CC BY
52
X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 12(128)
Soc., 1949, Vol.45, pp.85-93.
11. Ren Xiao-Ning, Liu Zi-Ru, Wang Xiao-Hong, Zhao Feng-Qi, Xie Ming-Zhao, Heng Shu-Yun, Investigation on the Flash Thermolysis of 3,4-Dinitrofurazan-furoxan by T-Jump/FTIR Spectroscopy // Acta Phys. -Chim. Sin., 2010, Vol. 26(03), pp. 547-551.
УДК: 662.1
Д.JI. Русин, Д.Б. Михалев, К.А. Гаврилов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
КОМПЛЕКС ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ОГНЕПРОВОДНЫХ ШНУРОВ НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ
Influence of the contents a powdery aluminium-magnesian alloy on the rheological characteristics and laws of burning at external atmospheric pressure of the fireconductive cords on the basis of a copolymer vinyliden fluoride with trifluorochloroethylene are investigated. Analytical dependences of influence of the filler quantity on external friction of a material of cords and speed of transfer by them of a thermal pulse are received.
Исследовано влияние содержания порошкообразного алюминиево-магниевого сплава на реологические характеристики и закономерности горения при внешнем атмосферном давлении огнепроводных шнуров на основе сополимера винилиденфторида с три-фторхлорэтиленом. Получены аналитические зависимости влияния количества наполнителя на внешнее трение материала шнуров и скорость передачи ими теплового импульса.
Известны эластичные огнепроводные шнуры на полимерной основе, получающиеся проходным прессованием, отличающиеся не только высокими деформационно-прочностными характеристиками в широком интервале температур, но и благодаря оригинальной форме - в виде полой разрезной трубки, способные передавать тепловой импульс со скоростью до 3 м/с при внешнем атмосферном давлении [1-5, 7, 8]. Горение в этом случае распространяется по внутренней поверхности трубок, внутри которых создается избыточное давление.
Известно, что огнепроводные шнуры, горят с ускорением, если их поместить внутрь полой трубки [4, 6]. Передача теплового импульса в этом случае осуществляется в кольцевом зазоре, образованном стенками трубки и шнуром. Одной из разновидностей подобных изделий являются металлизированные огнепроводные шнуры на основе сополимера винилиденфторида с трифторххлорэтиленом (СКФ-32) [2, 5].
Настоящая работа посвящена исследованию влияния количества металлического наполнителя на комплекс технологических, механических характеристик и особенности скорости передачи теплового импульса огнепроводными шнурами на основе СКФ-32. Образцы содержали алюминиево-магниевый сплав ПАМ-4 и изготавливались вальцеванием с последующим проходным прессованием. Изменение содержания ПАМ-4 в композитах
9
О Л 0 X и в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N012 (12В)
осуществляли за счет соответствующего количества СКФ-32. Из данных, приведенных на рис.1, видно, что повышение содержания металлического наполнителя более 58% обусловливает резкое возрастание внутреннего трения и суммарного давления прессования. Изменение удельного внешнего трения имеет более сложный экстремальный характер. Это обусловлено двойственной природой [3, 4] - увеличение количества структурирующего наполнителя, с одной стороны повышает макрошероховатость поверхности композита и сопротивление различным видам его деформирования, что приводит к возрастанию деформационной составляющей трения, с другой стороны - эти же факторы обусловливают снижение адгезии композита к материалу подложки-контртела. Важно подчеркнуть, что наличие в составе композитов комплексного модификатора - политетрафторэтилена [1-5] обусловливает то, что все исследованные образцы технологичны и могут быть успешно переработаны методом проходного прессования.
50 52 54 56 58 60 62 64 66 Содержание ПАМ-4, мае. %
Рис.1. Влияние количества металлического наполнителя на технологические характеристики композитов: 1 - давление прессования, Р, МПа; 2 - прочность на срез, стср, МПа; 3 - удельное внешнее трение тц*10, МПа
Статистической обработкой с помощью программы «БТАТОКАРШСБ» результатов исследования температурно-скоростной зависимости внешнего трения композитов, отличающихся содержанием ПАМ-4, получена адекватная аналитическая зависимость:
тц= (-8832,722257 + 0,23679*ЬпУ - 0,003651/Т + 608,395748*СМе -15,696638*Сме2 + 0,17983*Сме3- 0,000772АСМе4), МПа.
Здесь скорость скольжения V изменялась от 0,349 до 69,8 мм/с, температура Т от 313 до 363К, содержание ПАМ-4 (Сме) - от 52 до 64 мас.%.
На рис.2 представлена графическая интерпретация этой зависимости
X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 12(128)
при температуре 353К, цифры у кривых - величина МПа. Видно, что зависимости экстремальны при всех скоростях скольжения, но с уменьшением V экстремальные значения силы трения распространяются на более широкий диапазон концентраций наполнителя.
0 20 40 60 80
Скорость скольжения, мм/с
Рис. 2. Концентрационно-скоростная зависимость удельного внешнего трения композитов по стальной подложке (Р=10 МПа, Т=353К)
Исследуемые образцы были переработаны методом проходного прессования в бесканальные шнуры диаметром 1,2 мм для оценки скорости их горения.
