Результат интеллектуальной деятельности: Неоржавляющий ударный воспламенительный состав

Изобретение относится к средствам инициирования, в частности, к ударным воспламенительным составам (УВС), которые благодаря своим свойствам могут использоваться в ударных капсюлях-воспламенителях (КВ) к патронам стрелкового оружия, а также могут быть использованы в средствах воспламенения военного назначения.

В настоящее время перед разработчиками КВ поставлена задача по обеспечению надежности воспламенения порохового заряда патронов стрелкового оружия в диапазоне температур от минус 60°С до плюс 60°С при отсутствии в продуктах сгорания продуктов, корродирующих канал ствола оружия, и таких вредных веществ как ртуть и свинец, оказывающих негативное влияние на экологию окружающей среды и организм человека. Данная задача особо актуальна при стрельбе в закрытых помещениях на тренировках и соревнованиях в тирах, так как свинец и ртуть относятся к 1-й группе опасности по степени воздействия (предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны для соединений свинца и ртути составляет 0,01 мг/м³) [1].

Известны нетоксичные УВС, не образующие при срабатывании соединений свинца и ртути и содержащие в качестве инициирующего взрывчатого вещества (ИВВ), главным образом, диазодинитрофенол (ДДНФ) в смеси с тетразеном. Данные вещества уступают по чувствительности составам, содержащим в качестве ИВВ азид свинца и тринитрорезорцинат свинца, поэтому, как правило, в рецептурах этих составов с целью повышения их чувствительности используются порошки стекла, песка и другие высокотвердые добавки (патенты US 4675059 [2], RU 2110505 [3], ЕР 1340739 [4], US 5993577 [5], US 4675059 [6]). Рецептуры УВС, не содержащих соединений свинца и ртути, приведены в таблице 1, где нумерация составов (№№2-6) приведена в соответствии с указанными номерами библиографических данных. Наличие в рецептуре состава инертной добавки приводит к снижению температуры горения и, как следствие, воспламеняющей способности составов, в результате чего не обеспечивается стабильное воспламенение заряда пороха при отрицательных температурах. Результаты термодинамического расчета равновесного состава продуктов сгорания УВС приведены в таблице 2, что иллюстрирует сказанное.

Кроме того, эти смеси, вследствие невысокой термостойкости ДДНФ и перепрессовки [7], не соответствуют требованиям, предъявляемым для использования в военных целях.

Известны УВС, где в качестве малотоксичного ИВВ используется динитробензофуроксан калия, но опять в сочетании с инертным сенсибилизатором, в качестве которого используется стекло, например: US 5538569 [8], ЕР 0334725 [9], RU 2199511 [10] (см. таблицу 1). Данные рецептуры (№№8-10) позволяют увеличить температуру горения и силу состава, что показано в таблице 2.

Общим недостатком для составов, приведенных в вышеуказанных патентах, является то, что рецептуры включают инертную твердую добавку (стекло, керамика и т.д.) в качестве сенсибилизатора. Использование высокотвердых добавок в рецептурах УВС для увеличения их чувствительности приводит, в свою очередь, к увеличению количества вспышек на прессах при снаряжении в силу принятой технологии снаряжения - прессование в колпачок КВ сухой смеси компонентов УВС.

Кроме того, наличие в рецептуре состава инертной добавки не позволяет увеличить температуру горения и мощность (силу) составов, и как следствие, их воспламеняющую способность, в результате чего не обеспечивается стабильное воспламенение метательного заряда, а следовательно не обеспечиваются требуемые баллистические характеристики патронов, особенно в варианте эксплуатации при отрицательных температурах до минус 60°С.

