Жилин В.Ф., Збарский В.Л., Юдин Н.В. Малочувствительные взрывчатые вещества

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Российский химико-технологический университет

им. Д. И. Менделеева

В. Ф. Жилин, В. Л. Збарский, Н. В. Юдин

МАЛОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ

ВЕЩЕСТВА

Допущено Учебно-методическим объединением по

образованию в области химической технологии и

биотехнологии в качестве учебного пособия для

студентов вузов, обучающихся по специальности

24 07 01 «Химия и технология органических

соединений азота»

Москва 2008

УДК 662.2+547.546

ББК 35.63

Ж 72

Рецензенты:

Доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией института

органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН

О. А. Лукьянов

Доктор технических наук, профессор Российского химико-технологического

университета им. Д.И.Менделеева

Д. Л. Русин

Жилин В.Ф.

Ж 72 Малочувствительные взрывчатые вещества: учеб. пособие/ В. Ф. Жилин,

В. Л. Збарский, Н. В. Юдин. М.: РХТУ им.Д. И. Менделеева, 2008. –160 с.

ISBN 978-5-7237-0678-1

Впервые в отечествественной литературе систематизированы сведения

о новом классе энергоемких материалов - малочувствительных ВВ.

Сегодня малочувствительные ВВ становятся основой для боеприпасов

нового поколения, отличающихся большой мощностью при высокой

безопасности изготовления, применения и хранения. Рассмотрены общие

особенности этого класса соединений и подробно описаны свойства его

основных представителей.

Предназначено для студентов специальностей 24 07 01, 24 07 02, а

также для аспирантов и исследователей, работающих в области

технологии и применения ВВ.

УДК 662.2+547.546

ББК 35.63

Учебное издание

ЖИЛИН Виктор Федорович

ЗБАРСКИЙ Витольд Львович

ЮДИН Николай Владимирович

Малочувствительные взрывчатые вещества

Редактор Р. Г. Чиркова

Подписано в печать 11.12.07. Формат 60

84 1/16. Отпечатано на ризографе. Бумага

SvetoCopy. Усл. печ. л. 10,0. . Уч.-изд. л.8,57. . Тираж 300 экз. Заказ

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева.

Издательский центр.

Адрес университета и издательского центра:

125047 Москва, Миусская пл., 9

ISBN 978-5-7237-0678-1 © Российский химико-технологический

университет им. Д. И. Менделеева, 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список принятых сокращений ……………………………………

Введение ………………………………………………………………

1. Малочувствительные взрывчатые вещества – новый класс ВВ

1.1. Требования к малочувствительным взрывчатым веществам

и составам …………………………………………………………

1.2. Новые инертные или активные добавки, снижающие

восприимчивость к начальным импульсам, для существующих

составов ……………………………………………………………

1.3. Малочувствительные взрывчатые составы на основе

модифицированных взрывчатых веществ ………………………

1.4. Индивидуальные малочувствительные взрывчатые вещества и

составы на их основе …………………………………………….

2. Триаминотринитробензол ……………………………………….

2.1. Физические, химические и взрывчатые свойства ……………..

2.2. Получение в лаборатории и промышленности ………………..

2.3. Использование …………………………………………………..

3. Нитротриазолон …………………………………………………...

3.1. Физико-химические и взрывчатые свойства ……………………

Физические свойства ……………………………………………

Химические свойства …………………………………………...

Взрывчатые свойства ……………………………………………

Термическая стабильность …………………………………….

3.2. Кинетика и механизм нитрования триазолона ………………….

3.3. Получение в лаборатории и в промышленности ……………….

3.4. N-Нитро-1,2,4-триазол-5-он и его свойства ……………………...

3.5. Применение ……………………………………………………….

4. 1,1-Диамино-2,2-динитроэтилен ………………………………….

4.1. Строение, физические и химические свойства …………………

Строение …………………………………………………………

Физические свойства …………………………………………..

Спектральные характеристики ………………………………...

Химические свойства …………………………………………..

4.2. Термическое разложение ………………………………………...

