Термо-вакуум-импульсная технология приготовления композиционных энергонасыщенных материалов и изделий

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕРМО-ВАКУУМ-ИМПУЛЬСНАЯ 
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ 
КОМПОЗИЦИОННЫХ 
ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ  
И ИЗДЕЛИЙ 
 
Методические указания  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2018 

УДК 66.2-419(07)
ББК35.63я7

Т35

 
Печатаются по решению методической комиссии  
инженерного химико-технологического института 
 
Рецензенты: 
проф. Р. З. Гильманов 
доц. А. В. Малыгин 
 
Составители: 
доц. В. Ф. Мадякин 
ст. науч. сотр. С. Ю. Игнатьева 
доц. Т. Н. Праздникова 
 
 

Т35

Термо-вакуум-импульсная 
технология 
приготовления 
композиционных 
энергонасыщенных материалов и изделий : методические 
указания / сост.: В. Ф. Мадякин, С. Ю. Игнатьева, Т. Н. Праздникова; 
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во 
КНИТУ, 2018. – 44 с.

 
Рассмотрены 
технологии 
приготовления 
композиционных 
энергонасыщенных материалов и изделий, изложены краткие сведения о 
способах смешения, гранулирования, сушки с помощью инновационных 
импульсных технологий, а также формования и деформации изделий из 
композиционных энергонасыщенных материалов. 
Предназначены для студентов специалитета 18.05.01 «Химическая 
технология энергонасыщенных материалов и изделий», бакалавриата 22.03.01 
«Материаловедение и технологии материалов» и магистратуры 22.04.01 
«Материаловедение и технологии материалов».  
Подготовлены на кафедре технологии твердых химических веществ. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

УДК 66.2-419(07)
ББК35.63я7

СПИСОК  УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 
 
ПВВ- пластичное взрывчатое вещество,  
ЭВВ - эластичное взрывчатое вещество,  
ВВ - взрывчатые вещества,  
ЭНМ – энергонасыщенный материал, 
КЭМ – композиционный энергонасыщенный материал, 
ЦК - циануровая кислота 
БП - баллиститный порох, 
ПИБ - полиизобутилен,  
ПАВ – поверхностно-активное вещество, 
ЭА – этилацетат, 
ДНТ- динитротолуол, 
ДБФ – дибутилфталат, 
ТВИ – термо – вакуум– импульсный; 
ТВИС - термо-вакуум-импульсная сушка; 
КС – конвективная сушка; 
Ф - обогреваемая форма; 
КС+ТВИС 
– 
режим 
термо-вакуум-импульсной 
сушки, 
состоящий из конвективного нагрева и вакуумирования 
Ф+КС+ТВИС700С(500С) – режим термо-вакуум-импульсной 
сушки, состоящий из конвективного нагрева при Т=700С (500С) со 
скоростью подачи теплоносителя 475 л/мин и вакуумирования при 
давлении 5кПа, в обогреваемой форме Т=700С (500С), 
КС+ТВИС70-Ф – режим термо-вакуум-импульсной сушки, 
состоящий из конвективного нагрева при 700С и вакуумирования при 
давлении 5кПа, без обогрева формы, 
ТВИП +ТВИС (5+5) – режим совмещения термо-вакуум-
импульсного прососа в течение 5минут с термо-вакуум-импульсным 
вакуумированием при давлении 5кПа в течение 5минут, 
ТВИП +ТВИС (5+1) – режим совмещения термо-вакуум-
импульсного прососа в течение 5минут с термо-вакуум-импульсным 
вакуумированием при давлении 5кПа в течение 1минуты, 
ТВИП 
– 
термо-вакуум-импульсный 
просос 
горячим 
теплоносителем в течение 5минут; 
РМ – разрывная машина. 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
Со 
временем 
неиспользованные 
взрывчатые 
материалы 
начинают накапливаться. Тысячи тонн опаснейших веществ и изделий 
находятся на складах оборонных предприятий. С истечением 
гарантийного срока хранения у взрывчатых веществ физико-
химические и взрывчатые свойства изменяются. Поэтому весьма 
актуальной стала проблема утилизации боеприпасов. 
Однако, уничтожение списанных боеприпасов расценивается 
как ущерб по крайней мере по двум причинам. Во-первых, материалы, 
зачастую достаточно ценные – это представляет собой безвозвратные 
затраты и потери. Во-вторых, утилизация боеприпасов наносит 
неоценимый вред окружающей среде. Поэтому простое уничтожение 
списанных боеприпасов нецелесообразно. Гораздо рациональнее 
подходить к этой проблеме с позиции применения боеприпасов с 
истекшим сроком хранения в качестве промышленных взрывчатых 
веществ. Это позволит не только уменьшить запасы устаревших 
боеприпасов, опасных для хранения и экологически вредных для 
уничтожения, но также и уменьшит экономические убытки – ресурсы, 
потраченные на их изготовление. 
Утилизированный баллиститный порох БП представляет собой 
полимер, который можно использовать в качестве связующего при 
производстве пластичных ВВ (ПВВ). Данное методическое указание 
предназначено для изучения различных технологий изготовления 
ПВВ, отработки процесса сушки и ее интенсификации с помощью 
применения термо-вакуум-импульсной технологии и исследования 
технологических и эксплуатационных характеристик промышленного 
ВВ, полученного на основе имитатора БП и наполнителя циануровой 
кислоты ЦК, имитирующей гексоген. 
Применяемые по существующим технологиям производства 
пластичных ВВ полимеры снижают взрывчатые характеристики 
энергонасыщенных наполнителей.  В настоящее время скопилось 
большое количество баллиститного пороха БП с истекшим сроком 
хранения. Применение его в качестве связующего в ПВВ будет 
способствовать 
его 
утилизации 
при 
сохранении 
взрывчатых 
характеристик 
наполнителя. 
Получение 
ПВВ 
на 
основе 
утилизируемого БП возможно при совмещении водно-эмульсионного 
и водно-суспензионного способов. 
Актуальностью в этом случае является создание безопасного 
производства за счет проведения  процессов в водной среде, 

