РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ, РЕОЛОГИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОПЛИВА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 662.352:662.311.11

Ярмизина М.В., Михалёв Д.Б., Готфрид С.Д., Сизов В.А.

РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ, РЕОЛОГИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТОПЛИВА

Ярмизина Мария Вячеславована, студентка 6-го курса кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений, e-mail: 170980@muctr.ru;

Михалёв Дмитрий Борисович, старший преподаватель кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений;

Готфрид Софья Дмитриевна, инженер кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений; Сизов Владимир Александрович, к.х.н., доцент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.

Исследованы баллистические и реологические характеристики баллиститного топлива типа РНДСИ. Комплекс изученных свойств улучшен за счет добавленного модификатора: тетрафторэтилена. Ключевые слова: баллиститные топлива, тетрафторэтилен, баллистические характеристики, реологические характеристики, пороховые генераторы давления, системы пожаротушения.

DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF BALLISTIC, RHEOLOGICAL AND MECHANICAL

CHARACTERISTICS OF FUEL

Yarmizina M.V., Mikhalev D.B., Gotfrid S.D., Sizov V.A.

Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

The ballistic and rheological characteristics of a ballistic fuel of the RNDSI type are investigated. The complex of studied properties is improved due to the added modifier: tetrafluoroethylene.

Keywords: ballistic fuels, tetrafluoroethylene, ballistic characteristics, rheological characteristics, powder pressure generators, fire extinguishing systems.

В настоящее время на арсеналах и складах скопилось большое количество отслуживших свой срок эксплуатации баллиститных топлив различных марок. Данные топлива по ряду показателей не удовлетворяют современным требованиям. Целью работы является возможность модернизации топлива типа РНДСИ для улучшения его баллистических и эксплуатационных характеристик. Данный вид топлива может использоваться для различных нужд народного хозяйства, в газогенераторах при низких давлениях, к примеру, в системах пожаротушения.

Анализ литературных источников показал, что галогенсодержащие добавки способны улучшить технологические показатели и усовершенствовать другие: баллистические и эксплуатационные характеристики, исходя из вышесказанного, была выбрана и введена добавка: фторопласт-4. Таблица 7. Компонентный состав топлива

Компонент Содержание компонента в масс. %

НЦ+нитроэфирные пластификаторы 93,5

Стабилизатор химичсекой 2,0

стойкости

Окись свинца 2,0

Окись кобальта 0,5

Прочие (мел, ВМ) 2

В работе были изучены баллистические характеристики: зависимость скорости горения от давления и от температуры, а также определены реологические параметры, необходимые для переработки топлива.

Фторопласт, как известно, способен улучшить целый комплекс свойств, в данном случае он необходим для повышения скорости горения при низких давлениях (0,1-3 МПа) и снижения ее при средних (6-10 МПа), что приводит к уменьшению показателя в уравнения скорости горения и. [1]

Ввод фторопласта производился сверх 100% с шагом 0,5% в пределах от 0,5 до 2,0%. Эффективность действия фторопласта оценивалась с помощью величины Z=U/Uo, где ^скорость горения топлива с добавкой, ^-скорость горения базового топлива.

1

0.8 0.6

U, мм/с 3 2 >

^□

1

P, МПа

0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10 20

Рисунок 1 - Влияние Ф-4 на скорость горения базового топлива: 1 - базовое топливо, 2 - 0,5% Ф-4; 3 - 1% Ф-4; 4 -1,5% Ф-4; 5 - 2% Ф-4

4

2

Таблица 2 - Влияние фторопласта-4 на параметры горения базового топлива

РНДСИ В и (р, МПа) ио,1, мм/с Ъо, 1 и4, мм/с Ъ4 ию, мм/с Ъю

исходное топливо 3,79 0,52 0,8 - 7,8 - 12,5 -

0,5% Ф-4 6,48 7,84 0,32 (0,1-5) 0,25 (5-12) 3,4 4,3 10,1 1,3 13,9 1,1

1% Ф-4 7,79 10,97 0,26 (0,1-3) 0(3-12) 4,5 5,6 11,0 1,4 11,0 0,9

1,5% Ф-4 9,11 7,89 0,32 (0,1-0,6) 0,08 (0,6-12) 4,3 5,4 8,7 1,1 9,8 0,8

2% Ф-4 7,71 9,63 0,10 (0,1-4) 0,03 (4-10) 4,4 5,5 8,9 1,1 10,3 0,8

Скорость горения составов при введении фторопласта резко увеличивается при сжигании при атмосферном давлении. С ростом давления эффективность действия фторопласта снижается, при 4 МПа скорости модифицированных образцов превосходят базовый состав в 1,1-1,4 раза, увеличение давления до 10 МПа приводит к незначительному падению скорости относительно базового состава. При вводе фторопласта свыше 1% наблюдается снижение и от 0,52 до 0 в широком интервале давления (3-12 МПа), при дальнейшем увеличении содержания Ф-4 до 2% и практически не изменяется, близко к 0.

Полученные результаты опираются на общее поведение фторопласт в модельных композициях: при переработке составов в них образуется трехмерная взаимопроникающая сетка, что препятствует

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

Рисунки 2, 3

8

6 4 2

Рисунок 4 - Зависимость коэффициента технологичности от температуры: 1-без Ф-4, 20,5% Ф-4, 3-1% Ф-4, 4-1,5% Ф-4, 5-2% Ф-4

агломерации частиц катализаторов в процессе горения и увеличивает каталитическое действие, участвует в процессе горения в качестве дополнительного окислителя, формирует структуры из теплопроводящих волокон, тем самым способствует передачи тепла в конденсированную фазу.

Помимо баллистических характеристик, были проведены реологические исследования. Результаты реологических исследований представлены на рисунках 2-4. Установлено, что данный состав подчиняется основным закономерностям поведения, характерным для полимерных композиций, а именно, с ростом температуры от +70 оС до +90 оС наблюдается снижение величины прочности на срез от 2,3 МПа до 1,5 МПа (рис. 2) и внешнее трение с ростом температуры также снижается от значения 0,8 МПа до 0,6 МПа (рис. 3).

1,0

0,9 0,8

0,7 0,6 0,5 0,4

Ввод фторопласта приводит к росту коэффициента технологичности Кт (рис. 4), в сравнении со значениями для исходного состава, во всем исследуемом температурном диапазоне. Данный факт связан с тем, что фторопласт весьма эффективно увеличивает внутреннее трение с одновременным снижением значений внешнего трения вследствие образования фторопластом трехмерной структуры. Оптимальным содержанием фторопласта по приведенным данным можно считать 1,5%. Список литературы

[1] Д.Л. Русин 2008, Основы комплексного модифицирования полимерных композитов, перерабатываемых методом проходного прессования

- Зависимость величины ар (слева) и гц (справа) от температуры при N=10 МПа: 1-без Ф-4, 2-0,5%

Ф-4, 3-1% Ф-4, 4-1,5% Ф-4, 5-2% Ф-4