2.6.3 Иные способы переработки пороховых масс баллиститного типа
2.6.3.1 Изготовление зарядов методом рулонирования (намотки)
Для исключения опасной фазы прессования предложено получать заряды методом намотки вальцованного порохового полотна со склейкой его по слоям.
Такой метод позволяет готовить изделия из баллиститного и смесевого порохов, реологические свойства которых варьируют в более широком диапазоне по сравнению с массами, перерабатываемыми методом проходного прессования. Это особенно важно при переработке высокоэнергетических композиций.
В технологической схеме метода намотки отсутствуют закрытые аппараты с большой загрузкой, то есть в этом случае уменьшается опасность производства и облегчается задача пожаротушения.
Зарядам, полученным методом намотки, придаются новые свойства, которые не могут иметь шашки, полученные проходным прессованием. В частности, можно получать многослойные заряды из порохов различных составов, что позволяет обеспечить запрограммирован-ный закон изменения скорости горения по толщине горящего свода.
Принципиальная схема получения рулонированных зарядов выглядит следующим образом (рисунок 38). Пороховое полотно 5 толщиной 2–6 мм при 60–80 °С покрывается клеющей жидкостью с двух сторон с помощью валков 3, 4 и наматывается с помощью специального станка на стальной валик, который соответствует диаметру канала будущего изделия. Для обеспечения монолитности заряда необходимо подавать клей в угол, образованный убегающим полотном и рулоном, что создает гидравлический затвор. Клей заполняет зазоры, если они не ликвидированы натягом полотна. Полотно прижимается специальным валком к рулону.
1 – ванна с клеющей жидкостью; 2 – резервуар с клеющей жидкостью; 3 – валки для захвата жидкости; 4 – валки для нанесения жидкости; 5 – вальцованное полотно
Рисунок 38 – Принципиальная схема нанесения клеющей
жидкости на полотно
Решающее значение имеют два фактора:
подбор клеющей жидкости, обеспечивающей долговременное скрепление слоев в монолит;
намотка с определенным натягом для плотной укладки слоев полотна в рулоне, так как позже ликвидировать зазоры между слоями будет невозможно.
Клеющая жидкость должна быть:
энергетически активной, чтобы не снижать теплотворной способности топлива;
эффективной, обеспечивающей требуемое качество склеивания при минимальном расходе;
с оптимальными реологическими характеристиками, так как при низкой вязкости она будет стекать с полотна, а при чрезмерно высокой будет плохо затекать в зазор между рулоном и полотном. При склеивании требуется образовывать гидравлический затвор, препятствующий проникновению воздуха между слоями;
с оптимальной скоростью набухания в ней порохового полотна (набухание не должно протекать быстро, так как это приводит к излишнему количеству клея в полотне, но глубина набухания должна быть достаточной для образования прочного объемного шва). В качестве клея целесообразно использовать вещества, способные полимеризоваться, клеевой шов по физико-химическим и механическим свойствам должен быть близок к свойствам полотна;
невзрывоопасной, нетоксичной, нелетучей при температуре полотна 60–80 °С.
В качестве клеющих жидкостей используются смеси НГЦ с активными труднолетучими пластификаторами, флегматизирующими НГЦ. Например, используют смесь НГЦ с триэтиленгликольметакрилатом (бис-метакриловым эфиром триэтиленгликоля, ТГМ-3):
Количество клея ≈1 % к массе пороха. Полотно набухает при продвижении от ванны с клеем до прижимного валка в течение 10–40 с; скорость намотки от 0,2 до 2,0 м/мин.
После рулонирования шашки не термостатируют (для отверждения клея), так как рулон охлаждается несколько часов и этого времени достаточно для образования прочного шва.
Для полного отверждения достаточно 6–8 ч при 50–80 °С. При охлаждении происходит усадка растянутого при намотке полотна, что способствует его уплотнению. Длина изделий, полученных методом намотки, ограничена шириной полотна (до 1,2 м), но изделия можно склеивать.
Заряды не уступают по всем показателям прессованным; имеют по сравнению с ними ряд преимуществ, отмеченных выше. Кроме того, характеризуются большей термостабильностью из-за отсутствия длительного пребывания пороха при высокой температуре, как это имеет место во время нахождения его в раструбном пресс-инструменте.
2.6.3.2 Изготовление зарядов методом штамповки
В промышленности полимеров широко применяются методы переработки листовых и пленочных материалов в готовые изделия, заключающиеся в следующем.
