книги / Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 1 Химия

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 1

ХИМИЯ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Написание настоящей монографии было вызвано двумя важными обстоятельствами. Первое — порох и твердое ракет­ ное топливо (П и ТРТ) продолжают сохранять то исключи­ тельно важное значение, какое они имеют уже не первое сто­ летие.

Опыт двух мировых войн, в особенности для России, по­ казал все возрастающее значение П и ТРТ практически во всех классах вооружения. Объем произведенных порохов во время 1914...20 гг. в таких странах как Германия, Англия, Франция составил 350...400 тысяч тонн в каждой, в России — около 80 тысяч тонн.

Вторая мировая война закончилась с ежегодным объемом производства порохов в Германии — около 450 тысяч тонн, в СССР — около 150 тысяч тонн (не считая поставок по ленд-лизу). Таким образом, по итогам этой войны следовало извлечь два урока: объем мощностей по производству П и ТРТ имеет в военном отношении исключительно важное зна­ чение и, второе, в СССР этот объем был недопустимо мал. В связи с этим сразу же после войны постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР была принята программа наращива­ ния мощностей, как минимум, в три раза. Работа, выполнен­ ная во исполнение этих решений по новому строительству и увеличению существующих мощностей за счет реализации новых высокоэффективных технологий, позволила к началу 90-х годов решить поставленную задачу.

Однако с началом «перестройки» в оборонной промышлен­ ности финансирование работ по химии и технологии П и ТРТ и, в первую очередь, баллиститных, было резко сокращено. Одновременно был сокращен (в сотни раз) объем заказов со стороны Министерства обороны как по артиллерийским порохам, так и ракетным топливам. По существу все заводы были остановлены, оборудование, не обновлявшееся с начала 90-х годов, устарело не только морально, но и физически.

Кроме того, произошел значительный отток квалифициро­ ванных кадров, вызванный той же причиной, что и первое обстоятельство — резкое сокращение военных заказов, сниже­ ние количества и уровня подготовки специалистов в ВУЗах.

В этом плане данная монография, в которой материалы по химии и технологии баллиститных П и ТРТ систематизирова-

ны, обобщены и представлены в аналитическом виде, должна оказать существенную помощь как при подготовке специали­ стов в ВУЗах, так и работникам промышленности. С инфор­ мационной точки зрения она представляет интерес для препо­ давателей и научных работников.

Монография состоит из двух частей:

— химия П и ТРТ, включающая информацию по химиче­

ческих процессов и оборудования всех фаз производства от изготовления нитратов глицерина и целлюлозы, составляющих основу этого типа П и ТРТ, до конечных операций изготовле­ ния зарядов.

Следует отметить, что при описании всего многоопераци­ онного производства П и ТРТ акценты сделаны на производ­ ствах пороховой массы и ее переработки, учитывая два об­ стоятельства:

— именно эти два производства с учетом химической и термодинамической совместимости компонентов, реологии композиции и безопасности ее переработки определяют воз­ можные границы изменения химического состава топлив;

— вопросы производства двух исходных компонентов — нитратов глицерина и целлюлозы — в достаточной степени глубоко проработаны в серии монографий, на которые будут даны соответствующие ссылки при рассмотрении технологий данных компонентов.

Краткая историческая справка

Начиная анализ современного состояния химии и техноло­ гии порохов и твердых ракетных топлив (П и ТРТ), нам пред­ ставляется целесообразным дать небольшой исторический об­ зор становления и развития в России и за рубежом этого важ­ нейшего элемента современных боеприпасов.

Эра дымного пороха, насчитывающая в Европе свыше 500 лет, к концу девятнадцатого века подходит к завершению. В 1833 г. А. Браконо (Франция), затем в 1838 г. Ж.. Т. Пелузо, воздействуя на растительные материалы крепкой азотной ки­ слотой, получают нитраты целлюлозы, которые первый назы­ вает ксилодином, а второй (Пелузо) — пироксилином — «взрывчатое (или огненное) дерево» [1]. В 1845 г. X. Ф. Шонбейн получил пироксилин, обрабатывая хлопок смесью азот­ ной и серной кислот. Сообщение, сделанное им на заседании Базельского общества естествоиспытателей, положило начало работам с нитратами целлюлозы во многих лабораториях Ев­ ропы и по существу открыло продолжающуюся до настоящего времени эпоху бездымных порохов.

В России начало систематических работ по нитратам цел­ люлозы относится к 1846...48 гг. и связано с именами Г. И. Гесса и А. Л. Фадеева [2—4]. В конце 80-х — начале 90-х годов работы по нитратам целлюлозы выполнялись Д. И. Менделеевым, П. А. Ястребовым, Г. П. Киснемским [4].

