Реферат: Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ


Бийский технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова»


Д.И. Дементьева, И.С. Кононов, Р.Г. Мамашев,

В.А. Харитонов


ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ

ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ


Учебное пособие


Издание 2-е, переработанное и дополненное


Допущено учебно-методическим объединением по образованию
в области химической технологии и биотехнологии в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки дипломированных
специалистов «Химическая технология энергонасыщенных
материалов и изделий»


Бийск

Издательство Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова

2009

УДК 662.2.03:662.1

В 24


Рецензенты: д.т.н. зам. генерального директора ФГУП «ФНПЦ

«Алтай» В.А. Шандаков;

д.т.н., профессор, зав. кафедрой ХТ ВМС Казанского

государственного технологического университета

А.В. Косточко


^ Д
В 24
ементьева, Д.И.

Введение в технологию энергонасыщенных материалов: учебное пособие / Д.И. Дементьева, И.С. Кононов, Р.Г. Мамашев, В.А. Ха-ритонов; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ.  Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009.  254 с.


ISBN 978-5-9257-0151-5


Учебное пособие включает три раздела.

В первом разделе рассмотрены общие сведения о взрывчатых веществах (ВВ), дана их классификация и взрывчатые свойства. Приведены сведения об элементах артиллерийского выстрела, средствах ини-циирования и методах снаряжения боеприпасов. Описаны свойства и применение инициирующих и бризантных ВВ, принцип компоновки промышленных ВВ и их применение.

Во втором разделе рассмотрены технология изготовления, свойства и применение дымного, пироксилинового, сферического, баллиститного порохов и смесевых ракетных твердых топлив.

В третьем разделе приведены сведения о пиротехнических составах: принцип компоновки, классификация, технология изготовления
и применение.

Учебное пособие может быть полезным также для аспирантов и инженерно-технических работников в области спецхимии и спецтехнологии.

При переиздании значительно переработано и дополнено содержание первого и второго разделов.


ISBN 978-5-9257-0151-5  Д.И. Дементьева, И.С. Кононов,

Р.Г. Мамашев, В.А.Харитонов, 2009




БТИ АлтГТУ, 2009
СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..….…..
5
1 ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА………………………..………..…….
10

1.1 Общие сведения о взрывчатых веществах……………….……

10

1.2 Классификация взрывчатых веществ…………………….……

11

1.3 Реакции взрывчатого разложения………………………….…..

13

1.4 Общие свойства взрывчатых веществ…………………..….….

16

1.4.1 Чувствительность взрывчатых веществ…………………

16

1.4.2 Стойкость взрывчатых веществ………………………….

19

1.5 Действие взрыва на окружающую среду…………………..….

20

1.6 Понятие о боеприпасах и выстрелах……………………….….

21

1.7 Инициирующие взрывчатые вещества……………………..….

25

1.7.1 Гремучая ртуть…………………………………………….

26

1.7.2 Азид свинца…………………………………………….….

26

1.7.3 Тринитрорезорцинат свинца…………………………..….

27

1.7.4 Тетразен……………………………………………………

27

1.8 Средства инициирования………………………….…..……..…

28

1.8.1 Средства воспламенения……………………………….…

28

1.8.2 Средства детонирования……………………………….…

30

1.9 Бризантные взрывчатые вещества………………………….….

31

1.9.1 Нитроглицерин………………………………………….…

34

1.9.2 Гексоген……………………………………………………

27

1.9.3 Октоген…………………………………………………….

38

1.9.4 Нитрат целлюлозы…………………………………….…..

39

1.9.5 Тротил………………………………………………….......

83

1.10 Промышленные взрывчатые вещества………………..…..….

84

1.10.1 Простейшие гранулированные взрывчатые

вещества…………………………………………………………….….


84

1.10.2 Взрывчатые смеси аммиачной селитры
с тротилом………………………………………………………….…..


85

1.10.3 Водосодержащие взрывчатые вещества……..…….….

86

1.10.4 Эмульсионные взрывчатые вещества (эмулиты)….…

87

1.10.5 Нитроэфиросодержащие взрывчатые вещества….…..

87

1.10.6 Предохранительные взрывчатые вещества……..….…

88

1.10.7 Конверсионные промышленные взрывчатые
вещества…………………………………………………………….….


89

1.11 Снаряжение боеприпасов взрывчатыми веществами….

