Результат интеллектуальной деятельности: Способ приготовления пластичного взрывчатого состава

Изобретение относится к технологии взрывчатых веществ, а именно к области пластичных взрывчатых составов, используемых в конструкциях взрывных зарядов.

Известен способ смешения компонентов взрывчатых составов (патент RU 2259984, опубл. 10.09.2005, МПК C06B 21/00). Способ смешения включает перемешивание смеси порошков твердого отвердителя и взрывчатого вещества (ВВ) в жидком пластификаторе. Частицы высокодисперсного отвердителя вследствие обладания высокой поверхностной энергией склонны к образованию прочных агломератов, что ухудшает реологические свойства состава. Предлагается предварительное размешивание порошкообразного отвердителя в пластификаторе, входящем в рецептуру состава, что обеспечивает разрушение агломератов и равномерное их распределение в приготавливаемом составе за минимальное время.

Недостатком данного способа является то, что для обеспечения разрушения прочных агломератов порошкообразного компонента и улучшения реологических свойств системы требуется введение дополнительной операции перемешивания твердой фазы в жидком пластификаторе.

Известен (патент США 2002/0096233 A1, 25.07.2002) литьевой (pourabl) пластичный (plastic-bondid) заряд взрывчатого вещества (ВВ) и способ его изготовления, состав которого включает полимерное связующее, пластификатор и металлический порошок, при этом частицы порошка имеют сферическую форму (заявлен диаметр 0,1-5 мкм), что обеспечивает понижение вязкости системы при 50°C. Вязкость состава, содержащего 90% твердой фазы (ВВ + металл), соответствует вязкости аналогичного состава, с содержанием твердой фазы ВВ 85% (без металла). Авторы объясняют этот эффект тем, что сферические частицы выполняют в смеси роль смазки между частицами ВВ неправильной формы (coarse-grained).

Недостатком данного способа увеличения пластичности является то, что он применим лишь к взрывчатым веществам, содержащим металлы. Добавка металлов к мощным пластичным ВВ приводит к увеличению их критического диаметра, что во многих случаях недопустимо.

Известен патент RU 2383518, опубл. 10.03.2010, МПК C06B 25/34, в котором заявляется взрывчатый состав, представляющий собой смесь мощного бризантного взрывчатого вещества и пластичного полимера. Изобретение направлено на создание пластичного взрывчатого состава для изготовления тонкослойных зарядов.

В описании изобретения представлен способ его приготовления, заключающийся в смешивании кристаллического взрывчатого вещества (бензотрифуроксан) с 5% раствором пластичного полимера (смесь низкомолекулярного и высокомолекулярного полиизобутилена в соотношении 2:1) в летучем растворителе (хлороформ), последующей отгонкой растворителя, грануляцией и сушкой. После сушки гранулы полученного состава перерабатывают в тонкослойные заряды по существующим технологиям (технологии в описании не указаны, вероятно, вальцевание или фильерирование). Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.

К недостаткам данного способа относится следующее.

Реологические свойства пластичного ВВ в описании представлены качественно: жесткие пластины, эластичные пластины, мягкие пластины.

При этом главный критерий качества пластичного ВВ - устойчивая детонация тонких слоев (~0.5 мм) - для эластичных и мягких пластин не достигнута.

На наш взгляд, причиной трудности получения пластичных тонких слоев ВВ является отсутствие в технологии процесса подготовки кристаллического ВВ: в состоянии поставки частицы порошка ВВ находятся в виде ограненных кристаллов (как правило, призм), что отрицательно сказывается на реологических свойствах смеси (пластичность, эластичность, мягкость).

Некоторые исключительно важные газодинамические (рабочие) параметры пластичных взрывчатых веществ (ВВ), такие как критический диаметр, зависимость скорости детонации от диаметра и плотности, чувствительность к ударной волне и к другим видам инициирующего импульса, сильно зависят от кристаллической структуры индивидуального ВВ - наполнителя (основы пластичного ВВ). Под структурой в данном случае понимается не только морфология (форма и размеры кристаллов), но и их дефектность, т.е. плотность дислокаций, двойникование кристаллов и т.п.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение реологических свойств пластичного взрывчатого состава (пластичности ВВ) и достижение устойчивой детонации тонких слоев.

При использовании изобретения достигается следующий технический результат:

- улучшаются реологические свойства составов: они становятся более пластичными;

- за счет дефектности кристаллов ВВ уменьшается критический диаметр по сравнению с применением в качестве исходного перекристаллизованного ВВ;

- оптимизируется технология изготовления пластичного ВВ за счет исключения операции перекристаллизации ВВ из ацетона как более сложной и опасной по сравнению с механической обработкой суспензии.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается способ приготовления пластичного взрывчатого состава, заключающийся в смешивании кристаллического взрывчатого вещества с раствором пластичного полимера в летучем растворителе, последующей отгонки растворителя, грануляции и сушки, в котором согласно изобретению перед смешиванием компонентов кристаллическое взрывчатое вещество из класса нитроэфиров или нитроаминов обрабатывают путем измельчения для увеличения дефектности кристаллов ВВ и получения округлой формы частиц, близкой к сфере или эллипсоиду со средним размером 5-10 мкм. Измельчение кристаллического взрывчатого вещества осуществляют механически путем обработки в шаровой или планетарной мельницах или в ультразвуковом диспергаторе в виде суспензии. В качестве дисперсионной жидкости суспензии для шаровой и планетарной мельниц применяют этиловый спирт или другую жидкость, сравнимую со спиртом по вязкости, смачиваемости, летучести и растворимости в ней данного взрывчатого вещества, для ультразвукового диспергирования - дистиллированную воду.

