Ball powderLe Ball powder

January 5th, 2010 Posted в химии, ракетном топливе January 5th, 2010 Posted in chimica, propellenti

Flattened Ball powder Hodgdon BLC2 Flattened Ball powder Hodgdon BLC2
первый план зерна (фотография в SEM) primo piano di un grano (foto al SEM)

На предыдущей статье (ты видишь в link) мы дали первое отличие порошков infumi, делая ссылку на технику, использованную для gelatinizzazione нитроцеллюлозы. Без сомнения, процессы и формальности производства движущих порошков представляют настолько многочисленные варианты, чтобы делать почти невозможной быструю и схематическую классификацию. Кроме отличий, уже сделанных для агента gelatinizzante использованный, для отдельной или двойной основы, или он закрепляет для техники реализации зерен между прокатанными порошками, estruse или гранулированные, остается еще, чтобы упоминать большую семью порошков infumi, та ball powder. Это имя, которое было бы можно переводить на “шаровидные порошки”, не говорит только о форме зерен, а скорее обо всем процессе производства, который все же, когда оставались неизменными в его химических основах по отношению к другой порошки infumi, был произведен перелом глубоко во времена и в оперативных методах. Su un precedente articolo (vedi al link) abbiamo dato una prima distinzione delle polveri infumi facendo riferimento alla tecnica utilizzata per la gelatinizzazione della nitrocellulosa. Senza dubbio, i processi e le modalità di produzione delle polveri propellenti presentano così numerose varianti, da rendere quasi impossibile una classificazione rapida e schematica. Oltre alle distinzioni già fatte per l’agente gelatinizzante impiegato, per la base singola o doppia, od ancora per la tecnica di realizzazione dei grani tra polveri laminate, estruse o granulari, rimane ancora da citare una grande famiglia delle polveri infumi, quella delle ball powder. Questo nome, che si potrebbe tradurre in “polveri sferoidali”, non si riferisce soltanto alla forma dei granuli, bensì all’intero processo di produzione che pur restando inalterato nelle sue basi chimiche rispetto alle altri polveri infumi, è stato profondamente rivoluzionato nei tempi e nei metodi operativi.

Стандартный процесс для производства ракетного топлива на основе нитроцеллюлозы требует, кроме многочисленных и дорогостоящих манипуляций, период времени в приказе месяцев для каждой лотереи производства, с последствием опасного накопления больших количеств в процессе обработки; то в основном из-за необходимости удаления у нитроцеллюлозы, после процесса нитрования, каждого следа остаточной кислоты, которая компрометирует стабильность этого. Процесс deacidificazione оказывается особо затруднительным, будьте из-за явлений впитывания (кислоты соединяются в поверхности волокна) будьте для многочисленных углублений в волокнах целлюлозы. У таких углублений трудно то, который остаточные кислоты (преимущественно серная кислота) прошли в воду мойки. Против, кислый остаток ускорил бы те процессы стихийного разложения для старения, которые определяют образование газа, оксидов углерода и прежде всего азота. Эти последние с& сочетаясь кислородом и влажностью воздуха, дают место другим кислотам, которые ускоряют в дальнейшем ухудшение нитроцеллюлозы (авто-ускоряющая реакция). Ухудшение определяет обычно выделение острого запаха и может привести опасно к стихийному включению. Il procedimento standard per la produzione di propellenti a base di nitrocellulosa richiede, oltre a numerose e costose manipolazioni, un periodo di tempo nell’ordine dei mesi per ciascun lotto di fabbricazione, con la conseguenza dell’accumulo pericoloso di grandi quantità in corso di lavorazione; ciò principalmente per la necessità di eliminare dalla nitrocellulosa, dopo il processo di nitrazione, ogni traccia di acidità residua che ne compromette la stabilità. Il processo di deacidificazione risulta particolarmente difficoltoso, sia a causa dei fenomeni di adsorbimento (gli acidi si legano alle superfici della fibra) sia per le numerose cavità nei filamenti di cellulosa. Da tali cavità è difficile che gli acidi residui (prevalentemente acido solforico) passino all’acqua di lavaggio. Di contro, un residuo acido accelererebbe quei processi di decomposizione spontanea per invecchiamento che determinano la formazione di gas, ossidi del carbonio e soprattutto di azoto. Questi ultimi combinandosi con l’ossigeno e l’umidità dell’aria, danno luogo ad altri acidi che accelerano ulteriormente il deterioramento della nitrocellulosa (reazione auto-catalizzante). Il deterioramento determina di solito l’emanazione di un odore acre e può condurre pericolosamente ad una accensione spontanea.

