RU2636087C1

RU2636087C1 - Double-based solid fuel

Info

Publication number: RU2636087C1
Application number: RU2016132952A
Authority: RU
Inventors: Наиль Гумерович Ибрагимов; Юрий Михайлович Юков; Андрей Евгеньевич Голубев; Алексей Витальевич Аристов; Эмиль Наилевич Ибрагимов; Наталья Егоровна Сибирякова; Тимур Раисович Валеев
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт полимерных материалов"
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2017-11-20

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: fuel contains nitrocellulose, nitroglycerin, stabiliser of chemical resistance - centralite, diphenylamine, or a mixture thereof, technical carbon, industrial oil, zinc stearate, oxide or iron hydroxide with a particle size of 0.1-1.0 mcm, copper oxide chemically precipitated on fibres of nitrocellulose, polyacrylamide. Fuel for a number of products (large-sized charges with fuel-channel radial combustion guns) may additionally contain a combustion stabiliser, which is recommended to use calcium carbonate in the form of a fine powder, for example, chalk chemically precipitated in an amount of 0.5-2.5% in excess of 100%. The fuel composition provides a burning rate of 22-30 mm/s at a pressure of 100 kgf/cm² with a low dependence of the burning rate on pressure (a power-law measure in the combustion law is not more than 0.6) of an environmental friendly one, namely, containing no toxic compounds of the first class of danger in accordance with GOST 12.1.007-76 of solid rocket fuel.

EFFECT: environmental friendliness.

1 tbl, 5 ex

Description

В настоящее время в ряде изделий гражданского назначения, например стартовых двигателях противоградовых ракет, используются быстрогорящие твердые топлива, не содержащие в своем составе токсичных соединений I класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, например свинца, никеля и др., что является одним из главных условий для топлив.Currently, a number of civilian products, for example, anti-hail rocket starting engines, use quick-burning solid fuels that do not contain toxic compounds of hazard class I according to GOST 12.1.007-76, for example, lead, nickel, etc., which is one of main conditions for fuels.

Известно топливо по патенту РФ №2167137, имеющее скорость горения 28-35 мм/с и низкую зависимость скорости горения от давления, включающее в состав катализаторы горения - окиси меди и свинца (II, IV), химически высаженные на волокна нитроцеллюлозы. Эффект получения высокой скорости горения и низкой зависимости скорости горения обеспечивается за счет совместного влияния (синергизма) окиси меди и окиси свинца, однако наличие высокотоксичной окиси свинца (вещество 1 класса опасности) не позволяет использовать его в изделиях гражданского назначения.Known fuel according to the patent of the Russian Federation No. 2167137, having a burning rate of 28-35 mm / s and a low dependence of the burning rate on pressure, including combustion catalysts - copper and lead (II, IV) oxides chemically deposited on nitrocellulose fibers. The effect of obtaining a high burning rate and a low dependence of the burning rate is provided due to the combined influence (synergy) of copper oxide and lead oxide, however, the presence of highly toxic lead oxide (hazard class 1 substance) does not allow its use in civilian products.

Известно быстрогорящее двухосновное твердое топливо, взятое за прототип, по патенту РФ №2288206, не содержащее в своем составе токсичных веществ 1 класса токсичности, содержащее в качестве катализатора горения высокодисперсную окись или гидроокись железа с размером частиц 0,1-1,0 мкм, например, в виде пигмента желтого или красного железоокисного и имеющего скорость горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см². Однако недостатком этого топлива является высокая зависимость скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения 0,7 и более), что неблагоприятно сказывается на стабильности баллистических характеристик топливного заряда.Known fast-burning dibasic solid fuel, taken as a prototype, according to the patent of the Russian Federation No. 2288206, not containing toxic substances of toxicity class 1, containing as a combustion catalyst highly dispersed iron oxide or hydroxide with a particle size of 0.1-1.0 μm, for example , in the form of a pigment of yellow or red iron oxide and having a burning rate of 22-30 mm / s at a pressure of 100 kgf / cm ² . However, the disadvantage of this fuel is the high dependence of the burning rate on pressure (a power law in the combustion law of 0.7 or more), which adversely affects the stability of the ballistic characteristics of the fuel charge.