Вследствие недостаточной стабильности пироксилин ока­ зался опасным, а по причине низкой плотности, высокой ско­ рости горения не мог быть использован в качестве пороха.

Поэтому работы по нитратам целлюлозы проводились в направлении повышения стабильности готового продукта, уменьшения взрывоопасности и изыскания путей использова­ ния их в военном деле.

Начиная с середины XIX века, в лабораториях крупнейших стран мира, в том числе и в России, целенаправленно и на­ пряженно проводились работы по поиску способов получения бездымного пороха.

Первым крупным шагом в этом направлении было отме­ ченное выше изобретение нитратов целлюлозы. Что касается России, то здесь следует назвать целую плеяду выдающихся

связей. Температура перехода из высокоэластического состоя­ ния в вязкотекучее у нитратов целлюлозы находится сущест­ венно выше температуры воспламенения, поэтому их формова­ ние в «силовом поле» при наличии нормальных и сдвиговых напряжений не осуществимо. Необходимо было найти способ снижения энергии межмакромолекулярного взаимодействия до безопасного уровня.

Врезультате интенсивных поисков такой способ был най­

ден.

В1881...84 гг. П. М. Вьель во Франции разрабатывает спо­ соб пластификации нитратов целлюлозы (пироксилин в смеси

сколлоксилином) смесью спирто-эфирного растворителя. По­ лученная масса формовалась в пороховые шнуры заданных размеров с последующим удалением растворителя.

В1887 г. А. Нобель, работая в своей лаборатории во Фран­ ции по поиску способов более прочной связи нитроглицерина

сдругими веществами в динамитах, осуществил пластифика­ цию нитроцеллюлозы нитроглицерином и получил порох, ко­ торый он назвал «баллиститом».

К этому же времени относятся и работы английского хи­ мика Ф. Абеля, который в 1865 г. из пироксилина путем из­ мельчения его и отмывки от кислот получил прессованные шашки ВВ для использования в подрывных работах.

Несколько позже, используя два типа пластификаторов (нелетучий — НГЦ и летучий), Абель получает кордитный по­ рох.

ВРоссии работы по пироксилиновому пороху были начаты

в1887 г. на Охтинском пороховом заводе группой ученых Ми­

хайловской артиллерийской академии Н. П. Федоровым, Г. А. Забудским, 3. В. Калачевым при участии начальника за­ вода А. В. Сухинского [18].

Образцы первого русского пироксилинового пороха были получены в 1888 г. Параллельно началась работа по новой винтовке на бездымном порохе. Она появилась в 1891 г.

Военным ведомством в 1890 г. к работам по созданию пи­ роксилинового пороха был привлечен Д. И. Менделеев, ко­ мандированный в этом же году во Францию (лаб. М. Бертло) и Англию (лаб. Ф. Абеля). Как патриот, обеспокоенный необ­ ходимостью обеспечения обороноспособности страны, Менде­ леев весьма серьезно отнесся к данным работам: «... мне же­ лательно вложить посильный вклад не только в дело отыска­ ния столь реального предмета общих забот, каков бездымный

порох, но и в запас познаний о взрывчатых веществах вооб­ ще, особенно о тех из них, которые практически приложимы к производству бездымных видов порохов, потому что запасом знаний, а не темными эмпирическими попытками, какими от­ крыли китайцы и монахи черный порох, определяется все со­ временное пороховое дело. Оно определилось в Западной Ев­ ропе участием таких ученых сил, каковы мои собраты по нау­ ке: сэр Фридрих Абель и М. Бертло, вместе с которыми, я убежден, что изобретение бездымного пороха будет косвенно содействовать мирному решению общеевропейских вопросов».

Как упоминалось выше, к 1891 г. был получен пироксили­ новый порох к стрелковому оружию. Для артиллерии же, осо­ бенно для морских систем крупного калибра, получить порох в виде крупных зерен не удалось.

По просьбе морского министра Чихачева над проблемой создания пироксилинового пороха для артиллерийских систем начал работать Д. И. Менделеев. Он получил новый вид нит­ рата целлюлозы, названный им пироколлодием, с содержани­ ем азота 12,6%. В 1893 г. Комиссия Морской артиллерии по результатам артиллерийских стрельб отмечала «бесподобные баллистические свойства» этого пороха.

Научные труды Д. И. Менделеева внесли серьезный вклад в развитие пороходелия в России. Пороховые заводы России, производившие черные пороха, в 1891...95 гг. были реконст­ руированы для выпуска пироксилиновых порохов.

В 1915...16 гг. были произведены реконструкция и расшире­ ние производств пироксилиновых заводов на базе более совер­

сяч тонн при потребности в 125 тысяч тонн. Как отмечалось выше, Россия существенно уступала ведущим европейским