Волокна целлюлозы (фотография в SEM) Fibre di cellulosa (foto al SEM)

Долгий процесс deacidificazione нитроцеллюлозы требует, по крайней мере, 4 предварительные мойки в tini с кипятком и следующими полосканиями с холодной водой, последовательностью, которую он использует около 40 часов; следующий polpaggio: нитроцеллюлоза размельчена в коротких волокнах, чтобы облегчить утечку кислоты с углублениями (добавлены также такие соли как карбонат натрия для лучшей нейтрализации); и наконец еще серия моек между кипением и полосканиями. Это для итога ventina переходов и совокупной продолжительности более 52 часов обработки. Il lungo processo di deacidificazione della nitrocellulosa richiede almeno 4 lavaggi preliminari in tini con acqua bollente e successivi risciacqui con acqua fredda, sequenza che impiega circa 40 ore; un successivo polpaggio: la nitrocellulosa viene sminuzzata in corte fibre per facilitare la fuoriuscita dell’acido dalle cavità (vengono aggiunti anche dei sali come il carbonato di sodio per una migliore neutralizzazione); ed infine ancora una serie di lavaggi tra bolliture e risciacqui. Questo per un totale di una ventina di passaggi ed una durata complessiva di oltre 52 ore di trattamento.

Волокна из хлопка (фотография в SEM) - хлопок учрежден почти чистой целлюлозой и часто делится этим материалом для получения нитроцеллюлозы (в специфическом: nitrocotone) - с хлопком, углубления в волокнах еще более присутствуют. У волокон есть действительно форма трубчатый делаемый плоским карьер Fibre di cotone (foto al SEM) - il cotone è costituito da cellulosa quasi pura e spesso si parte da questo materiale per l’ottenimento della nitrocellulosa (nello specifico: nitrocotone) - con il cotone, le cavità nelle fibre sono ancora più presenti. Le fibre hanno infatti forma cava tubolare appiattita

Применился к изучению стабилизации nitrocellulose, с далеко 1920, американский химик Фред Ольсен, чье имя останется навсегда связанным с развитием ball powder. Оно атташе в фабрике боеприпасов для армии Арсенала Picatinny (Нев Ерсеи), несмотря на бескорыстие официальных властей, он продолжил изучения на стабилизации нитроцеллюлозы для его счета, пока ему не удалось открыть рациональное использование difenilammina и придумать процесс полностью исходного производства, которое он подверг плоду в 1929, переходя к Вестерну Картриддже Компани промышленности Olin. Si applicò allo studio della stabilizzazione delle nitrocellulose, fin dal lontano 1920, il chimico americano Fred Olsen il cui nome rimarrà per sempre legato allo sviluppo delle ball powder. Addetto alla fabbrica di munizioni per l’esercito dell’Arsenale di Picatinny (New Jersey), nonostante il disinteresse delle autorità ufficiali, continuò gli studi sulla stabilizzazione della nitrocellulosa per suo conto, finché giunse a scoprire l’utilizzazione razionale della difenilammina e ad escogitare un processo di fabbricazione completamente originale che mise a frutto nel 1929 passando alla Western Cartridge Company delle industrie Olin.

Olsen предчувствовал необходимость переставления приказа процессов кипения и polpaggio, polpaggio действительно освобождал кислоты, интерполированные в углубления волокон, собираясь заразить внешние части волокна уже deacidificate в течение кипения, кроме того, благодаря помощи difenilammina ему удалось получить деление пополам времен, необходимых стабилизации nitrocellulose. У difenilammina в низком проценте, кроме того, чтобы иметь стабилизирующий эффект на законченной нитроцеллюлозе, есть собственность, кислоты поглощены волокнами алчнее, он берет, таким образом, место этого, освобождая кислоту в решении мойки. Olsen intuì la necessità di invertire l’ordine dei processi di bollitura e polpaggio, il polpaggio infatti liberava gli acidi intrappolati nelle cavità dei filamenti, andando a contaminare le parti esterne della fibra già deacidificate durante la bollitura, inoltre grazie all’ausilio della difenilammina riuscì ad ottenere un dimezzamento dei tempi necessari alla stabilizzazione delle nitrocellulose. La difenilammina in bassa percentuale, oltre ad avere un effetto stabilizzante sulla nitrocellulosa finita, ha la proprietà di essere assorbita dalle fibre più avidamente degli acidi, ne prende quindi il posto liberando l’acido nella soluzione di lavaggio.

