The unified combustion mechanism of energetic materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of 11-diethylferrocene (DEF) individually and in combination with carbon black (CB) and carbon nanotubes (CNT) on the combustion of a model sample based on an inactive binder 12.2% polyvinyl butyral, plasticized with 15.8% dibutyl phthalate and 70% ammonium perchlorate containing 1.4% teflone-4 and 0.6% technological additives was studied. Propellants samples were manufactured using rolling and through-pressing. Burning rate was determined in a constant pressure device in a nitrogen atmosphere on armored checkers with a diameter of 6 mm and a height of 15 mm. The structure and elemental composition of the combustion surface of the quenched samples are investigated. It was shown that when samples with a catalyst and CNT are burned, a frame is formed on the combustion surface on which a significant accumulation of the catalyst particles, CNT, and teflone occurs. Thus, combustion catalysis occurs by the same mechanism as for double-based propellants and various explosives containing nitrogroups, i. e., the mechanism of catalysis of energetic materials is uniform.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Anatoly P. Denisyuk

D. I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Author for correspondence.
Email: denisuyk.a.p@muctr.ru

Doctor of Sciences in Technology, RARAS Academician, Professor of the Department of Chemistry and Technology of High-Molecular Compounds

Russian Federation, Moscow

Larisa A. Demidova

D. I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: demidova.l.a@muctr.ru

Candidate of Sciences in Technology, Main Specialist of the Department of Chemistry and Technology of High-Molecular Compounds

Russian Federation, Moscow

Mikhail Yu. Gulakov

D. I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: gulakov.m.i@muctr.ru

Leading Engineer of the Department of Chemistry and Technology of High-Molecular Compounds

Russian Federation, Moscow

Alexey O. Merkushkin

D. I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: merkushkin@muctr.ru

Candidate of Sciences in Chemistry, Senior Researcher, Associate Professor of the Department of High Energy and Radiology

Russian Federation, Moscow

References

  1. Denisyuk, A. P., L. A. Demidova, and V. I. Galkin. 1995. The primary zone in the combustion of solid propellants containing catalysts. Combust. Explo. Shock Waves 31(2):161–167.
  2. Denisyuk, A. P., A. D. Margolin, N. P. Tokarev, et al. 1977. Role of carbon black in combustion of ballistic powders with lead-containing catalysts. Combust. Explo. Shock Waves 13(4):490–496.
  3. Denisyuk, A. P., L. A. Demidova, V. A. Sizov, and A. O. Merkushkin. 2017. Vliyanie uglerodnykh nanotrubok na zakonomernosti goreniya nizkokaloriynykh porokhov [Influence of carbon nanotubes on the combustion laws of low-calorie propellant]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 10(1):59–63.
  4. Denisyuk, A. P., V. G. Khubaev, and Y. G. Shepelev. 1977. Effect of catalysts on the combustion of diethanoldinitrate nitroamine. Combust. Explo. Shock Waves 13(1): 118–120.
  5. Denisyuk, A. P., Z. N. Aung, and Y. G. Shepelev. 2021. Energetic materials combustion catalysis: Necessary conditions for implementation. Propell. Explos. Pyrot. 46(1):90– 98.
  6. Denisyuk, A. P., Z. N. Aung, V. A. Sizov, L. A. Demidova, and A. O. Merkushkin. 2023. Burning rate catalysts action on the trinitroresorcinol combustion wave parameters. Int. J. Chem. Kinet. 55(8):467–478.
  7. Htwe, Y. Z., and A. P. Denysiuk. 2013. Combustion of double-base propellants of various compositions containing ammonium nitrate. Combust. Explo. Shock Waves 49:288–298. doi: 10.1134/S0010508213030052.
  8. Sinditskii, V. P., A. N. Chernyi, and D. A. Marchenkov. 2014. Mechanism of combustion catalysis by ferrocene derivatives. 2. Сombustion of ammonium perchloratebased propellants with ferrocene derivatives. Combust. Explo. Shock Waves 50(2):158–167.
  9. Rusin, D. L. 2008. Osnovy kompleksnogo modifitsirovaniya polimernykh kompozitov, pererabatyvaemykh prokhodnym pressovaniem [Fundamentals of complex modification of polymer composites processed by continuous pressing]. Moscow: RCTU. 222 p.
  10. Denisyuk, A. Р., Y. M. Milekhin, L. A. Demidova, and V. A. Sizov. 2018. Influence of carbon nanotubes on the propellant combustion catalysis regularities. Dokl. Akad. nauk 483(6):632–634. doi: 10.31857/ S086956520003437-3.
  11. Aung, Z. N. 2023. Zakonomernosti vliyaniya katalizatorov na gorenie energonasyshchennykh materialov razlichnogo stroeniya, soderzhashchikh nitrogruppy [Regularities of catalysts’s effect on the combustion of energy-saturated materials of different structures containing nitro groups]. Moscow: RCTU. PhD Thesis. 20 p.
  12. Denisyuk, A. Р., Y. Z. Htwe, and S. V. Chernykh. 2007. Issledovanie zakonomernostey goreniya porokhov s nitratom ammoniya [Study of combustion patterns of powders with ammonium nitrate]. Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii [Advances in Chemistry and Chemical Technology] 21(7):119–123.
  13. Denisyuk, A. Р., M. Yu. Gulakov, V. A. Sizov, et al. 2019. Vliyanie katalizatorov na skorost’ goreniya topliv na aktivnom svyazuyushchem s nitratom ammoniya [The influence of catalysts on the burning rate of an active binder propellant with ammonium nitrate]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 13(4):116–121. doi: 10.30826/CE20130412. EDN: QFPOZA.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Burning rate dependence on pressure of samples with 2% DEF in combination with carbon black and various amounts of CNTs: 1 — base sample (empty signs — diameter 10.5 mm); 2 — 3% soot; 3 — 1% CNT; 4 — without CNT; 5 — 2% CNT; and 6 — 3% CNT

Download (64KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The effect of 3% soot and various amounts of CNTs on the effectiveness of 2% DEF: 1 — 3% soot; 2 — 1% CNT; 3 — without CNT; 4 — 2% CNT; and 5 — 3% CNT

Download (70KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Burning rate dependence on pressure of samples with different amount of CNTs: 1 — base sample; 2 — 1% CNT; 3 — 2% CNT; 4 — 3% CNT; 5 — 4% CNT; and 6 — 5% CNT

Download (79KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The effect of the amount of CNTs (without DEF) on the Z value at different pressures: 1 — 5% soot; 2 — 3% soot; 3 — 1% CNT; 4 — 2% CNT; 5 — 3% CNT; 6 — 4% CNT; and 7 — 5% CNT

Download (84KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the effectiveness of CNTs on their content at different pressures: 1 — 3 MPa; 2 — 5; 3 — 10; and 4 — 15MPa

Download (66KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Structure of combustion surface of quenched samples: (a) without additives (3 MPa); (b) with 5% CNT (3 MPa); (c) with 2% DEF (1MPa); and (d) with 2% DEF + 3% CNT (1MPa)

Download (275KB)
Indexing metadata

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».