ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛИ

Вейнгартеч Г. (Garry Weingarten)

В этой главе сделана юпытка дать обзор последних наиболее важных достижений в области разработки пиротехнических замед­лителей, которые были описаны в открытой технической литера­туре. При обобщении и классификации имеющихся данных сразу же были обнаружены серьезные пробелы в этой научно-техни­ческой области. Возникли также вопросы, связанные с досто­верностью материалов, их относительной важностью и с общим подходом к контролю качества и испытаниям на определение рабочих характеристик. Систематизированные материалы, приве­денные в настоящей главе, могут оказаться полезными специали­стам в области пиротехники в качестве исходных данных при проведении соответствующих исследований и разработок.

Замедлитель представляет собой пиротехническое устройство, способное к самоподдерживающемуся горению и состоящее из инициатора, столбика замедлительного состава и концевого заря­да, обеспечивающего выходной импульс. Все эти элементы разме­щены в специальном изолированном корпусе. В некоторых кон­струкциях один или более из перечисленных выше элементов могут отсутствовать. При использовании замедлителя в качестве элемента огневой цепи он обеспечивает заданное время задержки между моментом инициирования и окончательной стадией — детонацией или горением основного заряда.

Основным элементом замедлителя является пиротехническая смесь, характеристики которой в идеальном случае должны отве­чать следующим требованиям:

1. Компоненты смеси ДОЛЖНЫ быть стабильными VI пегигро — скопичными, содержать минимальное количество примесей; они должны быть недорогими, педефицитными и совместимыми друг с другом.

2. Смешивание, прессование и сборка элементов из этих смесей должны быть максимально безопасными процессами, что обуслов­лено характеристиками чувствительности смесей к удару, тре­нию, влажности, тепловому воздействию и электрическим раз­рядам.

3. Скорость горения смесей должна быть воспроизводимой от партии к партии и в пределах одной партии с минимальными отклонениями.

4. Смесь должна легко воспламеняться, обладать стабильными рабочими характеристиками при небольших изменениях про­центного состава компонентов.

5. Смесь должна быть совместима с материалом корпуса и с другими веществами, находящимися с ней в контакте.

6. Скорость горения смеси должна быть относительно нечув­ствительной к изменениям давления и начальной температуры.

7. При длительном хранении не допустимы изменения рабочих характеристик смеси либо допустимы очень незначительные изме­нения.

8. Пиротехнические смеси должны выдерживать вибрационные и ударные нагрузки при транспортировке, тряске, вращении и ударах.

9. Заряд из пиротехнической смеси должен выдерживать тяже­лые условия эксплуатации, в частности при транспортировке, монтаже и воспламенении.

Поскольку замедлители являются не только инициаторами взрыва, но и тепловыми источниками, эти устройства до сих пор использовались для многих других целей. Замедлительные элемен­ты применялись как эффективные диверсионные средства, для повышения безопасности промышленных взрывов, в качестве источника тепла при пайке и сварке.

Во всех случаях применения замедлителей в первую очередь требуется надежность и точность временных характеристик. Опе­режение или запаздывание функционирования устройства приво­дит к значительному снижению эффективности системы. Первые замедлительные элементы состояли из столбика или колец прессо­ванного черного пороха. Элемент в виде столбика обеспечивал задержку лишь на какой-то определенный интервал времени. Использовались как обтюрированные, так и проточные устрой­ства, причем их выбор зависел от назначения конструкции, а также от основных требований заказчика. Элемент в виде колец позволял до некоторой степени регулировать продолжительность рабочего периода с помощью механических устройств, изменявших положение колец. Основной недостаток черного пороха — его силь­ная гигроскопичность. Ни один из замедлителей, в которых приме­нялся черный порох, 110 мог противостоять случайному попаданию влаги, в результате чего становился абсолютно неэффективным.

Вследствие ненадежности и плохой воспроизводимости времени задержки замедлительных элементов из черного пороха, особенно остро проявившихся в годы первой и второй мировых войн, потре­бовались другие смеси, обладающие более высокой надежностью* например, термит. Эта смесь обеспечивает получение контро­лируемой реакции. Благодаря интенсивным исследованиям стало возможным достаточно точное определение периода задержки реакции, и эти данные с учетом теплового эффекта термитного процесса предопределили новый тип состава для замедлителей, а также для зажигательных устройств современной военной техни­ки. При разработке два основных фактора оказывали особо важное влияние на предельные характеристики замедлителей: воспро­изводимость и влияние начальной температуры и давления. Неко­торые достижения в этой области очевидны: значительно увеличе­на надежность, проведены исследования влияния начальной тем­пературы и давления, что позволило осуществить дальнейшее усовершенствование конструкции таких замедлителей. Хотя при разработке систем все еще применялся эмпирический подход, в связи с необходимостью создания более надежных и воспроизво­димых устройств потребовалось привлечение научных и инже­нерных принципов. Исторически, однако, техническое состояние вопроса опережало его научный уровень.

Требования, особенно в области артиллерии, становились все •строже и гораздо разнообразнее. Бомбометание с низкой высоты полета требовало чрезвычайно малых, ранее технически недости­жимых допусков на срабатывание замедлителей в определенный момент времени после проникания снаряда или бомбы через броню и (или) бетон. Аналогично эффективность воздушного взрыва зенитного снаряда зависит от строгой воспроизводимости требуемой последовательности процессов в замедлительном элемен­те при различных условиях функционирования, что долго не могло быть обеспечено.

Разработчики пиротехнических систем продолжали испытывать и применять новые составы и исследовать влияние изменения параметров существующих смесей, чтобы удовлетворить выдви­гаемые требования и предвидеть новые. Б каждом из этих направ­лений были достигнуты значительные успехи по части разработки новых смесей, но оставались по-прежнему нерешенными проблемы воспроизводимости и зависимости характеристик от температуры и давления. Если рассматривать основные переменные параметры для одной и той же системы, то оказывается, что химический состав пиротехнической смеси не является единственной причиной разброса характеристик замедлителей. Иногда становится пробле­мой надежное воспламенение. Кроме того, практическая эффек­тивность разработанной конструкции в большой степени зависит от выбора размеров и допусков, физических свойств и стоимости корпуса, а также стоимости замедлителя в сборе.

Существуют четыре основные конструкции замедлителей, каж­дая из которых имеет определенные достоинства и недостатки, а также соответствующую область применения. С конструктивной точки зрения замедлительный элемент может быть обтюрирован или же иметь проток газов наружу или во внутреннюю полость устройства. С химической точки зрения пиротехнический замедли­тель может иметь состав, образующий или не образующий газо­образные продукты сгорания.

Обтюрированные элементы обычно не подвержены влиянию давления. Применение элементов с протоком газов связано с раз­решением вопросов герметизации и соответствующих проблем гигроскопичности и срока хранения. Кроме того, для этих типов замедлителей может потребоваться значительный объем для выхо­да газов, и если такие замедлители недостаточно удачно спроекти­рованы и изготовлены, то они зачастую не обеспечивают распро­странения фронта пламени и срабатывания концевого детонатора.

При выборе химических компонентов замедлителей по возмож­ности применяются безгазовые смеси. Если эти элементы изготовле­ны прессованием в корпус при давлениях 2100—2450 ат, то они почти нечувствительны к ударам и вибрационным нагрузкам. Для их нормального воспламенения недостаточно одного электро­запала, а может потребоваться небольшое количество специаль­ного воспламенительного состава. Поскольку смесь изготавливает­ся в виде сухой массы, то после прессования образцы нередко становятся хрупкими. Поэтому при воздействии тряски или вибраций возможно образование трещин или отделение столбика замедлительного состава от концевого заряда. Введение в состав пиротехнической смеси связующего улучшает рабочие характери­стики замедлительного элемента в этих условиях. Однако в составе продуктов сгорания появляются газообразные компоненты, обра­зующиеся при горении связующего.

Ввиду сказанного выше становится очевидно, что необходим тщательный выбор наиболее подходящего типа замедлителя. Если определяющим фактором является время срабатывания, то выбор между обтюрированным замедлителем и замедлителем с протоком газов очевиден. В сложных условиях эксплуатации желательно введение связующего. Для применения в разнообразных климати­ческих или космических условиях рекомендуются главным обра­зом обтюрированные конструкции.

В данной главе будут рассмотрены физико-химические свойства замедлительных смесей, рабочие параметры стандартных систем замедлителей и факторы, влияющие на рабочие характеристики. Будут также рассмотрены свойства компонентов, применяемых в составе замедлителей, методы изготовления и испытания со­ставов.

Можно отметить четыре основных направления дальнейших ^разработок усовершенствованных замедлителей: проектирование новых элементов, использование новых химических реакций, раз­работка новых методов испытаний, применение новых компонен­тов. С точки зрения конструктивного оформления существующие составы замедлительных смесей употребляются в различных металлических оболочках, которые могут отличаться как по фор­ме, так и по методу производства.

Для разрешения проблемы влияния начальной температуры и давления и обеспечения надежного функционирования замедли­телей как в обычных, так и в более сложных, необычных условиях эксплуатации необходим совершенно новый подход.

Этот подход включает использование существующих научных и теоретических методов и накопленного опыта. Темп прогресса в этой области будет зависеть от финансовых затрат и привлечения высококвалифицированных кадров к решению поставленных задач.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗАМЕДЛИТЕЛЬНЫХ

СМЕСЕЙ

При воспламенении замедлительной смеси происходит интен­сивная экзотермическая окислительно-восстановительная реакция. При благоприятных условиях воспламенение вызывает распро­странение фронта пламени, что соответствует началу процесса горения смеси. Согласно термическому анализу реакций, проте­кающих до достижения твердой смесью температуры воспламе — нения^рни во многих случаях происходят в твердой фазе. Имеется ряд примеров реакций между твердым и жидким компонентами, при которых плавится окислитель, либо протекают реакции между газом и твердой фазой, если окислитель разлагается перед воспламенением. Продукты реакции большинства смесей при ком­натной температуре являются твердыми веществами, но при тем­пературе реакции могут находиться в жидком или парообразном состоянии.

Относительно невысокие скорости горения многих смесей, состоящих из твердых горючих и твердых окислителей, благо­приятствуют использованию их в замедлительных системах. Ско­рость реакции зависит от физического состояния и размера частиц компонентой, однородности смеси, соотношения горючего и окис­лителя, температуры в зоне реакции, физического состояния про­дуктов сгорания и тепловых потерь. Тепловой эффект реакции можно вычислить с помощью термохимических характеристик с учетом тепловых изменений, сопровождающих эту химическую реакцию. Максимально достижимую (адиабатическую) температу­ру можно вычислить, исходя из известного физического состояния продуктов сгорания, их теплоемкости, данных по фазовому пере­ходу и степени диссоциации. Максимально достижимая температу­ра зависит от состояния системы, т. е. от ее начальной температуры и давления, при котором происходит реакция. При низких значе­ниях начальных температуры и давления адиабатическая темпе­ратура понижается, в то время как при высоких значениях этих параметров адиабатическая температура увеличивается. Методы расчетов адиабатической температуры приводятся в специальных руководствах по термохимии; расчеты значительно упрощаются при использовании функций свободной энергии и значений энтальпии.

Поскольку химические реакции в замедлительных системах происходят между компонентами в твердой фазе, то размеры, фор­ма и физическое состояние реагентов в процессе реакции, а также соотношение горючего и окислителя оказывают значительное влияние на скорость реакции. Скорость окисления горючего и скорость разложения окислителя являются двумя факторами, играющими важную роль в процессе химической реакции. Кроме того, скорость реакции зависит от концентрации компонентов, а в случае твердой фазы концентрация непосредственно связана с удельной поверхностью частиц реагентов. Следовательно, чем мельче частицы или чем больше частиц одного из реагентов, осо­бенно горючего, содержится в смеси, тем выше скорость горения. Соотношение компонентов в процессе реакции, протекающей в твердой фазе, зависит не только от полной массы компонентов, содержащихся в смеси, но также и от массы, которая фактически может участвовать в реакции в каждый момент времени. В отли­чие от жидких компонентов или газов все количество реагентов не может одновременно участвовать в реакции, поскольку веще­ство внутри частиц сможет реагировать только после завершения реакции на их поверхности и удаления соответствующих продук­тов реакции.

Путем введения третьего компонента в пиротехническую смесь можно изменить суммарную скорость реакции. Так, если в каче­стве третьего компонента используется другой окислитель, то реакция этого окислителя с горючим может ускорить весь про­цесс, если скорость данной реакции больше скорости реакции с основным окислителем. Можно также использовать в качестве третьего компонента горючее, и тогда достигаются идентичные эффекты ускорения или замедления скорости реакции смеси.

Скорость разложения окислителя и скорость окисления горю­чего должны быть приблизительно одинаковыми. Если скорость разложения слишком мала, то и скорость реакции может оказать­ся слишком малой для обеспечения распространения фронта пла­мени. Если эта скорость слишком велика, то горючее может ока­заться неспособным взаимодейство пап, со всем выделяющимся окислителем и часть окислителя не прореагирует. Окислительны

Свойства горючего также играют важную роль, так как если окисел образует защитное покрытие, то для окисления необходима диф­фузия кислорода через окисную пленку, от скорости которой зависит скорость всего процесса. Если же поверхность горючего не покрыта окисной пленкой, то она будет полностью доступна для процесса окисления.

Допустимая продолжительность хранения замедлительных сме­сей зависит от склонности горючего к коррозии. Чем более реак — ционноспособно горючее и чем мельче его частицы, тем быстрее

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛИ

Фиг. 9.1. Прекращение горения вследствие тепловых потерь.

Линия раздела между светлой и темной золами является границей распространения

Фронта иламеыт.

Оно подвергается коррозии. Следовательно, смеси, содержащие * такое горючее, менее стабильны при хранении. Следы влаги и загрязнение поверхности увеличивают скорость коррозии горю­чего.