91

1.12 Применение взрывчатых веществ в народном

хозяйстве……………….……………………………………..……..…


94




2 ПОРОХА И СРТТ…………………………………………………...

103

2.1 Общие сведения о порохах……………………………….….....

103

2.2 Классификация порохов…………………………..…..……...…

104

2.3 Дымный порох……………………………………..…………....

105

2.3.1 Свойства дымного пороха……………………………..….

106

2.3.2 Производство дымного пороха……………………….…..

106

2.3.3 Применение дымного пороха………………………….…

108

2.4 Пироксилиновые пороха…………………………………….….

109

2.4.1 Производство пироксилиновых порохов
периодическим способом……………………………………………..


113

2.4.2 Производство пироксилиновых порохов
непрерывным методом…………………………………………….….


125

2.5 Особенности технологии производства сферических
порохов и краткие сведения о кордитном порохе………………..…


126

2.6 Баллиститные пороха……………………………………….….

127

2.6.1 Изготовление пороховых масс баллиститного типа…….

132

2.6.2 Переработка пороховых масс баллиститного
типа методом проходного прессования………………………….…..


136

2.6.3 Иные способы переработки пороховых масс
баллиститного типа………………………………………………..…..


144

2.6.4 Применение баллиститных порохов в народном
хозяйстве………………………………………………………….……


150

2.7 Смесевые ракетные твердые топлива……………………...…..

157

2.7.1 Принципиальный состав СРТТ и назначение
компонентов…………………………………………………….……..


175

2.7.2 Приготовление топливных масс и изготовление
зарядов СРТТ……………………………………………………….….


198

2.7.3 Методы контроля качества изделий………………….…..

215

3 ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ……………………………..…

223

3.1 Общие сведения о пиротехнических составах………….…….

223

3.2 Классификация пиротехнических составов…………….…….

226

3.2.1 Осветительные пиротехнические составы………………

226

3.2.2 Сигнальные пиротехнические составы…………………..

227

3.2.3 Трассирующие составы……………………………….…..

229

3.2.4 Зажигательные составы……………………………….…..

229

3.2.5 Дымовые (маскирующие) составы……………………….

231

3.2.6 Пестицидный состав………………………………………

232

3.3 Использование пиротехнических составов

в народном хозяйстве…………………………………..…..……….


232

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………….……...

246

ВВЕДЕНИЕ


В современной жизни любого государства большое значение имеют энергонасыщенные материалы, или энергетические конденсированные системы.

Энергетические конденсированные системы (ЭКС) – это ракетные, артиллерийские, плазменные, лазерные и винтовочные пороха, смесевые ракетные твердые топлива, все виды взрывчатых веществ, пиротехнические средства и гидрореагирующие твердотопливные ком-позиции [1]. ЭКС являются основой обороноспособности государства и оказывают влияние на экономику, на развитие науки и техники. Без ЭКС нет артиллерии, нет стрелкового оружия, нет основных видов боевых ракет, в том числе межконтинентальных, а без современного и перспективного оружия нет армии.

Энергетические конденсированные системы – это эффективный источник энергии для техники и новых технологий. Специальные виды ЭКС позволили создать уникальные и весьма актуальные технологии. Так, на базе плазменных твердых ракетных топлив впервые в мире
разработаны пороховые магнитные гидродинамические генераторы (МГД-генераторы) электрической энергии, которые позволяют вести поиск полезных ископаемых на больших глубинах, осуществлять долгосрочный прогноз землетрясений, исследовать строение земной коры на глубинах до 70 и более километров. Специальные градобойные ракеты и артиллерийские системы используются для борьбы с лесными пожарами и градом, стимулируют искусственное выпадение осадков.
С помощью ЭКС проводится сварка не свариваемых классическими методами материалов, штамповка и резка металлов, танков и судов, упрочнение стальных конструкций, синтез алмазов, ультрадисперсных алмазов из углерода и многое другое. ЭКС являются опасными в производстве и эксплуатации.

По служебному использованию и опасности ЭКС делятся на четыре группы: инициирующие взрывчатые вещества (ИВВ), бризантные (вторичные) ВВ (БВВ), метательные (пороха и смесевые ракетные твердые топлива) (МВВ) и пиротехнические составы (ПТС) [2]. Основными свойствами ЭКС, определяющими отнесение их к той или иной группе, являются чувствительность к внешним воздействиям (удару, трению, нагреву), к ударно-волновому импульсу, детонационная способность и склонность к переходу горения во взрыв и детонацию (ПГВ и ПГД).