Данное техническое требование особенно актуально для винтовочных патронов калибра 8,6 мм. По сравнению с пистолетными патронами калибра 9 мм, для надежного воспламенение заряда пороха по всему объему каморы сгорания в патронах калибра 8,6 мм, особенно при отрицательных температурах до минус 60°С, необходимо преобладание в равновесном составе продуктов сгорания УВС соединений, находящихся в газообразной и жидкой фазах и нагретых до максимально возможной температуры. Газообразные продукты позволяют охватить максимальный объем метательного заряда, при этом надежность воспламенения зависит от температуры газовой среды, т.е. необходим высокий тепловой импульс УВС. Жидкие продукты сгорания обладают лучшей воспламеняющей способностью по сравнению с твердыми. Сочетание этих факторов позволит надежно воспламенять метательный заряд и обеспечить стабильные баллистические характеристики винтовочных патронов калибра 8,6 мм, особенно в варианте эксплуатации при отрицательных температурах до минус 60°С.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является рецептура УВС по патенту US 8062443 [11] (состав-прототип №11), содержащая (масс. %): динитробензофуроксан калия - 26,0, тетразен - 2,0, барий азотнокислый - 41,5, сурьма трехсернистая - 20,0, силицид кальция - 10,5. Состав содержит связующее в качестве технологической добавки. Как следует из рецептуры, состав не содержит инертных добавок. Однако состав обладает недостаточно высокими температурой горения и силой, что не позволяет получить стабильное воспламенение заряда пороха и требуемые баллистические характеристики патронов калибра 8,6 мм при температуре минус 60°С.

Технической задачей изобретения является создание неоржавляющего ударного воспламенительного состава, не содержащего в продуктах сгорания соединений ртути и свинца, обладающего повышенными энергетическими параметрами для обеспечения стабильных баллистических характеристик стрелковых патронов калибра 8,6 мм в интервале температур от плюс 60°С до минус 60°С.

Задача решается тем, что предлагаемый неоржавляющий УВС содержит динитробензофуроксан калия, тетразен, барий азотнокислый, сурьму трехсернистую, тэтранитратпентаэритрит (ТЭН) и алюминий при следующем содержании компонентов, мас.%:

Технический результат заключается в том, что вышеназванные компоненты впервые используются в предлагаемом сочетании для приготовления неоржавляющего УВС характеризующегося повышенными энергетическими параметрами. При проведении поиска не обнаружены составы идентичные предлагаемому, следовательно, изобретение отвечает условию "новизна".

Указанный качественный и количественный состав позволил получить технический результат, не вытекающий из уровня техники - увеличение энергетических параметров состава и повышение надежности воспламенения порохового заряда в диапазоне температур от плюс 60°С до минус 60°С при отсутствии в продуктах сгорания вредных для экологии и ствола оружия компонентов.

Количественный и качественный состав компонентов по предлагаемому изобретению подобран экспериментальным путем. Изменение массового состава компонентов состава за предлагаемые пределы повлечет получение нестабильных баллистических характеристик выстрелов.

Динитробензофуроксан калия получают по технологии, основанной на получении натриевой соли динитробензофуроксана при взаимодействии растворов динитробензофуроксана с гидрокарбонатом натрия при температуре 60°С, после чего к полученному продукту при температуре от 60°С до 80°С в присутствии раствора поливинилового спирта дозируется раствор нитрата калия. Полученный маточный раствор с конечным продуктом фильтруется, промывается, сушится и сортируется.

Тетразен и тэтранитратпентаэритрит используются штатного производства. Окислитель и горючие (барий азотнокислый, сурьма трехсернистая, алюминий) - промышленно-выпускаемые соединения, их дополнительно сушат и, при необходимости, измельчают и просеивают.

Предлагаемый состав изготавливается путем механического смешения сухих компонентов порциями не более 10 г (в лабораторных условиях) или партиями не более 400 г (в заводских условиях на установке вибросмешения или в барабанах-смесителях).

Для проведения сравнительных испытаний был изготовлен состав-прототип согласно рецептуре, приведенной в таблице 1 под номером 11, и были изготовлены 3 варианта предлагаемого УВС, имеющие средние и граничные значения из предложенных соотношений. Данные рецептуры представлены в таблице 1 под номерами 12-14.

Воспламенительными составами снаряжались КВ типа «Вохеr» со встроенной наковаленкой. Для этого состав засыпался в колпачок и запрессовывался до заданной высоты. Навеска УВС составляла (0,033±0,002) г. Для предохранения от внешних воздействий сверху состав закрывали металлической фольгой, после чего досыпали наковаленку.

