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

Подождите немного. Документ загружается.

окружающих щитов или произошло разбрасывание металлических

осколков, то вещество относят к подклассу 1.2.

В настоящее время считают, что малочувствительные взрывчатые

вещества нового поколения должны относиться к подклассам 1.2. и 1.5.

Требования, предъявляемые ООН к ВВ, ориентированы на

безопасность при перевозках и не отражают всего комплекса требований к

современным ВВ, которые необходимы для понижения вероятности

возникновения случайного взрыва. Более подробно эти требования учтены

в директивных документах США, которые содержат комплекс испытаний,

которым должны удовлетворять ВВ класса МЧВВ (представлены в

Приложении 3).

В качестве стандартного индивидуального ВВ класса МЧВВ (IHE)

используют 1,3,5-триамино-2,4,6-тринитробензол (ТАТНБ, TATB),

который характеризуется низкой чувствительностью к механическим

воздействиям и благодаря высокой плотности обладает хорошими

взрывчатыми характеристиками.

Использование малочувствительных ВВ в ядерных боеприпасах США

было, по-видимому, начато в 1978 г. По крайней мере, сообщается, что уже

в 1980 г. тактические ядерные боеприпасы В61-3 и В61-4 была снаряжены

с использованием МЧВС [14]. В настоящее время малочувствительными

мощными ВВ для ядерного оружия являются составы LX-17 (Ливермор) и

PBX-9502 (95% ТАТНБ и 5% полихлортрифторэтилена (Kel-F), Лос-

Аламос), изготовленные на основе ТАТНБ. Однако из-за сложности

получения ТАТНБ (см. раздел 2), объем его производства не может быть

большим, и, вследствие этого, области применения ограничены.

Была поставлена задача создания МЧВС для широкого

использования на базе дешевого и доступного сырья и с простой

технологией. Такие МЧВВ и составы на их основе должны быть близки по

мощности к составам на основе гексогена, удобны для снаряжения, в

первую очередь, методом заливки, и обладать чувствительностью на

уровне тротила. Кроме этого, при выборе МЧВС следует учитывать

возможность последующего расснаряжения боеприпасов и экологические

проблемы [15].

В настоящее время интенсивные исследования по синтезу,

получению и изучению свойств МЧВВ и МЧВС проводятся в США,

Франции и ряде других стран.

Сформулированные в США в 2002 г. задачи по созданию и

исследованию МЧВС были сведены к следующему:

1) технические параметры – 50% снижение чувствительности к удару,

трению, тепловым импульсам, при повышении энергетических параметров

по сравнению с используемыми в настоящее время ВВ и ВС;

2) применяемые материалы – различные ВВ, включая циклические

нитрамины, например, гексанитрогексаазавюрцитан (CL-20), 3-нитро1,2,4-

триазол-5-он (НТО), аммониевая соль динитразовой кислоты (AДНА),

гексанитростильбен (ГНС);

3) оборудование – специально разработанные смесители и установки для

снаряжения заливкой;

4) область использования – заряды ВВ и ракетное топливо [16].

Следует отметить, что задача имеет комплексный характер, и

существуют различные подходы к ее решению.

В первом приближении их можно сформулировать так:

1. Введение в существующие составы новых инертных или

активных добавок (вместо используемых в настоящее время), значительно

снижающих восприимчивость к ударной волне и другим импульсам. Такой

подход практически не изменяет технологию составов и снаряжения

боеприпасов по сравнению с действующей.

2. Изменение свойств ВВ, используемых в настоящее время в

боеприпасах, за счет изменения структуры кристаллов или других

параметров для достижения тех же целей.

3. Синтез новых соединений, отличающихся, подобно ТАТНБ,

чрезвычайно низкой чувствительностью к различным начальным

импульсам.

Предполагается, что использование в боеприпасах пониженного

риска взрывчатых веществ и порохов, менее уязвимых, чем их

предшественники, по отношению к медленному и быстрому нагреву, к

воздействию пуль или фрагментов оболочки позволит упаковывать,

сохранять и транспортировать большее число ракет в меньших

контейнерах и таким путем снизить стоимость боеприпасов.