Наиболее опасными являются ИВВ, так как они имеют наибольшую чувствительность к удару и трению, склонны к ПГВ на открытом воздухе даже в малых (менее 1 г) количествах.

Многие пиротехнические составы приближаются по степени опас-ности к ИВВ (особенно опасны мелкие изделия цветопламенных и форсовых составов).

Бризантные ВВ способны взрываться, если они сосредоточены в значительных количествах. Из них наиболее опасны гексоген, октоген, ТЭН, тетрил, менее опасны аммониты и водосодержащие ВВ, гелеобразные и эмульсионные ВВ.

Пороха и твердые ракетные топлива считаются менее опасными, многие из них устойчиво горят при давлениях в десятки и сотни мегапаскалей, но вместе с тем обладают высокой воспламеняемостью, а ружейные, минометные и некоторые другие пороха способны к переходу горения во взрыв.

Первым взрывчатым веществом, применявшимся в военной технике и в различных отраслях хозяйства, был дымный, или черный порох, − смесь калиевой селитры, серы и угля в различных соотношениях. Полагают, что взрывчатые смеси, подобные дымному пороху, были известны за много лет до нашей эры народам Китая и Индии. Вероятно, что из Китая и Индии сведения о дымном порохе попали сначала к арабам и грекам. До середины XIX века, то есть на протяжении почти 500 лет, кроме дымного пороха не было ни одного взрывчатого вещества.

Сначала дымный порох применялся для стрельбы в виде порошка − пороховой мякоти и в России назывался зельем. Необходимость увеличения скорострельности оружия привела к замене пороховой мякоти пороховыми зернами.

Существенный вклад в развитие порохового производства в России сделан в начале XVIII века при Петре I.

В 1710–1723 гг. были построены крупные государственные пороховые заводы − Петербургский, Сестрорецкий и Охтинский.

В конце XVIII века Ломоносовым, а затем Лавуазье и Бертло во Франции был найден оптимальный состав дымного пороха: 75 % калиевой селитры, 10 % серы и 15 % угля. Этот состав стал применяться в России с 1772 г. и практически не претерпел никаких изменений до настоящего времени.

В 1771 г. после реконструкции вступил в строй Шостенский пороховой завод, а в 1788 г. построен крупнейший в мире Казанский пороховой завод.

В конце XVIII и в начале XIX веков отмечается бурное развитие естествознания: делаются открытия в области химии, физики и области взрывчатых веществ и порохов. Один за другим синтезируются взрывчатые вещества, превосходящие по энергетике дымный порох.

В 1832 г. французский химик Г. Браконо, обрабатывая лен и крахмал азотной кислотой, получил вещество, названное им ксилоидином.

В 1838 г. Пелузо повторил опыты Г. Браконо. При действии на бумагу азотной кислоты был получен пергамент, не смачиваемый водой и легко воспламеняемый. Пелузо назвал его «взрывчатое, или огненное, дерево».

Приоритет открытия нитратов целлюлозы признан за немецким химиком Шенбейном. Беттгером независимо от Шенбейна был получен пироксилин. Шенбейн и Беттгер взяли патент на строительство пироксилиновых заводов в нескольких странах, и уже в 1847 г. в Англии был построен первый завод по изготовлению пироксилина, который в этом же году был разрушен взрывом.

По патенту Шенбейна и Беттгера в 1852 г. был построен завод в Австрии, на котором также произошел взрыв. Последующий ряд взрывов пироксилиновых заводов показал невозможность получения химически стойкого пироксилина по методу Шенбейна, поэтому интерес к нему как взрывчатому веществу в ряде стран ослаб, и только в Австрии Ленк (1853–1862 гг.) продолжал проводить исследования по получению стойкого пироксилина. Он предложил промывать нитраты целлюлозы содовым раствором слабой концентрации. Однако его попытки были безрезультатными, и после трех взрывов на складах в 1862 г. и в Австрии работы по получению пироксилина прекратились.

Несмотря на такие большие неудачи, работы в области получения химически стойкого пироксилина в Англии продолжал Абель, и в 1865 г. ему удалось получить стойкий нитрат целлюлозы. Он доказал, что причиной самовоспламенения нитратов целлюлозы при хранении на складах является серная кислота, которая остается во внутренних капиллярах волокна. Для извлечения этого остатка Абель предложил измельчать волокна нитроцеллюлозы под водой в голландерах. Этот способ позволил извлечь остаток серной кислоты из капилляров и полу-чить нитроцеллюлозу с достаточным сроком безопасного хранения.

