гексогена и дазина. Разработанные способы пассивации, гидрофобизации металлических порошков, гидратации и гидрофобизации окиси магния, дистанционной разукупорки и под готовки суспензии ВВ, а также винтовых насосов-дозаторов завершили этап разработки непрерывной технологии 2-го по коления, обеспечивающей изготовление модифицированных высоконаполненных высокоэнергетических баллиститных по роховых масс.
Однако данная технология, имея высокую производитель ность при длительном времени «созревания» (диффузии и на бухания) пороховой массы, предопределяет необходимость на копления больших промежуточных запасов массы и, собствен но, разрыв фаз «варки» — переработки. Этим определяется недостаточная мобильность технологии в целом, которая удов летворяет требованиям больших объемов производства для массовых систем вооружения, но не обладает возможностью быстрой переналадки для производства значительно меньших объемов зарядов для высокоточного оружия.
С целью создания мобильной технологии, удовлетворяю
щей современным |
требованиям программы вооружений, |
в 70—90-х гг. были |
проведены НИОКР по поиску способов |
резкого ускорения процесса пластификации пороховой массы и повышения ее однообразия. Найденные решения по физи ческому стимулированию процессов ГД-, УЗ- и СВЧ-генерато- рами и оптимизации технологических режимов являются ос новой создания новой высокомобильной технологии 3-го по коления.
156
Глава 4
ПЕРЕРАБОТКА ПОРОХОВЫХ МАСС БАЛЛИСТИТНОГО
ТИПА В ЗАРЯДЫ ДЛЯ СТВОЛЬНОЙ АРТИЛЛЕРИИ И РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Суть технологии баллиститных артиллерийских порохов и ракетных топлив заключается в снижении энергии межмакромолекулярного взаимодействия нитратов целлюлозы путем пластификации низкомолекулярным веществом (нитратом гли церина) с последующей перестройкой структуры в «термоси ловом» поле и получением изделий заданной формы за счет «слипания» (аутогезии) гранулированных элементов при опре деленных технологических параметрах (давлении, температуре, деформации).
Современные БРТТ являются сложными композиционны ми системами, отличающимися от первоначальных гомоген ных баллиститных порохов (конец XIX — начало XX в.) высо кой степенью гетерогенности и повышенной взрывоопасно стью на фазах производства за счет наполнения состава порошкообразными металлическим горючим, ВВ, катализато рами, ингибиторами и т. д.
Вследствие этого технологические процессы производства таких топлив существенно усложняются. В предыдущем разде ле по технологии «варки» были приведены дополнительные операции, вызванные изменением составов топлив: пассива ция и гидрофобизация металлических порошков, дистанцион ная подготовка и дозирование ВВ, измельчение катализаторов и ингибиторов до наноразмеров с обеспечением дисперсного распределения в композиции без агломерации и т. д.
Решение данных задач в пределах мобильного непрерывно го производства находится на границе современного уровня научно-технических достижений в области технологии и тре бует проведения целенаправленных НИОКР и разработки но вого оборудования.
Производство переработки как гомогенных, так и гетеро генных пороховых масс имеет несколько важных особенно стей, которые, в сущности, определяют его техническую
структуру:
— процесс формования зарядов с определенными, доволь но высокими физико-механическими характеристиками дол-
157
жен осуществляться при уменьшенной энергии когезии в об ласти температур переработки и ее увеличении в температур ной области эксплуатации заряда;
—диссипативная энергия вязкого течения, являющаяся функцией произведения напряжения сдвига на скорость сдвига qmK = /(т-у), не должна превышать критического значения, приводящего к воспламенению массы на фазах производства или тепловому взрыву;
—термораспад как следствие диссипативного разогрева не должен приводить к интенсивному газовыделению, создающе му напряжение внутри заряда, превышающее долговременную прочность пороха и приводящее к растрескиванию заряда;
—параметры силового поля процесса формования зарядов из гранулированного полуфабриката должны обеспечивать прочность аутогезионного шва, близкую к когезионной проч ности.
Рассматривая производство переработки пороховой массы в историческом плане, следует отметить длительный путь его совершенствования от примитивного периодического до со временного непрерывного с высокой степенью автоматизации.