4.3. Взрывчатые свойства ……………………………………………

4.4. Синтез и получение ………………………………………………

4.5. Применение ………………………………………………………

5. Гексанитростильбен …………………………………………………

5.1.Химические, физические и взрывчатые свойства ………………

5.2. Синтез и технология ……………………………………………..

Получение на промышленных установках ……………………

5.3. Применение ………………………………………………………

6. 4,10-Динитро-2,6,8,12-тетраокса-4,10-диазатетрацикло

[5.5.0.0

5,9

3, 11

]додекан ………………………………………………….

6.1. Физические, химические и специальные свойства …………..

6.2. Получение ………………………………………………………

6.3. Применение ……………………………………………………..

Заключение ………………………………………………………….

Приложение 1. Описание аварий на американских авианосцах,

произошедших в результате несанкционированного срабатывания

боеприпасов …………………………………………………………….

Приложение 2. Классификация ВВ с точки зрения опасности ….

Приложение 3. Виды испытаний и их результаты, необходимые

для отнесения ВВ к классу МЧВВ в США ………………………….

Библиографический список …………………………………………

101

103

109

110

111

113

130

137

138

141

146

147

149

150

157

161

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АДНА – аммониевая соль динитразовой кислоты

БЛ – γ-бутиролактон

ВСПС – взрывчатые составы с полимерным связующим

ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография

ГНДБ – 2,2’,4,4’,6,6’-гексанитродибензил

ГХ – газовая хроматография

ДАДНЭ – 1,1-диамино-2,2-нитроэтилен

ДАТНБ – 1,3-диамино-2,4,6-тринитробензол

ДМСО – диметилсульфоксид

ДНМИД – 2,2-динитрометилен-4,5-имидазолидиндион

ДСК – дифференциалльная сканирующая калориметрия

ИТМГ – иодид триметилгидразиния

к – константа скорости

К – константа равновесия

КДД – критический диаметр детонации

МГ – малочувствительный гексоген

МПД – 2-метил-4,6-пиримидиндион

МЧВВ – малочувствительное взрывчатое вещество

МЧВС – малочувствительный взрывчатый состав

НТО – 5 –нитро-1.2,4-триазол-5-он

NМП – N-метилпирролидон

N-НТО – 1-нитро-1.2,4-триазол-5-он

СК – семикарбазид солянокислый

ТАТНБ – 1,3,5-триамино -2,4,6 -тринитробензол

ТГ – сплавы ТНТ и гексогена

ТГФ – тетрагидрофуран

ТГП – 2,3,5,6-тетрагидроксипиперазин

ТГДФП – 2,3,5,6-тетрагидрокси -1,4-диформилпиперазин

ТНБ-А – 2,4,6-тринитробензил-анион

ТНБХ – 2,4,6-тринитробензилхлорид

ТНТ – 2,4,6-тринитротолуол

ТО – 1,2,4-триазол-5-он

УФ – ультрафиолетовая спектрометрия

ЯМР – ядерно-магнитный резонанс

AFX-645, AFX -757 – взрывчатые составы с полимерным связующим

СL-20 – гексанитрогексаазаизовюрцитан

FOX-7 (см.ДАДНЭ)

Kel-F – полихлортрифторэтилен, Kel-F800 – хлортрифторэтилен –

винилиденфторидный полимер

HMX – октоген

HTPB – гидратированный полибутадиен

IHE – малочувствительные ВВ

PAX-21, PAX-25, PAX-40, PAX-41 – МЧВС, содержащие динитроанизол

PBXN-109, PBXN-110 – МЧВС с полимерным связующим

PBXW-112, PBXW-114, PBXW-122, PBXW-124 – МЧВС, содержащие НТО

RDX – гексоген; I-RDX, I-RDX®, RS-RDX (см МГ)

ТЕХ – 4,10-Динитро-2,6,8,12-тетраокса-4,10-диазатетрацикло [5.5.0.0

5,9

3,11

]

додекан

ВВЕДЕНИЕ

В течение последних 20 лет понятия “малочувствительные

взрывчатые вещества” (МЧВВ) и “малочувствительные взрывчатые

составы” (МЧВС) начали широко использоваться в научной и технической

литературе, однако вопросы, связанные с получением, свойствами и

применением этих соединений и составов практически не нашли отражения

в отечественной учебной литературе. Целью настоящего пособия является

ликвидация этого пробела.