Также известно топливо для противоградовых ракет по патенту РФ №2507187, имеющее сниженный степенной показатель в законе горения - не более 0,6 - и не имеющее в своем составе соединений 1 класса опасности. Топливо в качестве модификатора горения содержит оксид меди, предварительно обработанный полиакриламидом, однако оно имеет невысокую скорость горения - 5,9-7,0 мм/с.It is also known fuel for anti-hail rockets according to the patent of the Russian Federation No. 2507187, which has a reduced exponent in the law of combustion - not more than 0.6 - and does not include compounds of the 1st hazard class. Fuel as a combustion modifier contains copper oxide pretreated with polyacrylamide, but it has a low burning rate of 5.9-7.0 mm / s.

Известны также двухосновные топлива по патентам США №5639987 и №5652409, содержащие в качестве катализаторов малотоксичные соединения висмута и меди, имеющие невысокую зависимость скорости горения от давления. Недостатком этих топлив является недостаточно высокая скорость горения.Dibasic fuels are also known according to US Pat. Nos. 5,639,987 and 5,652,409, containing, as catalysts, low-toxic compounds of bismuth and copper, having a low pressure dependence of the burning rate. The disadvantage of these fuels is not a high enough burning rate.

Технической задачей изобретения является разработка состава твердого топлива со скоростью горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см² с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6) и не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности.An object of the invention is to develop a composition of solid fuel with a burning rate of 22-30 mm / s at a pressure of 100 kgf / cm ² with a low dependence of the burning rate on pressure (exponent in the law of combustion is not more than 0.6) and not containing toxic compounds of hazard class I.

Технический результат достигается тем, что состав, содержащий нитроцеллюлозу, нитроглицерин, стабилизатор химической стойкости - централит или дифениламин или их смесь, углерод технический, индустриальное масло, стеарат цинка, окись или гидроокись железа, дополнительно содержит окись меди и для закрепления компонентов на нитроцеллюлозе полиакриламид, при следующем содержании компонентов, мас. %:The technical result is achieved in that the composition containing nitrocellulose, nitroglycerin, a stabilizer of chemical resistance - centralite or diphenylamine or a mixture thereof, industrial carbon, industrial oil, zinc stearate, iron oxide or hydroxide, additionally contains copper oxide and for fixing the components on nitrocellulose polyacrylamide, at the following content of components, wt. %:

НитроглицеринNitroglycerine 38,0-43,038.0-43.0 Централит или дифениламин илиCentralitis or diphenylamine or 1,0-2,51.0-2.5

их смесьtheir mixture

Индустриальное маслоIndustrial oil 0,5-1,20.5-1.2 Стеарат цинкаZinc stearate 0,03-0,10.03-0.1 Углерод техническийTechnical carbon 0,5-2,50.5-2.5 Окись или гидроокись железаIron Oxide or Hydroxide 1,0-5,01.0-5.0 Окись медиCopper oxide 0,1-2,00.1-2.0 ПолиакриламидPolyacrylamide 0,03-0,050.03-0.05 НитроцеллюлозаNitrocellulose ОстальноеRest

Предпочтительно топливо содержит окись или гидроокись железа со среднемассовым размером частиц 0,1÷4,0 мкм, например, в виде пигмента желтого или красного железоокисного, а окись меди химически высаженную на нитроцеллюлозу.Preferably, the fuel contains iron oxide or hydroxide with a mass average particle size of 0.1 ÷ 4.0 μm, for example, in the form of a pigment of yellow or red iron oxide, and copper oxide chemically deposited on nitrocellulose.

