Бажин В.Е. Взрыв, взрывчатые вещества, их применение

Подождите немного. Документ загружается.

ТНРС 3120 2900 275 –

Гремучая

ртуть

4310 3000–4000 173–180 5600

Тетразен 1650 – 140 –

5.1.1 Средства воспламенения и инициирования

Используются для создания огневого и детонационного импульса

от простого начального.

Для возбуждения взрывной реакции типа горения (пороха, СТРТ)

используются воспламенители, в том числе капсюли-воспламенители,

которые по назначению делятся на два вида:

1 – патронные капсюли-воспламенители, применяемые для

воспламенения порохового заряда в патронах (стрелкового оружия и

некоторых орудиях малого калибра) рисунках 5.1, 5.2;

1 – оболочка; 2 – фольговый кружок;

3 – ударный состав

Рисунок 5.1 – Капсюль патронный

1 – донная часть гильзы;

2 – наковаленка; 3 – гнездо

капсюльное;

4 – затравочные каналы;

5 – пороховой заряд

Рисунок 5.2 – Донная часть

патрона

2 – трубочные капсюли-воспламенители (рисунок 5.3), применяемые

для воспламенения усилителей, замедлителей и капсюлей-детонаторов в

трубках, взрывателях.

1 – оболочка; 2 – чашечка; 3 – ударный состав; 4 – фольговый кружок

Рисунок 5.3 – Трубочный капсюль-воспламенитель

По характеру и назначению трубочные капсюли делятся на

дистанционные и ударные. Первые действуют в момент выстрела в

дистанционных трубках и взрывателях, вторые – в момент встречи

снаряда с преградой. По роду начального импульса различают: 1 –

капсюли ударного действия (патронные), 2 – накольного действия

(трубочные), 3 – электрические воспламенители. С помощью последних

возможен одновременный взрыв большого количества зарядов, а также

они применяются в артиллерийских капсюлях-воспламенителях, в

воспламенителях пороховых ракет. Конструкция электровоспламенителя

представлена на рисунке 5.4.

Воспламенительный состав представляет собой

битумизированный ТНРС, либо смесь роданистого свинца и

бертолетовой соли с

раствором столярного клея. Капля одного из этих составов наносится

на спираль накаливания, образуя запал, который помещается в

металлическую или бумажную гильзу.

1 – воспламенительный состав; 2 – спираль накаливания; 3 – гильза;

4 – пробка; 5 – провод электрический

Рисунок 5.4 – Электровоспламенитель

Для передачи огневого импульса используются огнепроводные

шнуры, сердцевину которых составляет дымный порох, а оболочку –

оплетка из хлопчатобумажных или льняных нитей, покрытых влаго-

изолирующим составом, либо пластикатная оболочка. Скорость

горения шнура постоянная и составляет 10 мм/с.

5.1.1.1 Касюли-детонаторы

По назначению капсюли-детонаторы делятся на: 1 –

артиллерийские (для боеприпасов), 2 – для взрывных работ.

По способу приведения в действие капсюли-детонаторы

подразделяются на капсюли:

1) накольного действия, инициируемые наколом (боеприпасы);

2) лучевого действия, инициируемые от капсюля-воспламенителя, от

порохового замедлителя, огнепроводного шнура (артиллерийские снаряды).

Ударные составы капсюлей-воспламенителей приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Ударные составы капсюлей-воспламенителей

(содержание компонентов в %)

Тип капсюлей-

воспламени-

телей

Общая

масса

состава,

Гремуча

я ртуть,

Хлорат

калия

(бертолетова

соль), %

Трехсернистая

сурьма

(антимоний), %

Трубочные 2 25 37,5 37,5

Патронно-

винтовочны

е и

револьверны

0,2 16,7 55,5 27,8

Для возбуждения детонации применяются капсюли-детонаторы

(см. рисунок 5.5). Капсюли-детонаторы состоят из гильзы и

капсюльного заряда.

По устройству капсюлей-детонаторов различают простые и

комбинированные. Простые – снаряжены только ИВВ (гремучая ртуть

или ее смеси с бертолетовой солью, азид свинца). У комбинированных

капсюлей-детонаторов заряд состоит из ИВВ и БВВ. Часть заряда,

состоящая из ИВВ (одного или нескольких ВВ), называется первичным

зарядом; часть, состоящая из БВВ, называется вторичным зарядом.