Был проведен термодинамический расчет равновесного состояния продуктов сгорания предлагаемого УВС (составы №№12-14) и его прототипа (состав №11), приведенный в таблице 2. Из результатов расчета следует, что предложенные составы, как и состав-прототип, не содержат в продуктах сгорания высокотоксичных соединений свинца и ртути, однако превосходят прототип по температуре горения, тепловыделению и обладают от 1,3 до 1,5 раза большей силой. Продукты сгорания состоят из жидких и, преимущественно, газообразных продуктов, что также является положительным фактором, влияющим на стабильность воспламенения порохового заряда.

Результаты сравнительных автономных испытаний КВ, снаряженных составом-прототипом и предлагаемыми составами, представлены в таблице 3, из которых следует, что КВ с предложенными рецептурами имеют большую чувствительность к удару, а их баллистические характеристики превосходят по мощности воспламенительного импульса и длительности его воздействия КВ, снаряженный составом-прототипом.

Для подтверждения получения более высоких технических характеристик предложенных УВС, сравниваемые КВ были подвергнуты испытаниям на определение времени задержки воспламенения порохового заряда и развиваемого им давления. Испытания проводились в приспособлении для испытаний, моделирующим внутренний объем гильзы патрона калибра 8,6 мм, снаряженный КВ. Данные приспособления перед испытаниями выдерживались при температурах плюс 20°С, плюс 60°С и минус 60°С в течение 2-х часов. Навеска пороха марки СФП составляла 5,7 г при плотности заряжания 0,88 г/см³. Срабатывание КВ происходит вследствие падения груза массой (0,250±0,001) кг с высоты (260±5) мм. При срабатывании КВ воспламеняется пороховой заряд. От давления, развиваемого при сгорании пороха, происходит прорыв фторопластовой прокладки, установленной в приспособлении, которая служит имитатором страгивания пули, завальцованной в гильзу патрона. При испытаниях регистрировались следующие параметры, представленные в таблице 4:

Р₂ - максимальное давление, развиваемое при сгорании заряда пороха (давление прорыва фторопластовой прокладки), кгс/см²;

τ₁ - время от момента удара груза по бойку до начала подъема кривой давления КВ, мкс;

τ₂ - время от момента срабатывания КВ до достижения максимального давления, развиваемого KB, мкс;

τ₃ - время задержки воспламенения заряда пороха, мкс;

τ₄ - время от момента срабатывания КВ до достижения давления при прорыве фторопластовой прокладки (Р₂), мкс.

Полученные данные анализировались на соответствие следующему требованию:

- суммарное время (τ₁+τ₃) должно быть не более 500 мкс.

Из данных таблицы 4 следует, что предлагаемые УВС обеспечили более высокие и стабильные баллистические характеристики в заданном интервале температур, соответствующие требованиям для патронов данного типа, в отличие от состава-прототипа.

Ударные воспламенительные составы предложенной рецептуры являются неоржавляющими, не содержат в продуктах срабатывания высокотоксичных соединений свинца или ртути, характеризуются повышенными энергетическими параметрами (превосходят прототип по температуре горения, тепловыделению и силе состава), имеют необходимую чувствительность и обеспечивают надежное воспламенение зарядов пороха винтовочных патронов калибра 8,6 мм в интервале температур от плюс 60°С до минус 60°С.

Список использованной литературы:

1. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Изд. 2-е,. Л.: Химия, 1975, с. 456.

2. Патент US 4675059 от 23.06.1987.

3. Патент RU 2110505 от 10.05.1998.

4. Патент ЕР 1340739 от 03.09.2003.

5. Патент US 5993577 от 30.11.1999.

6. Патент US 4675059 от 23.06.1987.

7. М.А. Ильюшин, И.В. Целинский, А.А. Котомин, Ю.А. Данилов. Энергонасыщенные вещества для средств инициирования: учебное пособие. СПб.: СПбГТИ(ТУ) - 2013, с. 110.

8. Патент US 5538569 от 23.07.1996.

9. Патент ЕР 0334725 от 27.09.1989.

10. Патент RU 2199511 от 27.02.2003.

11. Патент US 8062443 от 10.09.2009.