1.4.1 Технологии снаряжения вв в увлажненном виде

Операции взвешивания компонентов, их смешения, дозировки и запрессовки в капсюль представляют наибольшую опасность при производстве КВ по штатной технологии. Поэтому большинство зарубежных стран использует так называемую «мокрую» технологию, при которой смешение и дозировка УВС происходит в виде густой водной пасты с последующей сушкой готового КВ [14].

Использование данной технологии существенно повышает безопасность на всех стадиях производства за счет меньшей чувствительности увлаженных составов к механическим воздействиям, так как при увеличении влажности чувствительность к удару ИВВ снижается (ТНРС багал).

Первая попытка снаряжения КВ ударно-воспламенительным составом в увлажнённом виде была предпринята в США (пат. США №1905795).

Данный состав предназначался в основном для снаряжения патронов бокового боя, поэтому содержал много молотого стекла для большей его чувствительности. Рецептура состава, % (масс.): тетразен - 2, ТНРС - 40, нитрат свинца – 30, роданид свинца – 8, молотое стекло – 20.

Интересной особенностью этого состава является способность к «самоцементации» - при высыхании происходит реакция между роданидом и нитратом свинца с образованием нерастворимой механически прочной двойной соли, скрепляющей между собой остальные компоненты и гильзу патрона.

Следует отметить, что снаряжаемые увлажненным способом УВС, обычно содержат много стекла и очень чувствительны в сухом состоянии.

Таким образом, использование «мокрой» технологии получения УВС (в виде водной пасты) позволит уменьшить опасность производства КВ. Но данная технология имеет существенный недостаток: трудно добиться одинаковой дозировки УВС в каждый КВ. Поэтому необходимы иные технологические подходы к пастообразному составу, способы его дозирования.

Процесс объёмного дозирования увлажненного УВС, который не имеет требуемой сыпучести и насыпной плотности, с использованием штатной технологии достаточно затруднён: силы гравитации на полноту заполнения пространства отверстий дозировочной пластины составом действуют в меньшей степени.

Поэтому для эффективной технологической переработки пастообразных ударно-воспламенительных составов необходимо рассмотреть более подробно получение и свойства паст.

Рисунок 11 - Структура пасты

1 - пространственная сетка, образованная частицами дисперсной фазы, в петлях которой находится дисперсионная среда 2

1.4.2 Пасты как дисперсные системы

Пасты — это высококонцентрированные суспензии, обладающие структурой - пространственной сеткой, образованной частицами дисперсной фазы (ДФ), в петлях которой находится дисперсионная среда 15. Они занимают промежуточное положение между порошками и разбавленными суспензиями рисунок 11.

Наличие структурно - пространственного каркаса в пасте определяется сцеплением между собой частиц дисперсной фазы. Минимальную концентрацию, при которой возникает такая структура, называют критической концентрацией структурообразования.

Возможность образования структуры определяется соотношением между относительной силой тяжести частицы (V∙(ρ-ρ₀)∙g) и силой сцепления ее с соседними частицами. Чем больше преобладают силы сцепления между соседними частицами над силой тяжести, тем более прочная образуется структура.

На структурообразование влияют следующие основные факторы:

1. агрегативная устойчивость разбавленной суспензии, из которой получают пасту (величина Р_к);

2. концентрация частиц ДФ;

3. размеры частиц ДФ;

4. форма частиц ДФ.

Роль агрегативной устойчивости суспензии в образовании структуры

Разбавленные суспензии являются седиментационно неустойчивыми системами, в них самопроизвольно образуется осадок, объем которого определяется не только количеством частиц, но и тем, в какой суспензии происходит седиментация — в агрегативно устойчивой или агрегативно неустойчивой. В агрегативно устойчивых суспензиях в результате седиментации образуется компактный осадок с упаковкой частиц дисперсной фазы, близкой к плотнейшей. Структура в таких осадках или не образуется вовсе или очень непрочная, так как сила сцепления в контакте частиц (Р_к) близка к нулю, поскольку межчастичные связи в агрегативно устойчивых суспензиях практически отсутствуют.

По мере снижения агрегативной устойчивости межчастичные взаимодействия нарастают, Р_к увеличивается, что способствует возникновению и упрочнению структуры.