увеличение интенсивности технологии получения  за счет применения 
термо-вакуум-импульсной (ТВИ) сушки, снижающей длительность и 
энергоемкость фазы влагоудаления. ТВИ -установка позволяет 
обеспечить выпуск высококачественного продукта, отвечающего всем 
основным предъявляемым требованиям. Оборудование надежно и 
безопасно в работе, пожаро- и взрывобезопасно, легко обслуживается 
и отвечает всем экологическим и санитарным нормам. Модульная 
малогабаритная система позволяет увеличить производительность в 2-
3 раза. 
 
 
1. ПЛАСТИЧНЫЕ И ЭЛАСТИЧНЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ 
ВЕЩЕСТВА 
 
Пластичными 
называют 
ВВ, 
которые 
способны 
легко 
деформироваться, не разрушаясь под действием внешних сил и 
сохранять возникающие деформации после устранения нагрузок. 
Другое определение – пластичные ВВ (ПВВ) – это взрывчатые 
составы, изделия из которых сохраняют заданную форму, но под 
действием небольшой нагрузки (усилие руки), проявляют склонность 
к необратимой деформации, т.е. обладают пластичностью. 
В составе ПВВ содержится полимерное связующее, содержание 
которого колеблется в зависимости от назначения состава от 3-5% до 
30-40%. Пластичность обусловлена присутствием в из составе 
пластических высокомолекулярных смол, соединений с добавкой 
минеральных масел, геля, образованного нитроклетчаткой с моно- и 
динитросоединениями ароматического ряда, уменьшающих трение 
частиц ВВ друг о друга при деформации изделия. Эти ВВ могут 
представлять собой суспензии, состоящие из измельченных твердых 
компонентов ВВ и инертной жидкой основы. Так ранее, ПВВ 
делились на нитроглицериновые и безнитроглицериновые, первые в 
военной области не применяются. 
Эластичные ВВ (ЭВВ) – это вещества, способные испытывать 
упругие деформации без разрушения при сравнительно небольшой 
действующей силе. Это взрывчатый состав (ВС), изделия из которых 
способны к полному или частичному восстановлению формы и 
размеров после снятия деформирующей неразрушающей нагрузки, т.е. 
обладают эластичностью. Эластичность веществ придается введением 

в их состав эластичного полимера или эластичной смеси полимеров 
(10-20% связующего). 
При введении в ВВ полимера незначительная его часть тратится 
на образование адсорбционной пленки на частицах ВВ, а остальная – 
на образование равномерно распределенного диффузионного слоя 
между частицами ВВ. Пленка и этот слой изолируют частицы ВВ друг 
от друга. При действии на ПВВ внешних статических и динамических 
сил (если их величина не превышает критической), в первую очередь, 
деформируются пленка и диффузионный слой. Частицы ВВ при этом 
разрушаются. Напряжения, возникающие в пленке и диффузионном 
слое полимеров, обычно меньше тех, которые необходимы для 
разрушения частиц ВВ. Пленка и диффузионный слой являются как 
бы броней для частиц бризантного ВВ. В качестве имитатора 
гексогена для лабораторных работ применяется циануровая кислота, 
свойства которой представлены в таблице 1. 
Таблица 1 
Физико-химические свойства циануровой кислоты 

Химическая формула
C3H3N3O3

Молярная масса, г/моль
129,1

Плотность, г/см3
1,758

Температура плавления Тпл, 0С
Более 360

Молекулярная 
теплоемкость, 

Дж/(моль*К)
176,6

Энтальпия образования, кДж/моль
-690,8

Растворимость, г/л

Вода
2,7

Бензол
67

Диметилсульфоксид
115

Циануровая кислота малотоксична (ПДК в воде 0,5 мг/см3). 
Производные циануровой кислоты более ядовиты.