Исходя из свойств перерабатываемого термопластичного материала в режиме вязкотекучего состояния и учитывая вы шеперечисленные особенности технологии переработки, необ ходимо отметить первостепенную важность изучения реологи ческих свойств П и ТРТ, а также технологических факторов, определяющих аутогезию полуфабриката на фазе формования.
4.1Реология
4.1.1Общие сведения по реологии полимеров
Реология в широком смысле есть наука о деформациях, в более узком — исследует закономерности течения материа лов в силовом поле, т. е. определяет взаимосвязь параметров силового поля: напряжения и деформации.
Реальные материалы имеют широкий спектр реологических свойств от вязкой жидкости (воды) до упругого твердого тела типа металла. Поведение реальных тел обычно аппроксимиру ют идеальными телами:
— идеальное упругое твердое тело, подчиняющееся закону Гука:
ст = Ее (о, е — напряжение, деформация растяжения, Е — модуль Юнга)
158
т = Gy (т, у — напряжение, деформация сдвига, G — мо дуль сдвига).
Таким образом, для идеального упругого тела характерна прямая пропорциональность между напряжением и деформа цией;
— идеальная или ньютоновская жидкость характеризуется прямой пропорциональностью между напряжением сдвига и скоростью сдвига, коэффициентом пропорциональности слу жит вязкость жидкости:
Т= Г | У
—тело Бингама, проявляющее свойства ньютоновской жидкости при напряжении выше определенного «предельного» значения:
*= * о + т 1?-
Более сложные в реологическом плане реальные тела мож но представлять в виде сочетания элементов простых тел.
Наиболее показательными являются (рис. 67):
—тело Максвелла, моделью которого является последова тельно соединенные идеальная пружина и вязкий элемент;
—тело Кельвина-Фойгта представляется пружиной и вяз ким элементом, соединенными параллельно.
Что касается реологических свойств баллиститных П и ТРТ, рассматриваемых ниже, то они аппроксимируются гораз до более сложными моделями, имеющими неидеальный упру гий элемент (высокоэластическую деформацию), интервал ньютоновского течения и интервал скоростей течения с ано мальной вязкостью.
Рис. 67. Реологические модели тел Максвелла (а) и Кельвина-Фойгта (б)
159
Ниже рассматривается характеристика реологических свойств П и ТРТ при простом сдвиге и в объемно-напряжен ном состоянии.
Общие представления о молекулярном течении полимеров
Деформация неориентированного полимера в силовом поле обусловлена происходящими одновременно различными про цессами [55, 56]:
— упругая деформация, связанная с изменением межатом ных расстояний и искажением единичных и двойных валент ных связей. Она относительно мала и достигает своего макси мального (всегда одного и того же) значения за очень корот кое время;
— упругая (высокоэластическая) деформация, связанная с вытягиванием (раскручиванием) отдельных полимерных це пей под действием внешней силы. Эта деформация зависит от времени и асимптотически достигает некоторого верхнего пре дела, зависящего от приложенного усилия и длины молеку лярных цепей;
— вязкая деформация, вызванная перемещением молеку лярных цепей друг относительно друга. Вязкость зависит от скорости сдвига. При очень малых скоростях течение жидкого
полимера может быть описано законом Ньютона у = —т. Однаil
ко при больших скоростях такой простой закономерности не наблюдается. В этом случае используется более общее соотно шение у = /(т). Ньютоновское течение будет иметь место, ко гда скорость сдвига значительно меньше некоторого критиче ского значения. Эта скорость определяется характерной есте ственной частотой колебаний (вытягивание и сжатие) полимерных цепей при вращении их в вязкой среде вокруг своих центров инерции.
В настоящее время в теории вязкого течения общеприняты следующие основные утверждения [55, 57—66]:
—вязкое течение жидкости можно рассматривать как процесс, состоящий из активированных перескоков отдельных элементарных единиц течения из одного равновесного поло жения в другое;
—элементарной единицей течения для цепных полимеров является звено — отрезок цепи, а не вся цепь;
—так как отрезки цепи связаны друг с другом (внутри цепи) единичными валентными связями и межмолекулярными перепутанностями, то их движения зависимы друг от друга;
160