методика ПП. Учебное пособие по курсу Технология эфиров целлюлозы, часть Технология пироксилиновых порохов для студентов специальности Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив
 Скачать 196.13 Kb.
|
1 2 В зависимости от условий нитрации могут замещаться не все гидроксильные группы, а только часть из них. По этой причине получается не одна, а несколько нитроцеллюлоз разной степени этерификации. Строение целлюлозы нельзя выразить какой-либо определенной формулой вследствие того, что она неоднородна по величине молекул. Еще в большей мере это относится к нитратам целлюлозы, которые к тому же состоят из молекул, неоднородных по степени этерификации. Нитраты целлюлозы в зависимости от содержания азота (степени этерификации), растворимости в спиртоэфирной смеси и от степени полимеризации практически классифицируют на следующие виды: пироксилин № 1, пироксилин № 2, смесевые пироксилины марок ВА, СА, НА, пироколлодий, а также коллоксилины различных марок: Н, ВНВ, ПСВ, КП и др. Основные физико-химические характеристики НЦ приведены в таблице 1. Таблица 1 – Основные физико-химические характеристики НЦ  Нитраты целлюлозы относятся к разряду бризантных взрывчатых веществ, при определенных условиях горение их может перейти в детонацию. Высушенные НЦ очень чувствительны к удару, трению и легко электризуются. Влажные НЦ (с содержанием воды 10–30 %) почти не детонируют, воспламеняются с большим трудом и малочувствительны к удару и трению. В условиях производства допускается хранение НЦ в депо с содержанием воды порядка 20–35 %. Пластификаторы нитратов целлюлозы. Если бы нитраты целлюлозы были способны уплотняться до плотности 1600−1670 кг/м3 (1,60–1,67 г/см3) и формоваться при прессовании на истечение, то порох можно было бы изготовить из одного компонента – нитратов целлюлозы. Однако это невозможно. Это объясняется отсутствием для нитратов целлюлозы свойства пластичности. Они являются твердыми веществами волокнистого строения, рыхлыми, с большим числом макро- и микропустот, заполненных воздухом, и состоят из жестких полярных макромолекул, связанных между собой довольно прочно различными силами (межпачечными и межмолекулярными) и не способных ввиду этого к перемещению одна относительно другой. Они не обладают термопластичностью даже в области высоких температур и находятся в застеклованном состоянии. Общая энергия связи между макромолекулами по всей их длине может значительно превышать энергию связи между отдельными звеньями цепи. Поэтому оторвать одну молекулу от другой столь же трудно, как и разорвать макромолекулы на отдельные звенья. Суммарная величина энергии межмолекулярного взаимодействия НЦ намного превосходит величину энергии теплового движения звеньев и сегментов цепных макромолекул. При нагревании НЦ разрушение химических связей происходит раньше, чем суммарное ослабление вторичных (межмолекулярных и межпачечных) связей окажется достаточным для обеспечения условий перехода вещества из стеклообразного в высокоэластичное и вязкотекучее состояние. Было установлено, что ни давление, ни температура, ни продолжительность обработки НЦ в формующих прессах не могут привести их в пластическое состояние. Следовательно, для того чтобы придать НЦ такие свойства, которые бы определяли его текучесть под влиянием внешних деформирующих усилий, их необходимо модифицировать. Одним из способов модификации НЦ является пластификация. Она заключается во введении в полимер различных жидкостей и твердых веществ (пластификаторов) с целью облегчения его переработки, а также с целью улучшения эластичности материала и придания ему морозо-устойчивости. При пластификации изменяется вязкость системы, увеличивается гибкость макромолекул и подвижность надмолекулярных структур. Для коллоксилинов, пироколлодия, пироксилина № 2, смесевых пироксилинов хорошим пластификатором является смесь этилового спирта с диэтиловым эфиром. Следует отметить, что в отдельности этиловый спирт и диэтиловый эфир не являются пластификаторами НЦ. Наиболее эффективным пластификатором всех НЦ (от коллоксилинов до пироксилинов) с наивысшей степенью этерификации являются ацетон и этилацетат. Нитроглицерин, нитродигликоль являются хорошими пластификаторами коллоксилина. Дополнительными пластификаторами являются динитротолуол, дибутилфталат. При добавлении к пироксилинам соответствующего количества спиртоэфирной смеси получается масса, которая легко деформируется под действием внешних сил, но после снятия нагрузки в исходное состояние не возвращается, т.