С этого времени интерес к нитроцеллюлозе вновь стал возрастать, ее применяли в качестве взрывчатого вещества, впоследствии получали динамиты.

В 1884 г. Вьелю удалось найти способ уплотнения нитроцеллюлозы. Он предложил обрабатывать ее смесью спирта и эфира. При выдержке образуется тестообразная масса, которую можно выдавливать, прессовать, прокатывать, то есть придавать ей желаемую форму. За это открытие он получил Нобелевскую премию. Так стали получать пироксилиновые пороха.

В России работы по получению нитратов целлюлозы были начаты в 1845–1846 гг. полковником Фадеевым, который пытался применить нитрованный хлопок для стрельбы из пушек и гаубиц.

Систематические работы были начаты в 1891 г., когда при Морском Ведомстве создали лабораторию по изучению физико-химичес-ких свойств нитратов целлюлозы и порохов. Работами в лаборатории руководил Д.И. Менделеев. В этой лаборатории в 1891 г. Менделеев с сотрудниками получил пироколлодийный пироксилин, а в 1892 г. на его основе − пироколлодийный порох.

Валовое производство нитратов целлюлозы и порохов в России было начато в 1894 г. Начиная с этого времени история развития нитратов целлюлозы идет по пути исследования процессов получения, усовершенствования технологического процесса, создания новой аппаратуры и изыскания нового типа и формы целлюлозного сырья.

Большая заслуга в этом принадлежит видным ученым: Р.А. Малахову, А.П. Закощикову, А.И. Титову, Г.К. Клименко, А.П. Сапожникову, Л.В. Забелину, А.В. Марченко и многим другим. До 1930 г. нитраты целлюлозы получали только на основе хлопковой целлюлозы, а позднее начали применять и древесную.

Решающая заслуга в разработке технологии пироксилинового пороха в России принадлежит З.В. Калачеву, А.В. Сухинскому, В. Никольскому и многим другим.

В 1846 г. в Италии Собреро был получен нитроглицерин.

В 1853–1854 гг. русскими учеными Н.Н. Зининым и В.Ф. Петрушевским впервые в мире отработана технология получения нитроглицерина.

В 1888 г. шведом Альфредом Нобелем на основе нитроглицерина был предложен порох, содержащий 40 % нитроглицерина и 60 % нитроцеллюлозы. При испытаниях в артиллерийских орудиях оказалось, что этот порох обладает значительно большей силой, чем пироксилиновый.

В 1889 г. Ф. Абелем и Д. Дьюаром в Англии был предложен другой тип нитроглицеринового пороха под названием «Кордит», что значит шнур или струна.

В Советском Союзе промышленное изготовление баллиститного пороха началось с 1928 г., а затем особенно интенсивно развивалось во время второй мировой войны.

В послевоенный период (с 1949 г.) начато промышленное производство крупногабаритных ракетных порохов, а с 1958 г. − разработка высокоэнергетических ракетных порохов.

Начиная с середины 50-х годов XX в. как в СССР, так и в США, активное развитие получили смесевые ракетные твердые топлива.

В развитии современных порохов и топлив существенный вклад внесли отечественные ученые А.С. Бакаев, К.И. Баженов, Д.И. Гальперин, Б.П. Жуков, Н.Г. Рогов, А.В. Косточко, К.И. Синаев, Я.Ф. Савченко, Г.В. Сакович, Б.М. Аникеев, Н.Д. Аргунов, В.В. Мошев, В.А. Морозов, В.И. Самошкин и многие другие ученые.

Пиротехнические составы как боевое средство за несколько веков до нашей эры применяли в Китае.

В России развитие пиротехники главным образом шло в направлении фейерверочных составов, а в начале XIX в. − военного назначения. Большой вклад в развитие отечественной пиротехники сделали К.И. Константинов, В.Н. Чиколев, Ф.В. Степанов, Ф.Ф. Матюкевич, А.А. Шидловский, Ф.П. Мадякин.

К 1992 г. стратегические войска России имели на вооружении 1386 межконтинентальных баллистических ракет наземного и 934 морского базирования. В состав стратегического наступательного вооружения входят:

 межконтинентальные баллистические ракеты сухопутного базирования;

 баллистические ракеты подводных лодок;

 крылатые ракеты стратегических бомбардировщиков.