Скорость распространения фронта пламени в замедлительной смеси является сложной функцией многих взаимосвязанных; переменных. Температура должна быть достаточно высокой, а скорость — достаточно большой, чтобы интенсивность тепло­выделения превышала интенсивность теплопотерь. Если начиная с какого-то момента времени теплопотери станут превышать тепловыделение, то распространение фронта пламени может прекратиться (фиг. 9.1). Некоторые смеси, особенно содержащие три и более компонентов, вступают в реакцию до момента воспла­менения, т. е. до начала основной реакции, которая определяет максимальную скорость распространения пламени. Многие иссле — доваимш изучали реакции, протекающие до момента воспламене­

Ния и начинающиеся в момент воспламенения, а также взаимосвязь этих реакций с температурой воспламенения и энергией активации замедлительной смеси. Хотя и были установлены общие тенден­ции, конкретные соотношения до сих пор не опубликованы.

Скорость распространения фронта пламени в замедлительной смеси, или ее скорость горения, также связаны со скоростью реакции смеси и теплопередачей в ней. Тепло может передаваться в глубь столбика смеси за счет теплопроводности, излучения, кон­векции, а также под действием скоростного напора и температуры потока газов, которые проникают через пористый материал стол­бика. Согласно результатам измерений температуры, выполненных с помощью термопар, вмонтированных в заряды из замедлительной смеси, в начальный период происходит медленное повышение температуры, а затем, когда фронт пламени приближается к термо­паре, температура очень резко повышается. Также было устано­влено, что температура реакции уменьшается с увеличением давления прессования смеси. Уменьшение размеров частиц горючего приводит к увеличению температуры реакции.

Существуют противоречивые мнения относительно роли процесса теплопроводности смеси. Недавно проведенные исследо­вания показали, что теплопроводность не настолько важна, как это предполагалось ранее. Ни теплопередача излучением, ни конвекция, как установлено, не играют первостепенной роли. Существуют достаточно убедительные доказательства, что наи­большее влияние на тепловой поток оказывает интенсивность газообразования при горении смеси.

Эти исследования наглядно продемонстрировали, что в непро­реагировавшей смеси существуют градиенты давления и темпера­туры. Вследствие пониженного давления в этой зоне туда прони­кают образующиеся горячие газы, которые повышают температуру пористой массы прессованного порошка. Согласно, результатам измерений, скорость движения потока газов в 10 раз превышает скорость распространения фронта пламени. Объем образующихся при горении газов также значительно превышает объем воздуха, заполняющего промежутки между частицами прессованного порошка. Объем этих газов зависит от количества окислителя в смеси: чем больше содержание окислителя, тем больше объем газов, и этот фактор может указывать на избыток окислителя. Газы от инициатора также увеличивают общий объем газов и повышают давление в системе. Давление газов увеличивается с уменьшением плотности прессования заряда, т. е. с увеличе­нием его пористости. Результирующее давление зависит также, рт размера частиц горючего: чем меньше размер частиц, тем выше щавление газа. Однако размер частиц окислителя не оказывает ^влияния на давление газов.

С практической точки зрения проницаемость газов через пористый заряд непосредственно влияет на скорость горения н разбросы характеристик замедлительной системы, имеющей концевой заряд. Это недавно обнаруженное явление получило название «эффект упреждения». В системах замедлителей с кон­цевым зарядом типа азида свинца продолжительность горения меньше, чем при отсутствии концевого заряда. Это вызвано тем, что газы, просачивающиеся через столбик смеси перед фронтом пламени, воспламеняют конценой заряд до того, как к нему подойдет фронт реакции. Более подробно этот эффект будет описан в разделе но пиротехническим системам (см. подраздел «Смеси на основе хромата бария и бора»).

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛИОтносительно низкая скорость реакции и малое газообразова­ние некоторых пиротехнических смесей благоприятствуют их

Ф л г. 9.2. Типы замедлителей.

А — с протоком газов; б — с обтюрацией; в — с обтюрацией и протоном газов в замкнутую по — л ость.

7 — инициатор; — корпус;

Я — воспламенитель; 4 — замедли — тольпая смссь; .5 — концевой за­ряд; в — свободный объем; 7 — наружный корпус; 8 — вну — 6 трспний корпус.

Использованию в качестве замедлителей. При разработке смеси для замедлителей военного назначения исследователь сталкивает­ся с трудной задачей проектирования изделия, которое можно было бы достаточно просто изготовить из относительно недорогих и педефицитных материалов и которое должно надежно функцио­
нировать в широком интервале температур и давлений, выдержи­вать тяжелые условия эксплуатации (обращения), а также дли­тельное хранение в неблагоприятных условиях. В настоящее время известен целый ряд факторов, которые влияют на рабочие характеристики замедлительных смесей. Чтобы обеспечить выбор оптимальной смеси, необходимо учесть все эти факторы. Ниже будет рассмотрена роль каждого из них. На фиг. 9.2 схематически представлены обычные типы замедлителей.

ВРЕМЯ И СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ

Недавно выполненные исследования параметров, оказываю­щих влияние на время горения замедлительных смесей, позволили обнаружить новый и весьма важный эффект. Установлено, что ири использовании концевого заряда из азида свинца значительно сокращается время горения и увеличивается разброс данных по времени срабатывания. Это связано с «эффектом упреждения», который зависит от количества и скорости образования газов при горении. Нагретые газы проникают через поры прессованного столбика перед фронтом пламени и воспламеняют термически более чувствительный концевой заряд, сокращая время горения. Разные концевые заряды обеспечивают разные значения времени горения при одной и той же замедлительной смеси. Некоторые результаты, характеризующие этот эффект, приведены в подраз­деле «Смеси на основе хромата бария и бора». Недавно выпол­ненные исследования показали также, что размеры и тип вос­пламенителя могут повлиять на скорость горения замедлительной смеси.

Эти факторы имеют очень важное сопутствующее значение, вызывая сомнения в правильности опубликованных результатов предыдущих исследователей, которые не были знакомы с этими явлениями. В более ранних исследованиях также не учитывались изменения времени горения как инициаторов, так и концевых зарядов в зависимости от начальной температуры или в резуль­тате хранения. Поэтому опубликованные данные не дают истин­ной характеристики изменения времени горения замедлительных смесей. Эти данные по времени горения должны рассматриваться не только с учетом состава замедлительной смеси, но и характе­ристик изучаемой системы в целом. Поэтому следует иметь ввиду, что многие опубликованные данные не надежны вследствие того, что изменение в какой-либо части системы может оказать суще­ственное влияние на результаты. Данные по скорости горения, приведенные ниже, следует рассматривать не как абсолютные значения, а скорее как типичные характеристики, которые можно использовать лишь при анализе тенденций.

КОМПОНЕНТЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

Еще при разработке первых замедлительных смесей было установлено, что присутствие влаги значительно ухудшает их рабочие характеристики, затрудняет воспламенение и распростра­нение фронта пламени. Влияние влажности становилось наиболее выраженным при длительном хранении смесей. В связи с этим были предприняты попытки получить негигроскопичные компо­ненты. В результате этих исследований стали использовать цир­коний, сплавы циркония с никелем, титан, молибден, а также дру­гие металлы и сплавы. Однако оказалось, что эти металлы окис­ляются в присутствии влаги, вследствие чего после хранения образцов увеличивается время их горения. Обработка хроматами и использование других покрытий не привело к желаемым резуль­татам. Был сделан вывод, что единственным способом обеспечения однородности и стабильности показателей является хранение пиротехнической смеси в сухой атмосфере.

Установлено также, что образование газов и паров оказывает значительное влияние на рабочие параметры смеси, особенно в случае обтюрированных (герметизированных) систем. Чтобы уменьшить количество образующихся газов, стали использовать компоненты с меньшим содержанием примесей и более высокой точкой кипения, продукты реакции которых также имеют более высокую точку кипения. Органические связующие, при горении которых образуется значительное количество газов, были совсем исключены из состава смесей, если только не выдвигались особенно жесткие требования по механической прочности столбика. Путем масс-спектрографических исследований 15 продуктах горения замедлительных смесей обнаружены водород, азот, двуокись углерода и окись углерода.

Время горения можно варьировать путем изменения процент­ного содержания компонентов, а также размера их частиц. Дли надежного функционирования большинство смесей должно иметь избыток горючего. Увеличение и уменьшение размера частиц горючего также оказывают существенное влияние на ско­рость горения. Чем мельче частицы горючего, тем меньше про­должительность горения.

КОРПУСА ЭЛЕМЕНТОВ ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ

В качестве конструкционных материалов корпусов замедли­телей применяются многие металлы, а также пластмасса и кера­мика. Однако вследствие недефицитности и простоты изготовления в большинстве случаев применяются алюминий и медь. До сих пор по появлялось сообщений о несовместимости этих металлов

С компонентами замедлительных смесей. Ни тип использованного материала для корпуса, ни толщина его стенки выше минималь­ного значения, вычисленного по пределу текучести материала корпуса, не оказывают влияния на время горения замедлитель­ных смесей. Однако диаметр заряда, а также внутренний диаметр корпуса могут играть существенную роль: из-за слишком малень­кого диаметра заряда часто прекращается распространение фронта пламени при пониженных температурах, а с увеличением диаметра повышается надежность и несколько сокращается время горения.

Из конструктивных соображений выбирается обтюрированный (закрытый) или проточный (открытый) варианты замедлителя. Время горения в проточных вариантах зависит от внешнего давле­ния: чем ниже давление, тем больше время горения, чем ниже коэффициент давления, тем лучше рабочие характеристики. Заряды в обтюрированных системах горят быстрее вследствие увеличения давления при образовании газообразных продуктов сгорания. Любая небольшая утечка из системы замедлителя приводит к значительному увеличению времени горения. При проектировании обтюрированной системы необходимо преду­смотреть некоторый минимальный свободный объем между инициа­тором и зарядом замедлителя. При отсутствии свободного объема затрудняется воспламенение заряда и часто резко сокращается время горения. Поэтому лучше предусмотреть достаточный объем для перетекания газов внутри системы, так чтобы эффект повыше­ния давления был пренебрежимо малым.

ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ ДАННЫХ ПО ВРЕМЕНИ ГОРЕНИЯ

Изготовитель замедлительной смеси должен обеспечить вос­производимость результатов в пределах каждой партии смеси, а также от партии к партии. В наиболее контролируемых лабора­торных условиях разброс результатов в пределах одной партии составляет около 3%. Разброс при переходе от партии к партии часто превышает 3%. Этот разброс данных по времени горения может быть вызван ухудшением смешения, неполным высушива­нием, изменением содержания компонентов, повышенным содер­жанием примесей, отклонениями размера частиц и распределения частиц по размерам. Изменение высоты столбика также может отрицательно сказаться на воспроизводимости характеристик,

ТЕМПЕРАТУРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Требования, предъявляемые к военным средствам, предусмат­ривают надежное функционирование системы замедления в интер­вале температур от —54 до 70° С при малом изменении времени горения в указанном температурном интервале, т. е. эти замедли — тельные смеси должны обладать низким температурным коэффи­циентом. Исследования влияния температуры показали, что в указанном температурном интервале время горения может изменяться на величину до 20%. Чем ниже начальная темпера­тура окружающей среды, тем меньше скорость горения; при повышении температуры окружающей среды наблюдается увеличе­ние скорости горения. Эффективные способы уменьшения этого недостатка пока еще не найдены.

ДАВЛЕНИЕ ПРЕССОВАНИЯ

1Ввиду необходимости обеспечения целостности столбика замедлительной смеси при больших ударных нагрузках проведе­ны широкие исследования влияния давления прессования на вре­мя горения. Хотя с увеличением давления прессования наблю­дается уменьшение времени горения всех смесей, эти изменения времени горения обычно невелики (менее 10%), особенно при давлениях прессования выше 1400 am.

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕГРУЗОК И ВРАЩЕНИЯ

Большие перегрузки или вращение сокращают время горе­ния, а также могут вызвать прекращение распространения фрон­та пламени. Смеси, при горении которых образуются твердые шлаки, по-видимому, способны лучше противостоять воздействию больших перегрузок, чем смеси, образующие жидкие (подвиж­ные) шлаки.

УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ

При разработке смеси для замедлителей стремятся получить состав, который сможет выдерживать длительное хранение при неблагоприятных условиях. При использовании чистых и негигро­скопичных материалов для изготовления смеси в условиях, позволяющих избежать поглощения влаги, получены смеси, имеющие удовлетворительные рабочие характеристики после длительного хранения как при высоких, так и при низких тем­пературах в среде высокой влажности. Однако обычно наблю­дается небольшое увеличение времени горения после хранения. Для выявления смесей, не пригодных для длительного хранения, разработаны методы форсированного хранения образцов в усло­виях циклического изменения температуры, влажности и давления.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Данные по чувствительности замедлительных смесей к тре­нию, уд;’ру, теплу и электростатическим разрядам зачастую имеют олыпой разброс, особенно это касается ранее разработанных оставов. Поскольку эта информация нужна не только для обес — ечения безопасности при изготовлении, но также для анализа [еханизма реакций, количество опубликованных данных за оследнее время существенно возросло. Хотя точные рекомен — ации по характеристикам чувствительности и степени опас — ости невозможны, установлены некоторые критерии для целей онтроля. Смеси, которые очень чувствительны к трению как о стальным (гладким), так и по волокнистым (шероховатым) оверхностям, обычно считаются опасными для использования. Гувствительность к трению только по стали считается допу — тимой, но необходимо принимать особые меры предосторожно — ти. Для приемки изделия необходимо, чтобы допустимые нагруз — и на удар были выше или равны соответствующим нагрузкам ля тетрила. Если смесь более чувствительна к удару, чем тетрил, о менее чувствительна, чем азид свинца, то она допустима приемке, но требует осторожного обращения. Если смесь более увствительна, чем азид свинца, то она должна классифициро — аться как опасная.

Хотя замедлительные смеси инициируются специальными епловыми источниками, значения температуры воспламенения, оторые приближаются к температурам хранения, считаются пасными. Однако температура воспламенения смеси не должна ыть слишком высокой, чтобы не затруднять воспламенение. Сле — ует помнить, что смесь труднее воспламеняется при уменьшении емпературы и давления. Смесь считается чувствительной к элек- ростатическим зарядам, если она инициируется при уровне энер — ии, равном заряду, который может образоваться на корпусе. ;меси, содержащие мелкодисперсные горючие компоненты, такие, ак цирконий и магний, весьма чувствительны к воздействию лектростатических разрядов.

ЗАМЕДЛИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ

В следующих подразделах приведены имеющиеся данные о ряду смесей, которые еще используются или считаются пригод — ыми для использования. Исследования по кинетике и теории орения таких смесей либо отсутствуют вообще, либо являются есьма неполными, что значительно затрудняет разработку новых амедлительных смесей.

За последние 40 лет разработан ряд смесей, которые пред — тавлены ниже в хронологическом порядке. Времена и скорости орения смесей, приведенные в таблицах, следует рассматривать ишь как номинальные значения.

СМЕСИ НА ОСНОВЕ СВИНЦОВОГО СУРИКА И КРЕМНИЯ

Хотя порошки на основе свинцового сурика и кремния, в кото­рых в качестве связующего употреблялось льняное масло или глицерин, больше не применяются, они будут вкратце рассмот­рены, поскольку исторически их следует отнести к первым «без — газовым» заме длительным смесям. Разработка этих смесей нача­лась до 1926 г., так как нужно было найти заменитель черного пороха для кольцевых замедлительных зарядов. Вследствие боль­шого разброса параметров горения, вызванного образованием подвижных шлаков, которые взаимодействовали с фронтом пла­мени, эти смеси были признаны непригодными для практического использования.

В 1929 г. было предложено использовать эти смеси в ВВС для осколочных бомб, которые сбрасывались с высоты менее 7,5 м. Они должны были заменить составы на основе черного пороха с временем горения 7 сек. Ввиду того что систематически наблю­далось прекращение распространения фронта пламени, смеси, содержащие свинцовый сурик и кремний, перестали использовать.

Таблица 9.1

Уравнение химической реакции

Стехиометри­ческое соот­ношение компонентов

Тепловой иффеьт реакции (рас­четное значение),

Кал/г

РЬ304 —> ЗРЬ | 2йЮ2

92,5/7,5

310

ЗРЬ304-1-—>4РЬ! 2РЬО, зйю2

94/6

250

ЗРЬ304 + 2ЭI —>4РЬ+2РЬЗЮ3-г8Ю2

94/6

255

Состав смеси 84% РЬ304, 15?о 1% глицерина.

В табл. 9.1 приведены реакции, которые могут происходить при стехиометрическом соотношении указанных компонентов (без учета небольших добавок глицерина).

СМЕСИ ПА ОСНОВЕ ХРОМАТА СВИНЦА И КРЕМНИЯ

Другие «безгазовые» смеси, разработанные для замены черного пороха, содержали хромат свинца и кремний, а в качестве свя­зующего— льняное масло или глицерин аналогично рассмотрен­ным выше смесям на основе свинцового сурика и кремния. Эти смеси были также разработаны для кольцевых зарядов с обеспече­

Нием времени задержки от 30 до 35 сек. Хотя указанные смеси были разработаны до 1932 г., они применялись во время второй мировой войны в замедлителях авиабомб с временем горения от 4 до 11 сек. Эти замедлители использовались при рикошетирую­щем бомбометании с самолетов. Затем появились другие, более надежные смеси, с лучшими рабочими характеристиками. Пред­полагалось, что имевшие место отказы были обусловлены испаре­нием металлического свинца, который образовывался в процессе

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛИФиг. 9.3. Прекращение горения вследствие образования газового пузыря.

Реакции; пузыри пара в расплавленном шлаке достигали значи­тельных размеров, достаточных, чтобы прервать горение смеси (фиг. 9.3). При прессовании до высокой плотности более медленно горящие смеси становились трудно воспламеняемыми.

СМЕСИ II V ОСНОВЕ ХРОМАТА Б ^РИЯ, МАРГАНЦА И СЕРЫ

Требование к замедлительным пиротехническим смесям выдер­живать повторные удары о твердые поверхности (что характерно для рикошетирующих авиабомб ВВС) привело к разработке смесей, содержащих хромат бария, марганец и серу. Замедли­тели М16-А1 были признаны удовлетворительными. Время горения смесей, содержащих 70—74% хромата бария, 20—22% марганца и 3—4% серы, составляло от 8 до 11 сек. По надежности эти смеси значительно превосходили любую из рассмотренных выше смесей, содержащих кремний.

Для смесей на основе хромата бария, марганца и серы харак­терно параллельное протекание двух реакций (табл. 9.2).

При постоянном содержании марганца время горения смеси зависит только от содержание серы. В табл. 9.3 приведены значе­ния времени горения смесей разных составов, из которых изготав­
ливается замедлительный элемент М-16 при давлении прессования 2800 кг/см2 (вес замедлительной смеси 1050 мг; вес передаточного

Стехиомет­

Тепловой эффект

Уравнение химической реакции

Рическое

Соотношение

Реакции (расчет­ное значение).

Компонентов

Кал г

Таблица 9.2

Mn + S—>MnS 2I3aCr04 + ЗМп 2ВаО

Сг2Оз-|-ЗМпО

63/37

75,4/24,6

540

215

Заряда 300 мг, вес стандартного воспламенителя на основе свинцо­вого сурика и кремния 175 мг).

Предварительные испытания на продолжительность хранения этих смесей, используемых в замедлителе М16-А1, проводились

Содержание компонентов смеси,

подпись: содержание компонентов смеси,Таблица 9.3

4,00

72,00

24,00

4,69

5,00

71,25

23,75

4| 47

6,00

70,00

23,50

4,03

7,00

69,75

23,25

4,72

8,00

69,00

23,00

4,17

9,00

68,25

22,75

3,10

10,00

67,50

22,50

4,73

11,00

66,75

22,25

4,16

12,00

66,00

22,00

4,30

13,00

65,25

21,75

7,05

15,00

63,75

21,25

5,21

Сера

Хромат бария

Марганец

Номинальное среднее вре­мя горения, а к

В течение одной, двух и четырех недель при температуре 65° С. Хотя путем химического анализа не обнаружено заметного изме­нения состава смеси, после хранения выявилась тенденция к уве­личению времени горения. В табл. 9.4 представлены эксперимен­тальные данные для смеси, содержащей 71,4% хромата бария, 23,8% марганца и4,8% серы при давлении прессования 2800 кг! см2, Дополнительные испытания на продолжительность хранения проводились в течение 9 мес при температуре 65° С. Были обна­ружен ы следующие явления:

1. После хранения в течение первых двух месяцев время горе­ния возрастало приблизительно на 2 сек дальнейшее увеличение было очень незначительным.

Таблица 9.4

Параметр

Пород

Хране­

Нием

После хранения в течение

1 пед.

2 кед.

4 пед.

Номинальное время горения, сек среднее значение максимальное значение минимальное значение Максимальное отклонение, сен Количество отказов на 50 испытании

10,10

10,70

9,23

1,47

0

10,50

11,46

9,94

1,52

1

10,41

10,98

10,01

0,97

0

10,87

11,44

9,67

1,77

1

2. Отказы при стендовых испытаниях составляли от одного на Г)0 испытаний при хранении в течение 1 мес до четырех на 50 испытаний при хранении в течение 2 мес и снова снижались до одного отказа на 50 испытаний после хранения в течение 3 мес# Результаты дополнительных испытаний приведены в табл. 9.5^

Таблица 9.5

Перед

Хране­

Нием

После

Храпения при

Температуре 65

0 С в течение

Параметр

1

Мсс

2

Мес

3

Мсс

4

Мес

С

МСС

8

Мес

9

Мес

Номинальное среднее

9,62

11,45

11,88

11,88

11,86

12,70

13,12

13,00

Время горения, сек Количество испыта­

50

50

50

50

50

50

50

50

Ний

Количество отказов

0

1

4

1

1

3

9

7

К наиболее привлекательным характеристикам смесей, содер­жащих хромат бария, марганец и серу, следует отнести высо­кую температуру плавления их продуктов химической реакции и пребывание в твердом состоянии при температуре, дости­гаемой в процессе горения. Эти смеси легко воспламеняются при сравнительно высоких давлениях прессования (2800— 7000 кг! см1), хотя при еще бол ос высоких давлениях прессования возникает тенденция к увеличению времени горения. Компоненты тих смесей являются недефицитпыми и относительно дешевыми.

В табл. 9.6 представлены экспериментальные данные по влиянию давления прессования на время горения этих смесей.

11,66

11,28

подпись: 11,66
11,28
Наличие влаги или тенденция к ее поглощению замедлитель — ными смесями всегда считались одной из основных причин отказов

Давление прессования,

Номинальное среднее

Кг/см2

Время горения, сік

Таблица 9.6

9,51

9,84

700

2800

3500

4200

4900

Воспламенения или аномальной работы. Поэтому были прове­дены обширные исследования гигроскопичности смесей, имеющих относительно хорошие рабочие характеристики. В табл. 9.7

Таблица 9.7

Темпе­рату­ра, °С

Отно­ситель­ная в іаж — ІІОСТЬ, %

Увеличение веса образца при указанных ус гошшх,

Л/

Продолжительность выдержки, ч<и

24

48

7

О

96

120

144

108

21

90

0,52

0,13

1,13

1,39

0,43

1,53

0,63

1,74

0,99

1,82

1,14

1,91

1,29

21

70

0,03 0,03

0,19

0,12

0,02

0,11

0,02

0,1-4

0,02

0,14

0,02

0,19

0,02

21

50

0,010,00

0,08

. .

0,05

0,00

0,03

0,00

0,04

0,00

0,04

0,00

0,04

0,00

21

‘.0

0,010,01

0,0!)

0,04

0,01

0,01

0,01

0,05

0,01

0,03

0,01

0,03

0,01

Представлены экспериментальные результаты, полученные для двух различных смесей, содержащих хромат бария, марганец и серу.

СМЕСИ НА ОСНОВЕ ХРОМАТ V БЧРИЯ, ЦИРКОНИЯ, НИКЕЛЯ И ПЕРХЛОРАТА КЛИЯ

Разработанная для замены черного пороха в замедлителях взрывателей ручных гранат, эта смесь значительно превосходит по своим характеристикам черный порох и несколько лучше рассмотренных выше смесей на основе хромата бария, марганца
и серы. При выборе в качестве компонентов циркония и никеля руководствовались соображением, что, будучи негигроскопич­ными, эти компоненты увеличат стабильность смесей. Было уста­новлено также, что скорость горения уменьшается при хранении и что для получения воспроизводимых результатов порошок нике­ля следует изготавливать с использованием ртутной амальгамы, а размер частиц циркония должен тщательно контролироваться.

Реакции, протекающие при воспламенении этой смеси (■«абл. 9.8), значительно сложнее предыдущих, поскольку одно-

Таблица 9.8

Уравнение химический реакции

Стехиометри­ческое соот­ношение ьомпонептов

Тепловой

Эффект

Реакции,

Кал /г

KC104+2Zr

>KC1 — 2Zr02

43/57

1580

КС104 4Ni —:

> KCl ^-4NiO

37/H3

(500

IHa(:r04-f-3Zr _

> 4BaO — J — 2Cr2Oa — 3Zr02

79/21

376

2BaCr04-{ — 3Ni _

► 2BaO fCr203-i 3MiO

74/2<>

41

Временно протекает четыре реакции. Каждая из этих экзотерми­ческих реакций характеризуется своей скоростью горения.

Изменяя относительное содержание циркония и никеля, мож­но в широких пределах варьировать время горения. Для обеспече­ния воспламеняемости состава при отрицательных температу­рах потребовалось ввести в состав смеси перхлорат калия. Дав­ление прессования выше 2800 кг/см2 оказывает незначительное влияние на время горения, как это можно видеть из представлен­ных в табл. 9.9 экспериментальных данных.

Таблица 9.9

Содержание компонентов смеси[10]), %

Давление прессования, кг, см*

14 00

2100

2800

3500

420 0

Хромат

Бария

Перхло­

Рат

Калия

Никель

Цирко­

Ний

Номинальное среднее время горения, сск

64

И

20

5

11,0

11,2

11,8

12,1

12,2

64

11

13

12

2,0

2,0

1,9

64

11

21

4

13,0

13,5

14,0

14,3

14,0

1) Вес заряда 1680 мг.

Хотя заряды из этих смесей не имели отказов после хранения в течение 11 мес при температуре —54° С, нормальной температуре и при температуре 71° С, время горения заметно возрастало с уве­личением температуры хранения от —54 до 71° С.

Вследствие изменений характеристик после хранения при разных температурах, а также вследствие того, что обработка порошков никеля и циркония для предотвращения коррозии не устраняла всех трудностей, использование этих смесей было прекращено.

Ниже приведены имеющиеся данные по чувствительности смеси, содержащей 64% хромата бария, 4% циркония, 21%никеля и 11% перхлората калия.

Температура вспышки при воздействии источника 479

Нагрева в течение 5 сек, °С Чувствительность к удару по методике Минного от — 100-]- х)

Дела; вес груза 2 кг, см Чувствительность к трению на маятнике по стальным башмакам Не обнаружена

По волокнистым башмакам » » ного содержания циркония и никеля в сплаве обеспечивается дополнительная возможность изменения скорости горения. Уве-

Таблица 9.10

Уравнение химической реакции

Стехиометри­ческое соотно­шение компо­нентов

Тепловой эффект реакции (рас­четное значе­ние), кал! г

KC104 + 2Zr_>

KCl + 2Zr02

43/57

1580

KC104-f 4Ni

KCl + 4NiO

37/63

С

О

4ВаСЮ4 + 32г—>

4Ba0 + 2Cr203 + 3Zr02

79/21

376

2BaCr04-}-3Ni —^

2ЯaO — f — Cr203 3NiO

74/26

44

Личение содержания перхлората калия первоначально приводит к уменьшению времени горения; однако по мере дальнейшего

Таблица 9.11

Содержание компонен­то» смеси, %

Номинальное сред­нее время горения,

Сек

Эксперимен­тальное зна­

Объем­ное га-

Температура

ВСПЫШКИ при

Воздействии

Т. М1ЛОН 10 источника в течение 5 с«к, °С

Хро­

Мат

Бария

Цнрьошш — никеле — вый сплав (50/50)

Пер­

Хло­

Рат

Калия

При нор­мальной началь­ной тем­пературе

При тем­пературе -54° С

Чение теп­лового эф­фекта реакции (и среде ге­лия), пал/г

Зообра-

Зопа-

Ние,

СмЗ/г

77

23

И

6,1

202

1,0

80

20

И

8,0

190

0,8

75

20

5

7,2

255

1,4

83

17

0

Гороыие

Прекра­

Тилось

169

83

17

0

9,3

200

0,7

78

17

5

9,9

11,6

21У

1,2

490

75

17

8

9,4

246

4,3

80

15

5

12,8

15,2

199

1,0

82

13

5

13,7

17,2

185

0,2

Увеличения содержания перхлората калия время горения воз­растает. В табл. 9.11 представлены данные по скорости горения в зависимости от состава и начальной температуры. Приведены также значения теплового эффекта реакции, объемного газообра­зования и температуры вспышки.