е. в системе имеет место большая остаточная деформация из-за пластического течения, которое, как известно, всегда осложняется развитием высокоэластической деформации. Стабилизаторы химической стойкости (СХС). В пироксилиновых порохах в качестве стабилизаторов применяют дифениламин (С6Н5)2NН. Он в процессе производства пороха и хранения связывает выделяющиеся оксиды азота, предотвращает автокатализ, существенно замедляя скорость разложения нитратов целлюлозы, увеличивая продолжительность жизни пороха. В порохах на труднолетучем растворителе в качестве СХС применяют производные мочевины – централиты (диэтилдифенилмочевина – централит № 1 и диметилдифенилмочевина – централит № 2)  Централиты растворимы в нитроглицерине; они одновременно являются и пластификаторами НЦ. Вышерассмотренные три компонента: смесевые пироксилины, спиртoэфирный растворитель, дифениламин – являются основными и обязательными при получении пироксилиновых порохов. Кроме них в пироксилиновых порохах могут содержаться и другие компоненты, выполняющие определенную роль (камфора, графит, церезин, K2SO4 и др.). 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ Принципиальная схема производства пироксилиновых порохов включает следующие основные операции: • обезвоживание пироксилина; • приготовление пороховой массы; • прессование пороховой массы в шнуры; • резку пороховых шнуров; • удаление растворителя из пороха (включает стадии провяливания, вымочки, сушки и увлажнения); • мешку пороха и формирование общих партий; • физико-химические и баллистические испытания и укупорку. В зависимости от вида получаемого пороха последовательность технологических операций может разниться или включать дополнительные операции. 4.1 Обезвоживание пироксилина. Пироксилин поступает в производство с влажностью 28–32 %. Вода препятствует набуханию пироксилина и затрудняет получение пластичной пороховой массы, поэтому содержание ее необходимо уменьшить до определенного предела (не более 4 %). Сушить пироксилин теплым воздухом вследствие опасности воспламенения и взрыва нельзя. Поэтому пироксилин обезвоживают этиловым спиртом, который легко вытесняет воду. Роль спирта при обезвоживании пироксилина не ограничивается вытеснением воды. Спирт растворяет низкоазотные нитраты целлюлозы, а также нестойкие примеси, отчего повышается содержание азота в пироксилине и увеличивается его химическая стойкость. Процесс обезвоживания может проводиться в диффузорах, прессах, центрифугах. 4.2 Приготовление пороховой массы. Чтобы приготовить однородную пороховую массу, обладающую пластическими свойствами, необходимо тщательно смешать пироксилин с растворителем, стабилизатором химической стойкости и другими компонентами, входящими в состав пороха и провести пластификацию НЦ спиртоэфирным растворителем. Эту операцию проводят в специальных мешателях, в которые загружают обезвоженный спиртом пироксилин, соответствующее количество эфира (в случае надобности добавляют спирт), дифениламин и в зависимости от вида получаемого пороха различные добавки. При этом происходят следующие процессы: • диэтиловый эфир смешивается с этиловым спиртом, содержащимся в пироксилине, и образует с ним спиртоэфирный комплекс; • дифениламин, находясь в виде раствора в эфире, а также другие добавки равномерно распределяются по всей массе пироксилина; • спиртоэфирный комплекс, находясь в капиллярах волокон НЦ, проникает в межмолекулярные пространства НЦ; взаимодействуя с нитратами целлюлозы, блокирует полярные группы элементарного звена, образуя на них сольватные комплексы. При этом потенциальные барьеры между макромолекулами НЦ разрушаются, и они становятся подвижными; • пироксилин № 2 полностью набухает в спиртоэфирной смеси и частично образует жидкий раствор. Пироксилин № 1 лишь частично набухает в растворителе, но, находясь между сольватированными частицами пироксилина № 2, становится подвижным, т.