 
Область применения ПВВ: изделия различной конфигурации 
(брикеты, ленты, листы, шнуры), изготовленные методами машинной 
технологии, так и вручную. ПВВ применяются в инженерных 
изделиях: противотанковые мины, подрывные изделия, удлиненные 
изделия 
для 
разминирования 
минных 
полей, 
в 
элементах 
динамической защиты бронеобъектов от современных средств 
поражения и т.д., а также и в различных областях промышленности 

для добычи полезных ископаемых, дробления негабаритов, сварки и 
резки металлов и т.д. ЭВВ применяются в шнуровых изделиях, в 
авиабомбах, боевых частях ракет и т.д. 
Основные требования к составам: 
1. 
Для 
ПВВ 
–пластичность 
как 
эксплуатационный 
и 
технологический параметр, для ЭВВ – прочность и эластичность 
(относительное удлинение), 
2. способность сохранять форму, стойкость к воде и 
агрессивным средами, высокая восприимчивость к инициирующему 
импульсу при минимальном критическом диаметре, 
3. высокие детонационные характеристики, 
4. безопасность в производстве и обращении, 
5. технологичность при снаряжении, 
6. химическая и физическая стабильность при длительном 
хранении (10-15лет), наличие сырьевой базы, совместимость с 
конструкционными материалами. 
 
1.1. Технологии приготовления пластичных смесевых составов 
 
В 
настоящее 
время 
ПВВ 
приготовляются 
методами 
механического и водно-суспензионного смешения.  
При 
использовании 
метода 
механического 
смешения 
производится флегматизация ВВ одним или несколькими инертными 
компонентами, входящими в рецептуру состава. Связующее готовится 
путем пластификации полимеров в низкомолекулярных жидких 
компонентах. Затем в лопастных смесителях при интенсивно 
механическом перемешивании изготавливается ПВВ. В отечественной 
промышленности для приготовления пластичных составов ПВВ-5А, 
ПВВ-7, ПВВ-12с, рецептуры [1] которых представлены в таблице 2, 
наиболее широко используется метод механического смешения.  
Таблица 2 
Состав и свойства пластичных взрывчатых веществ 

Шифр
Состав
Плотность, 

г/см3

Скорость 
детонации, 

км/с

ПВВ-12
Гексоген/связка 90/10
1,6
8,0

ПВВ-5а
Гексоген/связка 85/15
1,4
7,4

ПВВ-7
Гексоген/металлический 
порошок/связка 71,5/17/11,5
1,52
6,5

Метод механического смешения предусматривает следующие 
основные операции: 
1. подготовка компонентов составов, алюминиевого порошка, 
2. флегматизация вещества, 
3. приготовление связующего, 
4. смешение компонентов т.е. получение состава. 
Основу 
метода 
механического 
смешения 
составляет 
перемешивание кристаллического наполнителя со связующим и 
модифицированными добавками в смесителях при интенсивном 
механическом 
воздействии. 
Ускорение 
процесса 
смешения 
и 
снижения энергозатрат достигаются путем пластификации полимеров 
(предварительного 
приготовления 
связующего). 
При 
изучении 
процесса флегматизации наполнителя установлена возможность 
использования в качестве флегматизатора масла и другие низковязкие 
компоненты. Эти добавки в количестве 3-10% достаточно равномерно 
распределяются между частицами наполнителя, заполняя дефекты 
кристаллов, и по данным микроструктурного анализа прочно 
удерживаются на их поверхности. Чувствительность к удару 
снижается до 20-40%, к трению – в 2-3 раза. 
Приготовление связующего ПВВ заключается в пластификации 
полимера низкомолекулярными жидкостями. Кинетика этого процесса 
и качество связующего зависит от размера частиц полиизобутилена 
ПИБ, интенсивности обновления их поверхности и температуры 
процесса. 
При смешении участвуют следующие процессы: 
- физико-механические – усреднение по компонентному 
составу, дробление наполнителя, 
- физико-химические – пластификация полимера, формирование 
граничных слоев, 
- механохимические – деструкция и сшивка полимеров. 
Кинетика 
этих 
процессов, 
наряду 
 