Для уменьшения вероятности случайных взрывов и пожаров в

США заменяют существующие ВВ новыми, менее чувствительными

составами типа PBXN-103 и PBXN-109. имеющие критические диаметры

детонации больше чем 25 мм. Предполагается, что будущее подводных и

авиационных боеприпасов за МЧВС с критическим диаметром больше 25

мм.

2.2. Новые инертные или активные добавки, снижающие

восприимчивость к начальным импульсам, для существующих

составов

В настоящее время на вооружении большинства стран находятся,

преимущественно взрывчатые составы на основе тротила, гексогена и

октогена. Решение задачи снижения чувствительности, а, следовательно, и

повышения безопасности при производстве и употреблении боеприпасов,

использующих эти ВВ, имеет несколько направлений.

Первое связано с заменой тринитротолуола (ТНТ). Разработчики

стремятся исключить боеприпасы, базирующиеся на его основе, при

сохранении той же технологии изготовления литьевых зарядов, как при

использовании ТНТ, в первую очередь, из-за экологических проблем при

производстве. В качестве одного из таких составов предложен MNX-194

на основе гексогена с восковым связующим, который используется для

снаряжения 155 мм боеприпасов. В качестве другого примера можно

привести разработанные в Пикатинском Арсенале составы РАХ-21,

РАХ-24 и РАХ-25 (гексоген, динитроанизол, перхлорат аммония и

метилнитрамин, взятые в различных соотношениях), предназначенные для

замены «Композиции В» (59,5% гексогена, 39,5% тротила и 1% воска).

Предложено использовать вместо октола (смеси октогена с тротилом,

содержащие до 75% октогена) состав РАХ-40, содержащий октоген,

динитроанизол и метилнитрамин, а вместо циклотола (смеси гексогена с

тротилом, в которых обычно содержится более 60% гексогена) состав

РАХ-41, который содержит гексоген, динитроанизол и метилнитрамин.

Составы РАХ-40 и РАХ-41 превосходят заменяемые по скорости

детонации и значительно менее чувствительны к удару [17]. Все указанные

составы обладают меньшей склонностью к растрескиванию и менее

токсичны, чем составы, применяемые в настоящее время.

Второе направление основано на использовании во взрывчатых

составах полимерных связующих, что приближает такие составы по своей

природе и опасности к твердым ракетным топливам. Эти составы

получили название – литьевые взрывчатые составы с полимерным

связующим (ВСПС, cast Plastic Bonded Explosives, cast PBX’s) или

композитные материалы. Использование полимерного связующего

позволяет увеличить содержание в составах энергоемких материалов,

таких как гексоген, октоген, а в перспективе и CL-20, и, следовательно,

повысить эффективность боеприпасов. Последние могут снаряжаться

методом заливки, что понижает опасность и повышает технологичность

снаряжения. Такие составы разрабатываются в ряде стран.

В США в числе первых МЧВС этого класса можно назвать составы

AFX-645 и AFX-757, разработанные в Air Force Research Laboratory

(отсюда название состава: первые две буквы из названия разработчика и

Х – обозначение ВВ), и РАХ-28 , созданный в Рicatinny Arsenal. Последний

состав содержит гексоген, динитроанизол, алюминий, перхлорат аммония

и метилнитрамин и предназначен для снаряжения унитарных боеголовок.

Фактор эквивалентности по отношению к композиции В равен 1,62. В

2000–2002 гг. в США осуществлялась модернизация крупных боеприпасов,

таких как 450 и 900 кг (1000 и 2000 фунтовые) бомбы Мк-82 и Мк-84, в

связи с переходом на заполнение их МЧВС. В качестве последнего

использовали разработанный в 90-е годы состав AFX-645, отличающийся

простой технологией [18]. Эти составы не содержат TNT, удовлетворяют

всем требованиям к МЧВВ, определенным в MIL-STD-2105B, и могут

быть отнесены к классу 1.2.3J классификации опасности [19].

Большой набор МЧВС с полимерным связующим для литьевого

снаряжения разработан фирмой Eurenco (Франция, Швеция, Финляндия).

При получении этих резиноподобных МЧВС с высоким содержанием

наполнителя разработчики использовали достижения технологии ТРТ.