Пример высаживания оксида медиCopper oxide planting example

В реактор с мешалкой и рубашкой для нагрева заливается вода, включается мешалка и обогрев. Вода нагревается до температуры 50-70°С, и вводится навеска ацетата меди при соотношении вода:ацетат медь = 1:50-100. Вводится навеска нитроцеллюлозы, и выдерживается при отключенной мешалке для набухания в течение 30-40 мин. Включается мешалка, и производится нагрев до температуры 95-100°С и затем вводится навеска едкого натра с последующим перемешиванием в течение 60-90 мин. Образующаяся окись меди в виде тонкодисперсных частиц осаждается на волокна нитроцеллюлозы.Water is poured into the reactor with a stirrer and a jacket for heating, the stirrer and heating are turned on. Water is heated to a temperature of 50-70 ° C, and a sample of copper acetate is introduced at a ratio of water: copper acetate = 1: 50-100. A sample of nitrocellulose is introduced, and is maintained with the mixer turned off for swelling for 30-40 minutes. The stirrer is switched on and heated to a temperature of 95-100 ° C and then a portion of caustic soda is introduced, followed by stirring for 60-90 minutes. The resulting copper oxide in the form of fine particles is deposited on nitrocellulose fibers.

Для ряда изделий (крупногабаритные заряды с топливными канальными шашками радиального горения) требуется введение в состав стабилизатора горения, в качестве которого рекомендуется использовать карбонат кальция в виде мелкодисперсного порошка, например мела, химически высаженного в количестве 0,5-2,5% сверх 100%.For a number of products (bulky charges with fuel channel checkers of radial combustion), the introduction of a combustion stabilizer is required, which is recommended to use calcium carbonate in the form of a fine powder, for example chalk, chemically precipitated in an amount of 0.5-2.5% in excess of 100% .

Новым является сочетание известных компонентов, используемых в производстве твердотопливных составов, и их определенное количественное соотношение, что позволяет получить технический результат: получение экологически безопасного твердого ракетного топлива со скоростью горения 22-30 мм/с при давлении 100 кгс/см² с невысокой зависимостью скорости горения от давления (степенной показатель в законе горения не более 0,6), не содержащего в своем составе токсичных соединений I класса опасности.A new is the combination of well-known components used in the production of solid fuel compositions, and their specific quantitative ratio, which allows to obtain a technical result: obtaining environmentally friendly solid rocket fuel with a burning speed of 22-30 mm / s at a pressure of 100 kgf / cm ² with a low speed combustion from pressure (exponential indicator in the law of combustion no more than 0.6), which does not contain toxic compounds of hazard class I in its composition.

Состав готовят по штатной технологии изготовления и переработки баллиститных порохов. Технология получения твердого ракетного топлива включает фазы смешения компонентов в водной среде, отжим топливной массы, вальцевание, таблетирование, сушку топливной таблетки и прессование проходным методом. Твердые добавки дозируют на смешение компонентов топлива в виде предварительно приготовленной водной суспензии, а полиакриламид в виде водного раствора.The composition is prepared according to the standard technology for the manufacture and processing of ballistic gunpowder. The technology for producing solid rocket fuel includes the phases of mixing the components in the aqueous medium, the extraction of the fuel mass, rolling, tabletting, drying of the fuel tablet, and pressing by the continuous method. Solid additives are dosed to mix the fuel components in the form of a pre-prepared aqueous suspension, and polyacrylamide in the form of an aqueous solution.

Рецептуры прототипа и свойства образцов состава приведены в таблице.The prototype formulations and properties of the composition samples are shown in the table.

Claims

1. Dibasic solid fuel, including nitrocellulose, nitroglycerin, a stabilizer of chemical resistance - centralite or diphenylamine or a mixture thereof, industrial carbon, industrial oil, zinc stearate, iron oxide or hydroxide, characterized in that it additionally contains copper oxide and polyacrylamide at the following content components, wt.%:

Nitroglycerine 38.0-43.0 Centralitis or diphenylamine or their mixture 1.0-2.5 Industrial oil 0.5-1.2 Zinc stearate 0.03-0.1 Technical carbon 0.5-2.5 Iron Oxide or Hydroxide 1.0-5.0 Copper oxide 0.1-2.0 Polyacrylamide 0.03-0.05 Nitrocellulose Rest

2. Fuel under item 1, characterized in that it contains copper oxide chemically planted on nitrocellulose.

3. Fuel under item 1, characterized in that it further comprises a combustion stabilizer - calcium carbonate in the form of a fine powder, such as chalk, chemically planted in an amount of 0.5-2.5% in excess of 100%.