За счет округлой формы частиц ВВ улучшаются реологические свойства (пластичность) взрывчатого состава (гидросопротивление призмы больше, чем шара), при этом за счет увеличения дефектности кристаллов ВВ, приобретенной при обработке его путем измельчения, по сравнению с перекристаллизованным ВВ, увеличивается ударно-волновая чувствительность пластичного ВВ, за счет чего устойчивая детонация реализуется в тонких слоях пластичного ВВ.

Средний размер частиц ВВ после измельчения составляет 5-10 мкм. Измельчение твердой фазы до средних размеров частиц менее 5 мкм (при том же самом содержании полимера-пластификатора) приводит к ухудшению пластичности за счет увеличения поверхности частиц и, соответственно, увеличения сил поверхностного трения. Увеличение содержания полимера приводит к увеличению критического диаметра (толщины). Укрупнение свыше 10 мкм приводит к расслоению системы полимерный пластификатор/твердая фаза ВВ и также к увеличению критического диаметра (толщины).

Оптимальный для применения в пластичных ВВ размер частиц обеспечивают за счет длительности механической обработки. Диапазон 5-10 мкм выбран по результатам экспериментов по исследованию ударно-волновой чувствительности смесей мощных бризантных ВВ с полимерами-пластификаторами.

Пример 1

Порошок бризантного ВВ класса нитраминов с кристаллической плотностью не менее 1,7 г/см³ в количестве 50 г загружают в барабан шаровой мельницы (диаметр барабана 100 мм, вращение 1 оборот в секунду, шары алюминиевые) и добавляют 200 мл этилового спирта. Обрабатывают суспензию в мельнице в течение двух часов. Фильтруют суспензию на вакуум-фильтре и сушат при температуре 60-80°C в течение четырех часов. Полученный порошок имеет удельную поверхность 5500 см²/г (средний размер частиц ~6 мкм). Порошок смешивают с полиизобутиленом (15%), добавляют хлороформ до получения тестообразной массы. Массу перемешивают до гомогенности и сушат в потоке воздуха в вытяжном шкафу, после чего получают из нее пластины многократной распрессовкой.

Пластичные, эластичные, мягкие пластины толщиной 0,3 мм устойчиво детонируют от тэнового детонатора диаметром 8 мм, тогда как пластины, полученные из пластичного ВВ на основе перекристаллизованного ВВ (прототип), детонируют неустойчиво.

Пример 2

Получают суспензию исходного крупнокристаллического порошка ВВ (класса нитроэфиров) в дистиллированной воде, содержание ВВ в воде 10-15% по массе. Суспензию обрабатывают при использовании ультразвукового диспергатора.

Условия диспергирования:

- частота ультразвука - 44 кГц;

- мощность 400 Вт;

- диаметр излучателя - 15 мм;

- применялся полусферический концентратор из н/стали диаметром 20 мм;

- длительность обработки - 30 мин.

После диспергирования - фильтрация, сушка на воздухе и приготовление пластичного ВВ в условиях, аналогичных условиям примера 1.

Пластичные, эластичные, мягкие пластины толщиной 0,4 мм устойчиво детонируют от тэнового детонатора диаметром 8 мм. Пластины, полученные из пластичного ВВ на основе перекристаллизованного ВВ (прототип), детонируют неустойчиво.

Приведенные примеры показывают возможность реализации заявленного технического результата.

Реологические свойства (мягкость и эластичность) пластичного ВВ, полученного из измельченного крупнокристаллического (исходного) ВВ, существенно улучшаются по сравнению с применением в качестве исходного перекристаллизованного ВВ.

Пример 3

Порошок тэна (PETN, пентаэритриттетранитрат), размеры частиц 200-400 мкм, в количестве 20 г загружают в барабан планетарной мельницы Пульверизетте-6 (диаметр барабана 100 мм, вращение диска 2 оборота в секунду, шары стальные диаметр 20 мм, заполнение – 0,5 объёма барабана) и добавляют 200 мл этилового спирта. Обрабатывают суспензию в мельнице в течение 10 минут. Отделяют суспензию от шаров на сите, фильтруют на вакуум-фильтре и сушат при температуре 60-80°С в течение четырех часов. Полученный порошок имеет удельную поверхность 4500 см²/г (средний размер частиц ~8 мкм). Порошок смешивают с полиизобутиленом (15 мас.%), добавляют хлороформ до получения тестообразной массы. Массу перемешивают до гомогенности и сушат в потоке воздуха в вытяжном шкафу, после чего получают из неё пластины вальцеванием. Эластичные мягкие пластины толщиной 0,25 мм устойчиво детонируют от тэнового детонатора диаметром 8 мм.

Пример 4

Порошок октогена (HMX, циклотетраметилентетранитрамин, 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан), размер частиц 200-300 мкм, в количестве 50 г загружают в барабан шаровой мельницы (диаметр барабана 100 мм, вращение барабана 1 оборот в секунду, шары алюминиевые диаметр 10 мм, заполнение – 0,5 объема барабана) и добавляют 300 мл изопропилового спирта. Обрабатывают суспензию в мельнице в течение одного часа. Отделяют суспензию от шаров на сите, фильтруют на вакуум-фильтре и сушат при температуре 60-80°С в течение четырех часов. Полученный порошок имеет удельную поверхность 5000 см²/г (средний размер частиц ~7 мкм). Порошок смешивают с полиизобутиленом (15 мас.%), добавляют хлороформ до получения тестообразной массы. Массу перемешивают до гомогенности и сушат в потоке воздуха в вытяжном шкафу, после чего получают из неё пластины многократной распрессовкой.

Эластичные мягкие пластины толщиной 0,4 мм устойчиво детонируют от тэнового детонатора диаметром 8 мм.