е. пироксилин № 1 и пироксилин № 2 взаимодействуют не только с растворителем, но и друг с другом. Установлено, что растворенный пироксилин № 2 является более эффективным пластификатором для пироксилина № 1, чем спиртоэфирная смесь. Пороховая масса частично уплотняется и пластифицируется при сжатии ее лопастями мешателя. Большая скорость вращения, а также более частая смена направления вращения ускоряет процесс смешения и пластификации пороховой массы. Качество пластифицированной пороховой массы зависит от количества спиртоэфирного растворителя, взятого для пластификации. Это количество выбирается исходя из свойств самого пироксилина (содержания азота, растворимости, вязкости и т.п.), а также от вида получаемого пироксилинового пороха. Основные факторы, определяющие расход растворителя и качество пороховой массы: • растворимость смесевого пироксилина в спиртоэфирной смеси; • содержание азота; • вязкость пироксилина; • степень измельчения пироксилина; • соотношение эфира и спирта в смеси; • температура мешки; • продолжительность мешки. Под растворимостью НЦ подразумевают количество ее, перешедшее в раствор при обработке навески (1 г) спиртоэфирной смесью (150 мл) с соотношением компонентов 1:2 (по объему). Пироколлодий очень хорошо пластифицируется спиртоэфирным растворителем, но из-за большой растворимости его в спиртоэфирной смеси при изготовлении порохов требуется на 25–30 % больше растворителя, чем для смесевого пироксилина с тем же содержанием азота. Снижение растворимости смесевого пироксилина вследствие уменьшения содержания в нем пироксилина № 2 ведет к сокращению расхода растворителя. Однако при очень малом содержании пироксилина № 2 в смеси расход растворителя также возрастает. Это связано с тем, что пироксилин № 1 плохо пластифицируется спиртоэфирной смесью, поэтому необходимо повышать активность спиртоэфирной смеси путем увеличения в ней содержания эфира. По Броунсу, наилучшей пластичностью при одном и том же расходе растворителя обладают среднеазотные пироксилины с растворимостью около 40 %. Основную роль в набухании смесевых пироксилинов играет пироксилин № 2. Одним из основных параметров, определяющих поведение пироксилина № 2, является степень нитрации. По мере снижения содержания азота в пироксилине № 2 значительно улучшается набухание смесевого пироксилина и сокращается расход растворителя. При содержании азота в пироксилине № 2 в пределах 196–201 мл NО/г минимальный расход растворителя составлял 90–100 %. При использовании же пироксилина № 2 с содержанием азота 190–193,5 мл N0/г расход растворителя снижался до 70–80 %. В последнем случае значительно улучшалось качество пороховой массы, шнур получался плотным, без вкраплений и серизны, увеличивалась гравиметрическая плотность и механическая прочность пороха. Для снижения расхода растворителя целесообразно использовать пироксилин № 2 с содержанием азота 190–195 мл NО/г. Снижение расхода растворителя объясняется тем, что по мере уменьшения содержания азота в растворимом пироксилине снижается процентное содержание его в смесевом и, следовательно, средняя растворимость смесевого пироксилина в спиртоэфирной смеси. Вязкость используемых пироксилинов также влияет на расход растворителя. Кроме того, она влияет на скорость прессования и внешний вид пороховых шнуров. Чем больше вязкость, тем медленнее протекает процесс набухания. Высоковязкие партии пироксилина требуют большего количества растворителя по сравнению с низковязкими. Это можно объяснить замедленным процессом набухания высоковязких пироксилинов, которые при сравнительно коротком времени взаимодействия растворителя с пироксилином не успевают набухнуть, и для ускорения процесса приходится увеличивать расход растворителя за счет повышения содержания эфира в смеси. На расход летучего растворителя влияет, главным образом, вязкость пироксилина № 2, влияние вязкости пироксилина № 1 сказывается в гораздо меньшей степени. Оптимальный состав смеси растворителя, в которой происходит максимальное набухание пироксилина, меняется с изменением содержания в нем азота. Для