Процесс для производства ball powder, которое тот же Olsen наладил, сочетается хорошо последовательностью для быстрой стабилизации нитроцеллюлозы и представляет подходящий метод для производства порошков в твердом растворителе, чьи зерна могут быть приобретенными у замедляющих или ускоряющих веществ. Нитроцеллюлоза, она после того, как был polpata и представлена мгновение на первое кипение, чтобы уменьшить кислое содержание, она может быть использованной прямо без помощи других переходов deacidificazione. После того, как смешан в воду и размельченная, может быть использованным также порошок infume теперь испорченная, содержащий продукты кислого разложения. Il processo per la fabbricazione delle ball powder che lo stesso Olsen mise a punto, si combina bene con la sequenza per la stabilizzazione rapida della nitrocellulosa e rappresenta un conveniente metodo per la produzione di polveri a solvente fisso i cui grani possono essere rivestiti da sostanze ritardanti o acceleranti. La nitrocellulosa, subito dopo essere stata polpata e sottoposta ad una prima bollitura per ridurre il contenuto acido, può essere utilizzata direttamente senza l’ausilio di altri passaggi di deacidificazione. Dopo essere stata miscelata ad acqua e triturata, può essere usata anche polvere infume ormai deteriorata, contenente prodotti di decomposizione acida.

Flattened Ball powder Hodgdon BLC2 Flattened Ball powder Hodgdon BLC2
шарообразные гладкие и плотные зерна (фотография в SEM) grani globulari lisci e compatti (foto al SEM)

Любой был первым использованным материалом, первая необходимость - та стабилизирования ее с полным перемещением кислоты. С этой целью, в исходном процессе, материал отправления в присутствии воды освобожден агитатором в ацетате вмещающего этила difenilammina, чтобы сформировать некоторый род сиропа, сказанного, покрывает лаком или лак. Как показанный, difenilammina поглощен нитроцеллюлозой остальные легко уже присутствующей кислоты. В то же время добавляются дополнительные или любое другое вещество, которое хотело бы присоединяться в порошке, чтобы в случае необходимости burning взносы меняет этого (flemmatizzanti) или температура воспламенения, (охлаждающий), и т.д. Qualunque sia la materia prima utilizzata, la prima necessità è quella di stabilizzarla con la completa rimozione dell’acido. A tal fine, nel processo originale, il materiale di partenza in presenza di acqua viene disciolto da un agitatore in acetato di etile contenente difenilammina, per formare una sorta di sciroppo detto lacca o vernice. Come accennato, la difenilammina viene assorbita dalla nitrocellulosa più facilmente dell’acido già presente. Allo stesso tempo si aggiungono gli additivi o qualsiasi altra sostanza che si desideri incorporare nella polvere per eventualmente variarne il burning rate (flemmatizzanti) o la temperatura di deflagrazione (raffreddanti), etc.