Рассмотрены 3 варианта изучения закономерностей горения шнуров:
1) определяли скорость послойного горения образцов Ui, помещенных в бронировку, роль которой выполняли термоусадочные оболочки в виде полой трубки, материал которой при нагревании плотно прилегал к поверхности исследуемого шнура. Скорость горения определяли по времени сгорания шнура известной длины (50 -70 мм).
2) оценивали скорость распространения горения для шнуров длиной 200250 мм, не имеющих бронировки UH6P.
3) с помощью цифровой фотокамеры Casio EX-F1 со скоростью съемки 300 кадров в секунду получали видеосъемку процесса, обработкой которой на компьютере определяли скорость передачи теплового импульса шнуром длиной 1 м, помещенным внутрь прозрачной трубки из полиметил-метакрилата с толщиной стенки 1,5 мм и диаметром канала 4 мм (иф). Один конец трубки запаивался и на расстоянии 10 мм от него просверливались два отверстия диаметром 2 мм. Исследуемый шнур помещался в трубку вертикально и поджигался с верхнего незапаянного ее конца.
О № & X V в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. N012 (128)
Из данных рис. 3 следует, что увеличение содержания ПАМ-4 от 52 до 62% в образцах приводит к возрастанию скорости послойного горения в 2 раза, скорости горения небронированного шнура в 1,5 раза, скорости передачи теплового импульса - в 9 раз.
Содержание ПАМ-4, %
Рис. 3. Влияние содержания металлического наполнителя в композитах на величины скорости их горения при внешнем атмосферном давлении: 1 - истинная скорость послойного горения бронированных шнуров (11|); 2 - скорость передачи теплового импульса небронированными шнурами (и„бР); 3 - скорость передачи теплового импульса (11тр) в кольцевом канале между горящим небронированным шнуром
и полой трубкой
Содержание ПАМ-4, %
Рис.4. Влияние количества ПАМ-4 в композитах на величину расчетного содержания парообразного магния в продуктах их горения (1, См„, моль/кг), расчетную температуру горения (2, Т, К), скорость передачи теплового импульса в кольцевом канале (3, итр, мм/с)
Важно подчеркнуть, что такое повышение скорости не связано с увеличением температуры горения - термодинамические расчеты, выполнен-
X Ü в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 12(128)
ные по программе RealWin, показали, что с ростом содержания ПАМ-4 температура горения даже незначительно снижается (рис.4).
Ранее было показано, что для неметаллизированных огнепроводных шнуров различного состава, изготовленных в форме разрезной трубки, существует зависимость 1X^=3,4*UH6p1'66 [3, 4]. Для скорости передачи теплового импульса металлизированных композитов, рассматриваемых в настоящей работе, указанная зависимость не применима. Обработкой полученных результатов получены адекватные аналитические зависимости для композитов с ПАМ-4:
и„бр = 22,72878+4,47696*Ui (R=0,995), мм/с итр = -152354,89722 + 5914,439*1Т„бр - 49, 6308*U„6p2 (R=0,998), мм/с.
Вместе с тем, расчеты показали, что при повышении содержания ПАМ-4 в образцах от 52 до 60% в продуктах горения возрастает доля парообразного магния, что, вероятно и является основной причиной существенного возрастания скоростей передачи теплового импульса композитов (UH6p и Uip), как следствие реагирования этого компонента с содержащимися в воздухе кислородом и парами воды.
Библиографические ссылки
1. Rusin D.L. Fireconductive cords on a polymeric basis /D.L. Rusin, D.B. Mi-khalev //Proceedings of the 25th Intern. Pyrotechnic Seminar Europyro 99. Brest France.-1999.-P.530-547.
2. Rusin D.L. High-elastic fireconductive cords /D.L. Rusin, D.B. Mikhalev //Proceedings of the 31st Intern. Annual Conference of ICT. Karlsruhe. Federal Republic of Germany.- 2000.-P. 116-1-116-10.
3. Фиошина M. А. Основы химии и технологии порохов и твердых ракетных топлив: учеб пособие /М.А. Фиошина, Д.Л. Русин. 2-е изд. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. - 264 с.
4. Русин Д.Л. Основы комплексного модифицирования полимерных композитов, перерабатываемых проходным прессованием: учеб. пособие /Д.Л. Русин,- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. - 222 с.
5. Русин Д.Л. Исследование и оптимизация огнепроводных шнуров на полимерной основе /Д.Л. Русин, Д.Б.Михалев, И.Н.Радостный //Успехи в химии и химической технологии: тез. докл.- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000. -Вып.Х1У.-Ч.4.-С.41-43.
6. Пат. 2923239 США, Ignition transmission line and systems including the same /Andrew David J., Smith William M., 02.02.1960.
7. Пат. 2026277 Российская Федерация, Пиротехнический шнур и композиция для его изготовления /Русин Д.Л., Кожух М.С., Михалев Д.Б., Копылов Н.П. и др. 20.12.1991.
8. Пат. 2170222 Российская Федерация, Огнепроводный шнур и состав для его изготовления /Жегров Е.Ф., Дороничев А.И., Харитонов B.C., Ключникова Ф.А. 24.02.2000.