^ Создатели ракетных комплексов:

Королев Сергей Павлович – ученый, конструктор ракетно-косми-ческой техники, основоположник практической космонавтики. Под руководством С.П. Королева разработаны и сданы на вооружение первые отечественные баллистические ракеты дальнего действия на СРТТ.

Макеев Виктор Петрович – генеральный конструктор боевой ракетной техники. Руководитель разработки первой отечественной твердотопливной межконтинентальной ракеты с разделяющей боевой частью.

Уткин Владимир Федорович – генеральный конструктор, директор НПО «Южное». Под его руководством создан передвижной ракетный комплекс железнодорожного базирования РК-23.

Надирадзе Александр Давидович – выдающийся конструктор ракетной техники. Под его руководством созданы первые в мире мобильные ракетные комплексы, заложены основы создания ракетного комплекса «Тополь».

Лагутин Борис Николаевич – генеральный конструктор, разработчик подвижных ракетных комплексов с твердотопливными ракетами.

Соломонов Юрий Семенович – генеральный конструктор. Под его руководством создан универсальный ракетный комплекс «Тополь-М».

^ 1 ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА


^ 1.1 Общие сведения о взрывчатых веществах [3–6]


Взрывчатые вещества представляют собой индивидуальные соединения или смеси, способные к быстрому, самораспространяющемуся химическому превращению (взрыву) с образованием большого количества газов и тепла. ВВ могут быть твердыми, жидкими и газо-образными.

Для взрыва характерны:

большая скорость химического превращения (до 8–9 км/с);

экзотермичность реакции (порядка 4180–7520 кДж/кг);

образование большого количества газообразных продуктов (3001000 л/кг);

самораспространение реакции.

Невыполнение хотя бы одного из указанных условий исключает протекание взрыва.

Быстрое образование больших объемов газов и нагрев последних за счет теплоты реакций до высоких температур обусловливает внезапное развитие в месте взрыва больших давлений. Энергия сжатых газообразных продуктов взрыва является источником механической работы при различных видах применения взрывчатых веществ. В отли-чие от сгорания обычных топлив реакция взрыва ВВ протекает без участия кислорода воздуха и вследствие больших скоростей процесса позволяет получить в небольшом объеме огромные мощности.

Так, сгорание 1 кг угля требует около 11 м3 воздуха, при этом выделяется приблизительно 33440 кДж. Сгорание (взрыв) 1 кг гексогена, занимающего объем 0,65 л, происходит за 0,00001 с и сопровождается выделением 5680 кДж, что соответствует мощности 500 млн кВт.

Такое химическое превращение называют взрывчатым превращением (взрывом). В нем всегда наблюдается две стадии:

 первая – превращение скрытой химической энергии в энергию сжатого газа;

 вторая – расширение образовавшихся газообразных продуктов, которые и совершают работу.

По механизму распространения и по скорости протекания химической реакции различают два вида взрывчатого превращения: горение и взрыв (детонация).

Горение – относительно медленный процесс. Передача тепла идет от более прогретого слоя в глубину к менее прогретому слою путем теплопроводности. Скорость горения зависит от условий, при которых протекает химическая реакция. Например, при повышении давления скорость горения увеличивается. В некоторых случаях горение может перейти во взрыв.

Взрыв – скоротечный процесс, протекающий со скоростью до
9 км/с. Энергия при взрыве передается образующейся ударной волной – областью сильно сжатого вещества (волной сжатия).

Механизм взрыва можно представить следующим образом. Взрывчатое превращение, возбужденное в первом слое ВВ посторонним возбудителем, резко сжимает второй (последующий) слой, то есть образует в нем ударную волну. Последняя вызывает взрывчатое превращение в этом слое. Затем ударная волна достигает третьего слоя и также возбуждает в нем взрывчатые превращения, затем – четвертого и т.д. В процессе распространения энергия ударной волны уменьшается, это выражается в уменьшении силы сжатия от слоя к слою. Когда сжатие будет недостаточным, взрыв перейдет в горение. Однако возможен и другой случай. Энергия, выделяющаяся в результате взрывчатого превращения в очередном слое, достаточна для компенсации потери энергии в ударной волне при прохождении этого слоя. В таком случае взрыв переходит в детонацию.

