7.4. Бездымные пороха

Бездымные или коллоидные пороха - это многокомпонент­ные смеси, которые в процессе производства превращаются в коллоидные системы.

БП представляют химический источник энергии, предназначенный для метательных целей в стрелковом оружии, ствольной и ракетной артиллерии, минометах, гранатометах.

Главным компонентом БП являются нитраты целлюлозы, выполняющие роль энергетической и механической основы. В связи с этим все БП объединяются под общим названием - нит-роцеллюлозные пороха.

Другим непременным компонентом БП является раствори­тель, который в процессе производства пластифицирует нитро­целлюлозу, обеспечивая образование гелеобразной, коллоидной массы.

В пороходелии находят применение растворители различных видов; летучие, труднолетучие, нелетучие, смешанные. Летучие растворители (обычно смесь этилового спирта с диэтиловым эфиром) являются технологическими компонентами, которые почти полностью удаляются в процессе производства. Они не оказывают влияния на энергетику пороха.

Труднолетучие растворители, к которым относятся тринитрат глицерина (НГ), динитрат диэтиленгликоля и подобные им со­единения, являются энергетически активными веществами. Это рецептурные компоненты, которые выполняют и роль пласти­фикатора, и роль составной части готового пороха.

К нелетучим растворителям относятся нитроароматические соединения.

Смешанные растворители состоят из летучего и труднолету­чего растворителя (например, смесь ацетона с НГ в производстве кордитных порохов).

В зависимости от характера растворителя БП подразделяются на основные виды:

1. Пироксилиновые пороха или пороха на летучем раствори­теле. Основными энергетическими компонентами являются сме­си пироксилина №1 и пироксилина №2. В качестве растворителя применяется смесь этилового спирта и диэтилового эфира. В этой смеси растворяется ПКС №2 и в его растворе происходит набухание (пластификация) ПКС №1. При механической пере­работке пороховая масса гомогенизируется.

2. Баллиститные пороха (баллиститы) или пороха на трудно­ летучем растворителе. В качестве основы используется низко­ азотная нитроцеллюлоза - коллоксилин, а в качестве раствори­теля - НГ или динитрат диэтиленгликоля. В зависимости от вида растворителя пороха называют также нитроглицериновыми или динитрогликолевыми.

3. Пороха на смешанном растворителе. К ним относятся кордиты и эмульсионные пороха. Кордиты готовятся из высоко­ азотной нитроцеллюлозы и смешанного растворителя, состояще­ го из НГ и ацетона. Ацетон удаляется из состава пороха при тех­нологической переработке пороховой массы.

Из пороков на смешанном растворителе большой интерес представляют эмульсионные или сферические пороха, которые нашли применение для стрелкового оружия. В состав пороха входят энергетические составляющие ПКС и НГ. Летучим рас­творителем является этилацетат. ПКС, НГ и другие компоненты растворяются в этилацетате. Далее в водной среде при интен­сивном перемешивании образуется водная эмульсия, представ­ляющая капельки этилацетата с растворенными в них компонен­тами пороха. Эмульсия нагревается и из нее испаряется летучий растворитель, а пороховая масса формуется в виде мелких сфер, которые отделяются от маточной воды и подвергаются техноло­гической доработке.

По внешнему виду пироксилиновые пороха напоминают ро­говидную массу серовато-зеленого цвета, нитроглицериновые -коричневого цвета. Мелкие пороха для ручного оружия подвер­гаются графитовке и представляют собой мелкие зерна или пла­стинки черного цвета.

Характерной особенностью коллоидных порохов является способность гореть параллельными слоями, что позволяет управлять процессом горения и нарастания давления в канале ствола.

В табл. 7.3 приведен ориентировочный состав нитроцеллю-лозных порохов.

Таблица 7.3 - Ориентировочный состав нитроцеллюлозных порохов

Бездымные пороха имеют плотность около 1,6 г/см³, проявляют способность детонировать при соответствующем инициирующем импульсе (скорость детонации составляет 6500-7500 м/с), обладают высокой чувствительностью к механическим воздействиям (чувст­вительность к удару на уровне 40-80%).

