Павлов И.Н. Инженер по направлению подготовки Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий. Введение в специальность
Подождите немного. Документ загружается.
внешнего воздействия – пламени, удара, накола, трения. Горение
инициирующих ВВ (ИВВ) неустойчиво даже при атмосферном
давлении, и при поджигании их практически мгновенно возникает
детонация.
Важнейшими представителями инициирующих веществ явля-
ются:
гремучая ртуть;
азид свинца;
тринитрорезорцинат свинца, или ТНРС;
тетразен.
Группа II – бризантные, или дробящие ВВ. Характерным
видом взрывного превращения ВВ этой группы является детонация;
они способны и гореть, но при некоторых условиях горение может
стать неустойчивым и перейти во взрыв или в детонацию.
Бризантные ВВ применяют главным образом для снаряжения
боеприпасов и для взрывных работ.
По химической природе и составу бризантные ВВ можно
разделить на три класса:
Первый класс – азотнокислые эфиры или нитраты спиртов или
углеводов (нитроэфиры).
Азотнокислые эфиры углеводов. Главным представителем этих
ВВ являются нитраты целлюлозы (нитроцеллюлозы), которые в
зависимости от содержания азота делят на две разновидности:
пироксилины и коллоксилины.
Азотнокислые эфиры спиртов. Характерными представителями
являются:
а) нитроглицерин;
б) динитродигликоль;
в) ТЭН.
Второй класс – нитросоединения. Они представляют собой
важнейший класс бризантных ВВ. К ним относятся:
а) тринитротолуол, или тротил;
б) тринитроксилол, или ксилил;
в) тринитрофенол, или пикриновая кислота;
г) тетрил;
д) гексоген;
е) октоген.
Значительное применение нашли сплавы нитросоединений,
например, тротила с динитронафталином, гексогеном или ксилилом, и
механические смеси некоторых нитросоединений или их сплавов с
другими веществами, или порошкообразным алюминием.
141
Третий класс – взрывчатые смеси с окислителями,
представляющие собой смеси окислителя со взрывчатым веществом
или горючим.
Группа III – метательные ВВ, или пороха. Для веществ этой
группы характерным видом взрывного превращения является горение,
не переходящее в детонацию даже при высоких давлениях,
развивающихся в условиях выстрела; эти вещества пригодны для
сообщения пуле или снаряду движения в канале ствола оружия и для
сообщения движения ракетным снарядам.
Для возбуждения горения необходимо действие пламени. По
физико-химической структуре метательные ВВ можно разделить на
два класса: нитроцеллюлозные пороха и твердые ракетные топлива.
Нитроцеллюлозные пороха – это метательные ВВ, основой
которых являются нитраты целлюлозы, пластифицированные каким-
либо растворителем.
Твердые смесевые и пиротехнические топлива
изготавливаются в виде смесей окислителей, горючих и связующих
веществ (поли-меров).
2.6.1 Инициирующие взрывчатые вещества
Инициирующие ВВ (ИВВ) отличаются от других групп ВВ тем,
что они горят неустойчиво, и при поджигании их горение практически
мгновенно переходит в детонацию.
Было установлено, что даже при малых давлениях ИВВ горят с
большой скоростью, которая резко возрастает с увеличением давления
до значений, при которых горение становится неустойчивым.
ИВВ характеризуются большой скоростью полного сгорания, что
обусловливает достижение высокой температуры продуктов сгорания;
вследствие этого новые слои ИВВ легко воспламеняются, и
повышается массовая скорость горения.
Повышение массовой скорости горения в указанных случаях
приводит к неустойчивому горению и, следовательно, к быстрому
переходу в детонацию. Нарастание скорости детонации можно
характеризовать также толщиной слоя ВВ, при прохождении которого
достигается предельная (устойчивая) скорость детонации. Толщину
этого слоя ВВ называют участком разгона детонации.
Для инициирующих ВВ характерно малое время нарастания и,
соответственно, короткий участок разгона скорости детонации.
Помимо короткого участка разгона, инициирующие ВВ должны
142
обладать бризантностью, достаточной для возбуждения детонации
вторичных взрывчатых веществ.
Известно очень большое число инициирующих ВВ, однако лишь
некоторые из них нашли практическое применение. Ниже будут
рассмотрены важнейшие из этих веществ: гремучая ртуть, азид свинца,
тринитрорезорцинат свинца, тетразен и диазодинитрофенол.