Комбинированные капсюли-детонаторы обладают более сильным

инициирующим действием, а также менее опасны в обращении. При

производстве взрывных работ для усиления инициирующего импульса

применяют промежуточные детонаторы-заряды БВВ в виде

прессованных шашек.

1 – гильза; 2 – чашечка; 3 – инициирующее ВВ;

4 – вторичное ВВ

Рисунок 5.5 – Капсюль-детонатор комбинированный

Капсюль-детонатор в сборе в одной гильзе с

электровоспламенителем образует электродетонатор, широко

используемый при производстве взрывных работ. Для передачи

детонационного импульса на расстояние используется детонирующий

шнур, конструкция которого аналогична огнепроводному шнуру, за

исключением того, что сердцевина детонирующего шнура изготовлена

из шнурового ТЭНа. Скорость детонации детонирующего шнура

составляет 6500 м/с. Заряды некоторых капсюлей-детонаторов

приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Заряды некоторых капсюлей-детонаторов

Наименовани

е капсюлей-

детонаторов

8Б и 8М 8А

ТАТ-1 и

ТАТ-2

М-1

Гремучая

ртуть, г

0,50 – – –

Накольный

состав, г

– – – 0,10

ТНРС, г – 0,10 0,06 –

Азид свинца,

– 0,30 0,21 0,20

Вторичный

заряд, г

1,02

тетрила или

1,0 тэна

или 1,0

гексогена

1,02

тетрила

или 1,0

тэна или

1,0

гексогена

0,11

тетрила

0,10

тетрила

Назначение

капсюля-

детонатора

Для

взрывных

работ

Для

взрывных

работ

Для

взрывателе

Для

взрывателе

Буквами Б, М, А обозначен материал оболочки, соответственно, –

бумажная, медная или алюминиевая.

Марка ТАТ обозначает капсюльный состав – ТНРС, азид свинца,

тетрил.

5.2 Бризантные ВВ (БВВ)

БВВ или дробящие (вторичные) являются самыми

распространенными ВВ. Для веществ этой группы характерным видом

взрывчатого превращения является детонация. Они способны гореть,

но при определенных условиях горение переходит в детонацию. БВВ –

основной материал для приготовления боеприпасов и проведения

взрывных работ. БВВ не чувствительны к простому начальному

импульсу, их детонацию вызывают с помощью ИВВ.

БВВ, которые получают в промышленном объеме и применяют в

широком диапазоне, называются штатными. По составу БВВ

подразделяются на индивидуальные и смесевые.

5.2.1 Индивидуальные БВВ

Индивидуальные БВВ подразделяются на несколько классов.

Первый класс – эфиры азотной кислоты – нитраты органических

соединений, содержащие группы О–NО

. В качестве ВВ применяются

азотнокислые эфиры спиртов и углеводов. К этому классу относятся

эфиры многоатомных спиртов (глицерина, этиленгликоля) –

нитроглицерин, нитрогликоль, нитраты глюкозы (нитроцеллюлоза),

пентаэритрита (ТЭН). Нитроглицерин, нитрогликоль, нитроцеллюлоза

являются основой коллоидных порохов. ТЭН используется для

изготовления капсюлей-детонаторов, детонирующего шнура.

Второй класс – соли азотной и хлорной кислот. Наибольшее

распространение среди солей азотной кислоты имеет нитрат аммония

(NH

NО

), а также нитраты органических оснований (гуанидина,

мочевины, метиламина и др.). Среди солей хлорной кислоты

наибольшее распространение имеет перхлорат аммония.

Эти неорганические соединения обладают слабо выраженными

взрывными свойствами. Перечисленные ВВ этого класса применяются

в основном в качестве окислителей во взрывчатых смесях.

Третий класс – нитроамины – органические соединения,

содержащие группы N–NO

. Полинитропроизводные аминов находят

широкое применение в качестве БВВ. К этому классу относятся

гексоген (циклотриметилентринитроамин), тетрил

(тринитрофенилметил-N-нитроамин), октоген

(циклотетраметилентетранитроамин). Указанные БВВ широко

используются для изготовления детонаторов и капсюлей-детонаторов,

а также для снаряжения боеприпасов. Октоген в силу более высокой

термостойкости используется для изготовления термостойких

боеприпасов. Производство этих БВВ более опасно, чем производство

нитросоединений вследствие их высокой чувствительности к

температурным и механическим воздействиям, а также большей

склонности к детонации.