Детонация – частный случай взрыва, протекающего с постоянной скоростью (скоростью распространения ударной волны) для данного вещества. Детонация не зависит от внешних условий, и ее скорость распространения является важным параметром взрывчатого вещества. Вид взрывчатого превращения заданного ВВ зависит от свойства вещества и от внешних условий. Например, взрывчатое вещество тротил в обычных условиях горит, если же он находится в закрытом объеме, то горение может перейти во взрыв и детонацию. Порох на открытом воздухе горит, но если зажечь пороховую пыль, то она может сдетонировать. Поэтому, независимо от назначения взрывчатых веществ и их чувствительности к различным импульсам, с ними следует обращаться осторожно, с обязательным выполнением требований техники безопасности.


^ 1.2 Классификация взрывчатых веществ [36]


Все взрывчатые вещества по виду взрывчатого превращения, способности к нему и применению делятся на следующие группы:

инициирующие;

бризантные;

метательные;

пиротехнические составы.

Инициирующие взрывчатые вещества

Для данной группы ВВ характерен вид взрывчатого превращения – детонация. Они обладают высокой чувствительностью к простым начальным импульсам (удару, наколу, лучу огня, трению, электрическому разряду и др.), которые вызывают детонацию. Инициирующие ВВ обычно используются для детонации других, менее чувствительных ВВ, поэтому они также называются первичными.

Инициирующие ВВ применяются в капсюлях-воспламенителях и капсюлях-детонаторах.

К указанной группе ВВ относятся:

гремучая ртуть (ртутная соль гремучей кислоты) Hg(ONC)2;

азид свинца (свинцовая соль азотистоводородной кислоты) Pb(N3)2;

тринитрорезорцинат свинца C6H(NO2)3O2Pb·H2O и другие.

^ Бризантные взрывчатые вещества

Вид взрывчатого превращения – детонация. Для данной группы веществ характерна малая чувствительность к простым начальным импульсам (удару, наколу, лучу огня и др.). Детонацию бризантных ВВ можно вызвать детонацией инициирующих ВВ. Поэтому бризантные ВВ также называются вторичными взрывчатыми веществами.

Бризантные ВВ применяются для наполнения корпусов артиллерийских снарядов, мин, авиабомб, боевых частей реактивных снарядов и ракет.

К указанной группе ВВ относятся: нитроглицерин, октоген, гексоген, тротил, нитроцеллюлоза и многие другие.

^ Метательные взрывчатые вещества

Для данной группы ВВ характерен иной вид взрывчатого превращения – горение. Горение возбуждается простым начальным импульсом – лучом огня.

К метательным ВВ относятся нитроцеллюлозные пороха (кордитные, сферические, баллиститные, пироксилиновые), дымный порох, твердые ракетные топлива.

Применяются метательные ВВ в качестве зарядов в артиллерии, в стрелковом оружии и в ракетных двигателях.

^ Пиротехнические составы

Вид взрывчатого превращения – горение. Горение пиротехнических составов вызывается простым начальным импульсом – лучом огня.

Пиротехнические составы применяются для получения необходимого пиротехнического эффекта: звука, цветного пламени или дыма и т.д. Используются пиротехнические составы для снаряжения зажигательных и дымовых снарядов и мин, трассеров, сигнальных патронов, для демонстрации фейерверков. В соответствии с назначением пиротехнические составы могут быть осветительные, зажигательные, сигнальные, трассирующие и др.


^ 1.3 Реакции взрывчатого разложения


Изучение реакции взрывчатого превращения необходимо для прог-нозирования состава продуктов взрывчатого разложения, их объема, определения энергии, которая выделяется в результате протекания реакции, температуры продуктов взрывчатого разложения.

Подавляющее большинство взрывчатых веществ представляет собой органические соединения, в состав которых входят углерод, водород, азот, кислород. В результате реакции взрывчатого разложения образуются в основном оксиды углерода, азота, водорода (СО, СО2, NO2, NO, Н2О) и свободные молекулы (N2, Н2, О2, С).

Эти соединения составляют основную долю всех продуктов взрывчатого разложения. В значительно меньшем количестве образуются СН4, NН3, С2Н2, С2N2, НСN и др. Наличие и количество тех или иных продуктов зависит от кислородного баланса соединения.

Под кислородным балансом понимается избыток или недостаток кислорода, необходимого для полного окисления углерода и водорода. Кислородный баланс характеризуется так называемым кислородным коэффициентом:

.