Фаза воды и лака смешана, таким образом, для 30 минут, получая стабилизированную нитроцеллюлозу. Они введены, таким образом, еще в решение, крахмал или гуммиарабик, чтобы гарантировать необходимую коллоидальную консистенцию, после перехода в дистиллятор в давлении, температура повышена, с тем чтобы лак становился менее вязким. Здесь нитроцеллюлоза является отдельным слоем, который плавает на поверхности на воде дистиллятора (ацетат этила gelatinizza нитроцеллюлоза). Этот слой разделен вращающими лопастями и жидкие фрагменты собираются сформировать это капните сферические в эмульсии. Размеры шариков могут быть отрегулированными у степени механического волнения. Когда достигнуты размеры, захотевшие лопасти агитатора, они остановлены и давление уменьшено, ацетат этила дистиллировался и восстановлен. Если дистилляция осуществлена слишком быстро, зерна принимают форму бантов. Она осуществлена в такой ритм, что летающий растворитель мог, испаряется у поверхности шариков на той же скорости насколько он изменился изнутри к поверхности тех же, получаются шаровидные гладкие, плотные зерна и однородной структуры. La fase di acqua e lacca viene quindi mescolata per 30 minuti ottenendo la nitrocellulosa stabilizzata. Vengono quindi introdotti ancora nella soluzione, amido o gomma arabica per garantire la necessaria consistenza colloidale, dopo il passaggio ad un distillatore in pressione, la temperatura viene elevata in modo che la vernice diventi meno viscosa. A questo punto la nitrocellulosa si presenta come uno strato separato che galleggia sull’acqua del distillatore (l’acetato di etile gelatinizza la nitrocellulosa). Questo strato viene frammentato da pale ruotanti ed i frammenti liquidi vanno a formare goccioline sferiche in emulsione. Le dimensioni dei globuli possono essere regolate dal grado di agitazione meccanica. Quando sono raggiunte le dimensioni volute le pale dell’agitatore vengono fermate e la pressione viene ridotta, l’acetato di etile viene distillato e recuperato. Se la distillazione è effettuata troppo rapidamente, i grani assumono la forma di fiocchi. Se essa viene effettuata ad un ritmo tale che il solvente volatile possa evapora dalla superficie dei globuli alla medesima velocità di quanto esso si muova dall’interno verso la superficie degli stessi, si ottengono dei grani sferoidali lisci, densi e di struttura omogenea.

Удаляя ацетат этила, я делаю твердыми себе сферы нитроцеллюлозы, задерживая часть воды, в которой они находятся погруженные. Чтобы облегчить дегидратацию этого, он увеличивает себе прогрессивно соляное содержание водянистого решения, добавляя сульфат натрия (соль). Этим способом начинается осмотический перевод через поверхность зерен: вода в более меньшем соляном содержании, склоняется к тому, чтобы передавать себе изнутри зерна во внешнее решение, будучи этой в более высокой соляной концентрации. В случившейся дегидратации, соляное решение обменяно новой водой. Eliminando l’acetato di etile, le sfere di nitrocellulosa si indurisco trattenendo parte dell’acqua in cui si trovano immerse. Per facilitarne la disidratazione, si incrementa progressivamente il contenuto salino della soluzione acquosa aggiungendo solfato di sodio (un sale). In questo modo si avvia un trasferimento osmotico attraverso la superficie dei grani: l’acqua a minor contenuto salino, tende a trasferirsi dall’interno dei granuli alla soluzione esterna, essendo questa a concentrazione salina più alta. A disidratazione avvenuta, la soluzione salina viene ricambiata con nuova acqua.

После (частной) дегидратации, сферы нитроцеллюлозы оплодотворены (пропитка) в справедливой дозе с эмульсией нитроглицерина. В той же фазе могут быть достигнутыми также другие агенты покрытия например flemmatizzanti и охлаждающие. После, которого, порошок осушается, оставляя нитроглицерин и другие вещества, сданные на хранение на поверхности зерен, которые должны сформировывать кутикулу средней толщины. Порошок приходит потом grafitata (улучшение плавности и уменьшение накопления статического электричества), отбираются зерна согласно размерам и плотности, удаляется брак, который снова обработан, наконец они формируют себе смеси различных лотерей таким образом, что стандартизируют производство. Для некоторых порошков, с целью изменять и придавать единообразие временам combustivi зерна и в некоторых случаях облегчать включение (типично трудный в ball powder из-за первой описанной кутикулы) этого, предвидены, что также промежуточная фаза каландрирования: зерна произошли между горячей барабанной дробью в стали таким образом, что деформировали их plasticamente шаровидных в discoidali, делая плоским их в ту же толщину и получая, если оно требования, также разлом покрытия (преобладающий над средней линией зерна); порошки в этом случае идентифицируются как “flattened ball powder”. Dopo la disidratazione (parziale), le sfere di nitrocellulosa vengono impregnate (imbibizione) in giusta dose con una emulsione di nitroglicerina. Nella medesima fase si possono aggiungere anche altri agenti di rivestimento ad esempio flemmatizzanti e raffreddanti. Dopo di che, la polvere si essicca, lasciando la nitroglicerina e le altre sostanze depositate sulla superficie dei grani a formare una cuticola di medio spessore. La polvere viene poi grafitata (miglioramento della scorrevolezza e riduzione dell’accumulo di elettricità statica), si selezionano i granuli secondo le dimensioni e la densità, si elimina lo scarto che viene rilavorato, infine si formano le miscele dei vari lotti in modo da standardizzare la produzione. Per alcune polveri, al fine di modificare ed uniformare i tempi combustivi dei grani ed in alcuni casi facilitarne l’accensione (tipicamente difficile nelle ball powder a causa della cuticola prima descritta), si prevede anche una fase intermedia di calandratura: i grani vengono passati tra rulli caldi in acciaio in modo da deformarli plasticamente da sferoidali a discoidali, appiattendoli al medesimo spessore ed ottenendo, se desiderata, anche una frattura del rivestimento (prevalente sulla linea mediana del grano); le polveri in questo caso si identificano come “flattened ball powder”.

