Практически все технологические приемы перера­ботки ЭКМ связаны с механическими воздействиями и текучестью такими, как разогрев и течение термопластичной пороховой массы на вальцах, в шнек-прессе и раструбном пресс-инструменте; перемешивание топливной массы и ее слив, поддавливание и дру­гие операции при формовании изделий; прессование шашек из порошкообразных ЭКМ.

В настоящее время существует множество экспериментальных ме­тодов оценки чувствительности к механическим воздействиям, которые можно разделить на две группы.

К первой группе относятся методы относительной оценки, позволя­ющие построить ряд чувствительности ЭКМ, т.е. аттестовать данный ЭКМ по уровню его чувствительности к механическим воздействиям в стан­дартных условиях в ряду других ЭКМ. Необходимо отметить, что ука­занная группа методов широко распространена, и за рубежом, в таких развитых странах, как США, Великобритания, ФРГ, Япония и др.

К этим методам относятся определение чувствительности к удару, ударному сдвигу и трению.

Определение чувствительности ЭКМ к удару. Производится на вертикальном копре с помощью, так называемого, штемпельного при­борчика. Вещество помещают между двумя стальными роликами, кото­рые вставляются в стальную втулку (штемпельный приборчик). На вер­хний ролик сбрасывают груз, движущийся по вертикальным направля­ющим. При падении груза наблюдатель фиксирует наличие или отсут­ствие взрыва (хлопка, дыма, пламени). Чувствительность ЭКМ характе­ризуется частостью взрывов, выражаемых в процентах, в 25 параллель­ных опытах при падении на штемпельный приборчик груза массой m кг с высоты 25 см или максимальной высотой падения груза при отсут­ствии взрывов (рис. 2,а).

Рис. 2. Схемы приборчиков для копровых испытаний:

а − на удар, б − на ударный сдвиг; в − на неударное трение;

/ − ролики. 2 − навеска испытуемого ЭКМ; 3 − поддон; 4− муфта;

5 −вращающийся пуансон

Навеска испытуемого материала − 0,1 г. Используют грузы массой 10, 5 или 2 кг. Иногда чувствительность определяют по удельной рабо­те удара (Дж/м²), которую определяют по формуле: А_уд = mgh / S , где m − масса груза, кг; g − ускорение свободного падения, м/с²; h −высота падения, м; S − площадь навески испытуемого ЭКМ в приборе, м².

Чувствительность ЭКМ к удару

(груз массой 10 кг, высота падения 25 см)     Таблица 16

Определение чувствительности к ударному сдвигу производит­ся на приборе марки К−44−Ш, в который помещен приборчик для копро­вых испытаний (рис. 2.6). Масса навески испытуемого материала 0,02 г. Опенку результата производят по максимальной величине давления при­жатия образца ЭКМ при отсутствии взрывов (нижний предел), при отно­сительном сдвиге образца от удара маятникового груза массой 2 кг по ролику с различных углов или по работе трения (Дж) в этих условиях, вычисляемой по формуле:

А_тр = K_тр p_пр L_сдв S,

где  K_тр – коэффи­циент трения, p_пр − давление прижатия образца, Па; L_cдв − относительное перемещение ролика по образцу, м; S − площадь образца, м².

Определение чувствительности к трению производится на при­боре марки И−6−2 (рис. 2, в), в который помещен приборчик для копро­вых испытаний. Оценку результатов 25 параллельных испытаний (при отсутствии следов взрывчатого разложения) производят по максималь­ному значению давления прижатия образца (нижний предел), при вра­щении пуансона с угловой скоростью 54,5 рад/с (520 об/мин) в течение 3 с, если не произошло воспламенения (взрыва) образца.

Несомненным достоинством первой группы методов является их простота, малая навеска испытуемого вещества (0.02...0.1 г), а также относительно малая стоимость и оперативность испытаний. Существенным недостатком данной группы методов является относительность оценки чувствительности испытуемых ЭКМ, т.е. построение только ряда чувствительности испытуемых ЭКМ.

Результаты исследований, полученные при помощи методов относительной оценки чувствительности к механическим воздействиям, не могут быть непосредственно использованы при проектировании технологической аппаратуры и организации технологического процесса. Эти задачи решают только с использованием модельных методов испытаний, которые либо воспроизводят работу отдельного узла аппарата, либо моделируют в количественном измерении процессы, происходящие в ЭКМ. Однако эти методы при всей их необходимости могут быть применены только при наличии действующей или, по крайней мере, уже спроектированной аппаратуры, а также достаточного количества испытуемого ЭКМ (десятки и сотни граммов, а иногда и больше).

Ко второй группе относятся разработанные в нашей стране ориги­нальные модельные методы испытаний ЭКМ, которые позволяют вос­произвести реальные механические воздействия, имеющие место в от­дельных узлах аппаратов, отдельной фазе производства и других практи­ческих условиях. В ряде случаев эти методы дают возможность опреде­лить основные критические параметры загорания исследуемого ЭКМ (давление, скорость, время), знание которых необходимо для конструирования аппаратуры в целях безопасной переработки ЭКМ.

Анализ работы технологического оборудования, применяемого при производстве ЭКМ, позволяет при всей его сложности выделить несколько типов механического воздействия на перерабатываемый материал, соответствующих реальным условиям производства, таких, как объемное сжатие, трение при сдвиге, течение через канал (зазор) и т.п. (табл. 17).

Классификация механических воздействия

при технологических операциях в процессе производства ЭКМ

Таблица 17

Представленная классификация механических воздействий позволяет путем создания несложных устройств произвести экспериментальное моделирование и определение критических параметров загорания применительно к технологической аппаратуре, используемой в производстве ЭКМ. Основными параметрами, характеризующими условия загорания ЭКМ, являются: удельное давление в зоне воздействия (р_уд, Па), относительная скорость перемещения ЭКМ [V, м/с), а также длительность этого воздействия (t, с).

Существуют определенные положения для создания моделей, при разработке которых необходимо выполнить ряд следующих требо­ваний: ЭКМ и основные материалы, контактирующие с ним должны соот­ветствовать натурным; должна соблюдаться идентичность механизма инициирования взрыв­чатого превращения; условия развития процесса должны соответствовать натурным (пре­вышение критического диаметра детонации, предельные давления, инер­ционность и др.).

Разработанные методы моделирования механических воздействий, применительно к производству и эксплуатации ЭКМ, нашли достаточно широкое применение и хорошо зарекомендовали себя. При этом одной из наиболее сложных задач, требующей специ­ального решения для каждого конкретного случая, является выпол­нение требований геометрического н энергетического подобия. В на­стоящее время в некоторых случаях принято считать, что геометри­ческое подобие можно принимать в масштабе1:(5…10), а энергети­ческое 1:125. Однако этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Таким образом, целесообразность использования обеих групп методов оценки чувствительности не вызывает сомнений. Преимущество каждой из групп на определенном этапе разработки нового ЭКМ очевидно, так как на первоначальном этапе решающую роль при аттестации ЭКМ в ряду уже известных играют результаты относительной оценки чувствительности, при организации же безопасного технологического процесса необходимо знание критических параметров загорания, которые можно получить при помощи модельных испытаний.