Гремучую ртуть Нg(ОNС)
2
получают растворением
металлической ртути в азотной кислоте и добавлением полученного
раствора к этиловому спирту. Гремучая ртуть – белый или серый
кристаллический порошок. Вода уменьшает чувствительность
гремучей ртути к механическим воздействиям и другим видам
начального импульса. При содержании воды в количестве 30 % она не
загорается от луча огня. В связи с этим гремучую ртуть обычно хранят
под водой.
Гремучую ртуть применяют для изготовления ударных и
накольных составов, для снаряжения капсюлей-воспламенителей и
капсюлей-детонаторов. Ввиду высокой чувствительности гремучую
ртуть, как и другие инициирующие ВВ, перевозят только в виде
готовых изделий (капсюлей).
Азид свинца получают реакцией обменного разложения азида
натрия с азотнокислым свинцом, смешивая водные растворы этих
солей.
Азид свинца осаждается в виде мелкокристаллического,
несыпучего и потому не пригодного для снаряжения (дозировки)
порошка. Поэтому в азид свинца вводят небольшое количество
парафина, декстрина или другого склеивающего вещества (которое
одновременно является флегматизатором) и гранулируют. Гранулы
сушат и сортируют для удаления крупных комков и пыли.
Азид свинца недостаточно чувствителен к лучу пламени и
наколу. Чтобы обеспечить безотказную детонацию от накола жала или
луча пламени в азидных капсюлях-детонаторах, поверх слоя азида
свинца запрессовывают специальные, воспламенительные составы,
более чувствительные к соответствующему импульсу.
По сравнению с гремучей ртутью азид свинца имеет ряд важных
преимуществ:
1) его инициирующее действие значительно больше, поэтому
количество азида свинца в капсюлях-детонаторах в 2–2,5 раза меньше,
чем количество гремучей ртути;
2) он менее чувствителен к сотрясениям, что особенно важно для
применения в артиллерийских капсюлях-детонаторах;
143
3) для получения азида свинца не нужны дефицитные или
дорогие материалы, тогда как для производства гремучей ртути
требуется дорогая ртуть.
Тринитрорезорцинат свинца, или ТНРС, получают при
взаимодействии натриевой соли стифииновой кислоты с азотнокислым
свинцом в водном растворе. Чувствителен к пламени; при
воспламенении дает мощный луч огня. Чувствительность к удару
меньше, чем у азида свинца. Применяется для воспламенения азида
свинца в капсюлях-детонаторах, а также в ударных составах для
снаряжения капсюлей-воспламенителей.
Тетразен представляет собой мелкокристаллический порошок с
желтоватым отливом. Бризантность тетразена мала; он не обладает
достаточной инициирующей способностью для возбуждения
детонации вторичных ВВ. По чувствительности к трению и удару
близок к гремучей ртути. Добавление 2…3 % тетразена к азиду свинца
резко повышает чувствительность последнего к наколу. Тетразен
применяют также в смеси с ТНРС в ударных составах капсюлей-
воспламенителей и накольных составах капсюлей-детонаторов. Он
играет здесь роль сенсибилизатора ТНРС. Тетразен применяют для
изготовления некорродирующих составов некоторых патронных
капсюлей-воспламе-нителей.
2.6.2 Бризантные взрывчатые вещества
Для снаряжения боеприпасов (снарядов, мин, авиабомб)
применяют бризантные ВВ. В зависимости от назначения боеприпасов
устанавливают требования к фугасности и бризантности ВВ.
Требования в отношении чувствительности ВВ к механическим
воздействиям устанавливаются в зависимости от условий служебного
применения и действия боеприпасов у цели.
В качестве характеристики степени механического воздействия
на разрывной заряд принято напряжение, развивающееся в опасном
сечении разрывного заряда при выстреле или пробивании брони.
2.6.2.1 Азотнокислые эфиры (нитраты)
Нитроглицерин. Для получения нитроглицерина глицерин
обрабатывают смесью серной и азотной кислот. После отделения
нитроглицерина от кислот его промывают до нейтральной реакции для
получения химически стойкого продукта. Нитроглицерин представляет
144
собой маслообразную прозрачную жидкость. Чувствительность
нитроглицерина к удару высока – он дает взрывы при падении груза
массой
2 кг с высоты 4 см.