Например, для полного окисления всего углерода и водорода, содержащихся в молекуле нитроглицерина, требуется:

для 3 атомов углерода – 6 атомов кислорода;

для 5 атомов водорода – 2,5 атома кислорода.

Всего – 8,5 атома кислорода.

Молекула нитроглицерина содержит 9 атомов кислорода. Следовательно, кислородный коэффициент нитроглицерина равен

9/8,5×100 %=105,9 %.

По кислородному балансу все взрывчатые вещества подразделяются на следующие группы:

взрывчатые вещества, содержащие количество кислорода, достаточное для полного окисления углерода до СО2, водорода до Н2О;

взрывчатые вещества, содержащие количество кислорода для превращения всех горючих элементов в газы, но недостаточное для полного их окисления, т.е. образования СО2;

взрывчатые вещества, содержащие количество кислорода, недостаточное для превращения всех горючих элементов в газы.

Из приведенной классификации взрывчатых веществ вытекает правило ориентировочного определения состава и количества молекул, образующихся при взрывчатом превращении.

При написании реакции взрывчатого разложения следует придерживаться следующего.

Для взрывчатых веществ первой группы характерно следующее: водород окисляется до Н2О, углерод до СО2, оставшийся кислород образует свободные молекулы кислорода. Например, реакция взрывчатого разложения нитроглицерина С3Н5(ОNО2)3 может быть представлена следующим образом.

Нитроглицерин содержит 9 атомов кислорода. До полного окисления 5 атомов водорода необходимо 2,5 атома кислорода, до полного окисления 3 атомов углерода – 6 атомов кислорода. Итого необходимо 8,5 атома кислорода. Имеем 9 атомов кислорода. Половина атома кислорода остается свободной. Таким образом, реакция взрывчатого разложения будет выглядеть следующим образом:

C3H5(ONО2)3= 3СО2 + 2,5Н2O + 0,25O2 + 1,5N2.

Кроме основной реакции протекают реакции диссоциации:





(реакция водяного газа)


Указанные реакции в сильной степени смещены в сторону образования СО2, Н2О, N2, и удельный вес их в энергетическом балансе незначительный. Таким образом, в продуктах взрывчатого превращения, хотя и имеются газы СО, Н2, NO, но их количество невелико, поэтому при расчете, например, объема продуктов взрывчатого превращения в первом приближении реакции диссоциации могут не учитываться.

Для взрывчатых веществ второй группы характерно следующее: водород окисляется до Н2О, углерод окисляется до СО. Если при этом остается кислород, то часть СО окисляется до СО2.

Рассмотрим реакцию взрывчатого разложения тетранитрата пентаэритрита (ТЭН) C(CН2ОNО2)4. Из химической формулы ТЭНа видим, что кислорода до полного окисления водорода и углерода недостаточно. Для водорода нужно 4 атома, для углерода – 10 атомов. Итого 14 атомов кислорода. Имеем 12 атомов кислорода. В этом случае реакция разложения ТЭНа записывается так:

C(CН2ОNО2)4 = 4Н2О + 5СО + 1,5О2 + 2N2 =

= 4Н2О + 2СО + 3СО2 + 2N2.

Вторичные реакции:

 реакция водяного газа:



 реакция диссоциации:



Для взрывчатых веществ третьей группы характерно следующее: водород окисляется до Н2О, оставшийся кислород окисляет часть углерода до СО. Например, реакция взрывчатого разложения тротила С6Н2(NO2)3СН3.

Из химической формулы тротила видим, что кислорода недостаточно для окисления водорода и углерода. Для полного окисления водорода необходимо 2,5 атома кислорода, неполного окисления углерода – 7 атомов, итого 9,5 атома кислорода. Имеем 6 атомов кислорода.
В этом случае реакция взрывчатого превращения записывается так:

С6Н2(NO2)3СН3 = 2,5Н2О + 3,5СО + 3,5С + 1,5N2.

Вторичные реакции:



Таким образом, для написания уравнения реакции взрывчатого превращения необходимо придерживаться следующих правил:

определить по химической формуле взрывчатого вещества его кислородный баланс;

окислить водород до Н2О;

окислить углерод до СО;

окислить СО до СО2, если остался кислород;

написать остальные продукты реакции;

проверить коэффициенты.