При термоформовании: плоские заготовки из термопластичных материалов нагреваются до температуры стеклования, затем закрепляются по контуру в зажимном устройстве и устанавливаются над формующим инструментом. Оформление заготовки в изделие происходит под действием разности давлений над свободной поверхностью заготовки и в полости, образованной заготовкой и оформляющей поверхностью формующего инструмента.
При холодном формовании: листовая заготовка, при комнатной температуре или подогретая до температуры на 20–40 °С ниже температуры стеклования, закрепляется подвижно по контуру в зажимном устройстве над матрицей, а затем формуется путем приложения механического давления специальным пуансоном. В этом случае формование осуществляется в режиме вынужденной эластичности.
Остающиеся неотрелаксировавшие напряжения существенно изменяют геометрические размеры отформованного изделия при его нагреве выше температуры стеклования, причем в случае холодного формования в большей степени, что ограничивает температурный диапазон использования таких изделий.
Нагрев заготовок может осуществляться различными способами:
конвективным;
теплорадиационным;
контактным;
смешанным (сочетающим конвективный и теплорадиационный).
Способ формования, в котором усилие, необходимое для оформления изделия, создается механически, с помощью специального толкателя, называется штамповкой. При этом возможны следующие виды формования:
вытяжка на пуансоне;
механическое формование инструментом с сопряженными матрицей и пуансоном;
объемное механическое формование и другие.
Формование листовых материалов подразделяют: на негативное, позитивное, свободное, негативно-позитивное. Негативное формование (формование в матрице) обеспечивает получение изделий, наружная поверхность которых воспроизводит форму внутренней поверхности матрицы. При позитивном формовании (формовании на пуансоне) внутренняя поверхность формуемого изделия повторяет форму внешней поверхности пуансона. Негативно-позитивное формование сочетает элементы формования как в матрице, так и на пуансоне. Возможны и другие смешанные варианты.
Методом штамповки можно изготавливать:
а) из баллиститных порохов – тонкосводные изделия из отвальцованного на гладких вальцах порохового полотна, а также не требующие дополнительной механической обработки изделия сложной формы из предварительно полученных экструзией заготовок;
б) из полотна на основе целлюлозы с добавками – различные элементы сгорающих гильз.
2.6.3.3 Изготовление зарядов методом фильтрации (насыщения)
Для изготовления крупногабаритных ракетных зарядов сложной формы из двухосновных топлив может использоваться технология метода фильтрации, исключающая пожаро- и взрывоопасные операции вальцевания и прессования.
В камеру (рисунок 39) помещается пороховой полуфабрикат, изготовленный по двум технологиям:
по пироксилиновой технологии в виде бесканальных цилиндрических изделий диаметром и длиной около 1 мм на основе нитроцеллюлозы. Такой полуфабрикат содержит твердые добавки, стабилизаторы химической стойкости, инертные пластификаторы (например, дибу-тилфталат). Спиртоэфирный пластификатор удаляется из полуфабриката сушкой;
по технологии сферических порохов в виде гранул со средним диаметром 0,25 мм на основе частично пластифицированной нитроцеллюлозы. Гранулы могут содержать перхлорат аммония, гексоген, нитроглицерин и триацетин.
Рисунок 39 – Схема изготовления зарядов методом фильтрации
Форма частиц полуфабриката и их укладка должны обеспечивать минимальное гидравлическое сопротивление при их пропитывании пластификаторами. Камера имеет форму будущего заряда, на ее внутренней боковой поверхности и, в случае необходимости, на дне камеры закрепляются листы толщиной 312 мм из ацетилцеллюлозы или этилцеллюлозы, которые выполняют функцию бронировки будущего заряда. Камера заполняется полуфабрикатом примерно на 2/3 объема и затем вакуумируется для удаления воздуха и паров остаточных раст-ворителей.
Пространство между частичками полуфабриката затем медленно заполняется смесью пластификаторов, в которой могут содержаться нитроглицерин, диэтиленгликольдинитрат, другие сложные эфиры, централит. Заполнение может осуществляться сверху (как показано на рисунке 39), снизу или через иглу, расположенную в центре (в этом случае она должна иметь соответствующие отверстия).
Удаление воздуха из продвигающегося фронта пластификаторов осуществляется вакуумированием.
Заполненная камера герметизируется, иногда в ней создается избыточное давление, затем помещается в термостат (обычно при 60 °С) для отверждения за счет диффузии пластификаторов, набухания и частичного растворения гранул полуфабриката. Процесс контролируется рентгеновским методом. Достоинством метода является возможность изготовления крупногабаритных зарядов (до 4 т), недостатком большая длительность процесса. Отверждение, например, может продолжаться в течение нескольких суток.