Четвертый класс – полинитросоединения.

Предметом рассмотрения в данном разделе являются

органические полинитросоединения, т.е. такие, в молекуле которых

имеется несколько нитрогрупп –

. Полинитросоединения имеют

эмпирическую формулу C

, где С, Н и N – горючие, а О –

окислитель.

В результате протекания реакции распада и окисления

→ nCO + mCO

+ pH

O + qN

+ Q

ВВ переходит в газообразные продукты и окислы углерода и водорода.

Образующиеся вещества СО

, СО, Н

О, N

являются рабочим

телом, несущим тепловую энергию и совершающим работу

(бризантное действие) или приводящим в движение окружающую

среду (воздух, воду, грунт), которая совершает работу (фугасное

действие).

Нитрогруппа –

является эксплозофорной, т.е. придающей

органическому веществу взрывчатые свойства. Поэтому основной

фазой процесса получения БВВ является осуществление химической

реакции нитрования, т.е. введения группы –

в молекулу

органического соединения.

В общем виде реакция нитрования выглядит следующим образом:

 

OnHNORRH

агент

нитрующий

 

где

– молекула нитруемого соединения,

 

NOR

– полученное полинитросоединение, являющееся

БВВ.

Нитрующими агентами являются азотная кислота

HNO

либо

её смеси с серной кислотой

SOH

и уксусным ангидридом

OCOCH

)(

. Реакция нитрования многостадийна.

На первых стадиях нитрующий агент переходит в активную

форму, т.е. в ион, несущий положительный заряд, который атакует

молекулу нитруемого соединения.

Такой активной частицей является



, которая называется

катионом нитрония. Она образуется в результате протонирования, т.е.

присоединения протона



к молекуле

HNO

HAHNO 





 ANOH



NOH





OHNO





где

423

, SOHHNOHA 

Нитрующая активность агента зависит от содержания

(концентрации)



в реакционной среде. Концентрация

 



выше в серно-азотных смесях, поэтому скорость реакции нитрования

этим нитрующим агентом выше, чем одной азотной кислотой.

Нитрующая активность зависит также от концентрации кислот, их

соотношения в смеси. Чем выше концентрация азотной кислоты, тем

выше её нитрующая активность. При концентрации менее 80 % азотная

кислота теряет нитрующую активность, поэтому при нитровании

нужно брать её в большом избытке. Так как азотная кислота дорогая,

это повышает стоимость конечного продукта. Кроме того, образуется

большое количество отработанной кислоты, которую необходимо

регенерировать.

При нитровании серно-азотными смесями расход азотной

кислоты значительно меньше, поэтому в тех случаях, когда исходное

нитруемое вещество и полученный продукт стабильны в среде серной

кислоты, используют серно-азотные смеси. Их нитрующая активность

зависит от соотношения количества

HNO

SOH

Чем больше в смеси серной кислоты, тем выше её нитрующая

активность. Наибольшей нитрующей активностью обладает смесь

состава

NS /

= 90/10, где

– содержание серной кислоты в смеси,

– содержание азотной кислоты.

По составу серно-азотные смеси делятся следующим образом:

– водные (

SOH

HNO

);

– безводные (

SOH

HNO

);

– олеумные (

SOH

HNO

Менее активны водные смеси, а олеумные смеси являются

самыми активными.

Для количественного выражения нитрующей активности серно-

азотных смесей применяется фактор нитрующей активности Ф.

Количественно – это содержание серной кислоты в отработанной

кислоте при условии, что вся азотная кислота израсходована в

процессе нитрования.

Фактор нитрующей активности рассчитывается по формуле







140

Смесь азотной кислоты с уксусным ангидридом

 

COCHHNO 

применяется в тех случаях, когда исходный

или конечный продукты нестабильны в сильно кислых средах,

например, при получении гексогена или октогена, которые разлагаются

серной кислотой.

Нитрующая активность этой смеси выше, чем одной азотной

кислоты, а кислотность среды значительно ниже, поэтому реакцию

нитрования можно проводить при сравнительно низких температурах,

т.е. эта смесь является «мягким» нитрующим агентом. Основным

недостатком её является высокая стоимость.

