pdf.php@id=6178

ФГУП «Федеральный центр двойных технологий «Союз»

Е. Ф. Жегров, Ю. М. Милёхин, Е. В. Берковская

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ БАЛЛИСТИТНЫХ

ПОРОХОВ, ТВЕРДЫХ РАКЕТНЫХ

И СПЕЦИАЛЬНЫХ ТОПЛИВ

ТОМ 2

ТЕХНОЛОГИЯ

2011

УДК 662.2:629.7 ББК 39.65

Ж44

Е. Ф. Жегров, Ю. М. Милёхин, Е. В. Берковская Ж44 Химия и технология баллиститных порохов, твердых

ракетных и специальных топлив. Т. 2. Технология: Мо­ нография — М.: РИЦ МГУП им. И. Федорова, 2011. — 551 с.

ISBN 978-5-8122-1122-6

Настоящая монография, издаваемая в 2-х томах, представляет со­ бой анализ современного состояния в области химии и технологии баллиститных (двухосновных) артиллерийских порохов и твердых ра­ кетных топлив, являющегося результатом обширных научно-экспери­ ментальных исследований и опытно-конструкторских разработок*, вы­ полненных в течение XX столетия.

Во втором томе систематизированы результаты НИОКР и инже­ нерных разработок в области технологии, представлены физико-хими­ ческие основы технологических процессов, включая методы оценки и обеспечения безопасности и необходимых свойств получаемой про­ дукции, даны методы определения оптимальных режимов и расчета оборудования.

Книга представляет интерес как научное пособие для студентов, аспирантов и преподавателей ВУЗов, а также для инженеров, научных работников НИИ и заводов.

3

4

5

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика технологии в историческом аспекте

Двухосновный (баллиститный) порох в своем развитии на­ чал старт практически одновременно с одноосновным (пирок­ силиновым). Это и понятно, ибо оба они были закономерным результатом напряженнейших поисковых исследований метода уплотнения нитроцеллюлозы для обеспечения условий горения параллельными слоями. Полувековые поисковые исследования по уплотнению нитратов целлюлозы завершились в 80-х годах XIX столетия положительным результатом. Как уже отмеча­ лось в историческом обзоре 1-го тома, в короткий промежу­ ток времени (с разницей ~ в 5 лет) Вьель, Нобель, Абель на­ шли способ резкого снижения энергии межмакромолекулярного взаимодействия с изменением морфологической и надмолекулярной структуры такого жесткоцепного полиме­ ра, как нитроцеллюлоза.

Пластификация явилась важнейшим изобретением, может быть даже решающим, на пути создания бездымных порохов (пироксилиновых, баллиститных, кордитных).

Что касается баллиститных порохов, предметом рассмотре­ ния которых является настоящая книга, то здесь надо отме­ тить исключительно большую роль А. Нобеля, который дал жизнь нитроглицерину, а затем и баллиститному пороху [1].

Нобель, понимая важность изобретения баллиститного по­ роха и всемерно рекламируя его в европейских странах (есте­ ственно для продажи полученного патента), не мог оценить всех нюансов, связанных с применением его в артиллерии. Первоначальная эйфория, связанная с переоценкой его энер­ гетических возможностей, сменилась некоторым охлаждением к перспективам его широкого применения вследствие более высокого эрозионного воздействия, чем у пироксилинового пороха. Наиболее широкое применение во многих странах в начале 20-го столетия получили пироксилиновый, пироколлодийный и кордитный пороха. Тем не менее, интерес к бал­ листитному пороху как носителю большей энергии и более короткого технологического цикла не ослабевал.

В некоторых странах, в частности в Германии и СССР, ра­ боты по баллиститным порохам продолжались. Как отмеча­ лось в 1 —м томе, в СССР были разработаны «холодные» по-

6

роха с использованием дибутилфталата (ДБФ), динитротолуола (ДНТ) и диэтиленгликольдинитрата (ДЭГДН), которые широ­ ко применялись в артиллерии во время войны.

Однако мощный импульс в развитии баллиститные пороха получили с момента появления ракетного вооружения. И в первую очередь этот импульс коснулся технологии, так как существующая технология артиллерийских порохов, с исполь­ зованием которой и готовились на первом этапе ракетные за­ ряды для «Катюши», не удовлетворяла требованиям ни по производительности, ни по безопасности. На рис. 1 представ­ лена принципиальная схема производства баллиститных поро­ хов (БП), в основных чертах сохранившаяся до настоящего времени.

Производство БП включало пять самостоятельных произ­ водств, взаимосвязанных в единый технологический цикл: нитроглицерина, нитроцеллюлозы, пороховой массы, перера­ ботки пороховой массы и изготовления зарядов (концевые операции).