каждого типа НЦ в зависимости от содержания азота существует свой оптимальный состав растворителя, и наоборот, для спиртоэфирной смеси конкретного состава имеется нитроцеллюза с оптимальной растворимостью при определенном содержании азота. Так, например, растворимость НЦ в спиртоэфирной смеси состава 1:2 достигает максимального значения при содержании азота от 10 до 12,5 %. Наибольшей активностью обладает эквимолекулярная смесь компонентов растворителя. Однако в зависимости от качества пироксилина, идущего на получение пороха, отношение спирта к эфиру может колебаться в пределах от 1:0,9 до 1:2. Достаточно часто употребляется спиртоэфирный растворитель, составленный в соотношении 1:1,1. Существенное влияние на процесс набухания пироксилинов оказывает температура. Экспериментальные данные свидетельствуют, что с понижением температуры растворимость пироксилинов увеличивается. При пониженных температурах можно получить порох вполне удовлетворительных качеств из одного пироксилина № 1. Для удаления растворителя из такого пороха следует создавать определенные условия (например, провяливать в парах спирта и эфира), иначе образовавшаяся структура будет разрушаться, как при вымачивании пороха, содержащего большое количество растворителя. Суммарный тепловой эффект взаимодействия пироксилина со спиртоэфирной смесью положителен, поэтому понижение температуры способствует пластификации. На фазе приготовления пороховой массы тепло выделяется не только в результате взаимодействия компонентов, но также благодаря пластическим деформациям, развивающимся в пороховой массе. Пластификация пироксилина спиртоэфирной смесью в летнее время затрудняется, количество брака увеличивается. Для улучшения процесса мешатели охлаждают холодной водой. На расход растворителя и качество пороховой массы оказывает влияние также степень измельчения пироксилинов. Измельчение способствует более быстрому проникновению растворителя внутрь волокна, причем набухают те части, которые в неизмельченном виде были недоступны для растворителя. Степень измельчения пироксилинов на расход растворителя влияет в меньшей степени, чем вязкость. Более заметную роль играет степень измельчения пироксилина № 1, степень измельчения пироксилина № 2 на расход растворителя влияет в меньшей степени. Увеличение времени обработки массы в мешателе также улучшает качество. Одним из способов оценки пластичности получаемой пороховой массы, кроме визуальных определений, является определение контрольного давления прессования на лабораторном гидравлическом прессе, имеющем специальные матрицы. Отбор проб производится, как правило, за 10–15 минут до окончания работы мешателя. Прессование пороховой массы в шнуры Прессование является одной из важнейших операций всего технологического цикла производства порохов на летучем растворителе. При прессовании под воздействием давления получаются пороховые элементы с определенной плотностью, геометрической формой и поперечными формами. При прессовании заканчивается процесс пластификации пироксилина; пороховая масса становится плотной и прозрачной. Полученную в мешателе набухшую пороховую массу, содержащую 50 % спиртоэфирного растворителя, помещают в изложницу пресса и продавливают через матрицы для получения пороховых трубок, шнуров, лент и т.п. заданного размера. Давление прессования применяют в пределах 200–450 кг/см2. Матрица представляет собой втулку, в верхнюю часть которой в специальное гнездо вставляется иглодержатель с одной, семью или четырнадцатью иглами в зависимости от марки прессуемого пороха. Число одновременно выпрессовываемых шнуров из изложницы также определяется маркой получаемого пороха. Площадь сечения отверстий, через которые пороховая масса входит в верхнюю конусообразную часть, должна быть значительно больше площади сечения последующей цилиндрической части втулки. В противном случае пороховая масса не будет достаточно уплотняться, и порох получится неоднородным по физико-механическим свойствам. Выпрессованный порох при дальнейших операциях претерпевает усадку, т.е. уменьшение первоначальных размеров. Величина усадки зависит главным образом от содержания растворителя; кроме того, зависит от качества пироксилина, от условий прессования и т.