В связи с отсутствием систематических данных по свойствам

МЧВВ и МЧВС (обзоров, монографий), которые необходимы при изучении

соответствующего раздела курса технологии энергоемких материалов,

выполнении курсовых работ и проектов, в настоящем пособии

представлены сведения о важнейших, используемых в настоящее время

или рассматриваемых как наиболее перспективные МЧВВ. Информация о

МЧВВ в имеющихся учебниках [1] и справочниках [2,3] крайне скудна и в

значительной степени устарела. Некоторые вопросы химии этого класса

взрывчатых веществ (ВВ) были освещены в двух специальных выпусках

«Российского химического журнала» [4].

Основным направлением в развитии ВВ во второй половине ХХ

века было повышение мощности зарядов, основанное на увеличении

энергоемкости и плотности. К сожалению, чем выше мощность ВВ, тем

опаснее они в производстве и при использовании. С увеличением

мощности ВВ возрастала их чувствительность к механическим (удару,

трению, прострелу пулей или поражению осколками) и тепловым

(нагревание, действие “луча огня” или электрической искры) импульсам.

Например, тэн, октоген, гексоген и многие ВВ следующего поколения,

содержащие тринитрометильные, фуроксановые, фуразановые фрагменты,

являются мощными ВВ, но в то же время обладают высокой

чувствительностью, что затрудняет их применение. Наоборот, такие

относительно безопасные и малочувствительные ВВ, как тринитротолуол

(ТНТ) и его аналоги, оказываются неудовлетворительными по взрывчатым

характеристикам для применения их в бронебойных кумулятивных

боеприпасах и других изделиях. Особенно остро проблема безопасности

встала в связи с созданием ядерного оружия, важным элементом

конструкции которого является заряд взрывчатого вещества. Возросшее

внимание к вопросам безопасности привлекли и военные конфликты

последних десятилетий. В их ходе были зафиксированы многочисленные

случаи взрывов боеприпасов внутри танков во время арабо-израильского

конфликта в 1967 г., взрыв фрегата “Шеффильд» во время англо

аргентинского конфликта у Фольклендских островов, подводной лодки

«Курск» – трагедии, когда гибель кораблей, танков и их экипажей была

обусловлена несанкционированным срабатыванием боезапасов, что

показало всю остроту этой проблемы. В США особый резонанс получили

аварии на авианосцах ВМС, происшедшие в 60–80-е годы ХХ в. [5] (см.

Приложение 1).

Широкую известность получили взрывы, имевшие место при

транспортировке энергоемких материалов, например, в Арзамасе в 1981г., а

также в Роузвилле в Калифорнии и в Бенсоне в Аризоне в США в 1973 г.

[6б], когда взрывы железнодорожных вагонов с ВВ привели к огромному

экономическому ущербу и человеческим жертвам. Истинным бедствием

стали многочисленные взрывы боеприпасов на военных складах и

арсеналах. Достаточно упомянуть взрывы на складах Тихоокеанского

флота в октябре 2005 г. в поселке Новые Каряки на Камчатке, взрывы на

складе боеприпасов в г. Новобогдановка Запорожской области на Украине

в 2004 и 2006 гг., ущерб от которых измеряется сотнями миллионов

долларов. Во время взрыва склада боевой техники и боеприпасов армии

США в Кэмп Доха после окончания войны c Ираком [7] армия США

потеряла больше танков, чем в течение всей войны. Общей особенностью

всех упомянутых выше взрывов является то, что они были инициированы

случайными воздействиями, например, пожарами, и, следовательно, такие

трагедии могут легко произойти при действиях террористов.

Совокупность новых реальностей привела к необходимости начать

разработку нового класса ВВ, которые, при мощности превышающей

составы на основе ТНТ, обладали чувствительностью на его уровне и

обеспечивали высокую безопасность при случайных воздействиях.

Вещества и составы этого класса не должны взрываться при поражении

осколками или пулей, при нахождении в непосредственной близости от

цели, которая должна быть поражена. При экстремальных температурах

они должны устойчиво гореть, но не взрываться. Этот класс соединений

назван малочувствительными ВВ (insensitive high explosive, IHE, МЧВВ) и

включает кроме индивидуальных химических соединений

малочувствительные взрывчатые составы (МЧВС).