Поскольку каждое из производств имело обособленный технологический процесс, не взаимосвязанный с другими в непрерывный технологический поток, на границе смежных производств накапливались буферные запасы готовых полу­ фабрикатов: НГЦ — «варка» (эмульсия НГЦ), НЦ — «варка» (суспензия НЦ), «варка» — переработка (суспензия пороховой массы), переработка (формование) — концевые операции (склад шашек-заготовок).

Эти промежуточные склады полуфабриката в условиях раз­ личной производительности каждого производства являлись своего рода синхронизаторами производственного процесса в целом и компенсировали в определенной степени недостат­ ки технологических процессов того периода и, прежде всего, недостаточную надежность оборудования и различную произ­ водительность каждого из пяти производств.

Конец XIX — первая половина XX века характеризовалась напряженной обстановкой в мире вообще и особенно в отно­ шениях между ведущими капиталистическими странами, кото­ рые в условиях конкуренции наращивали военную мощь. В системе производства боеприпасов пороховые производст­ венные мощности имели первостепенное значение. Как уже отмечалось ранее, объем производства порохов в 1-ю Миро­ вую войну (1914—1918 гг.) в ведущих странах Германии, Анг­ лии, Франции, США составил 350 000...400 000 т в каждой,

7

о о

Промежуточный склад гоюиой продукции (ИЦ)

Рис. 1. Принципиальная структурная схема производства баллиститных порохов

в России — около 50 000 т. Во 2-ю Мировую войну годовой объем производства в Германии составлял (к концу войны) около 450000 т, в СССР — 150 000 т (без поставок по ленд-лизу).

Таким образом, объем производства порохов в стране в ус­ ловиях непрекращающейся напряженности является стратеги­ ческой государственной задачей. Если принять во внимание, что напряженность между ведущими конкурирующими страна­ ми едва ли исчезнет в обозримом будущем, мощность порохо­ вых производств остается как приоритетная задача в общем производстве боеприпасов.

В этом аспекте обособленность каждого производства (НГЦ, НЦ, пороховой массы, переработки, концевые опера­ ции) упрощала задачу как увеличения производительности ка­

и безопасности практически вне связи с соседними. Этапы этого совершенствования рассматриваются ниже в разделах по

итрудозатрат на каждой операции;

—реорганизация производства с переводом периодических процессов и аппаратов в непрерывные;

—наращивание производительности оборудования, рабо­ тающего в непрерывном режиме;

—дистанционное автоматическое управление технологиче­ скими процессами.

Решение данных задач стало возможным на базе громадно­ го объема научных исследований, проведенных в СССР и да­ лее в РФ во второй половине ХХ-го столетия и завершивших­ ся положительными результатами по следующим направлени­ ям:

— кинетике реакций нитрования многоатомных спиртов и целлюлозы различной морфологической структуры различ­ ными нитрующими агентами и изысканию оптимальных ре­ жимов для обеспечения высоких скорости процесса, выхода продукта и его однородности;

9

— процессу разделения готовых нитратов и нитрующих

с высоким уровнем энергии когезии малоактивными пласти­ фикаторами типа НГЦ, ДЭГДН со снижением температуры перехода из высокоэластического состояния в вязкотекучее до уровня ниже температуры начала интенсивного разложения;

—исследованию процессов фильтрования и водоотжима высокодисперсных суспензий, разработки математических мо­ делей процессов и высокопроизводительных непрерывных ап­ паратов;

—исследованию кинетики сушки, разработке математиче­ ских моделей процесса и аппаратов ускоренной сушки;

—исследованию физико-механических и реологических свойств пороховых масс различных составов в широком тем­

пературном диапазоне и интервале скоростей деформаций, в том числе в условиях объемно-напряженного состояния, ис­ следованию закономерностей течения и разработке математи­ ческих моделей течения в различных технологических аппара­ тах;

— исследованию процессов аутогезии с определением па­ раметров «теплосилового поля», обеспечивающих необходимую прочность аутогезионного шва. Разработка технологического процесса формования с необходимым уровнем аутогезии.

В условиях сместившихся акцентов в общей системе воо­ ружения в сторону высокоточного оружия1 и соответственно резко снизившегося объема производства обычных массовых систем вооружения изменились требования к структуре произ­ водства порохов и твердых ракетных топлив. Появившаяся но­ менклатура малотоннажных партий зарядов, что особенно ха­ рактерно в мирное время, требует создания непрерывного быстропереналаживаемого производства, работающего в еди­ ном непрерывном технологическом цикле от получения ком­ понентов до готовых зарядов без разрыва фаз и создания про­ межуточных запасов. Создание такого мобильного, полностью автоматизированного производства составляет третий этап

1Стратегическое оружие, в частности ядерное, не исключило возможно­ сти военных конфликтов, как на это надеялся А. Нобель: «Когда враждую­ щие стороны обнаружат, что они в один миг могут уничтожить друг друга, люди откажутся от этих ужасов и от ведения войны» [1].

10