Нитроглицерин применяют для приготовления
нитроглицериновых порохов и взрывчатых веществ, например,
динамитов. Нитроглицериновые взрывчатые вещества непригодны для
снаряжения боеприпасов из-за большой чувствительности к удару и
трению.
ТЭН. Со времени второй мировой войны заметное значение
приобрел азотнокислый эфир пентаэритрита – пентаэритрит –
тетранитрат, или ТЭН.
ТЭН получают нитрованием четырехатомного спирта
пентаэритрита. ТЭН по сравнению с другими азотнокислыми эфирами
химически стоек. Он более чувствителен к удару, чем тротил, тетрил и
даже гексоген (дает взрывы при падении груза массой 2 кг с высоты 30
см, а при массе груза 10 кг и высоте его падения 25 см взрывы
происходят в 100 % опытов). Чувствительность ТЭНа к детонации
несколько выше таковой гексогена и других вторичных ВВ.
Чистый ТЭН применяют в качестве вторичных зарядов для
снаряжения капсюлей-детонаторов, а флегматизированный – для
снаряжения детонирующего шнура, детонаторов, кумулятивных и
некоторых других снарядов.
2.6.2.2 Нитросоединения
Нитросоединения представляют собой важнейший класс
бризантных взрывчатых веществ; многие представители этого класса
характеризуются значительным фугасным и бризантным действием
при малой чувствительности к механическим воздействиям по
сравнению со взрывчатыми веществами других классов.
Исходными веществами для производства нитросоединений
ароматического ряда служат ароматические углеводороды и их
производные: бензол С
6
Н
6
, толуол С
6
Н
5
СН
3
, ксилол С
6
Н
4
(СН
3
)
2
,
нафталин, фенол С
6
Н
5
ОН, диметиланилин С
6
Н
5
(СН
3
)
2
и др.
Эти вещества получают из побочных продуктов коксования
каменного угля: коксового газа и смолы. В настоящее время большие
количества ароматических углеводородов (бензола, ксилола и,
главным образом, толуола) получают при каталитическом крекинге и
риформинге нефти. Фенол и другие производные ароматических
145
углеводородов получают при дальнейшей химической переработке
этих веществ.
Для получения нитросоединений действуют на углеводороды или
их производные смесью азотной и серной кислот.
Тротил. Важнейшим представителем класса нитросоединений
является тринитротолуол, или тротил. Температура затвердевания
химически чистого тринитротолуола 80,85°С. Температура
затвердевания технического продукта является критерием его чистоты.
Тринитротолуол практически не взаимодействует с металлами.
Чувствительность тринитротолуола к механическим воздействиям и, в
частности к удару, сравнительно невелика, что является основным его
преимуществом перед многими другими нитросоединениями. При
испытании на копре (груз 10 кг, высота падения 25 см) тротил дает от 4
до 8 % взрывов, а тетрил, например, около 50 %.
Применение тротила. Тротил является основным бризантным
взрывчатым веществом для снаряжения боеприпасов. Благодаря
сравнительно малой чувствительности к механическим воздействиям
при удовлетворительном бризантном и фугасном действии, тротил
является пока наилучшим взрывчатым веществом для снарядов к
морским и береговым орудиям. Для снаряжения бронебойных
снарядов к этим орудиям применяли флегматизированный тротил,
состоявший из 94 % тротила, 4 % нафталина и 2 % динитробензола, но
возможно применение и чистого тротила.
Тротил применяли в значительных количествах в сплавах с
другими нитросоединениями: с гексогеном для снаряжения
кумулятивных снарядов и снарядов малого калибра. Тротил применяли
в военное время в смесях с аммиачной селитрой. Из тротила готовят
также патроны и шашки для взрывных работ.
Гексоген. Гексоген и ранее описанный ТЭН относятся к числу
сильнейших и наиболее бризантных ВВ. Для уменьшения
чувствительности гексогена к удару и трению его флегматизируют
парафином, воском, церезином и другими веществами, а также ди- и
тринитротолуолом и другими нитросоединениями.
Вследствие высокой чувствительности чистого ВВ к
механическим воздействиям для прессования применяют только
флегматизированный гексоген. В таком виде из него прессуют заряды
детонаторов, кумулятивных и мелкокалиберных снарядов.
Применение гексогена. Чистый гексоген аналогично ТЭНу
применяют только для изготовления капсюлей-детонаторов.
