Введение к работе
Актуальность работы. Известно, что в различных областях промышленности и техники широко применяются энергонасыщенные материалы (ЭМ). К ним предъявляются повышенные требования по экологической чистоте продуктов их горения или взрыва, по чувствительности их к различным механическим воздействиям, по экономичности получения компонентов. Разработать составы, удовлетворяющие указанным требованиям, с использованием только традиционных компонентов (нитроцеллюлоза (НЦ), нитроглицерин (НГЦ), перхлорат аммония) практически очень сложно. В этом плане, перспективными являются новые пластификаторы, синтезированные в ИОХ РАН под руководством академика В.А. Тартаковского: это изомеры 2-азидометил-]Ч-
NQ >/ ~Nj
нитрооксазолидин ( ^---/ , МАНО-2), 5-азидометил-]Ч-нитрооксазолидин
( ^ , МАНО-5) и тройные смеси пластификаторов - смесь ТН,
состоящая из линейных нитраминов: 2,4-динитро-2,4-диазопентана (СН3-
N(N02)-CH2-N(N02)CH3, ДНП), 1-нитрокси-3,5-динитро-3,5-диазогексана (СН3-
N(N02)-CH2-N(N02)-(CH2)2-ON02), 1,5-динитрокси-З-нитро-З-азапентана
(02NO-(CH2)2-N(N02)-(CH2)2ON02, ДИНА); смесь ТА - состоящая из ДНП, 1-азидо-3,5-динитро-3,5-диазагексан (CH3-N(N02)-CH2-N(N02)-(CH2)2-N3), 1,5-диазидо-3-нитро-З-азапентан (N3-(CH2)2-N(N02)-(CH2)2-N3). Указанные соединения и смеси являются более лучшими пластификаторами нитроцеллюлозы (НЦ), чем нитроглицерин (НГЦ) и менее чувствительными к различным воздействиям. Однако, практическое применение этих новых компонентов зависит от многих их свойств и характеристик композиций на их основе, в частности, от закономерностей их горения (величины скорости и зависимости её от давления и от начальной температуры заряда) и возможности регулирования этих характеристик. Эти вопросы почти не изучены. Поэтому исследование и регулирование закономерностей горения новых пластификаторов и композиций на их основе является актуальной задачей.
2 Для проведения всесторонних исследований свойств пластификаторов и композиций на их основе надо иметь возможность получать их в достаточном для этого количестве. Поэтому необходимо отработать оптимальные способы их получения. Особенно это относится к пластификаторам ТН и ТА, состоящим из нескольких компонентов, изменение соотношения между которыми может приводить к существенным изменениям их свойств. Поэтому изучение факторов, определяющих состав и выход указанных пластификаторов является также важной задачей. Цель работы. Целью работы явилось: -отработка оптимальных условий синтеза смеси ТН.
изучение закономерностей горения пластификаторов (ТН, ТА и изомеров МАНО) и композиций на их основе.
оценка возможности изготовления зарядов из композиций на основе новых пластификаторов методом проходного прессования.
Задачи работы:
- изучение влияния соотношения исходных веществ на состав и выход ТН и
установление оптимальных условий нитрования.
-изучение закономерностей и механизма горения пластификаторов и композиций на их основе: определение зависимости скорости горения от давления и температурного профиля в волне их горения.
- изучение катализа горения композиций.
- оценка комплекса структурно-механических характеристик модельных
композиций.
Научная новизна работы:
Впервые изучены закономерности горения новых пластификаторов (смеси ТН и ТА, изомеры МАЛО) и нитроцеллюлозных композиций на их основе в широком диапазоне давления. Показано, что по скорости горения композиции располагаются в том же порядке что и пластификаторы (ТА, МАЛО, ТН) и имеют почти такую же зависимость скорости горения от давления (v = 0,7-Ю,8).
На основании изучения распределения температуры в волне горения пластификаторов и изученных композиций установлено, что их горение протекает по модели с ведущей реакцией в к-фазе.
Впервые получены данные по катализу горения нитроцеллюлозных композиций на основе указанных пластификаторов. Показано, что для систем на основе ТН эффективным катализатором является комбинированная добавка, состоящая из фталата меди-свинца в сочетании с сажей; на горение МАНО и систем на основе азидонитраминных пластификаторов значительное влияние оказывает карбонат никеля в сочетании с сажей. Указанные катализаторы увеличивают скорость тепловыделения в к-фазе и в зоне над поверхностью горения.
Установлено, что основным фактором, определяющим состав смеси ТН является соотношение между метилсульфаминовой кислотой с этанол- и диэтанол- сульфаматами калия и определены оптимальные условия нитрования (состав нитрующей смеси, температура и время нитрования). Практическая ценность работы.
Результаты, полученные при отработке режимов синтеза смеси ТН, могут быть использованы при проектировании пилотных установок для её получения.
Для композиций на основе НЦ и новых пластификаторов, в том числе содержащих октоген, предложены эффективные катализаторы, позволяющие существенно (до ~3 раза при давлении 4 МПа) увеличивать скорость горения и снижать значение v вплоть до нуля в различном интервале давления.
Показано, что уровень физико-механических и технологических свойств композиций позволит перерабатывать их по технологии баллиститных порохов. В диссертации защищаются. Результаты по отработке оптимальных условий получения ТН заданного состава; результаты по изучению закономерностей и механизма горения пластификаторов и систем на их основе и данные по катализу их горения; результаты по определению физико-механических и технологических свойств композиций.
4 Апробация работы. Основные результаты работы доложены: на Международных конференциях молодых учёных по химии и химической технологии 2005 г, 2006 г (3 сообщения); на второй международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», СПб, 2006 г; на III Всероссийской конференции «Энергетические конденсированные системы», Черноголовка 2006 г; на 38-ой международной конференции «Energetic Materials», Карлсруэ, Германия, 2007 г (2 сообщения).
Публикации: По теме работы опубликовано 9 статей.
Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы, включающего 80 источников. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 41 таблиц.