В табл. 9.12 приведены результаты испытаний при нормальной начальной температуре и температуре —54° С смеси, содержащей 60% хромата бария, 26% цирконий-никелевого сплава и 14% перхлората калия, после хранения в течение 8 мес при темпе­ратуре 77° С.

Заряды из этой смеси были изготовлены прессованием под давлением 2800 кг/см2 в корпуса обтюрированных замедлителей М16-А1. При испытаниях десяти образцов при каждой начальной

Таблица 9.12

Продолжительность хранения при тем­пературе 77° С, мес

Номинальное среднее время горения, сек

При нормальной, начальной темпе­ратуре

При начальной температуре —54° С

0

13,6

15,3

1

13,0

15,0

2

13,3

15,1

4

13,0

14,9

8

13,1

Температуре не было получено отказов после хранения в течение всех указанных периодов времени. Хотя разбросы времени горе­ния каждой группы зарядов при нормальной температуре и тем­пературе —54° сравнительно невелики, разница во времени горе­ния при переходе от одной температуры к другой весьма значи­тельна. Данные по скорости горения при повышенных начальных температурах не получены.

В связи с применением ракет для исследований на больших высотах потребовалась разработка замедлителей, удовлетворяю­щих новому требованию: при пониженных давлениях время горе­ния должно мало изменяться (или практически не изменяться совсем). Образцы из смеси, содержащей 54% хромата бария, 31% цирконий-никелевого сплава (в соотношении 70/30) и 15% перхлората калия, были испытаны в широком интервале давлений. Они запрессовывались под давлением 2520 кг1см2 в корпуса замед­лителей М-112. Результаты испытаний приведены в табл. 9.13.

Уменьшение давления от 760 до 34 мм рт. ст. привело к уве­личению времени горения приблизительно на 70%. При давлениях ниже 34 мм рт. ст. воспламенение и время горения имели недо­пустимо большой разброс.

И табл. 9.14 приведены данные по времени горения той же смеси в интервале начальных температур от —54 до 300° С. При
температурах выше 300° С опыты не проводились из-за опасности самовоспламенения.

При проведении дополнительных экспериментов со смесями, содержащими цирконий-никелевые сплавы, обнаружено увеличен ниє времени горения при длительном хранении, особенно в при­сутствии влаги. Для устранения этой тенденции частицы сплава

Таблица 9.13

 

Таблица 9.11

 

Давление, .и и рт. ст.

 

Номинальное среднее время горения, чп

 

Начальная тем­пература, °С

 

Номинальное среднее время горения, (гк

‘.,3

4,0

3.9

3.8 3,2

2.8 2.б

 

34

7,1

100

6,0

300

6,3

500

4,6

760

4,2

 

—23

0

77

147

227

300

 

Обычно обрабатываются бихроматом, что уменьшает чувствитель­ность к влаге. Эта обработка, хотя и ослабляет реакционную спо­собность сплава, не полностью устраняет указанный недостаток. Типичные данные по чувствительности смесей, содержащих цирконий-никелевые сплавы, представлены ниже.

Небольшая или во­обще отсутствует Не обнаружена

От 60 до 100+ От 25 до 40—}- Около 500

0,20

подпись: небольшая или во-обще отсутствует не обнаружена
от 60 до 100+ от 25 до 40—}- около 500
0,20
Чувствительность к тропик» на маятнике: но стальным башмакам

Но волокнистым башмакам Чувствительность к удару, см: по методике Минного отдела; вес груза 2 кг но методике Пикатинского арсенала, вес груза 2 кг Температура вспышки при воздействии источника пагрева в течение 5 егк, СС Стабильность в вакууме при температуре 120° С и времени выдержки 40 час, см3 газа

Чувствительность к трению, удару и нагреву, по-видимому, определяется суммарным содержанием горючего и относительным содержанием циркония и никеля в сплаве. Чем вытттс содержание горючего, тем более чувствителен состав к внешнему воздействию. С увеличением процентного содержания циркония чувствитель­ность также, по-видимому, увеличивается.

СМЕСИ ІІЛ ОСНОВЕ ХРОМАТА БАРИЯ, ХРОМАТА СВИІЩА И МАРГАНЦА (0-1 (І)

Относительно смесей на основе хромата бария, хромата свинца а марганца известно, что при хранении в отсутствие влаги их характеристики вполне удовлетворительны. Склонность тонкого порошка марганца к окислению в присутствии влаги является основной причиной значительного разброса характеристик после хранения. Поэтому для увеличения допустимого срока хране­ния смеси марганец обычно обрабатывается водным раствором бихромата калия, а затем стеариновой кислотой, растворен­ной в четыреххлористом углероде. Однако эта обработка не всегда обеспечивает удовлетворительную защиту марганца. Ана­логичные результаты были получены при обработке водоро­дом, хромовой кислотой и другими веществами. Размер частиц,

Таблица 9.1 о

Л,

^0

Состав газа,

Температура

<

‘о

Вспышки, °С

Й

О

*4

1

А Ч

‘—а ‘

И

5

2 С

Я ь

1

Л та

О

Н о.

СП

Я

О іО

5

О —

О сс

О

О

Со

СЗ

£

О я н £

Г ^

С[11] О С — ~

К а % * О о?

И

X

С/

О,

О

О

V — 2

Я з4

3 &

С С-> >& 2

Состав смеси, %

А

О

О

%

О

Л

А К Д О-

А £

»в5

СО

И

Со

Те

Еч

О

ЕС

%

О

Са н

См

О Й эЗ _ Ье

Го" 3

В 5*

*о.

1о ~ о

Е

Н

51

Нм к

Ь*

Г4

А

О

Ся

К

Со

— — о

‘ гс С г 5

С ^

А

0,08

260

15,4

55,0

-15,0

608

382

Марганец х) Хромат свин­ца

Хромат бария

45,0

55,0

В

0,33

256

18,3

77,7

22,3

660

522

Марганец *) Хромат свин­ца

Хромат бария

33.0

37.0

30.0

И У ио 11ГІ ии УХ и і У У* I JiLt

І»іаріащ;ц )

Хромат евин — 30»2

Ца

Хромат бария 37» О

‘) Р. имер частиц 5,7 мк.

А также наличие Мп02 на поверхности частицы оказывают зна­чительное влияние на стабильность при хранении.

Дифференциальный термический анализ смеси Б-16 показы­вает, что до момента воспламенения происходят экзотермические реакции между хроматом свинца и марганцем с образованием МпО при отсутствии воздуха и Мп304 в среде воздуха. Из анализа термограмм следует, что хромат свинца из различных партий имеет существенно различные характеристики. Химические реакции при горении смеси происходят в твердой фазе.

Скорости горения смесей существенно зависят от относитель­ного содержания хромата бария и хромата свинца. С увеличением содержания хромата бария скорость горения уменьшается. Ско­рость горения также зависит от размера частиц марганца и хро­мата свинца. Чем меньше размер частиц, тем больше скорость горения. Соответствующие экспериментальные данные представ­лены в табл. 9.15.

Было также проведено экспериментальное исследование воз­можного влияния на скорость горения материала корпуса, в кото­рый запрессована смесь. Данные по времени горения прессован­ного порошка 11-16 (одинакового веса) в корпусах из алюминия и меди представлены в табл. 9.16.

Таблица 9.16

Параметр

Алюминие­вый корпус

Медный

Корпус

Номинальное среднее время горе­

8,15

10,3

Ния, сек

Высота столбика замедлнтельной

17,2

21,5

Смеси, мм

Номинальное среднее относитель­

0,475

0,480

Ное время горения, сек! мм

І СМЕСИ НА ОСНОВЕ ХРОМАТА БАРИЯ И БОРА

При стехиометрическом соотношении компонентов смеси, содержащие хромат бария и бор, могут участвовать по крайней мере в двух химических реакциях в зависимости от относитель­ного содержания этих двух веществ (табл. 9.17).

Таблица 9.17

Уравнение химической реакции

Стехиометри­ческое соот­ношение компонентов, %

Тепловой эф­фект реакции, кал/г

Расчет

Экспе­

Римент

2ВаСг04 + 2В —> Сг203-|- Ва203+2Ва0 BaCr04-]- 2В —> Cr-j — В203-}- ВаО

95,9/4,1

92,1/7,9

303

357

381

480

Дополнительные данные для смесей, содержащих 95% хромата бария и 5% бора, а также 90% хромата бария и 10% бора, пред­ставлены ниже.

Свойства смеси, содержащей 95% хромата бария и 5% бора

1. Состав смеси и размер частиц

Компонент

Фирма-изготовитель

Размер частиц, .нк

Состав, %

Хромат бария Бор

«J. T. Baker» «American Potash»

1

1

95

5

2. Изделие’, замедлитель взрывателя М-112 с протоком газа, высота столбика замедлительпого заряда 19,8 мм

На уровне моря

При низком давле­нии

(25 мк рт. ст.)

Относительное время го­

0,0535

0,0555

Рения, СЄКІ мм

Температурный коэффициент при О С 1,91 .мсен/грао-сеи.

3. Физико-химические характеристики:

А. Тепловой эффект реакции (эксперимен — 420 кал/г

Тальное значение)

Б. Температура реакции (расчетное значение) 1650° С

В. Зависимость плотности столбика от давле­

350 630 2520 6930 1,91 2,29 2,86 3,48

подпись: 350 630 2520 6930 1,91 2,29 2,86 3,48Ния прессования: давление прессования, кг/см2 плотность, г! см3

Г. Объемное газообразование (эксперимен- 8,0 см3/г тальное значение)

4. Характеристики чувствительности:

100+

102+

100% — ное воспламенение Не обнаружена

700° С

630° С

675° С

подпись: 100+
102+
100% -ное воспламенение не обнаружена
700° с
630° с
675° с
А. Чувствительность к удару, см по методике Минного отдела

Ио методике Пикатинского арсенала

Б. Чувствительность к трению на маятнике: по стальным башмакам по волокнистым башмакам

В. Температура вспышки при воздействии теплового источника в

Течение 5 сек по данным дифференциального термиче­ского анализа минимальная температура вспышки

Г. Чувствительность к электростатическим разрядам:

Минимальная энергия разряда, тре­буемая

0,270

0,400

подпись: 0,270
0,400
Для воспламенения 50% образцов, дж » » 100% » » температура 26° С, относительная влажность 20%, открытый столбик смеси (без корпуса)

Д. Гигроскопичность при температуре 210 С

Время вы­

Относитель­

Увеличение

Держки,

Ная влаж­

Веса образ­

Час

Ность, %

Ца, %

24

50

0,17

24

70

0,28

24

90

0,18

5. Стабильность в условиях вакуума:

Во время выдержки при температуре 12° С в течение 40 час выделяется 0,06 смг газов

6. Изменение характеристик после хранения:

1. Состав смеси и размер частиц

подпись: 1. состав смеси и размер частицУвеличение времени горения приблизительно на 5% после хранения в тече­ние 12 мес в присутствии силикагеля

Компонент

Фирма-изготовитель

Размер частиц, мк

Содержание,

%

Хромат бария Бор

«1. Т. Наксг» «Атегісаи Роїазії»

1

1

90

10

Свойства смеси, содержащей 50% хромата бария и 10% бора

2. Изделие’, замедлитель взрывателя М-112 с протоком газа, высота столбика замедлптелыгого заряда 19,8 мм

На уровне

П{ш низком давле­

Моря

Нии

(25 лік ріп, ст.)

Относительное время го­

0,028

0,027

Рения, сек, мм

Температурный коэффициент при 0° С 1,22 мсек/град — сек

3. Физико-химические характеристики:

515 каліг 1650° С

подпись: 515 каліг 1650° сА. Тепловой эффект реакции (эксперимен­тальное значение)

Б. Температура реакции (расчетное значение)

350 630 2520 6930

1,95 2,24 2,67 3,28 7,3 см31г

подпись: 350 630 2520 6930
1,95 2,24 2,67 3,28 7,3 см31г
В. Зависимость плотности столбика от давле­ния прессования давление прессования, кг/см2 плотность, г 1см3

Г. Объемное газообразование (эксперимен­тальное значение)

4. Характеристики чувствительности:

98

30,5

100%-ное воспламенение 100%-ное воспламенение

680° С

700° С

610° С

подпись: 98
30,5
100%-ное воспламенение 100%-ное воспламенение
680° с
700° с
610° с
А. Чувствительность к удару, с. ч по методике Минного отдела по методике Пикатинского арсенала

Б. Чувствительность к трению на маятнике по стальным башмакам по волокнистым башмакам

В. Температура вспышки при воздействии теплового источника в

Течение 5 сек по данным дифференциального термиче­ского анализа минимальная температура вспышки

0,0023

20%, открытый

подпись: 0,0023
20%, открытый
Г. Чувствительность к электростатическим разрядам:

Столбик

подпись: столбикМинимальная энергия разряда, требуе­мая для воспламенения образцов, дж температура 26° С, относительная влажность смеси (без корпуса)

5. Изменение характеристик после хранения:

Изменение времени горения на 5% после хранения в течение 12 мес в присут­ствии силикагеля при температуре 76° С.

