§ 41. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕДЛЕННО ГОРЯЩИХ ТРУБОЧНЫХ
ПОРОХОВ (МГП)
1. Методы замедления скорости горения трубочных порохов.
1) Замедление скорости горения пороха может быть достигнуто различными
путями. Наибольшее значение имеют:
. а) изменение количественного соотношения составных компонентов пороха,
а именно — повышение содержания селитры или серы;
б) применение низкообожженного угля;
в) замена угля из мягких пород дерева (ольхи, крушины и т. п.) углем,
полученным из плотных древесных пород (дуб, граб и т. п.) и вообще
углями, обладающими малой пористостью;
г) частичная или полная замена калиевой селитры другими окислителями;
д) введение в состав пороха специальных замедлителей, иногда в виде
покрытия поверхности пороховых зерен флегматизирующей пленкой.
2) Замедление при помощи изменения содержания компонентов, как
разъяснялось выше, может проводиться лишь в ограниченных пределах.
Однако среди рецептур МГП, применяемых за границей, есть рецептуры,
удлинение времени горения
в которых достигнуто за счет увеличения содержания
серы (до 15% и выше), при этом часто в них для улучшения качества шлаков
селитру-заменяют другими окислителями, а иногда добавляют специальные
вещества, способствующие образованию тугоплавких шлаков.
Следует, однако, отметить, что одно только повышение содержания в порохе
серы связано с уменьшением теплоты горения пороха.
Тепловые эффекты сжигания 1 г серы или угля за счет кислорода окислителя
характеризуется +2,78 Нал для угля и +0,65 Кал для серы.
3) Применение низкообожженного угля, несомненно, понижает скорость
горения пороха.
Вследствие этого бурые и даже шоколадные угли самостоятельно или в смеси
с соответствующими сортами древесного угля нормального обжига в ряде
случаев применяют при изготовлении МГП; при этом замечено, что такие
пороха обладают, кроме того, повышенной не-затухаемостью, что,
повидимому, объясняется интенсивным характером их горения и большим
форсом (яркостью) пламени вследствие повышенного содержания летучих
веществ в низкообожженном угле.
Порох, приготовленный на ольховом угле с содержанием углерода —60%
(температура обжига около 250°), обеспечивает в трехярусной трубке
замедление порядка 65 сек.
Г. П. Киснемский1, исследуя условия получения МГП, пришел к заключению,
что для получения медленно горящего пороха надлежащих балистических
качеств необходимо, чтобы в продуктах его разложения не было веществ,
характеризующих неполноту его горения (СО, H2J H..S, СН4 и др.).
Очевидно, это будет тогда, когда уголь будет содержать только такое
количество водорода и кислорода, которое необходимо для образования
воды.
Наиболее полно отвечает этому условию шоколадный уголь следующего со-'
става: С12Н12 4 06 2, т. е. с содержанием углерода около 56%2.
Киснемский считает, что наилучшим материалом для получения угля
требуемых качеств является целлюлоза.
Ф. А. Баум также считает, что наибольший практический интерес для МГП
представляет уголь с температурой обжига ниже 250е (до начала
экзотермической; реакции). Он указывает, что такой уголь должен обладать
повышенной теплотвор-' ной способностью по сравнению с обычными сортами
древесного угля, а порох на его основе — большей теплотой горения, чем у
обыкновенного трубочного пороха, что находится в согласии с результатами
калориметрических исследований Бертло и Вьеля (§ Ю, п. 3).
4) Угли из плотных пород дерева и другие горючие взамен обык- ’
новенного угля также предлагались различными авторами для МГП.,
Угли из плотных древесных пород (дуб, ясень и др.), как показал i опыт,
действительно обладают несколько меньшей скоростью горения, чем угли из
мягких пород дерева, но требуемой для МГП степени замедления они дать не
могут. Указанное обстоятельство тем не менее не Исключает возможности
использования указанных сортов угля для некоторых практических целей.
Изготовляя порох с 75% селитры, 10% серы и 15% в
равной пропорции смеси угля с измельченной пробкой, он получил следующие
результаты (табл. 66).
Большое замедление в скорости горения черного пороха может быть получено
также частичной или полной заменой древесного угля такими веществами,
как каменный уголь, литейный и нефтяной кокс, каменноугольный пек,
графит и др.
Необходимо, однако, отметить, что использование упомянутых выше веществ
для изготовления трубочных составов нельзя признать целесообразным, так
как они не отличаются постоянством химического состава, обладают
высокими зольностью и температурой воспламенения, а также повышенной
электропроводностью, способствующей коррозии дистанционных колец и
химическому расстройству порохового состава.
5) Замена нитрата калия другими окислителями, обладающими большей
термической стойкостью, может также заметно снизить горение пороха.