Процесс включает смешение компонентов наполнителя: собственно ВВ

(гексоген, октоген, тэн, НТО и др.) и других ингредиентов (перхлорат

аммония, алюминий и др.) с жидким олигополимером до образования

однородной пасты, которую заливают в форму или непосредственно в

оболочку боеприпаса с последующим термохимическом отверждением.

Преимуществами процесса являются возможность широкого варьирования

состава, отсутствие пористости и необходимости механической обработки

заряда. Достоинства зарядов этого типа – отсутствие экссудации и

растрескивания при изменении температуры и старении, хорошие

механические характеристики, пониженная ударно-волновая

чувствительность и чувствительность к удару. Благодаря этим

достоинствам снижаются расходы на их перевозку и хранение.

На первом этапе создания ВСПС в 70–80 гг. ХХ в. эти составы

предполагалось использовать преимущественно в боеголовках ракет.

Начиная со второй половины 80-х годов, область их использования

значительно расширилась (боевые части торпед и ракет, подводные мины,

бронебойные снаряды). Во второй половине 90-х годов начинается

использование ВСПС для снаряжения авиационных бомб, артиллерийских

снарядов и других боеприпасов. В 2003 г. фирма «SME» во Франции

изготавливала снаряженные ВСПС 120 мм танковые снаряды для

Германии и 120 мм снаряды для минометов в США [20]. Наиболее

известными из составов, производимых «SME @ Eurenko», являются

PBXN-109 (i-гексоген + Al + инертное связующее) и PBXN-110 (октоген +

инертное связующее) [21].

Сравнительно недавно в США разработан пластизольный литьевой

состав для военно-морских боеприпасов РВХIH-135, который превосходит

ранее существовавшие составы по работоспособности и устойчивости к

действию ударной волны. Этот состав, включающий металлический Аl,

предназначен также для боеприпасов объемного взрыва (thermobaric

Explosive) и был испытан в ракете Strike Eagle [17].

1.3 Малочувствительные взрывчатые составы на основе

модифицированных взрывчатых веществ

Первые сообщения о возможности значительного снижения

чувствительности боеприпасов на основе циклических нитраминов за счет

изменения структуры кристаллов последних появились в начале 90 годов

ХХ в., а уже к середине десятилетия во Франции фирмой «SME» было

налажено производство малочувствительного гексогена (МГ) марки

i-гексоген (insensitive гексоген) из гексогена, полученного нитролизом

уротропина по окислительному методу. Описание технологии в

литературе отсутствует [22].

Аналогичные работы, направленные на разработку метода

изготовления сферических частиц гексогена с улучшенной поверхностью

проводились в Норвегии фирмой «Dyno Nobel ASA», которая является

крупнейшим производителем гексогена и октогена по

уксусноангидридному методу в Европе, и лабораторией «TNO Prins

Maurits» в Нидерландах.

Первоначально сферические частицы гексогена были получены

при механической обработке кристаллов технического гексогена в его

насыщенном растворе в ацетоне и затем обработаны посредством

травления в этилацетате. При этом были получены прозрачные

сферические частицы с очень гладкими поверхностями (рис.1.1).

Полученные продукты существенно различаются по величине

давления, при котором инициируются PBX-заряды, содержащие

сферические или сферические полированные частицы, по сравнению с

кристаллическим гексогеном. Этот эффект был продемонстрирован при

использовании 50 мм зарядов в методе испытаний ударно-волновой

чувствительности через преграду из полиметилметакрилата [23]. Показано,

что давление, нужное для инициирования заряда ВСПС, состоящего из

85 % гексогена и 15% HTPB (полибутадиен с концевыми гидроксильными

группами), при использовании необработанных частиц гексогена,

составляет 3.3 ГПa и возрастает до 3.9 ГПa при применении сферических

частиц. Эти данные указывают, что изменение в форме взрывчатых частиц

от многогранных до более или менее сферических ведет к заметному

снижению чувствительности взрывчатых составов. Однако полученный

таким образом продукт оказался менее эффективным, чем МГ– i-гексоген.