В табл. 9.18 представлены данные по времени горения, тепло­вому эффекту реакции, объемному газообразованию при горении и температуре вспышки в зависимости от содержания бора в смеси.

Можно видеть, что с увеличением содержания бора от 3 до 19 % время горения уменьшается. Тепловой эффект реакции возрастает с увеличением содержания бора вплоть до 13%. Даль-

Таблица 9.18

Содержание бора, %

Номиналь­ное 1) сред­нее время горения, сек

Тепловой

Эффект

Реакции,

Ка. г/г

Объемное газообразо­вание, смЗ/г

Чувстви­тельность к удару по методике Пикатин — ского арсе­нала, см

Температура вспышки при воз­действии теплового источника в течение 5 сск, °С

3,0

7,56

Неполное протекание реакции

102+

4,0

1,72

354

5,0

Ю2-;-

5,0

1,09

420

8,0

102-1-

~ 700

0,0

0,77

431

8,4

94

8,0

0,56

462

7,9

71

10,0

0,47

515

7,3

53

680

13,0

0,40

556

8,9

51

15,0

0,39

551

7,0

41

17,0

0,38

543

11,6

33

19,0

0,37

535

8,8

41

21,0

0,38

526

8,6

86

23,0

0,41

503

4,2

102 1-

25,0

0,43

497

10,2

102+

30,0

0,57

473

10,4

102+

35,0

0,97

446

12,7

102-}—

40,0

2,19

399

14,1

102+

45,0

5,25

364

15,0

102+

50,0

14,5

Неполное протекание реакции

102 ‘г

!) Смесь запрессована в корпус замедлителя взрывателя М-112 при давле­нии 2520 кг/см2.

Нейшее увеличение содержания бора приводит к уменьшению теплового эффекта реакции. Аналогичная тенденция отмечена для данных по чувствительности к удару; самая чувствительная смесь содержит 15% бора. Приведенные в этой таблице резуль­таты испытаний не следует рассматривать как абсолютные, по­скольку они только намечают тенденции при изменешш содер­жания бора.

В табл. 9.19 представлены данные стендовых испытаний по влиянию начальной температуры на время горения смесей, содержащих 95% хромата бария и 5% бора, а также 90% хромата бария и 10% бора. Указанные смеси были запрессованы в корпуса замедлителя взрывателя М-112.

Таблица 9.19

Содержание компонен­тов смеси, %

Номинальное среднее время горения, сек

Изменение,

%

Температур­ный коэффи­циент,

Хромат бария

Бор

-54° С

24° С

75° О

Мсек/град■сек

95

5

1,695

1,371

1,160

39,0

3,0

90

10

0,628

0,454

0,493

24,8

1,9

Время горения зарядов в замедлителях с протоком газа обычно обратно пропорционально изменению внешнего давления. Соот­ветствующие данные для двух смесей приведены в табл. 9.20.

Таблица 9.20

Содержание компонентов смеси, %

Номинальное среднее время горения, сек

Давление окружающей среды, мм рт. ст.

Хромат бария бор

50

100

350

500

760

95,4

90

4,6

10

1,4

0,41

1,39

1,40

0,42

1,40

1,49

0,42

Содержание компонентов смеси, %

Номинальное среднее время горения, сек

Давление окружающей среды, кг/см2

Гхромат бария

Бор ‘

1,05

3,5

7,0 17,5

35,0

95,4

4,6

1,8

1,5

1,4

1,2

1,1

Очевидно, однако, что изменение давления оказывает относи­тельно слабое влияние на время горения этих двух смесей.

С увеличением давления прессования несколько увеличивает­ся плотность заряда и время горения. В табл. 9.21 приведены типичные данные для смесей, содержащих 95% хромата бария и 5% бора, а также 90% хромата бария и 10% бора, запрессо­ванных в корпуса замедлителя взрывателя М-112.

Аналогичные тенденции к уменьшению скорости горения с увеличением давления прессования обнаружены и для других смесей на основе хромата бария и бора.

Влияние давления прессования рассматривалось также с точ­ки зрения роли формы пуансона пресс-инструмента. Установлено, что форма пуансона оказывает влияние на время горения. В табл. 9.22 приведены данные по времени горения нескольких смесей при использовании трех различных по форме пуансонов.

Эти смеси были запрессованы в корпус трассера диаметром 40 мм при давлении 2520 кг/см2. В таблице представлены также значе­ния разброса среднего времени горения.

Таблица 9.21

Содержание компонентов смеси,

%

Давле­

Ние

95/5

90/10

Прес­

Сова­

Ния,

Кг/см%

Номиналь­ное относи­тельное время горе­ния, сек/мм

Плот­

Ность,

Г/смЗ

Номиналь­ное относи­тельное время горе­ния, сек/мм

Плот­

Ность,

Г/сл1а

14

0,0475

1,88

0,0210

1,89

35

0,0475

1,91

0,0212

1,95

91

0,0510

2,22

0,0220

2,09

252

0,0549

2,41

0,0232

2,26

630

0,0588

2,55

0,0244

2,43

1260

0,0630

2,70

0,0256

2,57

2520

0,0665

2,89

0,0276

2,73

По приведенным результатам не обнаружено каких-либо определенных тенденций изменения времени горения или разбро­са его среднего значения.

Таблица 9.22

Содержание компонентов смеси, %

Форма пуансона

Номинальное среднее горения, сек

Время

Разброс, %

95/5

90/10

86/14

81/19

95/5

90/10

86/14

81/19

Плоская

2,37

0,89

0,74

0,73

0,99

0,56

1,90

2,74

Ступенчатая

2,30

0,86

0,70

0,72

1,01

2,14

0,57

1,25

Зубчатая

2,11

0,96

0,71

0,70

1,46

1,63

1,65

При проектировании системы, содержащей замедлительную смесь, приходится разрешать вопросы, связанные с оптимальным выбором металла для конструкционных элементов замедлителя, внутреннего диаметра и толщины стенок, а также типа системы— с протоком газа или обтюрированной. Чтобы получить ответ на эти вопросы, были изготовлены замедлители методом прес­сования столбиков смесей, содержащих 95 и 90% хромата бария и 5 и 10% бора соответственно в цилиндрические корпуса

Из алюминия, меди и нержавеющей стали длиной 25,4 мм. Вну­тренний диаметр корпуса в одной серии экспериментов был равен 6,35 лш, а в другой 9,5 мм; толщина стенки изменялась от 1,27 до 25,4 мм в обеих сериях. Были измерены скорости горения при начальной температуре — 54° С, нормальней температуре и 75° С как для системы с протоком газов, так и для обтюрированной системы. Полученные результаты по влиянию указанных факто­ров представлены в табл. 9.23.

Таблица 9.23

Содержание компонентов смеси, %; тип системы

Металл

Диаметр корпуса і), мм

Начальная температу­ра 1), °С

Влияние

ТОЛЩШІМ

Стенки

95/5, система с протоком газа

Не

Влияет

6,35 2)

75 2)

3)

95/5, обтюри­рованная си­стема

»

»

9,50 2)

75 2)

3)

90/10, система с протоком газа

»

»

Не влияет

75 2)

Не влияет

90/10, обтюри­рованная си­стема

»

»

9,50 2)

75 2)

» »

1) При проведении этих экспериментов значения диаметра корпуса и начальной температуры соответствуют максимальным скоростям горения для каждой серии экспе­риментов.— Прим. перев.

2) Существенное влияние (при доверительном уровне 95%).

3) Существенное влияние, но без определенных тенденций. Начальная температура была равна —54° С, нормальной и 75° С. Толщина стенки 1,27, 3,8, 7,6, 12,7, 19, 25,4 мм. Материал — алюминий, медь, нержавеющая сталь.

Установлено, что начальная температура оказывает наиболее существенное влияние. Во всех случаях смеси медленнее всего горели при начальной температуре —54° С, несколько быстрее при нормальной температуре и быстрее всего при температуре 75° С. При использовании обтюрированных систем было обнару­жено значительное увеличение времени горения при диаметре заряда 9,5 мм для обеих смесей. В случае смеси состава 95% хро­мата бария и 5% бора толщина стенки оказывала влияние как в системе с протоком газов, так и в обтюрированной системе. Однако разница была слишком мала, чтобы можно было устано­вить определенную тенденцию. В случае смеси состава 90% хро­мата бария и 10% бора толщина стенки не имела сколько-нибудь существенного значения.

Тот факт, что материал корпуса, несмотря на различие в коэф­фициентах теплопроводности, не оказывает заметного влияния на время горения, оказался до некоторой степени неожиданным результатом. Однако это может быть обусловлено двумя причи­нами:

1. Пленка из несгоревшей смеси может покрывать внутрен­нюю поверхность корпуса и уменьшать теплопередачу и тепло­вые потери.

2. Наиболео высокотемпературная зона реакции находится в центральной части объема и может быть окружена нагретым слоем шлака, препятствующим интенсивным тепловым потерям*

Как и ожидалось, в обтюрированных системах горение проте­кает быстрее, поскольку накопление газов, выделяющихся при горении смеси, способствует форсированию горения.

Выше отмечалась чрезвычайная важность эффекта упрежде­ния. Этот эффект связан с образованием газов при горении замед — лительной смеси и их влиянием на воспламенение концевого заряда. При наличии концевого заряда время горения умень­шается и его разброс значительно больше, чем при отсутствии концевого заряда. В табл. 9.24 и 9.25 приведены данные, иллюстрирующие это влияние.

В табл. 9.26 показано влияние воспламенителя на время горе­ния нескольких смесей на основе хромата бария и бора.

Таблица 9.24

Влияние типа концевого заряда на характеристики замедлителыюй смеси, содержащей 95% хромата бария и 5% бора

Тип концевого заряда 1)

Номинальное среднее время горе­ния, мсек

Уменьшение

Времени

Горения,

Мсек

Отсутствует

441

__

ВаСгО/к— В (86/14)

399

42

Мо03 — КСЮ4 — Ъх (26/21/53)

332

109

Мо03 — 7л (51/40)

325

116

Мо03 — Сг203 — 7л‘ (31,3/20/48,7)

307

134

Мо03 —Сг203—гг (25,2/И), 1/58,/7)

284

157

1) Заряд запрессован в корпус замедлителя взрывателя М-112 при давлении 2520 к?,/смЪ.

Система

Номинальное среднее время горения и горения, мсек

Разброс времени

96/5

Разброс

90/10

Разброс

86/14

Разброс

Замедлительный

464

39

167

10

132

14

Заряд

Замедлительный

158

261

124

55

116

49

Заряд и конце­

Вой заряд

Уменьшение вре­

306

43

16

Мени горения,

Мсек

Таблица 9.25

Таблица 9.26

Содержание компонентов смеси на основе хромата бария

И бора 1)

95/5

93/7

86/14

Параметр

При от­сутствии воспла­мените­ля

При на­личии воспла­менителя

При от­сутствии воспла­мените­ля

При на­личии воспла­менителя

При от­сутствии воспла­мените­ля

При на­личии воспла­менителя

Среднее время го­рения, мсек

1079

1065

551

532

177

179

Разброс, %

22,8

15,7

6,9

3,9

5,6

1) Смесь запрессована в корпус замедлителя взрывателя М-112 при давлении 2520 кг/см% воспламенитель — навеска МоОз/гг (55/45) весом 50 мг.

Влияние изменения состава замедлительной смеси на основе хромата бария и бора при наличии концевого заряда, содержащего 51% Мо03 и 49% Zr,

На время горения і

подпись: влияние изменения состава замедлительной смеси на основе хромата бария и бора при наличии концевого заряда, содержащего 51% мо03 и 49% zr,
на время горения і
Использование воспламенителя приводит к некоторому умень­шению разброса результатов при одновременном небольшом изме­нении среднего времени горения.

Важным преимуществом смесей на основе хромата бария и бора по сравнению с другими является их надежность при неблагоприятных условиях хранения. После хранения эти смеси характеризуются меньшими изменениями времени горения по сравнению с другими смесями, которые предлагались для замед­лителей взрывателей.

Данные по влиянию условий хранения при различной относи­тельной влажности на время горения представлены в табл. 9.27.

Таблица 9.27

Содержание компонентов смеси,

%

Относитель­ная влаж­ность, %

95/5

90/10

Номиналь­ное среднее время горе­ния, сек

Разброс,

Сек

Увеличе­

Ние

Времени

Горения,

Сек

Номиналь­ное среднее время горе­ния, сек

Разброс,

Сек

Увеличе­

Ние

Времени

Горения,

%

1,0

1,372

0,038

_

0,540

0,045

____

50,6

1,383

0,091

0,8

0,565

0,050

4,6

75,5

1,481

0,070

7,9

0,568

0,032

5,2

89,3

1,554

0,128

13,3

0,605

0,026

12,0

100,0

Не вос­пламени­лась

1,150

0,301

112,9

Примечание. Смеси хранились в течение 15 суток при нормальной температуре и относительной влажности 1%; в течение 15 суток при температуре 35° С и относи­тельной влажности 50,6; 75,5 и 89,3%; в течение 7 суток при температуре окружающей •среды и относительной влажности 100%.

(Время горения при повышенной влажности) — Увеличение времени _ — (Время горения при относительной влажности 1%) х 100

Горения, % ~~ Время горения при относительной влажности 1%

До относительной влажности 50% характеристики меняются мало.

Таблица 9.28

Содержание компо­нентов смееи па основе хромата бария и бора 1), %

Время хранения, мсс

0

19

Номинальное среднее время горения, сек

Разброе, %

Номинальное сроднее время горения, сек

Разброс, %

95/5

1,59

0,9

1,59

1,3

95/5

1,29

2,0

1,26

1,5

90/10

0,59

. 2,0

0,58

2,2

90/10

0,57

0,8

0,52

2,2

1) Смесь запрессована и корпус замедлителя взрывателя М-112 при давлении прес­сования 2520 кг/см 2.

В табл. 9.28 представлены типичные данные по времени горе­ния смесей, содержащих 95 или 90% хромата бария и 5 или 10%

Бора соответственно, после хранения в течение 19 мес над осуши­телем. Изменение времени горения после хранения оказалось очень незначительным, что свидетельствует о стабильностРі сме­сей на основе хромата бария и бора. 1

Благодаря широкому применению смесей на основе хромата бария и бора они находятся в контакте с различными мате­риалами. Экспериментально установлено, что после контакта в течение длительного периода времени с указанными металлами и пластиками время горения этих смесей не меняется.