д. Практикой установлено, что усадка по толщине в среднем равна 35 %. Размеры матрицы для прессования подбирают с учетом последующей усадки пороха. Резка пороховых шнуров C) осуществляется, например, для зерненых порохов во время приемки пороховых шнуров из пресса. Время между прессованием и резкой должно быть не менее 10–15 минут.Назначение данной операции – придать пороховым элементам требуемую длину. Длину пороховых элементов при резке берут с учетом примерно 10 %-ной усадки при последующих операциях. После выхода из пресса пороховые шнуры содержат около 40–45 % растворителя и легко деформируются. Чтобы придать шнурам достаточную механическую прочность, из них предварительным провяливанием удаляют часть растворителя. Предварительное провяливание (подсушивание пороха при температурах 20–30 Резку лент или трубок для получения пороховых элементов производят на специальных станках (станок Сан-Галли и т.п.). Удаление растворителя из пороха Наличие инертного растворителя в составе пороха снижает его энергетические характеристики, делает порох нестабильным, способным изменять свои свойства при хранении. При значительных количествах растворителя пороховые шнуры и зерна способны к деформации от действия незначительных усилий. В связи с этим летучий инертный растворитель в процессе производствa пироксилинового пороха удаляют. Весь спиртоэфирный растворитель удалить трудно, так как с уменьшением содержания растворителя скорость его удаления резко снижается, а это приводит к тому, что процесс удаления растворителя затягивается на весьма продолжительное время (месяцы). Поэтому остаточный растворитель удаляют до определенного предела (до 0,5–5 % в зависимости от толщины свода). Было установлено, что остаточный растворитель играет и некоторую положительную роль, являясь дополнительным стабилизатором химической стойкости. Достичь указанного выше содержания растворителя в порохе просто сушкой весьма трудно, так как при содержании растворителя меньше 15 % скорость сушки быстро падает. Наружные слои пороха высыхают быстрее, поры в них закрываются, что препятствует дальнейшему выходу растворителя из толщи. Поэтому применяют вымочку в воде; при вымочке поры поверхностных слоев не закрываются и растворитель удаляется быстро. При недостаточно тщательной вымочке получают порох с пониженной плотностью, что ухудшает его баллистические характеристики. После вымочки порох высушивают при температуре 50 °С и более для удаления влаги, поглощенной при вымочке. Наконец, после сушки, при которой порох обычно пересушивают, его увлажняют выдерживанием во влажной атмосфере, чтобы довести содержание влаги до нормы, установленной техническими условиями. Для получения однообразия физико-химических и баллистических свойств в малых партиях пороха их подвергают мешке. Из усредненных малых партий формируют путем смешения между собой общие партии пироксилинового пороха. После операции мешки пороха подвергаются физико-химическим и баллистическим испытаниям, и при условии получения удовлетворительных результатов они поступают на укупорку. Готовая партия упаковывается герметически в короба из оцинкованного железа, чтобы сохранить в порохе постоянное содержание остаточного пластификатора и влаги, необходимое для сохранения постоянства баллистических свойств. 5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОХОВ НА ИНЕРТНОМ УДАЛЯЕМОМ РАСТВОРИТЕЛЕ (пироксилиновых порохов) Цель работы: • закрепить и проверить на практике знания студентами технологического процесса производства пироксилиновых порохов; • освоить методику получения пироксилинового пороха в лабораторных условиях; • выполнить соответствующие расчеты для получения пироксилинового пороха одной из марок. Выполнение работы Лабораторное изготовление пироксилинового пороха складывается из следующих операций: подготовки пироксилина; смешения пироксилина с растворителем и его пластификации; прессования шнуров и резки их на заданную длину; удаления из зерен избытка растворителя (провяливание, вымочка, сушка и увлажнение). При получении пироксилинового пороха используются следующие исходные компоненты, приборы, принадлежности: 1. Пироксилин № 1 и № 2. 