Процесс каландрирования решает также проблему цен производства. Действительно, действительно для метода, использованного в определении размера зерен, не возможно получать с точностью шарики единственного размера. Он бы это определил, в фазе пространственного выбора, значительное снижение произведенных количеств и большой части порошка она была бы снова обработана (прежде всего для порошков с зернами маленького диаметра). Каландрирование позволяет приблизить к баллистическим характеристикам самых больших зерен, которые делались плоским, в тех не деформируйся зерен низкого диаметра. Также поэтому типично находить совместно зерна flattened и не flattened в том же изготовлении порошка. Il processo di calandratura risolve anche un problema di costi di produzione. Infatti, proprio per il metodo usato nella determinazione della dimensione dei grani, non è possibile ottenere con precisione globuli di taglia unica. Questo determinerebbe, in fase di selezione dimensionale, un notevole abbattimento delle quantità prodotte ed una grossa parte della polvere andrebbe rilavorata (soprattutto per polveri con grani di piccolo diametro). La calandratura permette di avvicinare le caratteristiche balistiche dei grani più grossi, che vengono appiattiti, a quelle dei grani di diametro inferiore non deformati. Anche per questo è tipico trovare congiuntamente grani flattened e non flattened nella medesima confezione di polvere.
Чтобы замечать, что раньше высушивания, все операции для производства ball powder развиты в воде, таким образом, предохранители. Da notare che prima dell’essiccazione, tutte le operazioni per la produzione delle ball powder sono svolte in acqua, quindi sicure.

Flattened Ball powder Hodgdon BLC2 Flattened Ball powder Hodgdon BLC2

С химической - физической точки зрения процесс, который мы суммарно описали, представляет несколько очень важных характеристик. Основной становится функция difenilammina, который простого дополнительный смеси нитроцеллюлозы уже gelatinizzata, абсорбент оксидов азота, произведенных у атаки еще присутствующей кислоты, переходит теперь к основному компоненту, который действует на волокнах целлюлозы: там он проникает полностью и перемещает на практике всю кислоту, получаемую из нитрования. Таким способом с большой эффективностью и быстротой удалена причина разложения нитроцеллюлозы, которая становится полностью стабильной; и с тем удалены много опасностей сохранения. Эта функция difenilammina исполнена напротив только частично в традиционном процессе обработки. Dal punto di vista fisico-chimico il procedimento che abbiamo sommariamente descritto presenta parecchie caratteristiche molto importanti. Fondamentale diventa la funzione della difenilammina, la quale da semplice additivo dell’impasto di nitrocellulosa già gelatinizzata, assorbente degli ossidi di azoto prodotti dall’attacco dell’acido ancora presente, passa adesso a componente essenziale che agisce sulle fibre della cellulosa: vi penetra completamente e sposta in pratica tutto l’acido proveniente dalla nitrazione. In tal modo con grande efficacia e rapidità viene eliminata la causa della decomposizione della nitrocellulosa la quale diviene completamente stabile; e con ciò sono eliminati molti pericoli della conservazione. Questa funzione della difenilammina viene compiuta invece solo parzialmente nel processo tradizionale di lavorazione.