SHAPE \* MERGEFORMAT ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ ЗАМЕДЛИТЕЛИ

Органические вещества

подпись: органические вещества

Металлы

Латунь

Алюминий

Магний

Нержавеющая

Сталь

Ацетобутират целлюлозы

Полиэтилен

Краластик-І

Неопреновый каучук

Меламин

Диаллилфталат

Силастик-80

Винил № 2 и № 4

Нейлон

Этилцеллюлоза СЕ-12808 Кель-эф Пластон

Силиконовый каучук Нитроцеллюлоза

СМЕСИ ПА ОСНОВЕ ХРОМАТА БАРИЯ, ВОЛЬФРАМА И ПЕРХЛОРАТА КАЛИЯ

Хотя смеси на основе хромата бария и бора оказались весьма надежными, их применение ограничено устройствами с малым временем горения..Для удовлетворения потребности в надежных медленно горящих (1,6 сек! мм) замедлительных смесях в качестве горючих элементов стали использоваться тугоплавкие металлы типа вольфрама, хрома, молибдена и ниобия. Предварительные исследования этих компонентов показали, что наиболее перспек­тивным горючим является вольфрам. Хотя хромат бария и воль­фрам реагируют с выделением тепла, необходимо добавить в эту

Таблица 9.29

Уравнение химической реакции

Стехио­метри­ческое соотноше­ние ком­понентов

Тепловой эффект реакции (экспери­менталь­ное зна­чение) , кал/г

Скорость горения

2ВаСг04 г^’-

-> 2Ва0-гСг203-і- \ 02

73/27

Фронт пламени не распростра­няется

*

О

>т0′

1

ЖС1 4-2\Ю2

27/73

492

Бинарную смесь перхлорат калия для увеличения теплового эффекта реакции, улучшения характеристик воспламенения и обеспечения устойчивого распространения фронта пламени при низких начальных температурах. Получены тройные смеси этих компонентов с относительным временем горения примерно 1,5 сек/мм.

Тройные смеси участвуют одновременно в двух реакциях (табл. 9.29).

В табл. 9.30 приведены данные по скорости горения, удельному газообразованию и тепловому эффекту реакций для нескольких смесей из указанных компонентов.

Таблица 9.30

Содержание компонентов

Смеси, %

Номинальное среднее отно­сительное время горе­ния, сек/мм

Удельное газообразо­вание, сліЗ/г

Тепловой

Эффект

Реакции,

Кал/г

4L*

ВаСг04

КСЮ4

85

15

0,063

80

20

0,098

304

28

62

10

1,92

8,5

30

60

10

1,23

10,4

32

63

5

1,13

3,3

35

30

35

0,95

40

47

13

0,232

346

50

40

10

0,307

4,3

305

65

20

15

0,118

2,1

70

10

20

0,288

1,6

В табл. 9.31 показано влияние размеров частиц вольфрама на относительное время горения смеси, содержащей 55% хромата

Таблица 9.31

Размеры частиц вольфрама, мк

Относительное среднее время горения, сск, мм

І

4

0,354

8

0,676

15

1,11

Бария, 10% вольфрама и 35% перхлората калия и запрессованной при давлении 2520 кг/сж2 в корпус с протоком газов.

В табл. 9.32 иллюстрируется общая тенденция изменения времени горения двух смесей в зависимости от начальной темпе­ратуры и давления.

Таблица 9.32

Содержание компонеь. смеси, %

Номинальное сред­нее время горения (влияние темпера­туры), сек

Температурный коэффициент, мсек/град • сек

Номинальное сред­нее время горения (влияние давления),

Сек

<4

<+>

О

S

О

® £

ВаСгС>4

W

Ксю4

Нормаль­ная темпера­тура хра­нения

Понижен­ная тем­пература храпения

Нормаль­

Ное

Давление

Понижен­

Ное

Давление

И "А егЕ — s 5 ь

§ £ -1

К нЗ

40

10

50

8,53

9,68 (-60° С)

1,5

8,53

13,2 (6 мм рт. ст.)

0,73

70

10

20

31,31

33,79 (-58° С)

1,0

31,31

39,7 (80 мм рт. сто.1))

0,40

1) Минимальное давление, при котором происходит распространение фронта пламени. Примечание. Смесь запрессована в корпус замедлителя взрывателя М-112 при давлении 2520 кг/см*.

При повышении давления (выше атмосферного) скорость горения смесей, содержащих вольфрам, увеличивается, т. е. в этом отношении они аналогичны другим смесям. В табл. 9.33

Таблица 9.33

Состав смеси, %

Номинальное относительное время горения, сек/мм

ВаСгС>4

W

Ксю4

Давление, ата

0 , ио

0 , 06

И, 13

0,40

1,0

19,0

36

12

172

35

55

10

0,68

О

О

0,68

О

С

0,69

0,48

0,29

0,25

0,21

Приведены данные по скорости горения смеси, содержащей вольфрам.

В табл. 9.34 показано, как влияет вес заряда из смеси, содер­жащей 55% V, 10% КСЮ4 и 35% ВаСг04) запрессованной в кор­пус М-112 при давлении 2520 кг/см2, на время горения смеси.

Согласно приведенным результатам, образец горит немного быстрее с увеличением длины. Возможно, существует некото­рая критическая длина заряда, при которой скорость горения максимальна. На примере смеси 32% ¥, 58% ВаСг04 и 10%

Таблица 9.34

Вес заряда, мг

Номинальное среднее время горения, сек

Вес заряда, мг

Номинальное среднее время горения, сек

500

1,20

4000

7,62

1000

2,35

5000

9,28

2000

4,31

6000

И,82

3000

6,00

КСЮ4, запрессованной в корпус трассера с протоком газа диа­метром 40 мм, было исследовано влияние хранения в течение одного года. Все исследуемые образцы нормально воспламенялись и устойчиво горели. По результатам испытаний не установлено общей тенденции изменения скорости горения к концу срока хранения. Это дает основания считать смесь стабильной. Полу­ченные данные приведены в табл. 9.35.

Таблица 9.35

Температура

Относительная влажность, %

Номинальное среднее время гореиия, сек

Продолжительность хранения, мес

0

0,25

1

2

3

6

12

Нормальная

10

16,9

16,6

16,7

17,2

17,1

16,2

16,2

Нормальная

75

16,6

17,2

16,8

17,6

21,6

18,6

71° С

Нормальная

16,9

16,7

15,7

16,6

17,0

КОМПОНЕНТЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

При разработке замедлительных смесей были использованы практически все возможные окислители, не образующие газо­образных продуктов сгорания и не обладающие гигроскопич­ностью, а также большинство металлов, которые могли быть получены в виде тонких порошков. Рассмотрение многочислен­ных комбинаций окислителей и горючих позволило прийти к выводу о целесообразности использования таких хроматов, как хроматы свинца или бария, в качестве окислителей и тонких порошков таких элементов, как цирконий, марганец и бор, в качестве горючего.

В табл. 9.36 приведены данные (опубликованные в различных источниках), позволяющие судить о разнообразии разработанных и исследованных смесей.

 

Химические реакции в замедлительной смеси происходят при воспламенении тщательно перемешанных в соответствующем соот­ношении окислителя и горючего. Скорость горения зависит от содержания компонентов и размера их частиц.

ГОРЮЧИЕ

В качестве горючих для замедлительных смесей обычно при­меняются тонкие порошки металлических и неметаллических элементов и сплавов. В идеальном случае горючее должно иметь высокий тепловой эффект химической реакции, быть влагостойким, непирофорным, а продукты реакции должны быть стабильными при высокой температуре. В некоторые смеси были включены селен и сера, однако они не нашли широкого применения ввиду того, что при их горении выделяются газообразные продукты сгорания. Чаще всего используются следующие компоненты: бор, марганец, кремний, вольфрам, циркоций, цирконий-никелевые сплавы.

В качестве горючих в экспериментальных смесях применяются молибден, ниобий и гитан.

ОКИСЛИТЕЛИ

Окислитель для замедлительных смесей должен быть стабиль­ным при относительно высоких температурах, реакционноспособ­ным, негигроскопичным и образовывать продукты реакции в твердой фазе. Этим критериям удовлетворяют немногие окисли­тели, приведенные в табл. 9.37.

Таблица 9.37

Хроматы

Перхлораты

Окислы

Перекиси

Нитраты

Бария

Свинца

Стронция

Калия

Железа

Меди

Вольфрама

Свинца

Марганца

Висмута

Бария

Калия

СВЯЗУЮЩИЕ

Для улучшения физико-механических характеристик~’зарядов замедлительных смесей’ в них вводятся связующие. Содержание связующего должно быть минимальным, чтобы сократить количе-

Ство образующегося при горении газа. Небольшое количество связующего можно добавлять, если перед прессованием зарядов требуется гранулировать смесь с целью обеспечения свободного течения порошка в процессе производства. В качестве связующих обычно употребляются льняное масло, глицерин, сополимер винилового спирта и ацетата.

СМАЗКИ

Изготовление таблеток или прессование зарядов может быть затруднено из-за повышенной твердости одного из компонентов или из-за прилипания смеси к пресс-инструменту. Во избежание этого в состав вводится небольшое количество смазки, в качестве которой используется графит, стеариновая кислота, стеараты.

МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ

Производство надежных пиротехнических замедлителей с вос­производимыми характеристиками включает ряд сложных взаимо­связанных процессов, от выбора и обработки компонентов до сборки готовой системы. Не менее важное значение имеют оценка опасности для обслуживающего персонала и оборудова­ния, наличие подходящих производственных помещений, под­держание в рабочем состоянии инструмента и оборудования, кон­диционирование воздуха на рабочих участках. Все оборудование должно быть спроектировано и смонтировано с учетом всех необ­ходимых мер техники безопасности. В производстве должно нахо­диться лишь минимальное количество компонентов или смеси. Лабораторные и заводские методы изготовления смесей для экспе­риментального или серийного производства включают следующие операции:

1. Компоненты смеси:

А) хранение;

Б) измельчение (в молотковых, шаровых или газоструйных мельницах;

В) измерение среднего размера частиц и распределения частиц по размерам;

Г) фракционирование;

Д) сушка;

Е) взвешивание.

2. Смесь:

А) смешивание компонентов (в шаровых мельницах; смесителе Мюллера; при помощи ступки и пестика;

Б) грануляция и агрегатирование;

В) прессование;

Г) сборка;

Д) использование остатков смеси.

КОМПОНЕНТЫ СМЕСИ

АР МШПИЕ

В процессе производства и хранения компоненты могут стать непригодными вследствие загрязнения осколками контейнера, попадания пыли или случайного смешения одного компонента с другим. Не исключены и другие возможные причины загрязне­ния веществ, вызванные случайными факторами или из-за небреж­ного обращения. Основная трудность при наличии малых коли­честв загрязняющих веществ, включая влажность, заключается в том, что их влияние часто бывает незаметным и некоторое время никак не проявляется. Однако впоследствии это приводит к неожиданным изменениям времени горения, увеличению раз­броса параметров и ухудшению характеристик при хранении.

ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

Компоненты, поступающие от фирм-поставщиков, должны удовлетворять вполне определенным требованиям, однако размер частиц может не укладываться в допустимые пределы. Если частицы оказываются слишком крупными, их можно измельчить с помощью молотковых и шаровых мельниц или другого оборудо­вания. В молотковых мельницах предусмотрен контроль расхода порошка, что обеспечивает оптимальный режим работы оборудо­вания. Установка имеет несколько молотков, которые вращаются с высокой скоростью, ударяя по крупным кристаллам и измельчая их. Измельченный продукт просеивается через экран со специаль­но подобранными круглыми отверстиями различного диаметра либо щелями или через сита, которые могут иметь отверстия раз­личной формы, и собирается в очищенный контейнер. Затем про­изводится измерение частиц. Чтобы получить заданные размер частиц и количество готового продукта, может потребоваться несколько повторных измельчений партии порошка. Некоторые молотковые мельницы имеют интегральный циклонный сепаратор, или классификатор, так что в этом случае измельчение и фрак­ционирование порошка проводятся одновременно. Большинство компонентов замедлительпых смесей измельчаются без особого труда. Однако вещества, чувствительные к нагреву (такие, как воск, смола и пластики), требуют специальной обработки во избе­жание повреждения мельницы из-за агломерации частиц или перегрева самого измельчаемого материала. В процессе дробле­ния эти вещества охлаждаются сухим льдом или жидким азотом. Молотковые мельницы имеют высокую производительность и при правильной настройке обеспечивают необходимые размеры частиц.

Вместе с тем некоторые вещества слишком опасно измельчать в молотковых мельницах, как, например, взрывчатые вещества, топлива, пирофорные порошки и т. д. Более подходящим устрой­ством для выполнения такой задачи является шаровая мельница. В контейнер мельницы загружается исходный материал и для ускорения процесса измельчения добавляется большое количество стальных, медных или керамических шаров (или кремневая галь­ка). Контейнер герметически закрывается и устанавливается на вращающиеся ролики или держатели, связанные с вращаю­щимся валом. Конечное распределение частиц по размерам зави­сит от используемого метода, размера частиц исходного порошка, размера и количества шаров, скорости вращения мельницы и времени помола. Хотя производительность шаровой мельницы меньше по сравнению с молотковой, она имеет преимущество, заключающееся в возможности использования жидкой среды, что снижает опасность при обработке чувствительных или пирофор­ных. материалов.

В молотковой или шаровой мельнице получают относительно тонкие порошки, однако может потребоваться конечный продукт еще более тонкого помола. Для дальнейшего измельчения частиц порошка применяется газоструйная мельница. Высокоскоростной поток воздуха подает порошок в мельницу и в специально спроектированной камере создается течение с сильной турбу­лентностью, в результате чего происходит интенсивное столкно­вение частиц. Окончательное распределение частиц по размерам определяется величиной энергии соударения частиц и временем их пребывания в мельнице.

ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ЧАСТИЦ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ

ПО РАЗМЕРАМ

Хотя в ряде работ показана связь между размерами частиц компонентов смеси, а также распределением частиц по размерам и рабочими характеристиками замедлителя, тем не менее право­мерность применяемых методов измерений размера частиц и рас­пределения частиц по размерам все еще вызывает сомнения. В раз­деле по пиротехническим средствам представлены данные по влия­нию размеров частиц компонентов в различных замедлительных системах. Подробное описание методов измерения размеров частиц и обсуждение правомерности этих методов можно найти в специальной литературе.

Прежде чем проводить измерение размеров частиц, необходимо выяснить, какие данные необходимы: средний размер частиц или распределение частиц по размерам. Наиболее полезные данные можно получить на основе анализа распределения частиц по раз­мерам. Эти данные позволяют определить частоту появления того или иного интервала размеров, а также средний размер частиц. Если необходим только средний размер частиц, то его проще всего определить методом воздушной фильтрации, применимого в интер­вале средних размеров частиц от 2 до 1000 мк. Подобный метод позволяет определить осредненный по поверхности диаметр частиц. Распределение частиц по размерам можно определить раз­личными способами, например подсчетом под микроскопом, мето­дами седиментации и нефелометрии. Поскольку каждый метод основан на измерении различных параметров частицы, результаты измерений разными методами среднего размера частиц в зави­симости от формы отдельных частиц будут несколько отличаться друг от друга.

Часто требуется определить удельную поверхность порошко­образного компонента для корреляции с рабочими характеристи­ками. Для этой цели обычно используются методы газовой абсорб­ции, хотя существуют и другие способы.

Описанные методы измерения непригодны для порошкообраз­ных веществ с размером частиц, меньшим чем размер ячейки б существующих ситах, например хромата бария или бора, не только вследствие малого размера частиц, но и потому, что подобные частицы интенсивно агломерируют. Применительно к таким веществам были использованы методы анализа с помощью электронного микроскопа, но в связи с очень малыми размерами образцов могут быть получены ошибочные результаты.

В любом случае анализ рабочих характеристик должен про­водиться с учетом использованного конкретного метода измерения размеров частиц.

ФРЛКЦИОНИРОВ НИЕ

Относительно узкий интервал размеров частиц порошка можно обеспечить путем фракционирования порошка, которое осуще­ствляется с помощью сит, циклонов, метода седиментации или отмучивания. Порошки с размером частиц более 44 мк можно разделять на фракции с помощью сит. Просеиванием порошков через несколько заранее выбранных сит получают относительно широкий или узкий интервал размеров частиц.

Фракционирование частиц размером менее 44 мк осуществляет­ся в циклонах, которые представляют собой конические камеры, куда порошок поступает вместе с потоком воздуха. Последний сообщает потоку частиц циркуляционное движение, в результате

Чего более крупные частицы отбрасываются к стенкам камеры, а более мелкие уносятся потоком воздуха и собираются в прием­никах. Если необходимо, крупные частицы можно собрать для дополнительного измельчения.

Методы седиментации и отмучивания основаны на использова­нии силы тяжести для разделения частиц. При свободном падении частицы опускаются со скоростью, которую можно вычислить по закону Стокса, причем более крупные частицы падают с боль­шей скоростью, чем мелкие. Назначая соответствующий интер­вал времени, можно отобрать частицы заданного размера. Этот метод фракционирования не пригоден в промышленных масштабах, но удобен при получении малых количеств порошков с узким интервалом размеров частиц для экспериментальных целей.

СУШКА

Как уже было показано, присутствие влаги резко ухудшает надежность и воспроизводимость характеристик замедлительных смесей, а также сокращает допустимый срок хранения. Для све­дения к минимуму количества вводимой в смесь влаги все компо­ненты должны быть подвержены сушке при такой температуре и в течение такого периода времени, которые обеспечивают удале­ние всей абсорбированной или адсорбированной влаги. Обычно сушка продолжается от двух до четырех часов при температуре 105—110° С. Для удаления следов влаги может потребоваться вакуумная сушка. После сушки рекомендуется просеивать мате­риал через сита 20—30 меш для отделения комков, которые могут образоваться.

ВЗВЕШИВАНИЕ

Эффективность замедлительных смесей в значительной степени зависит от точности и тщательности взвешивания компонентов перед составлением смеси. Весы и гири должны быть тщательно проверены и оттарированы перед использованием, с тем чтобы исключить возможность ошибок при взвешивании.

СМЕСЬ

СМЕШИВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ

Смешиванием, или мешкой, называется процесс приведения частиц компонентов в непосредственный контакт для образова­ния достаточно однородной смеси. Существуют методы сухого и влажного (мокрого) смешивания компонентов. Какой бы из

Методов ни применялся, полученная смесь должна подвергаться анализу под микроскопом или химическому анализу для оценки равномерности распределения компонентов и на отсутствие агло­мератов.

Сухое смешивание компонентов рекомендуется для смесей, которые не чувствительны к удару, трению и электростатическим разрядам. Малые количества компонентов можно перемешать с помощью сит 16 или 20 меш или более мелких. Для более чув­ствительных смесей или при большом количестве вещества при­меняются шаровые мельницы с дистанционным управлением. Компоненты загружаются в контейнер желательно из электро­проводного каучука с находящимися внутри него одинаковыми по размеру небольшими каучуковыми шарами. После загрузки массы контейнер герметично закрывается. Каучуковые шары разрушают агломераты и ускоряют смешивание. Для обеспечения равномерного перемешивания компонентов контейнер вращается с относительно малой скоростью от 30 до.50 об/мин в течение получаса.

Метод влажного смешивания используется для чувствитель­ных смесей или смесей с жидким связующим. Процесс смешива­ния осуществляется в смесителе Мюллера при добавлении лету­чего жидкого носителя. Высота круга в смесителе подбирается таким образом, чтобы под действием напряжения сдвига проис­ходило разрушение агломератов и равномерное перемешивание. Небольшие порции смесей можно приготовить с помощью ступки и пестика или какого-либо высокоскоростного смесителя. Для этой же цели применяются также гомогенизационные мельницы. После завершения процесса смешивания порошок выгружается из смесителя, высушивается на воздухе для удаления основной массы летучего жидкого компонента, а затем сушится в печи для удаления остатков жидкости.

ГРАНУЛЯЦИЯ и АГРЕГАТИРОВАНИЕ

Многие смеси после завершения процесса смешивания не обла­дают свойством свободной текучести, необходимой для упроще­ния производства таблеток или прессования зарядов. Поэтому смесь подвергается грануляции. Этот процесс осуществляется либо вручную путем продавливания смеси каучуковой пробкой через сита 20 или 30 меш, либо с помощью механического грану — лятора. Если эти методы не обеспечивают свободной текучести гранул, то можно применить агрегатирование смеси. Суть агре­гатирования заключается в том, что из небольших количеств, смеси прессуются более крупные элементы, которые затем гра­нулируются и просеиваются для получения требуемого размера.

Гранул. Частицы порошка с размерами меньше или больше задан­ного повторно перерабатываются для получения гранул требуе­мого размера.

ПРЕССОВАНИЕ

Прессование замедлительных смесей осуществляется с помощью механического или гидравлического пресса. Разработано спе­циальное оборудование для прессования. Зазор между матри­цей и пуансоном должен обеспечивать отсутствие заедания или застревания. Если замедлитель имеет концевой заряд, например из азида свинца, или воспламенительный заряд, то они отпрессовываются до изготовления столбика из основной замедли — тельной смеси. Если для воспламенения смеси требуется специаль­ный воспламенитель, то он напрессовывается сверху.

СВОРКА

После завершения прессования производится сборка замедли — тельного элемента. Последний должен быть защищен от воздей­ствия паров или влаги, прочно закреплен и установлен таким образом, чтобы исключить возможность разрушения заряда при транспортировке, вибрациях, падении или толчках.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСТАТКОВ СМГХИ

До завершения всех испытаний смеси рекомендуется оставлять часть смеси в качестве спутника заряда для получения сравни­тельных данных, контроля или повторных испытаний. Пр и полу­чении неожиданных результатов этот образец можно проанализи­ровать для определения содержания компонентов, использовать для измерения времени горения и проведения других испытаний. После завершения испытаний остатки смеси следует уничтожить; их пропитывают маслом и сжигают в безопасной зоне.

ИСПЫТАНИЯ

В процессе разработки и производства замедлительные эле­менты и их компоненты испытываются в три стадии (как и другие пиротехнические системы). На первой стадии определяется чув­ствительность компонентов к воздействию влаги, тепла и электро­статических разрядов, а также реакционная способность при контакте с другими веществами. На второй стадии определяются те же самые характеристики чувствительности для смеси компо­нентов, а также чувствительность к удару, трению, начальному импульсу. Кроме того, определяются калориметрические харак­теристики, стабильность и газообразование. После смешивания смесь запрессовывается в корпус замедлителя и затем проводится третья стадия испытаний, на которой определяется скорость горения при различных начальных температурах и давлениях. Эти испытания осуществляются непосредственно после прес­сования заряда, после хранения, а также при неблагоприят­ных условиях окружающей среды с целью проверки постоянства параметров и определения предельных рабочих характеристик.

ИСПЫТАНИЕ КОМПОНЕНТОВ И СМЕСЕЙ

Потенциальная опасность, связанная с использованием отдель­ных компонентов и пиротехнических смесей, делает необходимым определение их реакционной способности и чувствительности к внешним воздействиям. На основе этих данных осуществляется выбор оптимальных методов обеспечения безопасности производ­ства. Определяются условия минимальной опасности для персо­нала, занимающегося производством, испытанием и транспорти­ровкой смесей. Кроме того, необходимо свести до минимума риск повреждения оборудования и других объектов, находящихся в опасной зоне. При производстве смесей и обращении с ними необходимо придерживаться трех основных правил:

1. Знать свойства компонентов, входящих в состав смеси, и химические реакции, в которых они участвуют.

2. Предвидеть опасные ситуации, которые могут возникнуть б процессе работы, и предусмотреть соответствующие меры предо­сторожности.

3. Строго соблюдать на практике правила обращения и хра­нения, а также выполнять предписания техники безопасности.

ИСПЫТАНИЯ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Цели испытаний на чувствительность многообразны и зави­сят от параметров конструкции и степени безопасности, которую она должна обеспечивать. Чувствительность является мерой ■ответной реакции смеси на такие внешние воздействия, как удар, трение, тепло, влажность и т. д. Испытания на чувствительность также применяются для определения энергии, требуемой для инициирования воспламенителя, основного замедлительного заряда и концевого заряда, определения влияния изменений технологии изготовления и получения данных о влиянии неблаго­приятных условий хранения.

Во всех испытаниях требуется максимальная надежность данных при минимально возможном количестве образцов. К сожа­лению, при испытании на чувствительность каждый образец либо повреждается, либо разрушается, так что каждый повторный опыт требует нового образца. В отличие от других методов испыта­ний по результатам одного опыта нельзя получить никакого пред­ставления о чувствительности компонента или смеси: при поло­жительном или отрицательном результате остаются неизвестными пороговые значения характеристик. Поэтому подобные испытания состоят из большого количества опытов, результаты которых требуют статистической обработки для установления относитель­ных уровней чувствительности.

Один из широко применяемых критериев при испытании на чувствительность, когда имеется лишь ограниченное количество образцов, известен как ступенчатый метод, или метод Брустона. При использовании этого метода по положительному или отри­цательному результату одного опыта определяются условия проведения следующего опыта. Испытание начинается при некото­ром заранее выбранном уровне энергии, и если образец воспла­меняется, то следующий опыт проводится на новом образце при меньшем уровне энергии. Если вновь произошла реакция, то следующий опыт выполняется при еще меньшем уровне энергии, пока не достигается предел, при котором реакция не происходит. Затем испытания продолжаются при различных уровнях энергии до достижения точки с 50%-ной вероятностью нротекания реак­ции. Вслед за этим выполняются дополнительные опыты с целью определения 10 и 90%-ной вероятности протекания реакции. При достаточно большом количестве образцов наилучшим считается метод испытаний, разработанный в Франкфордском арсенале. В соответствии с этим методом количество проводимых испытаний одинаково на каждом энергетическом уровне. Определяются максимальная энергия, при которой воспламеняются все образцы, и минимальная энергия, при которой не воспламеняется ни один образец, а также несколько точек между этими предельными уровнями. Эти данные позволяют построить график, по которому можно определить относительное количество срабатывающих и несрабатывающих образцов из любого общего количества образцов при любом доверительном уровне. Данный метод также обеспечивает более высокую надежность результатов при определе­нии точек, соответствующих 10, 50 и 90%-ной вероятности воспла­менения образцов. При выборе замедлительпого элемента, который войдет в состав готового изделия, конструктор должен распола­гать данными по чувствительности смеси во всех условиях окру­жающей среды, которые могут встретиться при работе этого изделия.

Испытания на чувствительность, описанные ниже, были раз­работаны для оценки характеристик чувствительности взрывчатых веществ. Эти же методы применяются для определения аналогич­ных характеристик пиротехнических смесей. Вопрос о том, пол­

Ностью ли пригодны эти испытания в данной области или необ­ходимы дополнительные испытания и более сложные методы, пока еще не решен.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К УДАРУ

Определение. Минимальная высота падения данного груза, при которой образец воспламеняется, или максимальная высота падения, при которой образец не воспламеняется, или высота падения, при которой воспламеняется 50% образцов. Последний метод наиболее предпочтителен.

Сущность метода. На практике используются два типа испы­таний и каждый требует специального оборудования. Хотя методы различны, их применение в общем — дело вкуса. На практике, однако, установлено, что второй тип испытаний более пригоден для менее чувствительных смесей.

Один тип испытаний на чувствительность к удару проводится с использованием аппаратуры и методики, разработанных Мин­ным отделом США. Взвешенный испытуемый образец устанавли­вается на наковальне из закаленной стали, вплотную к образцу подводится пуансон, также из закаленной стали. Криволинейная форма пуансона обеспечивает равномерное распределение порош­ка по поверхности наковальни. Образец подвергается воздействию груза заданного веса, падающего с заданной высоты (свободное падение по направляющим), причем груз непосредственно ударяет по пуансону. Определение чувствительности производится по методам Брустона или Франкфордского арсенала в зависимости от имеющегося количества образцов для испытаний.

