Результат интеллектуальной деятельности: ТВЕРДОЕ РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ НАРОДНО-ХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к области разработки топливных систем для изделий народно-хозяйственного назначения, а именно для метеоракет, противоградовых установок, средств доставки пожаротушащих устройств и других изделий. Эффективность работы подобных ракетных установок во многом зависит от качества используемого в них топлива, баллиститические, физико-механические и технологические характеристики которого и определяют качество работы ракетного двигателя в целом.

Известно твердое топливо для противоградовых установок, предназначенных для воздействия на облака с целью защиты сельскохозяйственных культур от градобитий /Патент №2090545, МКИ С06В 25/24, С06В 25/26, C06D 5/06, опубл. 20.09.1997 г. Твердое топливо/, содержащее следующие компоненты, мас.%:

Несмотря на то, что известное топливо способно обеспечить стабильную работу двигателя при низких давлениях, что особенно важно для составов, используемых для создания противоградовых ракет, эта композиция имеет ряд существенных рецептурных и технологических недостатков.

Используемый в составе нитрат калия является веществом, растворимым в воде, что неприемлемо для классической технологии изготовления баллиститных топлив, где смешение компонентов проводится в водной среде при модуле 1:4÷1:10 по отношению к воде.

Гексанитрокобальтат калия, вводимый в качестве одной из составляющих комплексного модификатора горения топлива, является дефицитным и весьма дорогостоящим продуктом. Кроме того, еще недостаточно изучены вопросы, касающиеся воздействия этого компонента на окружающую среду при его горении в составе топлива.

Окись магния как стабилизатор горения требует специальной подготовки по гидратации и гидрофобизации, что усложняет технологический процесс переработки топлива.

Неравномерность подачи водорастворимых добавок на фазе вальцевания приводит к большому разбросу выходных баллистических характеристик топлива.

Смесь твердых добавок, обработанных поверхностно-активными веществами (ПАВ), в сочетании с использованием дополнительного ПАВ сульфорицината Е приводит к пенообразованию в процессе смешения компонентов, что затрудняет технологический процесс отжима топливной массы.

К тому же гарантийный срок хранения подобных изделий с калийсодержащими добавками установлен всего 6 лет. Это связано, прежде всего, с тем, что в процессе хранения изделий происходит выкристаллизовывание соли калия (KNO₃) на поверхности изделий. Соль, поглощая влагу воздуха, растворяется и покрывает поверхность изделия влажным слоем, затрудняющим сборку ракеты.

Технической задачей, решаемой в рамках настоящего изобретения, является создание высокотехнологичного, экологически безопасного твердого ракетного топлива для изделий народно-хозяйственного назначения, имеющего длительный гарантийный срок хранения и обеспечивающего стабильность работы ракетного двигателя в широком диапазоне давлений без дополнительных трудозатрат при подготовке компонентов в производство.

Указанная задача решается за счет того, что твердое ракетное топливо для изделий народно-хозяйственного назначения, включающее нитроцеллюлозу, нитроглицерин, пластификаторы - динитротолуол и дибутилфталат, централит в качестве стабилизатора химической стойкости, карбонат кальция в качестве стабилизатора горения и модификатор скорости горения, дополнительно содержит расплав стеарата цинка с полиметилсилоксановой жидкостью в соотношении 1:25 в качестве механического стабилизатора, а в качестве комбинированного модификатора скорости горения углерод технический К 163 и железоокисный желтый пигмент.

Входящие в состав топлива компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%.

Основу топлива составляет нитроцеллюлоза (горюче-связующее), пластифицированная тройной смесью: нитроглицерин (ОСТ 84-2386-88), дибутилфталат (ГОСТ 8728-88), динитротолуол (ОСТ 84-1461-77).

В составе заявляемой топливной композиции используются в качестве комбинированного модификатора скорости горения пигмент желтый железоокисный (FeOOH) (ГОСТ 18172-80) и технический углерод (С) марки К 163 (ТУ 51-80-82), в качестве стабилизатора скорости горения - карбонат кальция (СаСО₃) - мел химически осажденный (ГОСТ 8253), в качестве стабилизатора химической стойкости вводится централит (ГОСТ 2154-77).

В качестве механического стабилизатора внешнего действия используется стеарат цинка (ТУ 6-09-17-316-96). Его наличие в составе топлива предотвращает налипание материала к стенкам формующего канала, вследствие чего может происходить искажение формы выходящего изделия.

В качестве механического стабилизатора внутреннего действия применяется полиметилсилоксановая жидкость (ПМС-200) (ГОСТ 13032-77). Полиметилсилоксановая жидкость обладает хорошей совместимостью с топливной массой, что выражается в снижении вязкости композиции, улучшении ее текучести, уменьшении количества тепла, образующегося при трении и под действием сдвиговых усилий.

Новизна и изобретательский уровень предлагаемого изобретения заключается в том, что использование в составе топливной композиции комбинированного модификатора горения, состоящего из железоокисного желтого пигмента и тонкодисперсного углерода технического К 163, исключая, в отличие от прототипа, присутствие калиевых соединений, позволило продлить гарантийный срок хранения изделий до 10 лет и обеспечить более высокие и стабильные прочностные и баллистические показатели (прочность при разрыве, скорость горения топлива), а также придать массе большую технологичность и легкость ее переработки.

Введение в состав топливной массы, в качестве механических стабилизаторов внешнего и внутреннего действия, стеарата цинка и полиметилсилоксановой жидкости, взятых в соотношении 1:25, при заявленном количественном соотношении всех других компонентов, дало возможность увеличить технологичность топлива, а также способствовало подавлению процесса вспенивания смеси при изготовлении топливной массы в водной среде в виду низкого поверхностного натяжения полиметилсилоксановой жидкости.

Заявляемые пределы соотношений между компонентами механического стабилизатора определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения формирования высокотехнологичной топливной системы.

Изготовление и переработка разработанного состава осуществляется по классической баллиститной технологии: для смешения компонентов и получения однородной топливной массы сначала в реактор с водой при температуре 25-35°С загружается нитроцеллюлоза, а далее следует одновременный ввод расплава стеарата цинка с полиметилсилоксановой жидкостью, углерода, железоокисного желтого пигмента, а также смеси пластификаторов и стабилизатора.

Затем масса отжимается от воды путем вальцевания при температуре вальцев 80-85°С с последующим таблетированием, где осуществляются процессы окончательной пластификации нитроцеллюлозы и гомогенизации композиции. Пороховая таблетка транспортируется на сушку при той же температуре в течение 45 мин до влажности не более 1,0%, и далее изделия прессуются при температуре 65-85°С и давлении 10-30 МПа.

Показатели внешнего и внутреннего трения определялись по разработанным методикам.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется нижеприведенными экспериментальными данными.

В табл.1 приведены рецептуры топливных композиций по примерам конкретного выполнения, а в табл.2 - их физико-химические, физико-механические, баллистические характеристики и реологические свойства в сравнении с прототипом.

Из табл.1 и 2 видно, что по комплексу физико-химических (удельная теплота горения, химическая стойкость и температура начала интенсивного разложения), физико-механических характеристик (предел прочности и деформация при сжатии, условный модуль при сжатии) предлагаемое топливо превосходит прототип.

Таким образом, заявляемое твердое ракетное топливо для народно-хозяйственного назначения позволяет обеспечить получение высокотехнологичного топливного состава, обладающего достаточно высокими прочностными и энергетическими характеристиками, а также соответствует требованиям по обеспечению стабильной работы ракетного двигателя в широком диапазоне давлений, и потому позволяет создать массовое и экономичное производство экологически безопасных изделий на его основе.