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

видно, говорить не о модернизации, а создании принципиаль­ но нового производства. Примером в данном случае может служить производство нитрата глицерина, в котором разработ­ ка инжекторной нитрации и центробежного разделения реа­ гентов сократили время процесса в целом с нескольких часов до нескольких минут.

В данном случае задача является гораздо более сложной, ибо здесь мы имеем дело с весьма неоднородным по молеку­ лярной, надмолекулярной и морфологической структуре поли­ мером с развитой капиллярно-пористой системой. Процессы абсорбции, диффузии пластификатора, структурных перестро­ ек в подобной гетерогенной системе проходят несоизмеримо медленнее, чем реакция нитрования и разделения реагентов в гомогенной системе.

Поэтому в плане решения генеральной задачи — создания современного высокомобильного производства пороховой мас­ сы с кратковременным технологическим циклом — можно на­ метить скорее пути решения, чем представить готовый резуль­ тат, тем более что имеющиеся в промышленности способы физического стимулирования физико-химических процессов весьма ограничены.

На каких же основных концептуальных проблемах следует акцентировать внимание?

Вопросы смачивания, сорбции пластификатора НЦ, авто­ матического дозирования, гидратации, пассивации, гидрофобизации рассматривались в течение нескольких предыдущих десятилетий и в инженерном плане были решены и реализо­ ваны в производстве.

Проблема же дальнейшего прогресса технологии, о кото­ рой говорилось выше, в инженерном плане лежит за гранью современного уровня техники и требует проведения дополни­ тельных исследований и инженерных разработок по следую­ щим направлениям.

Ускорение капиллярной пропитки за счет улучшения смачи­ ваемости поверхностно-активными веществами и дисперсно­ сти эмульсии пластификатора в значительной мере исчерпало свои возможности. Требуется силовое воздействие на пласти­ фикатор, способствующее «заталкиванию» его в капилляры. Предварительные исследования [54] показали возможность су­ щественного ускорения этого процесса УЗ-излучением за счет реализации кавитационного эффекта. Однако окончательное решение может быть достигнуто после завершения исследова-

151

ний по поиску оптимальных параметров ультразвукового гене­ ратора (частота, амплитуда, мощность излучения).

Ускорение диффузии молекул нитроглицерина в межмакромолекулярной среде НЦ является одной из сложнейших про­ блем для решения поставленной задачи и связано без преуве­ личения с серьезным прорывом в теории и практике взрывча­ тых композиционных материалов. Все дело в том, что в распоряжении инженеров имеется только один способ уско­ рения диффузии — повышение температуры. В данном случае использование этого способа невозможно по двум причинам:

Поэтому требуется поиск иного, причем более эффектив­ ного способа ускорения диффузии и структурных перестроек в пластифицированной нитроцеллюлозе, обеспечивающего за­ вершение «созревания» (пластификации) массы в потоке и ис­ ключающего необходимость смесителей общих партий. Совер­ шенно очевидно, что это должно быть энергетическое воздей­ ствие на межмакромолекулярные связи в НЦ с целью их ослабления, с одной стороны, и на молекулы пластификатора в направлении повышения энергии вращательных колебаний и диффундирующей способности, с другой.

Следовательно, необходим излучатель волновой энергии с частотами, резонансными частотам межмакромолекулярных связей, в основном водородных, и колебательным частотам молекул нитрата глицерина, т. е. генератор высокочастотных колебаний (СВЧ-диапазон).

Повышение эффективности катализирующе-ингибирующей системы должно обеспечиваться путем механоактивации с од­ новременным измельчением до нанодисперсного состояния и ввода в пороховую композицию способом, обеспечивающим исключение агломерации.

Технологическая схема изготовления пороховой массы с со­ кращенным технологическим циклом за счет реализации выше­ названных изменений приведена на рис. 66.