Обычно структуру в системе количественно оценивают с помощью реологических кривых — зависимости скорости деформации (γ) от напряжения сдвига (Р).

Роль концентрации частиц дисперсной фазы суспензии в образовании структуры

Зависимость структурообразования от концентрации суспензии имеет сложный характер. Весь концентрационный интервал делится на три части, разграничивающие качественно различные состояния системы. В области малых концентраций (1-я часть) суспензия является бесструктурной. В области средних концентраций, но меньших, чем критическая концентрация структурообразования (2-я часть), появляются отдельные структурные элементы (агрегаты), не связанные между собой. Такую систему можно назвать структурированной жидкообразной (Р_т = 0). В области концентраций больших или равных критической концентрации структурообразования (3-я часть) суспензии имеют предел текучести, т. е. в них возникает и развивается структура. Такую систему можно назвать структурированной твердообразной (Р_т> 0).

Влияние размеров частиц (степени дисперсности) на структурообразование в суспензиях

Увеличение дисперсности суспензий способствует структурообразованию. Этот процесс резко интенсифицируется с уменьшением размера частиц. И лишь при переходе в область размеров частиц коллоидной дисперсности по мере возрастания степени их участия в броуновском движении процессу структурирования начинает сопутствовать альтернативный — самопроизвольное диспергирование (дезагрегирование). Наибольший размер частиц, при котором возможно образование структуры, называется критическим (d_кp). Его можно определить из условия соизмеримости сил сцепления между частицами в структурной сетке и их весом. Хотя в каждом конкретном случае прочность элементарных контактов между частицами и соответственно прочность возникающих в них структур зависят от физических свойств и химической природы поверхности твердой фазы, состава и свойств дисперсионной среды, наибольший размер частиц, при котором начинает проявляться агрегирование и образование пространственной структуры, составляет 10^-6-10^-4 м.

Влияние формы частиц на структурообразование в суспензиях

Если частицы анизометричны и имеют форму нитей (палочек), пластинок или цепочек, длина которых существенно превышает ширину и толщину, но абсолютное значение длины частиц весьма мало, сцепление частиц будет происходить по углам, ребрам и другим неровностям, на участках наибольшей концентрации свободных молекулярных сил, где происходит разрыв адсорбционно - сольватных оболочек дисперсионной среды, необходимый для возникновения межчастичных связей.

В основе образования этих структур лежит обычный коагуляционный механизм, но только места сосредоточения молекулярных сил должны быть распределены преимущественно по углам и ребрам частиц твердой фазы.

Чем сильнее анизометрия частиц и агрегатов, тем при меньшей концентрации частиц появляется предел текучести (т. е. возникает структура), например, у суспензии кизельгура (мягкая пористая горная порода), частицы которого имеют вид пленкоподобных неправильных пластинок, предел текучести наблюдается уже при концентрации около 3,0 % (об.). Нитевидные молекулы органических полимеров, особенно с полярными группами, придающими жесткость макромолекулам, образуют твердообразные структуры в водной среде при очень малых концентрациях полимера (агар 0,1%, желатин 0,5%). Придание же частицам формы, близкой к сферической, способствует достижению высоких значений концентраций при сохранении текучести суспензии (т.е. противодействует структурообразованию).

Таким образом, было рассмотрено влияние на структурообразование каждого из четырех факторов по отдельности. Совместное их действие можно оценить по величине предельного напряжения сдвига (Р_т), рассчитанного по следующей приближенной зависимости:

где α — коэффициент, учитывающий геометрию упаковки частиц, α ≈1— среднее значение силы сцепления в контакте; F_св — функция концентрации; — средний характерный размер частиц, f(φ) – функция концентрации, d₀ – средний характерный размер частиц.

Из уравнения видно, что предельное напряжение сдвига (Р_т), также как и вязкость системы, резко возрастает с уменьшением среднего характерного размера. Величина f(φ)/d₀² = n_v характеризует число контактов между частицами в единице объема; это число обратно пропорционально квадрату радиуса частиц. Сила же сцепления между частицами F_св растет пропорционально радиусу частиц. Поэтому, в целом Р_т растет обратно пропорционально радиусу частиц - d₀/2.