рецептурой 
смеси, 
определяется интенсивностью тепловых и механических воздействий 
на нее. Время приготовления компонентов для получения однородной 
смеси ПВВ не превышает 20минут.  
При применении метода водно-суспенионного смешения ВВ 
флегматизируется 
водой, 
связующее 
приготовляется 
путем 
растворения полимера в растворителе. Затем суспензия ВВ, раствора 
полимера и других компонентов состава смешивается в смесителях 
реакторного типа. Продукт после отгонки из реактора азеотропной 

смеси вода- растворитель высушивается и поступает на дальнейшую 
переработку. 
Технология механического смешения обеспечивает высокую 
производительность и не требует больших капитальных затрат на 
организацию производства, но в то же время обуславливает высокую 
опасность процесса и не может обеспечить приготовление полимер-
содержащих взрывчатых составов с вязкостью более 104-105 Па*с. 
Водно-суспензионная технология более безопасна, является 
достаточно универсальной и позволяет изготавливать как пластичые, 
так и эластичные составы с массовой долей наполнителя до 95 % с 
равномерным распределением компонентов по массе. К недостатком 
следует отнести многостадийность, периодичность, необходимость 
сушки с последующей гомогенизацией состава [1]. 
 
Лабораторная работа 1 
 
Технология приготовления пластичного инертного состава 
методом механического смешения 
 
Цель работы: освоение технологии получения ПВВ методом 
механического смешения. 
Приборы, приспособления и материалы: полиизобутилен ПИБ, 
циануровая кислота ЦК, тальк, обогреваемая агатовая ступка, 
деревянный шпатель, термостат 
Методика приготовления пластичного инертного состава 
методом механического смешения 
Инертная пластичная смесь состоит: 
из ПИБ – 15-20%, 
Циануровой кислоты – 80-85%, 
Талька – 2% сверх 100 
Теоретическая плотность твердой части смеси рассчитывается 
по формуле 1 закону аддитивности [2]: 
ρт = 100 / (а1 / ρ1 + а2 / ρ2 + а3 / ρ3 + ……+ аn / ρn), 
 
     (1) 
где а1, а2, а3,……..аn – массовое процентное содержание каждого твердого 
компонента в смеси, ρ1, ρ2, ρ3,…….ρn – плотность соответствующего 
твердого компонента. 
Полиизобутилен ПИБ поместить в нагретую агатовую ступку и 
выдержать в ней при температуре 800С в течение 20-30 минут. 

Небольшими порциями вмешивать в ПИБ наполнитель до 
однородной массы. Контроль качества готовой смеси осуществляется 
с помощью оценки ее практической плотности с помощью 
гидростатического способа.  
Определение 
плотности 
методом 
гидростатического 
взвешивания проводится по результатам двух измерений массы 
образца. Сначала в воздушной среде, затем в жидкости (воде), с 
известной собственной плотностью. Небольшой кусочек смеси 
полученного пластита массой m0 взвешивается на весах в воздушной 
среде. Затем определяется его масса m1 в дистиллированной воде. 
Практическая 
плотность 
образца 
методом 
гидростатического 
взвешивания вычисляется по формуле 2 [1]: 
ρпрактич = m0* ρводы / (m0 – m1),  
                    (2) 
где ρводы - плотность дистиллированной воды ρводы = 1000кг/м3  
при Т=200С. 
Задание 1: Рассчитать массы навесок каждого компонента в 
расчете на 50г смеси 
Задание 
2: 
Вычислить 
теоретическую 
плотность 
смеси, 
используя закон аддитивности. 
Задание 3: Определить практическую плотность пластита и 
сравнить ее с теоретической. 
Содержание отчета 
Отчет должен содержать: наименование и цель работы, 
теоретические сведения по теме лабораторной работы. Результаты 
испытаний и обработка экспериментальных данных, их расчет и 
анализ, выводы по работе. 
 
Лабораторная работа 2 
 
Технология приготовления пластичного инертного состава  
водно-эмульсионным и водно-суспензионным способами 
 
Цель работы: освоение технологии получения ПВВ водно-
эмульсионным и водно-суспензионным способами 
Приборы, 
приспособления 
и 
материалы: 
имитатор 
утилизируемого баллиститного пороха БП, циануровая кислота ЦК, 
сухой мездровый клей, декстрин или желатин, ПАВ «fairy», 
этилацетат ЭА, дистиллированная вода, мешалка, реактор-диспергатор