Технологический процесс получения пироксилинового орудйного пороха (рис. 7.10) включает следующие операции: обезвоживание (подготовка сырья), смешивание ПКС со спиртоэфирным растворителем и другими компонентами, прессование, предварительное провяливание шнуров, резку шнуров, второе провяливание, сортировку, вымочку, сушку, увлажнение, составление малых и общих партий, укупорку. Кроме перечисленных операций, в зависимости от марки по­роха, вводятся операции флегматизации и графитовки.

Пироксилин на производство пороха поступает с влажностью 25-30%. Удаление влаги (обезвоживание) проводится предло­женным Д.И.Менделеевым методом - вытеснением спиртом в центрифуге 1. Спирт вытесняет воду до 2-4% влажности и одно­временно очищает ПКС от оставшихся примесей.

Обезвоженный ПКС, спиртоэфирная смесь, дополнительные ингредиенты, согласно рецептуре пороха, помещаются в аппа­рат-смеситель, представляющий цилиндрическую емкость с ло­пастной мешалкой, и перемешиваются 30-40 минут при 15-20°С. В процессе перемешивания происходит набухание и обра­зование однородной пластической массы, которая далее посту­пает на гидравлический пресс 5 и продавливается через филье­ры. При этом происходит дальнейшая пластификация ПКС и уп­лотнение.

В настоящее время разработано высокопроизводительное не­прерывное оборудование, в одном агрегате которого совмещены операции смешивания и прессования. Перемешивание и прессо­вание в агрегате производится в шнековом устройстве.

Полученные при прессовании пороховые шнуры содержат до 40% спиртоэфирного растворителя. Перед резкой для придания определенной прочности шнуры подвергаются предварительно­му провяливанию, при котором удаляется около 5% растворите­ля. Провяливание заключается в просушивании шнуров при 20-30°С в течение 24-48 ч. После резки порохового шнура на труб­ки определенной длины проводится второе провяливание, при котором удаляется спиртоэфирная смесь до содержания 35%. Затем следуют вымочка в бассейне (вытеснение спиртоэфирной смеси до содержания 1-5%), сушка и операция составления мел­ких и общих партий, цель которой заключается в усреднении свойств пороха.

Производство баллиститных порохов, принципиальная схема которого показана на рис. 7.11, включает стадии подготовки ис­ходных компонентов, смешивания компонентов и варки порохо­вой массы, термомеханической обработки пороховой массы, формования пороховых элементов, окончательной обработки порохов.

Подготовка компонентов проводится так же, как и при произ­водстве пироксилиновых порохов. Смешивание и варка порохо­вой массы осуществляются в водной среде при механическом перемешивании. Все компоненты легко сорбируются нитроцел­люлозой и обеспечивают ее набухание.

Водная среда снижает опасность при смешивании. Варка ве­дется в варочном котле 1 при 50-60°С. После варки вода отжи­мается от пороховой массы на центрифуге 2 до влажности 25-30%. Окончательная пластификация пороховой массы проводит­ся при термомеханической обработке, заключающейся в много­кратном пропускании через нагретые до 85-90°С вальцы. Вода при вальцевании испаряется, а пороховая масса гомогенизирует­ся и поступает на стадию формования, где пороху придается за­данная геометрическая форма и размеры. Далее порох усредня­ется (путем получения мелких и общих партий) и идет на окон­чательную обработку (фасовку, укупорку и т.д.).

Производство баллиститного пороха отличается от производ­ства пироксилиновых порохов значительно меньшей продолжи­тельностью и более простой технологией. Кроме того, сами по себе баллиститные пороха имеют определенные преимущества перед пироксилиновыми - они характеризуются более широки­ми пределами энергетических показателей, а высокая эластич­ность позволяет изготовлять пороховые элементы с большей толщиной горящего слоя.

На основе баллиститных рецептур кроме артиллерийских по­рохов изготовляется также топливо для ракетных снарядов. Так, легендарные ракетные установки «Катюша» работали на бапли-ститном твердом топливе, производство которого по технологии не отличалось от порохового производства. Правда, в связи со значительно отличающимися условиями эксплуатации (низкие давления при горении), в рецептуру твердого топлива балли-ститного типа включались катализаторы горения (оксид свинца, карбонат свинца и др.), стабилизаторы горения (оксид магния, диоксид титана, карбонат кальция и т.п.), усилители пластифи­кации (вазелин, стеарат цинка, динитротолуол и т.д.).

В табл. 7.4 приведены в качестве примера рецептуры некото­рых баллиститных порохов и ракетного топлива.