5. Мешатель. 2. Диэтиловый эфир. 6. Гидравлический пресс. 3. Этиловый спирт. 7. Изложница. 4. Дифениламин. 8. Матрицы, хим. стаканы или кристаллизаторы. 5.1 Подготовка пироксилина Обычно для приготовления пороха применяют смесь двух пироксилинов, для этого смешивают в определенной пропорции растворимый (№ 2) и труднорастворимый (№ 1) пироксилины. Расчет их количеств для смешения производится исходя из принципа аддитивности по следующим уравнениям: Аx + Ву = С, (1) х + у = 1, (2) где А – растворимость пироксилина № 1, %; В – растворимость пироксилина № 2, %; С – растворимость смесевого пироксилина, %; х – массовая доля пироксилина № 1 в единице смеси; у – массовая доля пироксилина № 2 в единице смеси. Допустим, что растворимость пироксилина № 1 – А=5 %, растворимость пироксилина № 2 – В=98 %. Требуется приготовить смесевой пироксилин с растворимостью С=25 %. По уравнениям (1) и (2) находим: х = 73/93 = 0,785, у = 20/93 = 0,215. Следовательно, для получения 100 г смесевого пироксилина с суммарной растворимостью 25 % необходимо взять 78,5 г пироксилина № 1 и 21,5 г пироксилина № 2 на сухой вес. Допустим, что пироксилины имеют влажность 30 %. Тогда для получения 100 г сухого смесевого пироксилина 25 %-ной растворимости необходимо взять влажного пироксилина № 1: 78,5 × 100/(100 – 30) = 112,14 (г) и пироксилина № 2 соответственно: 21,5 × 100/(100–30) = 30,71 (г). Содержание азота в смесевом пироксилине также рассчитывается по принципу аддитивности по формуле Ncм = (N1x + N2у)/(х + у) (мл NO/г), где N1, N2 – содержание азота в пироксилине № 1 и № 2 соответственно. Так, если принятые в предыдущем примере пироксилин № 1 и № 2 содержат 214 и 198 мл N0/г соответственно, то в смесевом пироксилине содержание азота будет равным: Ncм = 214 × 0,785 + 198 × 0,215 = 210,6 (мл NO/г). Если по заданию необходимо получить смесь пироксилинов с определенным содержанием азота, то расчет ведут так же, как и при заданной растворимости. Так, если необходимо получить смесевой пироксилин с содержанием азота 205 мл NО/г из указанных в предыдущем примере пироксилина № 1 и № 2, то расчет ведут по тем же формулам (1) и (2), где А, В, С – содержание азота в пироксилине № 1, № 2 и смесевом пироксилине соответственно: х+у = 1; 214 × x + 198 × у = 205 x =0,44; у = 0,56; 214 × 0,44 + 198 × 0,56 = 205 (мл NO/г). В данной работе приготовление смесевого пироксилина с заданным содержанием азота или растворимостью осуществляется из обезвоженных этиловым спиртом пироксилинов № 1 и № 2. Содержание спирта в пироксилине характеризуется величиной спиртовой влажности. При величине спиртовой влажности меньше 30 % производится добавление этилового спирта к пироксилинам № 1 и № 2 и его равномерное распределение. Допустим, спиртовая влажность пироксилина № 1 и № 2 соответственно равна 22 и 24 %. Необходимо довести их спиртовую влажность до 30 %. а1 – навеска сухого пироксилина № 1; b1 – навеска сухого пироксилина № 2. Необходимые навески влажного пироксилина № 1: а1 × 100/70 и № 2: b1 × 100/70 (спиртовая влажность – 30 %). Необходимые навески влажного пироксилина № 1: a1 × 100/(100 – 22) и № 2: b1 × 100/(100 – 24), при существующей влажности. Необходимо добавить спирта к пироксилину № 1: а1 × 100/70 + а1 × 100/(100 – 22), (по массе), по объему V = m/d, d – плотность 96 % спирта при 20 °С равна 807,5 кг/м3 или 0,8075 г/см3. Необходимо добавить спирта к пироксилину № 2: b1 × 100/70 + b1 × 100/(100 – 24), (по массе), по объему V = m/d. Всего спирта в обезвоженном пироксилине со спиртовой влажностью 30 % (по массе). a1 × 100/70 + b1 × 100/70 − (a1 + b1). 