Значительное применение находит гексоген в виде сплавов с другими
нитросоединениями, например с тротилом, для снаряжения различных
146
боеприпасов. Такие смеси менее чувствительны, чем гексоген, и
обладают большей мощностью, чем тротил.
Октоген получают при взаимодействии уротропина с азотной
кислотой и нитратом аммония в среде уксусной кислоты и уксусного
ангидрида. Температура плавления, термостойкость значительно выше,
чем у гексогена. Чувствительность к удару – 50 % взрывов при
падении груза массой 5 кг с высоты 42 см.
Октоген применяют как термостойкое ВВ при бурении
глубинных скважин и дроблении взрывным методом горячих слитков,
при разгрузке и ремонте доменных печей. Его применяют в военных
объектах как в виде самостоятельных зарядов, так и смеси с тротилом
(октол), применяют также в твердых ракетных топливах и
артиллерийских порохах.
2.6.3 Взрывчатые смеси, содержащие окислители
Аммиачно-селитренные ВВ. Аммиачно-селитренными
взрывчатыми веществами (сокращенно АСВВ) называют взрывчатые
смеси, основной составной частью которых является аммиачная
селитра.
Окислителем в АСВВ является аммиачная селитра, а горючим –
различные вещества как взрывчатые (тротил, ксилил и другие
нитросоединения), так и невзрывчатые (древесная или другая
органическая мука и т.д.). В состав отдельных АСВВ входят и
некоторые специальные добавки, например, хлористый натрий в АСВВ
для угольных шахт, опасных по газу или пыли.
АСВВ, в состав которых входят взрывчатые нитросоединения,
называют аммонитами. АСВВ, содержащие, кроме аммиачной
селитры, невзрывчатые горючие материалы, называют динамонами.
АСВВ, в состав которого входит алюминий, называют аммоналом.
По сравнению с другими взрывчатыми смесями АСВВ
характеризуются пониженной чувствительностью к механическим
воздействиям; вследствие этого, а также низкой стоимости,
удовлетворительного фугасного и бризантного действия их широко
применяли для снаряжения многих видов боеприпасов; по тем же
причинам они находят широкое, а в России – почти исключительное
применение для промышленных взрывных работ.
2.6.4 Метательные ВВ
147
2.6.4.1 Дымный порох
Состав и компоненты дымного пороха. Средний состав
дымного пороха: 75 % селитры (большей частью калиевой), 15 % угля,
10 % серы.
Калиевая селитра малогигроскопична; это важное качество
обеспечивает физическую стойкость (отсутствие увлажняемости)
изготовленного из нее пороха. Температура плавления 334°С.
Натриевая селитра непригодна для изготовления военных
порохов вследствие ее большой гигроскопичности.
Сера – твердое кристаллическое вещество светло-желтого цвета,
нерастворимое в воде, температура плавления 114,5°С.
Уголь для производства пороха применяют древесный из мягких
пород дерева, чаще крушинный или ольховый. Большое значение для
качества угля имеет метод его приготовления, в первую очередь,
степень обжига. В настоящее время применяют преимущественно
уголь с содержанием углерода от 74 до 78 %.
О механизме взрывного превращения дымного пороха.
Реакция между твердыми веществами протекает очень медленно.
Исследование Боудена показало, что в начальной стадии процесса
воспламенения дымного пороха происходит расплавление серы.
Возникающий при этом тесный контакт жидкой серы с азотнокислым
калием и органическими веществами, содержащимися в угле, приводит
к увеличению скорости реакции до значений, характерных для
взрывного превращения. При достижении нормальной скорости
горения пороха выделяется количество теплоты, при котором
становится возможным непосредственное окисление углерода
азотнокислым калием.
Более трудная зажигаемость бессерного пороха объясняется тем,
что жидкая фаза в таком порохе может возникнуть только при условии
расплавления более высокоплавкой селитры (температура плавления
калиевой селитры 334°С).
Свойства дымного пороха. Дымный порох имеет аспидно-серый
цвет и матовый глянец, большие зерна часто бывают от сине-черного
до серо-черного цвета с металлическим блеском. По чувствительности
к удару дымный порох относится к числу безопасных в обращении ВВ
(отказ – при падении груза в 10 кг с высоты 35 см, взрывы при высоте
падения груза 45 см).
148
Чувствительность дымного пороха к пламени и даже к
незначительной искре, возникшей при ударе между металлическими
предметами, является причиной большой опасности при обращении с
ним.