Параллельно с реакцией нитрования идут побочные реакции,

которые снижают выход основного продукта и загрязняют его

побочными продуктами. Основной из них является реакция окисления,

так как азотная кислота является сильным окислителем. Как и реакция

нитрования, она является экзотермичной и при недостаточном отводе

тепла может перейти в самоускоряющуюся и

самораспространяющуюся в нитромассе. Это может привести к взрыву

нитромассы, т.е. к аварии в крупном масштабе. С этой стороны менее

опасными являются серно-азотные смеси, так как серная кислота

уменьшает окислительную способность азотной кислоты.

Таким образом, рассмотрены основные нитрующие агенты,

применяемые в производстве БВВ. Выбор того или иного агента

диктуется свойствами исходного и конечного продуктов,

рентабельностью и безопасностью проведения процесса.

Все БВВ должны соответствовать определённым требованиям по

мощности, безопасности их получения, транспортировки, применения.

Их основными мощностными характеристиками являются удельная

теплота взрыва и скорость детонации.

Удельной теплотой взрыва (

.взр

) является количество

тепловой энергии, выделившееся при взрыве 1 кг БВВ, и эта

характеристика определяет взрывчатые свойства ВВ. Значения

.взр

для индивидуальных и смесевых БВВ лежат в пределах от 100 до 4000

кДж/кг.

Скорость детонации (Д) штатных БВВ лежит в пределах от 6000

до 8500 м/с. Скоростью детонации называется скорость перемещения

детонационного фронта по заряду, измеренная по нормали к

поверхности фронта. Высокая скорость детонации обеспечивает

большую мощность взрыва, т.е. высокую аккумуляцию энергии в

единицу времени. Скорость детонации в большой степени зависит от

плотности заряда, поэтому более корректными являются данные по

величине

, измеренные при определённой плотности и

обозначенные



, где



– плотность заряда при

экспериментальном определении

. Максимальной плотностью ВВ

является плотность монокристалла (физическая константа

кристаллических веществ). В зависимости от способности к

прессованию БВВ возможно получение заряда с плотностью, близкой к

плотности монокристалла.

Важными характеристиками БВВ являются также объём

газообразных продуктов, образующихся в результате взрыва, их

состав и давление, возникшее на первой стадии взрыва.

Основными характеристиками БВВ, несущими информацию о

способности их к взрывчатому превращению при действии внешних

факторов, являются чувствительность к различного вида импульсам,

химическая и физическая стойкость.

Важнейшие физико-химические и взрывчатые свойства

некоторых БВВ приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Физико-химические и взрывчатые свойства штатных

бризантных ВВ

Название Формула

пл

°С



г/см

Чувств.

к удару,

всп

°С

кг

кДж

Трот

ил.

экви

в.

Д, м/

2,4,6-

тринитрот

олуол

(тротил,

тол)

80,85 1,663 4...8 290 4228 1 7000 -

2,4,6-

тринитроф

енол

(пикринов

ая

кислота)

122,5 1,763 7 310 4020 0,95 7350 -

2,4,6-

тринитро-

N-

метилнитр

оанилин

(тетрил)

129,5 1,73 40 190 4815 1,14 7500 -

1,3,5-

тринитро-

1,3,5-

триазацик

логексан

(гексоген)

204,5 1,816 80 215 5440 1,34 8380 -

Пентаэрит

риттетран

итрат

(ТЭН)

141,5 1,77 100 233 5756 1,38 8300 -

Глицеринт

ринитрат

(нитрогли

церин)

жидк. 1,596

2 кг

4 см

взрыв

200

205

6163 1,5

8000-

8500

1,4732

5.2.2 Взрывчатые смеси

Вторую группу БВВ составляют взрывчатые смеси, содержащие и

не содержащие индивидуальные ВВ.

Необходимость создания взрывчатых смесей из индивидуальных

ВВ определяется невозможностью применения в чистом виде таких

мощных ВВ, как гексоген, октоген и др., в силу их взрывчатых и

технологических особенностей, но смесь этих ВВ, например, с

тротилом образует прекрасную литьевую композицию, пригодную для

приготовления боеприпасов заливкой.

Наибольшее распространение получили следующие взрывчатые