5.2 Смешение пироксилина с растворителями и его пластификация Смешение пироксилина с растворителем производят в лабораторном мешателе корытообразной формы с двумя мешалками, вращающимися навстречу друг другу. В мешатель прежде всего загружают рассчитанное количество смесевого пироксилина (по заданию преподавателя), затем через капельную воронку вносят эфир с растворенным в нем дифениламином. Вливание эфирного раствора дифениламина производят тонкой струей при вращении лопастей мешателя вручную. После слива всего эфирного раствора капельную воронку убирают, мешатель закрывают крышкой и включают его в работу. Перемешивание пороховой массы продолжается 1–2 часа. Расход растворителя составляет 90–150 частей на каждые 100 частей нитратов целлюлозы на сухой вес в зависимости от качества ее, герметичности мешателя, а также от желаемых качеств пороховой массы. О качестве пластификации пироксилина и возможности окончания операции смешения судят по внешнему виду сдавливаемой пальцами массы. Если при сдавливании комочка массы между пальцами получается пластинка с белыми пятнами непропластифицированного пироксилина, то смешение продолжают. Если получается равномерно окрашенная и прозрачная пластинка, то смешение можно считать законченным. По окончании смешения пороховая масса выгружается из мешателя во взвешенную стеклянную банку с притертой пробкой. Банка с массой взвешивается для определения потери растворителя при перемешивании (примерно на 10 частей эфира теряется одна часть спирта). 5.3 Прессование шнуров и резка их на заданную длину Для получения пороха определенной формы и заданной толщины горящего свода производится прессование пороховой массы через соответствующие матрицы. В лабораторных условиях прессование пороха производится на ручном гидравлическом прессе школьного типа при по-мощи специальной сборки, состоящей из изложницы, плунжера, обтюрирующего кольца, поддона с матрицей или бронзового диска с отверстиями. В выбранной матрице проверяют расположение игл и, убедившись в правильном расположении, матрицу вкладывают в поддон, который вставляется в свою очередь в изложницу. Пороховая масса загружается в изложницу в 5–6 приемов с одновременной подпрессовкой ее вручную бронзовой трамбовкой. После заполнения изложницы в нее вводят обтюрирующее кольцо, вставляют плунжер, всю сборку помещают на площадке гидравлического пресса и начинают прессовать, отмечая по манометру давление, при котором пороховая масса выходит из матрицы в виде трубки. Для определения давления прессования необходимо давление прессования по манометру умножить на отношение площади плунжера пресса (Sпр) к площади плунжера сборки (Sсб): P0 = Pm Sпр /Sсб (кг/см2). В лабораторных условиях резка пороховых шнуров осуществляется вручную ножом или на специальном резательном станке. Если порох после прессования получился очень мягким из-за наличия в нем большого количества растворителя, то перед резкой пороховой шнур необходимо выдержать некоторое время на ровной поверхности для удаления части растворителя. Выдержку проводят до тех пор, пока при резке шнур перестанет деформироваться и будет давать ровный срез. Длина зерен семиканальных порохов обычно делается в 2–2,5 раза больше их диаметра. В ходе выполнения работы проводят контроль усадки пороховых элементов. Для этого измеряют диаметр и длину 5–10 зерен после резки, после провялки, после вымочки и сушки. Результаты заносят в отчет по работе. 5.4 Удаление из пороха избытка растворителя Фаза удаления растворителя из пороха включает три стадии: провялку, вымочку, сушку и увлажнение. Провяливание. После резки порох помещают в кристаллизаторы, прикрытые фильтровальной бумагой и выдерживают при температуре 30–35 °С от нескольких часов (винтовочный) до 5 суток в зависимости от толщины горящего свода. Контроль за ходом провяливания осуществляется ежедневным взвешиванием пороха и определением наружного диаметра зерен. Зная вес пороховой массы после мешки, а также вес потерь пороховой массы после прессования, можно определить процентное содержание летучего растворителя, оставшегося в порохе. Когда содержание общего количества летучих веществ снизится до 18 %, провяливание заканчивают. Вторым признаком конца провялки пороха можно считать отсутствие дальнейшей усадки пороховых зерен по диаметру. Вымачивание пороха. Его проводят с целью уменьшения содержания летучего растворителя и доведения его до заданной величины. Вымачивание ведется в стеклянных стаканах или кристаллизаторах. Начинают вымочку в холодной воде при комнатной температуре (время вымочки при этой температуре для тонкосводных порохов – 1 сутки; для более толстосводных порохов время