Сравнительно высокая активность калиевой селитры объясняется, главным
образом, ее недостаточной термической стойкостью. Она интенсивно
разлагается уже при температурах ниже 400° С. Весьма большой активностью
обладает КС103 (начало разложения 357° С) и КМп04 (начало разложения
около 200° С). Они легко отдают свой кислород при относительно низких
температурах, в особенности в присутствии веществ, богатых углеродом,
водородом и т.п.
Напротив, наибольшей устойчивостью должны обладать бихромат и хромат
калия, хромат бария, сульфиты бария и свинца, которые характеризуются
высокой термической стойкостью.
В связи с этим процесс горения обыкновенного трубочного пороха может
быть сильно замедлен частичной или полной заменой в нем нитрата калия
указанными окислителями.
Скорость горения трубочного пороха также заметно уменьшается при замене
нитрата калия нитратом бария (начало разложения > 600° С) и перхлоратом
калия (начало разложения > 600° С). Эти окислители особенно выгодны для
применения, так как, снижая скорость горения пороха, они в то же время
не изменяют его прочих балистических свойств, в частности, например,
незатухаемости. Объяснение заключается в том, что эти окислители не
приводят к уменьшению теплоты сгорания пороха, тогда как некоторые из
упомянутых выше окислителей (BaS04, PbS04) существенно понижают теплоту
горения пороха и повышают температуру его воспламенения, т. е. создают
крайне неблагоприятные условия для незатухаемости.
б) Применение замедлителей являлось одно время" наиболее
распространенным способом для получения медленно горящих трубочных
составов. Удобство их состоит в том, что, вводя эти замедлители в состав
обыкновенного трубочного пороха, можно сильно понизить скорость его
горения, не меняя существенно прочих его свойств.
Замедлители должны удовлетворять следующим требованиям:
а) иметь однообразие химического состава;
б) участвовать в процессе горения пороха;
в) давать нужное замедление горения;
г) обладать хорошей химической стойкостью;
д) быть мало гигроскопичными;
е) по возможности не повышать температуры воспламенения пороха.
Этим требованиям в большей или меньшей степени удовлетворяют следующие
группы огранических веществ:
а) естественные смолы, например, канифоль, шеллак, сандарак;
б) каучук и эбонит;
в) искусственные смолы идитол, бакелит и др.;
г) некоторые нефтепродукты (парафин, битум) и высокомолекулярные
органические соединения (трифенилфосфат, фенил нафтиламин и др.).
Замедлители примешивают к обычному пороху в количестве 1—2%. Несомненно,
что к наиболее активным замедлителям относятся естественные смолы, а
также каучук, эбонит, парафин и битум.
При введении 0,5—2% этих веществ можно добиться уменьшения скорости
горения в полтора раза и более. Искусствене же смолы значительно
уступают по способности замедлять горение пороха естественным смолам,
хотя они и сходны с последними по физическим свойствам, но различны по
химическому строению. Отсюда можно заключить, что замедляющая
способность данного вещества в большей мере зависит от строения его
молекулы и состава.
так же как и предыдущий, в особенности пригоден для замедлителей, совсем
не измельчающихся или измельчающихся с большим трудом (битум, парафин и
др.).
Чтобы обработать уголь парафином, последний расплавляют и смешивают с
заранее измельченным углем. Можно также вводить парафин в селитру путем
совместной их обработки под бегунами на лежне (сковороде), нагретом до
60—80° С. Пропитанные парафином уголь или селитру подвергают обычной
дальнейшей обработке (образование двойных и тройных смесей), и, таким
образом, парафин равномерно распределяется по всему пороховому составу.
Шеллак измельчать очень трудно. Но если его сплавить с селитрой или,
лучше, с серой, то полученные сплавы измельчаются сравнительно легко,
однако при этом шеллак частично разлагается — и тем больше, чем выше
температура плавления. Это в свою очередь приводит к некоторому снижению
его замедляющей способности.
А. Г. Горст предложил вводить замедлитель в уголь путем обработки угля
растворами замедлителя, например, спиртовым раствором шеллака,
бензольным или толуольным раствором канифоли и т. д. После обработки
уголь подвергают сушке с целью удаления растворителя, что достигается,
однако, с большим трудом. Это обстоятельство является существенным
недостатком этого метода. Кроме того, замечено, что порох, полученный из
такого угля, отличается малой стабильностьк^
7) Что же касается физико-химических свойств МГП, то они мало разнятся
от свойств обыкновенных трубочных порохов. Но, как было отмечено выше
(табл. 63), вследствие более низкой теплоты разложения и температуры
горения они отличаются меньшим однообразием горения (дают большее
рассеивание) и недостаточной стабильностью.