. Шидловский - Москва: «Машиностроение», 1973. - 280 с.
У. ммЪ
-
г -
*
• 4.Н
Состав 6-Н 7-Н 9-Ф
Т, ос 310 327 336