Рис.1.1. Кристаллы гексогена различной степени обработки

А – товарного, Б – сферического, В, Г – обработанного сферического

Дальнейшее улучшение качества гексогена было достигнуто при

его перекристаллизации. Отмечается, что качество получаемых кристаллов

сильно зависит от природы растворителя и связано с концентрацией

вещества в пересыщенном растворе.

Правильные кристаллы гексогена с низким содержанием

включений были получены при перекристаллизации из циклогексанона,

содержащего 3% воды; в то же время в безводном циклогексаноне

образуются неправильные кристаллы. Предполагают, что небольшое

количество воды в растворе гексогена в циклогексаноне предотвращает

или подавляет случайное зародышеобразование. Последнее наблюдается

на поверхностях кристаллов гексогена при кристаллизации из сухого

циклогексанона из-за присутствия побочных продуктов, содержащих

N-(C=O)-группы (которые образуются в процессе синтеза гексогена по

уксусноангидридной технологии) [24]. На основе этих результатов,

рекомендуют при крупнотоннажном производстве гексогена использовать

циклогексанон, насыщенный водой, вместо чистого циклогексанона.

Кристаллы высокого качества были получены также из БЛ при

сравнительно высоких пересыщениях исходного раствора.

В дальнейшем были разработаны две марки товарного гексогена:

I-гексоген и RS-гексоген (reduced sensitivity RDX). Первый из них

получают улучшенной кристаллизацией, а второй – специальной

обработкой товарного гексогена. Показано, что введение МГ этих марок

понижает чувствительность приготовленных на их основе составов типа

PBXN-109. Результаты представлены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Чувствительность гексогена различных марок и составов на их основе

Марка гексогена Число карт в

Gap-пробе*

Давление

инициирования

, ГПа

Критический

диаметр, мм

Гексоген DynoNobel 150 2,7

–

i- Гексоген SME 110 5,0

–

RS-Гексоген 98 5,8

–

Состав со стандартным

гексогеном

150 2,7 3,5

Состав с RS- гексогеном 95 6,2 8,6

*толщина карты 0,25 мм (описание Gap-test смотреть на с. 156)

Аналогичная картина наблюдается для многих прессованных

зарядов, однако в изделиях на основе «Композиции-А3» чувствительность

к ударным воздействиям не изменяется.

Измерения плотности, проведенные с помощью растворов

бромистого цинка в воде, показали, что плотность перекристаллизованного

гексогена выше: RS-гексоген имеет плотность 1,797<ρ<1,800 г/см

, а у

стандартного гексогена ρ<1,795 г/см

[25].

В Австралии также была разработана модификация гексогена с

пониженной ударно-волновой чувствительностью, получившая название

ADI GRADE A RDX

[22]. Гексоген получают нитролизом уротропина и

модифицируют перекристаллизацией. Такой продукт удовлетворяет

требованиям к МЧВВ и в ВСПС эквивалентен по своим свойствам

I-гексогену, выпускаемому фирмой «SNPE» в Европе. Его использование

в составе PBXN-109 приводит к снижению чувствительности к удару этой

композиции без ухудшения физических и химических свойств и улучшает

качество противокорабельных боеприпасов Penguin, по сравнению с

изготовленными на обычном гексогене.

Многочисленные исследования подтвердили высокую

воспроизводимость качества ВСПС на основе I-гексогена, что

подтверждается данными табл. 1.2.

Таблица 1.2

Давление инициирования для ВСПС на основе I- гексогена [25]

Название

состава

Компоненты,% Давление,

ГПа

Данные об испытаниях

HBU88 I-гексоген 88

HTPB 12

5,0 6 серий экспериментов с

различными партиями

I- гексогена, проведенные в

1987 –2002 гг.

B2213 I-гексоген 64

Al 20

HTPB 16

5,6 5 серий экспериментов с

различными партиями

I-гексогена, проведенные в

1997–1998 гг.

PBXN-109 I-гексоген 64

Al 20

HTPB 16

5,4 11 серий экспериментов с

различными партиями

I-гексогена, проведенные в

2002–2004 гг.

Необходимость перехода от обычного гексогена к разновидностям

модифицированного жестко поставила вопрос о надежной характеристике

качества новых материалов. В связи с этим были проведены работы по