Во-вторых, пропитка шариков с нитроглицерином в эмульсии после gelatinizzazione и добавки flemmatizzanti, разрешает регулировать с большой точностью развитие горения зерна, формируя внешний слой, в желании больше или менее часто, в замедленном горении. Скорость горения, и с нею развитие газов, замедлена в начало и ускорена в конце, компенсируя уменьшение размеров зерна (зерна горят для параллельных слоев). Таким способом, будет прогрессивное развитие давлений и без преодоления пределов безопасности, отдав также правило как толчок на снаряде. In secondo luogo, l’impregnazione dei globuli con nitroglicerina in emulsione dopo la gelatinizzazione e l’aggiunta di flemmatizzanti, consente di regolare con grande precisione lo sviluppo della combustione del granulo, formando uno strato esterno, a volontà più o meno spesso, a combustione rallentata. La velocità di combustione, e con essa lo sviluppo dei gas, viene rallentata all’inizio e accelerata alla fine compensando la riduzione delle dimensioni del grano (i grani bruciano per strati paralleli). In tal modo, si avrà uno sviluppo di pressioni progressivo e senza il superamento dei limiti di sicurezza, avendo anche la massima resa come spinta sul proiettile.

Группа Olin подвергла в производство ball powder в 1933 Эаст Альтон в Illinois, чтобы запустить новый порошок Winchester (всегда группы Olin), поместила на рынке патроны 308 Winchester и для того же калибра, версии, облегченной от модели 70 в повторении. Департамент американской Войны, перед качеством и преимуществами нового порошка, поглотил почти все производство и значительные количества были произведены во взрыв 2^-ой мировой войны. Первое революционное последствие было что те же баллистические результаты могли быть полученными патронами, чья гильза содержит много более меньшего объема порошка, и что, поэтому он может очень сократиться: которого более меньшие размеры, висевший и я загромождаю оружия и боеприпасов, уменьшенный и сбережения цен. От этих результатов произошел патрон T65 для вооружения, унифицированного НАТО (также сказанная: “ Сего года Бал Картриддже T65 ″ или он закрепляет “7,62 НАТО”). Это новое снабжение было в состоянии производить остальные или менее те же эксплуатационные показатели.30-06 Springfield, все же обладая более меньшими размерами: главным образом гильза измеряла только 51mm против 63mm.30-06. Il gruppo Olin mise in produzione la ball powder nel 1933 ad East Alton nell’Illinois, per lanciare la nuova polvere la Winchester (sempre del gruppo Olin) mise sul mercato le cartucce 308 Winchester e per il medesimo calibro, una versione alleggerita del modello 70 a ripetizione. Il Dipartimento della Guerra statunitense, di fronte alla qualità e ai vantaggi della nuova polvere, assorbì quasi tutta la produzione e notevoli quantità furono prodotte allo scoppio della 2^a guerra mondiale. La prima conseguenza rivoluzionaria fu che gli stessi risultati balistici potevano essere ottenuti con cartucce il cui bossolo contiene un molto minor volume di polvere e che perciò può essere molto accorciato: da cui minori dimensioni, peso e ingombro di armi e munizioni ridotti e risparmio di costi. Da questi risultati è derivata la cartuccia T65 per l’armamento unificato NATO (anche detta: “U.S. Ball Cartridge T65″ o ancora “7,62 NATO”). Questa nuova munizione era in grado di generare più o meno le stesse prestazioni del .30-06 Springfield, pur possedendo delle dimensioni minori: in particolare il bossolo misurava solo 51mm contro i 63mm del .30-06.

Speedy. Speedy.

Библиография: Bibliografia:

“Технология портативных огнестрельных оружий” Джузеппе Де Флорентьис“Tecnologia delle armi da fuoco portatili” di Giuseppe De Florentiis
Милан - Издательский Улрико Оепли, 1987. Milano - Ulrico Hoepli Editore, 1987.
“Hatcher' s Notebook” J.S.Hatcher “Hatcher’s Notebook” di J.S.Hatcher
Harrisburg (PA) - Стаккполе Боокс, 1966 (III издание). Harrisburg (PA) - Stackpole Books, 1966 (III edizione).
“The Chemistry of Powder and Explosives” Теннеи Ль. Davis “The Chemistry of Powder and Explosives” di Tenney L. Davis
Голливуд (CA) - Ангрифф Пресс, 1972. Hollywood (CA) - Angriff Press, 1972.

индекс-- indice -