Применение дымного пороха. В настоящее время дымные
пороха применяют:
а) для снаряжения дистанционных трубок (трубочные пороха);
б) для изготовления столбиков, служащих для передачи огня
вышибному заряду в шрапнелях;
в) в качестве вышибного заряда в шрапнелях, зажигательных и
осветительных снарядах;
г) для изготовления замедлителей и усилителей луча пламени в
трубках и взрывателях;
д) для изготовления пороховых лепешек в капсюльных втулках;
е) для изготовления воспламенителей зарядов из
нитроцеллюлозных порохов и пиротехнических изделий;
ж) для изготовления огнепроводного шнура.
Кроме того, дымный порох применяют в охотничьем оружии и
для некоторых видов горных работ (добыча штучного камня).
2.6.4.2 Нитроцеллюлозные пороха
Характерным видом взрывного превращения порохов является
горение, не переходящее в детонацию в условиях выстрела. Известно,
что скорость горения пороха увеличивается с повышением давления.
Тем не менее, даже при стрельбе из орудия, где возможно повышение
давления до 3000
.
10
5
Н/м
2
(3000 кгс/см
2
), увеличение скорости горения
пороха не представляет опасности в отношении повреждения ствола.
Изучение горения нитроцеллюлозных порохов при повышенных
давлениях привело к формулировке основных положений закона
горения этих порохов:
1) воспламенение пороха в замкнутом объеме происходит
мгновенно;
2) горение протекает параллельными слоями с одинаковой
скоростью со всех сторон порохового элемента.
Это позволяет путем выбора формы и размеров пороховых
элементов управлять притоком газов и обеспечивать получение
необходимых баллистических показателей выстрела.
Компоненты нитроцеллюлозных порохов. Нитроцеллюлозные
пороха получили наименование от основного своего компонента –
нитроцеллюлозы. Именно нитроцеллюлозой, соответствующим
149
образом пластифицированной и уплотненной, обусловлены основные
свойства, характерные для нитроцеллюлозных порохов.
Для превращения нитроцеллюлозы в порох необходим прежде
всего растворитель (пластификатор).
Для сообщения пороху ряда специальных свойств применяют
добавки: стабилизаторы, флегматизаторы и другие.
Нитроцеллюлоза. Для производства нитроцеллюлозы
применяют целлюлозу, которая содержится в хлопке, древесине, льне,
пеньке, соломе и т.п. в количестве от 92…93 % (хлопок) до 50…60 %
(древесина). Для изготовления высококачественной нитроцеллюлозы
применяют чистую целлюлозу, получаемую из указанного
растительного сырья специальной химической обработкой.
Нитрование целлюлозы ведут не чистой азотной кислотой, а ее
смесью с серной кислотой. Взаимодействие целлюлозы с азотной
кислотой сопровождается выделением воды. Вода разбавляет азотную
кислоту, что ослабляет ее нитрующее действие. Серная же кислота
связывает выделившуюся воду, которая уже не может препятствовать
этерификации.
Чем крепче кислотная смесь, т.е. чем меньше в ней воды, тем
больше степень этерификации целлюлозы. Соответствующим выбором
состава кислотной смеси можно получить нитроцеллюлозу с заданной
степенью этерификации.
Стабилизаторы. В качестве стабилизатора в пироксилиновых
порохах применяют дифениламин. Стабилизующее действие
дифениламина основано на том, что он легко взаимодействует с
первичными продуктами разложения нитроцеллюлозы – окислами
азота, азотистой и азотной кислотой, образуя химически стойкие
нитрозо- и нитросоединения.
В порохах на труднолетучем растворителе в качестве
стабилизатора применяют производные мочевины – централиты.
Флегматизаторы – вещества, уменьшающие скорость горения
поверхностных слоев пороховых элементов. В качестве
флегматизатора применяют, например, камфору. Камфора
представляет собой твердое летучее вещество со специфическим
запахом; трудно растворяется в воде, хорошо растворяется в спирте.
Графит. Мелкозернистые и пластинчатые пороха покрывают
тонким слоем графита, чтобы устранить электризацию порохов и
слипание зерен; кроме того, графитовка повышает гравиметрическую
плотность. Так, например, графитовкой удалось повысить
гравиметрическую плотность винтовочного пороха с 0,5 до 0,7 кг/дм
3
,
при этом вместимость гильзы увеличилась с 2,5 до 3,48 г пороха.
150