Следует отметить, что технологический процесс в целом, в том виде, в котором он изображен на рис. 66, еще далек от промышленной реализации несмотря на положительные ре­ зультаты испытаний многих узлов (гидродинамических аппара­ тов, дезинтегратора, УЗ-генераторов). Основные технологиче­ ские аппараты (УЗГ, СВЧ-генератор, дезинтеграторы) и про-

152

цессы капиллярной пропитки, диффузии, испытанные с поло­ жительным результатом как опытные образцы, должны быть оптимизированы по энергетическим параметрам: мощностям, частотам и амплитудам колебаний и т. д.

Принципиально от существующей данная технологическая схема отличается не только применением генераторов физиче­ ского стимулирования процессов (ГД, УЗГ, СВЧГ), но и по­ строением производственного процесса.

Существующий процесс имеет две стадии: смешение всех компонентов пороховой массы в заданном соотношении и длительная выдержка («созревание») массы в смесителях об­ щих партий. При этом вследствие накладки друг на друга раз­ личных операций, которые в оптимальном режиме должны осуществляться последовательно, тормозится процесс в целом, существенно увеличивая время технологического цикла и сни­ жая однообразие пороховой массы.

Представленный на рис. 66 технологический процесс раз­ делен на пять стадий:

1- я — смешение НЦ с пластификаторами с использовани ем гидродинамических и ультразвуковых генераторов при низ­ котемпературных режимах, которые тормозят диффузию пла­ стификатора и «заплывание» капилляров вследствие набухания волокон НЦ, с другой стороны, капиллярная пропитка уско­ ряется кавитационными режимами, создающимися гидродина­ мическим и ультразвуковым генераторами;

2- я — подготовка, ввод и распределение в пороховой массе катализаторов, стабилизаторов и ингибиторов горения в нанодисперсном состоянии. На этой операции используются для измельчения и механоактивации дезинтеграторы, для исключе­ ния агломерации и интенсивного перемешивания ультразвуко­ вые и гидродинамические генераторы;

154

зонами отжима и зоной вакуумного отсоса (см. ниже в разде­ ле «Переработка»). В случае необходимости разрыва между «варкой» и переработкой пороховая масса после СВЧ-обработ­ ки подается в объемный смеситель через трубчатый охлади­ тель, где охлаждается до Т ~ 50°С.

Технологический процесс изготовления пороховых масс баллиститного типа в своем развитии прошел длительный путь усовершенствования от периодического с одновременной за­ грузкой в аппарат с лопастной мешалкой всех компонентов до непрерывного с дистанционным автоматическим дозированием порошкообразных и жидко-вязких компонентов и гидродина­ мическими смесителями, обеспечивающими повышение энер­ гии смешения в единице объема на 3 порядка в сравнении с обычными мешалками. Экспериментальные работы по ис­ следованию процесса «варки» проводились в послевоенные го­ ды в течение нескольких десятилетий в следующих направле­ ниях:

—смачивание НЦ пластификаторами и способы повыше­ ния скорости процесса;

—капиллярная пропитка и факторы, определяющие ско­ рость и полноту процесса;

—диффузия пластификатора и набухание нитроцеллюлоз­ ных волокон;

—влияние технологических факторов (степень дисперги­ рования, температура, поверхностно-активные вещества и пр.) на кинетику процесса пластификации.

На основании этих исследований был разработан и реали­ зован в промышленности первый вариант непрерывного тех­ нологического процесса изготовления пороховой массы с ис­ пользованием эмульсионного способа ввода пластификаторов с ПАВ, улучшающими их смачивающую способность и повы­ шающими дисперсность эмульсии.

Перемешивание суспензий, эмульсий и пороховой массы обеспечивалось лопастными и турбинными мешалками. Не­ прерывное дозирование жидко-вязких компонентов осуществ­ лялось объемно-импульсными дозаторами типа НД, инертные порошкообразные компоненты — весовыми дозаторами типа ДН.

Создание нового класса металл-ВВ-содержащих БРТТ и плазменных топлив потребовало разработки непрерывных процессов подготовки, дозирования и ввода алюминиево-маг­ ниевого порошка и порошкообразного вторичного ВВ типа

155