Другой тип испытаний на чувствительность к удару проводится с использованием аппаратуры, разработанной в Пикатинском арсенале. В этом случае способ ударного воздействия и метод оценки результатов те же, что и описанные выше. Однако образец находится в чашке из закаленной стали и накрыт сверху медной крышкой с отверстием. В отверстие входит стальная пробка с каналом. На пробку с некоторой высоты падает груз заданного веса, удар которого передается образцу. Для получения данных при испытании менее чувствительных составов разработаны моди­фицированные методы определения чувствительности к удару. С этой целью применяются устройства различной формы и иногда используется наждачная бумага, чтобы увеличить интенсивность воздействия на образец.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ТРЕНИЮ

Определение. Реакция образца на скользящий удар груза, прикрепленного к концу маятника.

Сущность метода. Некоторое количество пиротехнической смеси помещается в паз стальной плиты и затем подвергается скользящему удару подвешенного на маятнике груза, который, проходя по дуге над плитой, трет башмаком по образцу. Поверх­ность башмака, контактирующая с образцом, имеет стальную или волокнистую облицовку (для менее чувствительных смесей). Необходимо проведение свыше десяти опытов, каждый с новым образцом. Результаты воздействия груза на образец классифи­цируются следующим образом: легкое потрескивание, треск» воспламенение, горение и детонация.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ к ВОЗДЕЙСТВИЮ ВЛАГИ (ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ)

Определение. Поглощение влаги или химическая реакция компонента или смеси содержащейся в окружающей среде с влагой.

Сущность метода. Для определения количества влаги, кото­рая поглощена компонентом или смесью, проводятся следующие испытания. Образец известного веса помещается на тарелку весов и устанавливается в камеру с заданной относительной влажностью и температурой среды. Через определенные проме­жутки времени определяется увеличение ИЛР1 уменьшение веса образца и вычисляется процентное увеличение или потеря веса. Увеличение веса может быть связано с поглощением влаги и (или) коррозией горючего, а потеря веса — с уменьшением содержания влаги и летучестью одного или нескольких компонентов смеси.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ТЕПЛОВОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ

Определение. Оценка пороговой температуры, ниже которой не происходит легко обнаруживаемой химической реакции, а выше которой реакция происходит за короткий интервал времени.

Сущность метода. Чувствительность к тепловому воздействию измеряется временем до взрыва или временем до момента воспла­менения. Образец весом от 2 до 5 г плотно запрессовывается в мед­ную оболочку капсюля № 8. Последнюю быстро погружают на опре­деленную глубину в ванну с расплавленным металлом. Темпера­тура металла регулируется с помощью электронной аппаратуры и поддерживается постоянной на протяжении всего испытания. В момент погружения в ванну включается хронометр, регистри­рующий время с точностью 0,1 сек. Хронометр выключается в тот момент, когда начинается реакция, сопровождающаяся вспышкой, свечением или выделением дыма. Испытание проводится при раз­личных значениях температуры, пока время до начала реакции не станет приблизительно равным 1 сек. Если полученные экспе- римеитальные данные представить графически в координатах: логарифм времени (сек) — обратная величина абсолютной тем­пературы, то обычно получается прямая линия. По наклону этой линии вычисляется величина энергии активации данной смеси. Для сравнения чувствительности разных смесей к нагреву обычно используется время теплового воздействия на образец (5 сек). Полученная характеристика может также служить относительной мерой безопасности смеси.

Метод изотермического нагрева — второй метод определения: чувствительности образца к тепловому воздействию — заклю­чается в том, что данный образец выдерживается при заданной температуре в течение длительного периода времени. Остальные образцы выдерживаются при других температурах также в тече­ние длительного периода времени. Полученные результаты обра­батываются описанным выше способом. Этот метод позволяет точнее вычислить период индукции (между начальным моментом теплового воздействия и началом реакции).

Адиабатический нагрев является третьим методом определе­ния чувствительности образца к тепловому воздействию. В соот­ветствии с этим методом образец помещается в печь и очень мед­ленно нагревается. Температура образца контролируется с помощью вмонтированных в него термопар, и эти сигналы исполь­зуются для регулирования тепловой мощности источника. Когда образец нагревается до температуры, при которой начинается экзотермическая химическая реакция и температура образца в результате этой реакции становится выше температуры источ­ника нагрева, система контроля по сигналам термопар регулирует теплоприток от источника таким образом, что тепло не поступает к образцу и не теряется им. Затем при некоторой температуре скорость реакции протекает настолько быстро, что начинается горение. Эта температура часто называется температурой само­воспламенения.

Чувствительность компонентов и смесей к тепловому воздей­ствию можно определять также с помощью двух дополнительных термических методов: дифференциального термического анализа и термогравиметрического анализа. При использовании первого метода испытуемый образец нагревается одновременно с кон­трольным образцом при воздействии постоянного теплового потока. Разность выходных сигналов термопар, вмонтированных в испы­туемый и контрольный образцы, записывается в функции темпе­ратуры источника. По полученной термограмме можно просле­дить изменения физического состояния образца и ход реакций, таких, как фазовый переход, плавление, кипение, разложение, которые происходят в процессе нагревания образца. При исполь­зовании второго метода испытуемый образец нагревается в спе­циальной печи при воздействии постоянного теплового потока, так что его можно взвешивать в процессе повышения температуры. Изменения веса регистрируются в функции температуры печи. Термограммы изменения веса позволяют получить данные о таких процессах, как испарение, разложение или окисление.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ РАЗРЯДАМ

Определение. Воспламеняемость пиротехнического состава при воздействии электрической искры.

Сущность метода. Образец помещается в цилиндрическое углубление тяжелой металлической пластины, которая является •одним из электродов установки. Второй электрод, положение которого может регулироваться, размещается над образцом на некотором заданном расстоянии. После этого производится высоко­вольтный искровой разряд. Одноразовые испытания образцов выполняются по методам Брустона или Франкфордского арсенала до достижения предельных уровней энергии, при которых вос­пламеняются 100, 50% образцов или имеет место 100%-ный отказ. Результаты регистрируются в джоулях. В процессе испы­тания контролируется влажность, поскольку с изменением уров­ня влажности меняется измеряемая электростатическая чувстви­тельность образца.

(совместимость

Определение. Относительная реакционная способность ком­понента или смеси к другим смесям, материалу контейнера, покрытий и т. д.

Сущность метода. Для выявления нежелательных побочных реакций смеси с другими материалами навеска пиротехнической смеси весом 2,5 г смешивается с равным количеством испытуемого материала. Полученная система нагревается в специальном приборе в условиях вакуума при температуре 120° С в течение 40 час. Аналогичным методом проводятся испытания отдельно образцов пиротехнической смеси и исследуемого материала. Сум­марное количество газа, выделившегося из отдельных образцов смеси и испытуемого материала, сравнивается с количеством газа, выделившегося при их контакте. Если в последнем случае выде­ляется значительно большее количество газа, то происходит химическое взаимодействие и рассматриваемые материалы отно­сятся к химически несовместимым.

СТАБИЛЬНОСТЬ

Определение. Мера стойкости вещества в условиях повышенной температуры.

Сущность метода. Обычно испытание на стабильность анало­гично описанному выше испытанию на совместимость, за исклю­

Чением того, что к испытуемому образцу не добавляются посто­ронние вещества. Если газовыделение превышает 10 см3, то образец считается нестабильным.

КАЛОРИМЕТРИЯ

Определение. Измерение теплового эффекта реакции смеси.

Сущность метода. Образец заданного веса помещается в кало­риметрическую бомбу, которая подготавливается для проведения испытания. Бомба устанавливается в тарированный калориметр и образец воспламеняется. Тепловой эффект вычисляется по подъему температуры калориметра. Образец можно сжигать в воздушной, инертной или кислородной атмосфере. Во втором случае определяется тепловой эффект реакции, в третьем — тепло­та сгорания. Полученный результат выражается в кал/г.

Наряду с тепловым эффектом реакции часто измеряется коли­чество неконденсируемых газообразных продуктов в бомбе (с уче­том инертного газа).

Полученная величина объемного газообразования выражается в см31г.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ

ХАРАКТЕРИСТИК

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ ГОРЕНИЯ

Определение. Время распространения фронта пламени на единицу длины столбика замедлительной смеси.

Сущность метода. Основной характеристикой замедлительного элемента является относительное время горения или скорость горения. Проще всего измерить время горения с помощью руч­ного секундомера. Этот метод удовлетворителен для относительно длительных периодов горения замедлительных смесей, однако он неприменим, если время горения составляет 2 сек или менее. Самые точные результаты измерения любого времени горения можно получить с помощью электронного хронометра. Хронометр включается в момент срабатывания инициатора (например, элек­трозапала или капсюля) и выключается в момент воспламенения концевого заряда замедлителя. Тумблер запуска служит одно­временно для приведения в действие источника инициирова­ния и хронометра. Выключение хронометра осуществляется по сигналам фотоэлементов или ионизационных датчиков, которые срабатывают пррг вспышке концевого заряда. Относительное время горения выражается в сек/мм (после деления измеренного времени горения на длину столбика). В результаты испытаний вносится поправка на время срабатывания инициатора, горения воспламенителя и концевого заряда.

ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕДЛИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Определение. Температура, которую приобретает замедлитель — ный элемент в процессе горения смеси.

Сущность метода. Для измерения температуры замедлитель — ного элемента в процессе горения смеси в нескольких точках на внешней поверхности элемента прочно укрепляются термопары. При воспламенении смеси температура поверхности элемента возрастает и соответственно увеличивается выходной сигнал термопар. Этот сигнал регистрируется двухкоординатным записы­вающим устройством в функции времени и положения термопары.

Эти данные часто бывают необходимы, если замедлительный элемент расположен вблизи или вплотную к компоненту, чув­ствительному к нагреву.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Обычно эксплуатационные испытания описанного ниже типа проводятся для изделия (боеприпаса) в сборе или отдельных само­стоятельных узлов, которые после проведения эксплуатационных испытаний подвергаются проверке на работоспособность в поле­вых условиях. В тех случаях, когда обтюрированный элемент является самостоятельным компонентом боеприпаса (например, если замедлитель может быть заменен в полевых условиях), он должен удовлетворять части или всем требованиям эксплуата­ционных испытаний.

Ниже будут кратко описаны только те испытания, которые применимы к замедлительному элементу, и рассмотрен ряд фак­торов, оказывающих влияние на работоспособность элемента в наиболее неблагоприятных условиях.

Испытания при высокой температуре. Предназначены для определения работоспособности замедлительного элемента после воздействия температуры до 71° С при максимальной влажности 15% в течение заданного периода времени.

Испытания при низкой температуре. Аналогичны описанным выше, за исключением того, что температура поддерживается на уровне —62° С в течение заданного периода времени.

Испытания на тепловой удар. Аналогичны рассмотренным шлите, за исключением того, что элемент подвергается поперемен­ному воздействию высокой (85° С) и низкой (—40° С) температур после выдерживания в течение заданного периода времени в каж­дой термокамере.

Испытания на воздействие влаги. Предназначены для про­верки работоспособности замедлительного элемента после выдер­живания в течение заданного времени при температуре 71° С и влажности 95%.

Испытания на воздействие соляного тумана. Предназначены для определения возможных изменений рабочих характеристик замедлительного элемента, после воздействия соляного тумана ]5 течение не менее 50 час.

Испытания на вибропрочностъ. Предназначены для проверки работоспособности, изменения внешнего вида, возможности раз­рушения и т. д. замедлительного элемента после приложения вибронагрузок с различной частотой, ускорением и резонансными характеристиками в зависимости от предельных условий эксплуа­тации агрегата.

Испытания на сопротивляемость грибковым культурам. Предназначены для определения, будет ли та рьги иная грибковая культура расти на замедлительном элементе, а также для про­верки работоспособности системы в подобных условиях.

Испытания на воздействие солнечного излучения. Предназна­чены для проверки чувствительности замедлительного элемента к плотности потока излучения от 1100 до 1550 вт/м2 в тече­ние 48 час.

Испытания на воздействие дождя. Предназначены для про­верки чувствительности замедлительного элемента на воздействие дождя в течение 2 час в моделирующей установке (количество осадков 10,2 + 2,5 см/час).

Испытания на воздействие песка и пыли. Предназначены для определения возможных изменений рабочих характеристик замедлительного элемента после воздействия песка и пыли в тече­ние 12 час при постоянно увеличивающейся температуре окру­жающей среды.

Испытания на взрывоопасность. Предназначены для проверки изрывобезопасности функционирования замедлительного эле­мента в атмосфере паров бензина на высотах до 3 км и различных температурах окружающей среды.

Испытания на температурное воздействие в условиях понижен­ного давления. Аналогичны рассмотренным выше испытаниям при высокой и низкой температурах, за исключением того, что они проводятся при различных уровнях барометрического дав­ления.

Испытания па воздействие ударной нагрузки. Предназначены для проверки состояния замедлительного элемента и его рабочих характеристик после воздействия трех упругих ударов за неко­торый промежуток времени (это испытание особенно важно для элементов, предназначенных для транспортировки по воздуху).

Характер описанных выше испытаний свидетельствует о том, что все они рассчитаны в основном на обеспечение надежного функционирования замедлительных элементов, используемых на самолетах. В тех случаях, когда отдельные замедлительные элементы предназначены только для применения на земле, испы­тания в высотных условиях можно не выполнять. Некоторые замедлительные элементы могут быть предназначены для исполь­зования на снарядах. Вопрос о том, могут ли указанные выше испытания обеспечить падежное функционирование замедлителя при изменении воздействий внешней среды, происходящем за короткие промежутки времени, что характерно для запуска тактических ракет, остается пока открытым.

Комментирование на данный момент запрещено, но Вы можете оставить ссылку на Ваш сайт.

Комментарии закрыты.


gazogenerator.com