Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

нием общего времени процесса от изготовления сырья до ко­ нечной продукции в десятки раз.

Необходимо при этом учесть различные режимы работы производства в мирное и военное время, несопоставимые объ­ емы производств в целом и по каждой номенклатуре зарядов. Это диктует необходимость наличия на заводах двух типов технологических процессов: высокомобильного малогабаритно­ го и высокопроизводительного, в основном, ориентированного на особый период.

В связи с этим исключительно актуальны работы по созда­ нию высокомобильного производства, включающего все фазы технологического процесса, синхронизированные по произво­ дительности, причем, в достаточно широком диапазоне ее из­ менения. Совершенно очевидно, что создание такого произ­ водства предопределяют работы по резкому ускорению про­ цессов капиллярной пропитки НЦ, диффузии пластификатора и сушки полуфабриката от влаги на фазе переработки массы и изготовления зарядов. Поэтому создание резонансных УЗ и СВЧ — излучателей необходимых частот и мощности явля­ ется не только актуальным, но и в значительной мере опреде­ ляющим стратегию развития технологии в целом.

Вторым важнейшим направлением развития современной технологии является создание полностью автоматического управления производством на основе многофункциональных зависимостей критериев безопасности и качества от сырьевых факторов и технологических режимов производства.

Если оценивать интегрально современное состояние и на­ правления развития технологии баллиститных порохов и твер­ дых ракетных топлив, то следует акцентировать внимание на следующих важных моментах. Эра классической технологии, продолжавшаяся более столетия, практически завершается. Ее отличительные особенности — длительность технологических процессов даже в непрерывном производстве и сравнительно низкая степень автоматизации с разрывом основных фаз — определяются недостаточно эффективными технологическими параметрами, не обеспечивающими ускорения процессов на

процессов была температура. Правда, в последние десятилетия стали применяться способы ускорения процессов с использо­ ванием гидродинамических режимов смешения.

5 2 1

Однако в целом физические методы стимулирования про­ цессов были весьма ограничены. Общий уровень развития тех­ ники в настоящее время позволяет более широко использовать различные источники генерации энергии с довольно широким частотным диапазоном излучения, в частности, ультразвуко­ вые, СВЧ-генераторы. Их применение в оптимальном частот­ ном диапазоне позволит резко ускорить процессы нитрации целлюлозы, совмещения ее с пластификатором, сушки и т. д. Очевидно, создание таких генераторов является приоритетной задачей современной технологии БРТТ.

Второй важной задачей, как отмечалось выше, является создание полностью автоматизированного производства. Воз­ можность разработки системы автоматического управления на современном уровне определяется наличием контрольно-изме­ рительных и управляющих средств, а также существенным прогрессом в исследовании взаимосвязей технологических па­ раметров с качеством продукции и безопасностью процесса и установлением количественных функциональных зависимо­ стей, позволяющих вести процесс в автоматическом режиме.

Прогресс в области химии топлив, направленный на повы­ шение энергетических и улучшение баллистических характери­ стик, предъявляет дополнительные требования к технологии в части обеспечения безопасности при вводе высокоэнергети­ ческих компонентов, а также механоактивации и нанораспре­ деления катализаторов и ингибиторов.

5 2 2

ПРИЛОЖЕНИЕ

Энергетическое взаимодействие между НЦ

ипластификаторами

Внастоящее время широко признаны два основных меха­ низма пластификации полимеров: молекулярный — приводя­ щий к изменению свойств системы на молекулярной уровне,

иструктурный — приводящий к изменению на уровне надмо­ лекулярных образований полимера [29].

При молекулярной пластификации полимера изменение механических свойств происходит за счет введения низкомоле­ кулярных совмещающихся с ним пластификаторов, которые существенно снижают энергию когезии в аморфных областях

инезначительно влияют на характер межмолекулярных взаи­ модействий в кристаллических областях.

Структурная пластификация полимеров связана с измене­ нием механических свойств при введении небольших добавок низкомолекулярных веществ, не совместимых с полимером. Механизм этого явления сводится к тому, что пластификатор распределяется в надмолекулярной структуре, обеспечивая тем самым перемещение надмолекулярных образований.

Проведенные исследования молекулярно-кристаллической структуры бинарных и тройных систем на основе НЦ позво­ лили выделить три основных типа взаимодействия НЦ с пла­ стификаторами.

Первый тип взаимодействия характеризуется диффузией пластификатора в межфибриллярные промежутки и, возмож­ но, в аморфные области при неизменной структуре кристал­ литов (рис. 2.1). Примером является система НЦ — касторо­ вое масло.

Для второго типа взаимодействия характерна диффузия молекул пластификатора в кристаллические области НЦ с об­ разованием твердого раствора внедрения (рис. 2.2). Примером являются системы НЦ — триацетин, НЦ — спиртоэфирная смесь. Появление молекулы пластификатора в кристалличе­ ской решетке не меняет саму структуру, а приводит к увеличе­ нию межплоскостных расстояний (около 2,5 нм).

Третий тип взаимодействия, наблюдающийся в системах НЦ — пластификатор, также характеризуется проникновением молекул пластификатора в кристаллиты. Однако в отличие от вышеприведенного случая здесь наблюдается существенная пе-

5 2 3

Рис. 2.1. Д иффузия пластификатора в межфибриллярные промежутки

Рис. 2.2. Диф фузия пластификатора в кристаллические области

рестройка кристаллической структуры и образование молеку­ лярного соединения (рис. 2.3).

Примером систем с данным типом взаимодействия явля­ ются смеси НЦ с нитробензолом, дибутилфталатом, формалем глицерина, диметилформальдегидом и рядом других соедине­ ний. Способность НЦ к образованию молекулярного комплек­ са (МК) представляют интерес по ряду причин. Во-первых, факт появления МК означает принадлежность системы к со­ вершенно новому типу фазового состояния с новыми термо­ динамическими и кинетическими процессами взаимодействия НЦ с пластификаторами. Во-вторых, МК интересен тем, что при его формировании может существенно изменяться струк­ тура кристаллита и даже нитроцеллюлозная спираль.

5 2 4

Рис. 2.3. Перестройка кристаллической структуры и образование молеку­ лярного комплекса

Предложенная классификация взаимодействия НЦ — пла­ стификатор далеко не исчерпывает всего многообразия струк­ турных превращений, которые могут сопровождать процесс пластификации. В частности, специфическая картина наблю­ дается в системе НЦ — НГЦ, где аморфизация кристаллитов протекает без изменений их внутренней структуры. В данном случае можно, видимо, говорить о поверхностной аморфизации или поверхностном растворении кристаллитов.

Таким образом, на примере рассмотренных выше систем видно, что при внедрении пластификаторов в матрицу НЦ могут протекать самые разнообразные процессы, затрагиваю­ щие как аморфные, так и кристаллические области полимера. Знание этих процессов позволяет понять и качественно интер­ претировать всевозможные структурные перестройки НЦ при пластификации и оценить влияние этих перестроек на физи­ ко-химические и механические характеристики конечных из­ делий. Однако наиболее важной характеристикой полимерных композиций является ее энергетическое состояние — свобод­ ная энергия Гиббса — Гельмгольца, которая, с одной стороны, определяет устойчивость системы к внешним воздействиям, а с другой, (зная энтальпию взаимодействия (ДНВЗ) между по­ лимером и пластификатором в зависимости от содержания по­ следнего) возможность оптимизации системы с точки зрения термодинамической совместимости и улучшенных механиче­ ских свойств.

Значения энтальпии взаимодействия НЦ с НГЦ получены из экспериментальных данных по значениям теплоты раство­

5 2 5