Судя по всему, этот термин был принят в США для характеристики

соединений и составов с пониженным уровнем восприимчивости к

различным механическим и термическим воздействиям, а также

затрудненным переходом горения в детонацию в 1978 г. В 1985 г.

Национальная технико-информационная служба министерства торговли

США приняла свод требований к МЧВВ «IHE Material Qualification Tests,

Description and Criteria», который был модернизирован и уточнен

Комитетом по взрывобезопасности Министерства энергетики США в 1998

г. [8]. Эти критерии были подтверждены и дополнены в 2004 г. [9].

Одновременно понятие – МЧВВ или ВВ пониженной

чувствительности – было введено в документы ООН и всех крупных стран,

включая Россию [10–13].

1. МАЛОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА – НОВЫЙ

КЛАСС ВВ

1.1. Требования к малочувствительным взрывчатым веществам

и составам

Чтобы охарактеризовать опасность ВВ в ООН была разработана

классификация опасности применительно к их транспортировке и

хранению [10] . В России эта классификация закреплена ГОСТ 19433-88

[11,12] (Приложение 2). Согласно последнему взрывчатые материалы

относятся к классу 1 опасных грузов, и для них введены следующие

подклассы

1.1. Взрывчатые материалы с опасностью взрыва массой

1.2. Взрывчатые материалы, не взрывающиеся массой

1.3. Взрывчатые материалы пожароопасные, не взрывающиеся массой

1.4. Взрывчатые материалы, не представляющие значительной

опасности

1.5. Очень нечувствительные взрывчатые материалы с опасностью

массового взрыва

1.6. Изделия чрезвычайно низкой чувствительности

Существовавшие до недавнего времени штатные ВВ и составы:

гексоген, октоген, тетрил, тэн (в чистом и флегматизированном виде), а

также составы на их основе: тротил–гексоген (ТГ), октолы, «композиция

В» (59,5% гексогена, 39,5% тротила, 1% воска) и т.д. относятся к

подклассу 1.1. К нему относят как насыпные ВВ, так и боеприпасы:

промышленные заряды, артиллерийские снаряды, ракеты, снаряженные

ТНТ или «Композицией В», полностью детонирующие кассетные бомбы

и т. д. Эти материалы могут полностью детонировать, если их малая

часть инициируется различными методами, причем они могут вызвать

детонацию хранящихся рядом штабелей или боеприпасов. Такие взрывы

могут являться причиной разрушения рядом расположенных объектов.

Чтобы определить к какому подклассу относится ВВ, ВС или

изделие, в соответствии с требованиями ООН, проводят испытания

одиночного изделия (боеприпасы и т.п.) или упаковки (мешок ВВ и т.д.)

на полноту детонации при инициировании стандартным капсюлем-

детонатором или капсюлем-воспламенителем (испытание серии 6а

«Руководства…» [13]) Фиксируют образование воронки, повреждение

контрольной металлической (толщина 3 мм) пластины, на которой

располагался заряд, разрушение ограждения и т.д. При следующем

испытании (серия 6в «Руководства…») производят подрыв штабеля или

набора изделий от одного детонатора, помещенного в одну из упаковок

(изделий), и о наличии распространения детонации на другие упаковки

судят по величине воронки, изменению пластины и разрушению

ограждения, которое должно быть значительно большим, чем для

одиночного заряда. В случае взрыва всего штабеля вещество относят к

подклассу 1.1.

Еще один вид испытаний (серия 6с «Руководства…») заключается в

реакции образца на внешний огонь. Образцы (боеприпасы или другие

изделия) или упаковки (мешки с ВВ и т.п.) общим объемом до 0,15 м

помещают на стенд – металлическую решетку, расположенную над

источником пламени. Стенд окружен со всех сторон экранирующими

алюминиевыми листами, вокруг которых имеется дополнительное

ограждение. Затем зажигают огонь, который омывает весь заряд, и

определяют эффект. Если произошел массовый взрыв, то вещество относят

к подклассу 1.1. Если после воспламенения пробито отверстие в одном из