вымочки увеличивается). Затем кристаллизаторы с порохом, залитым водой, помещают в термостат, в котором температура постепенно повышается от 30 до 60 °С, и хранят там в течение 3–8 суток при ежедневной смене воды. Режим вымочки задается заранее или его создают в процессе обработки. Во всех случаях для вымочки берут две весовые части воды на одну весовую часть пороха. Вымочку контролируют, определяя содержание неудаляемых летучих веществ и продолжают до получения желаемого их содержания. Применять более высокую температуру (60 °С) нежелательно, так как может произойти разрушение структуры пороха. При изготовлении порохов, в состав которых входят в больших количествах вещества, растворяющиеся в воде, операция вымочки отпадает, а избыточный растворитель удаляют сушкой при повышенной температуре. 5.5 Сушка и увлажнение пороха По окончании вымочки вода сливается, а порох сушится при температуре не выше 50 °С в течение 1–3 суток до постоянной массы. Затем определяют содержание летучих веществ. Увлажнение пороха производят только в том случае, если общее содержание летучих веществ ниже нормы, а количество неудаляемых шестичасовой сушкой соответствует норме по ТУ. Для увлажнения порох оставляют в кристаллизаторе на открытом воздухе при комнатной температуре или же помещают в эксикаторы с относительной влажностью около 70 %, затем выдерживают в этих условиях до постоянной массы. В процессе изготовления винтовочных порохов после удаления избыточного растворителя до содержания не более 0,5 % производится флегматизация и графитовка их. 5.6 Техника безопасности При изготовлении пироксилинового пороха категорически запрещается: а) работать с пироксилином и спиртоэфирным растворителем при наличии в комнате открытого огня и при выключенной вентиляции; б) работать на плохо очищенном или неисправном оборудовании. Смеситель обязательно должен быть заземлен; в) подвергать пироксилины и массу удару, трению и другим механическим воздействиям; г) применять для чистки смесителя, изложницы, матрицы инструмент из черного металла во избежание появления искры. Инструменты должны быть только из цветного металла; д) проводить перемешивание пороховой массы и прессование одновременно; е) рабочее место должно быть организовано так, чтобы не были загромождены проходы и выход из рабочей комнаты; ж) работать одному в комнате. Список использованных источников 1. Левкович, Н.А. Лабораторные по курсу порохов / Н.А. Левкович [и др.]. – М.: Оборонгиз, 1948. 2. Орлов, Б.М. Лабораторный практикум по порохам и твердым топливам / Б.М. Орлов, В.Ф. Фролов. – Изд. МО СССР, 1977. 3. Горст, А.Г. Пороха и взрывчатые вещества / А.Г. Горст. – М.:машиностроение, 1972 4. Серебряков, М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет / М.Е. 5. Серебряков. – М.: Оборонгиз, 1962. – Ч. 2. Пироксилиновый бездымный порох / С.А. 6. Броунс. – Перепечатка с изд. Арт. Академии РККА. Л, 1927. 7. Штетбахер, А. Пороха и взрывчатые вещества / А. Штетбахер. – Москва: ОНТИ, 1936. 8. Венен, Л. Пороха и взрывчатые вещества / Л. Венен, Э. Бюрло, А. Лекорше. – М: ОНТИ, 1936. 9. Марьин, В.К. Производство и эксплуатация порохов и взрывчатых веществ: учебник / В.К. Марьин, Н.М. Баклашов, Б.Г. Романенко.− Пенза: ПАИИ, 2005. – 350 с. 10. Гиндич В.И. – Казань, 1995. Т. 2. – 351 с.10. Гиндич, В.И. Технология пироксилиновых порохов 11. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь / под редакцией Б.П. Жукова. − Изд. 2-е, исправ. – М.: Янус-К, 2000. – 596 с. 12. Фиошина, М.А. Основы химии и технологии порохов и твердых ракетных топлив: учебное пособие / М.И. Фиошина, Д.Л. Русин; РХТУ им. Д.И. Менделеева. – М., 2001. – 316 с. 13. Физико-химические основы и аппаратурное оформление технологии производства пироксилиновых порохов. Т. 2: Нитроцеллюлозные (пироксилиновые) пороха / под общей ред. Г.Н. Марченко. – Казань: Изд. «ФЭН», 2000. – 587 с. 14. Жегров, Е.Ф. Технология порохов и твердых ракетных топлив в приложении к конверсионным программам / Е.Ф. Жегров, Ю.М. Милехин, Е.В. Берковская; ФГУП «ФЦДТ СОЮЗ». – М., 2006. – 392 с. 15 Горст, А.Г. Пороха и взрывчатые вещества / А.Г. Горст. – М.: Машиностроение, 1972. – 208 с. 1 2 |