^ 1.4 Общие свойства взрывчатых веществ


К взрывчатым веществам предъявляются различные требования, зачастую противоречивые. Невозможность создания универсального взрывчатого вещества, удовлетворяющего всем требованиям, привело к разработке большого количества взрывчатых веществ с различными свойствами, что видно из приведенной классификации ВВ. Однако есть свойства, являющиеся общими для всех взрывчатых веществ независимо от их назначения.

Основными для таких составов являются чувствительность и стойкость. Рассмотрим эти важные свойства взрывчатых веществ.

^ 1.4.1 Чувствительность взрывчатых веществ [4, 7]

Под чувствительностью ВВ понимается их способность к взрывчатому превращению под влиянием внешних воздействий. Чувствительность характеризуется минимальным количеством энергии, необходимой для вызова взрывчатого превращения. Чувствительность взрыв-чатых веществ, применяемых на практике, должна быть ограничена пределами, обусловленными двумя противоречивыми требованиями: безопасностью ВВ в служебном обращении и возможно меньшими затратами энергии для возбуждения взрывчатого превращения.

В практике это противоречие решается путем создания двух типов ВВ – инициирующих и бризантных − и использования их в комплексе.

Сложность изучения чувствительности ВВ заключается в их избирательной способности к различным импульсам:

механическому (удару, наколу, трению, прострелу пулей и др.);

тепловому (нагреву, лучу пламени и др.);

электрическому (искре);

детонационному (детонации рядом расположенного ВВ) и т.д.

Например, высокая чувствительность данного ВВ к удару не означает, что ВВ будет также чувствительным к нагреванию и наоборот.

Поэтому необходимо изучать чувствительность ВВ к каждому виду начального импульса отдельно. В настоящее время отработаны и утверждены стандарты на определенные методы оценки чувствительности ВВ к различным начальным импульсам.

Критерием чувствительности ВВ к нагреванию является температура вспышки.

Испытания проводятся в строго определенных стандартом условиях. Нагревание производится источником тепла без пламени.

Наиболее чувствительными ВВ к нагреванию являются:

гремучая ртуть (температура вспышки Твсп=175–180 °С);

пироксилин (Твсп=195 °С);

тетрил (Твсп=195–200 °С).

Наименее чувствительными являются:

азид свинца (Твсп=330–340 °С);

тротил (Твсп=290–205 °С);

дымный порох (Твсп=290–310 °С) [4].

Чувствительность ВВ к удару оценивается наименьшей высотой падения груза определенной массы, при которой наблюдается взрывчатое превращение.

Испытание бризантных ВВ производится на вертикальных копрах. Чувствительность к удару бризантных ВВ оценивается процентом взрывов при сбрасывании на ВВ груза массой 10 кг с высоты 25 см.

Испытание инициирующих ВВ проводится на рычажных копрах. Чувствительность к удару инициирующих ВВ оценивается нижним и верхним пределами чувствительности.

Нижний предел чувствительности – это наибольшая высота падения груза, при которой не получается ни одного взрыва из определенного числа опытов, верхний предел чувствительности – это наименьшая высота падений груза, при которой получается 100 % взрывов. Нижний предел является мерой безопасности при служебном обращении с взрывчатым веществом. Верхний предел – мерой чувствительности к инициированию.

Чувствительность ВВ к наколу оценивается наименьшей высотой падения груза определенной массы на иглу, установленную на ВВ, при которой наблюдается взрывчатое превращение. Испытания проводятся, как правило, для инициирующих веществ с определением верхнего и нижнего пределов чувствительности.

Чувствительность ВВ к детонации характеризуется минимальным зарядом инициирующего ВВ, обеспечивающего незатухающую детонацию заданного ВВ. Этот заряд называется предельным зарядом инициирующего ВВ.

Определение чувствительности ВВ к сотрясению связано со специфическими условиями, в которых находится ВВ во время выстрела и при встрече снаряда с преградой. При выстреле во время движения снаряда по каналу ствола орудия возникают большие перегрузки, в результате во взрывчатом веществе создаются напряжения, которые могут вызвать воспламенение или детонацию, если ВВ достаточно чувствительно.

Аналогичная картина происходит при встрече снаряда с преградой. Преждевременная детонация ВВ и в этом случае нежелательна, так как это существенно понижает эффективность поражающего действия снаряда. Например, бронебойный снаряд должен взорваться обязательно после пробития прег