книги / Физико-химические свойства взрывчатых веществ, порохов и твердых ракетных топлив

имеет скорость, равную нескольким десяткам миллиметров в секунду, в то время как взрыв протекает со скоростью, достигающей нескольких тысяч метров в секунду. Скорость протекания взрывных процессов практически не зависит от давления

итемпературы, в то время как скорость процесса горения существенно зависит от этих факторов. При изменении температуры

идавления в некоторых пределах может изменяться состав продуктов и теплота горения пороха.

Итак, только одновременное сочетание трех основных факторов (экзотермичности, высокой скорости процесса и газообразования), представляющих собой взрывчато-энергетические характеристики, обеспечивает явление взрыва.

Анализируя формы превращения порохов, твердых топлив

иВВ, можно заметить, что горение и взрыв имеют общие и отличительные признаки.

При определенных условиях горение может переходить во взрыв, а взрыв вырождаться в горение. Эти периоды крайне нежелательны, ибо переход горения во взрыв приводит к катастрофам, а переход взрыва в горение – к отказу действия боеприпасов у цели.

Общее количество теплоты, выделяющееся при взрыве ВВ, меньше теплоты сгорания такого же количества смеси обычных горючих веществ с кислородом, как это видно из табл. 1 и 2. Интересно сравнить те же величины, отнесенные не к единице массы, а к единице объема.

Таблица 1

Теплота взрывного превращения некоторых ВВ

11

Таблица 2 Теплота сгорания смесей горючих с газообразным кислородом

При горении обычных горючих веществ на 1 кг смеси их с газообразным кислородом выделяется в 2–3 раза больше теплоты, чем при взрыве 1 кг взрывчатого вещества. Сравнение теплоты тех же реакций, отнесенных к единице объема, показывает, что у жидких и твердых ВВ концентрация энергии в единице объема в 200–500 раз больше, чем у обычных горючих.

Известно большое количество ЭКС, отличающихся составом, природой, взрывчато-энергетическими характеристиками и физико-механическими свойствами.

По практическому применению все ЭКС можно разделить на следующие группы:

группа I – инициирующие (первичные) взрывчатые веще-

ства;

группа II – бризантные или дробящие (вторичные) взрывчатые вещества;

группа III – метательные ЭКС (пороха и твердые ракетные топлива);

группа IV – пиротехнические смеси.

Основными признаками для разделения ЭКС на группы являются: характерный для каждой из них режим взрывного превращения (горение или детонация) и условия его возбуждения.

1.2. Инициирующие взрывчатые вещества и составы

Инициирующие ВВ (англ. initiate – воспламенять) применяются для инициирования (возбуждения) взрыва разрывных зарядов из бризантных ВВ или процесса горения метательных ЭКС. ИВВ часто называют первичными ВВ, так как они взры-

12

ваются от простых начальных импульсов и используются для возбуждения максимально возможной скорости взрывчатого превращения (скорости детонации) вторичных зарядов ВВ.

ИВВ характеризуются высокой чувствительностью к простым видам начального импульса (удар, трение, накол, нагрев)

испособностью взрываться в очень малых количествах (сотые, а иногда тысячные доли грамма). Характерным видом взрывного превращения веществ этой группы является детонация. Горение инициирующих ВВ неустойчиво даже при атмосферном давлении, и при их поджигании практически мгновенно возникает детонация.

Важнейшими представителями инициирующих веществ являются гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) и тетразен.

Кгруппе инициирующих ВВ относят также воспламенительные составы, основой которых, как правило, служат однородные ИВВ, скорость горения которых замедляют и регулируют специальными добавками. Назначение воспламенительных составов – получение при их горении луча пламени, служащего для воспламенения (зажигания) пороховых и твердотопливных зарядов, замедлителей в дистанционных трубках и взрывателях

идругих объектов.

Под действием начального импульса на взрывчатое вещество скорость возникающего при этом превращения достигает своего предельного для данных условий значения не сразу, а лишь спустя некоторое время. 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 обладать бризантностью, достаточной для возбуждения детонации вторичных взрывчатых веществ.

13

Гремучая ртуть (фульминат ртути) Hg(ONC)2 – белый или серый кристаллический порошок с плотностью 4,31 г/см3. Плотность запрессованной гремучей ртути (3,0–4,0 г/см3). Она легко взрывается от незначительного удара. Вода уменьшает чувствительность гремучей ртути к механическим воздействиям и другим видам начального импульса. При содержании 30 % воды она не загорается от луча огня. В связи с этим гремучую ртуть обычно хранят под водой.

Температура вспышки гремучей ртути 173–180°С. Скорость детонации 5600 м/с при максимальной плотности.

Гремучая ртуть в присутствии влаги энергично взаимодействует с алюминием. Поэтому алюминиевая оболочка разрушается, а за счет теплоты реакции может возникнуть взрыв. Составы, содержащие гремучую ртуть, не должны соприкасаться с алюминиевой оболочкой. В присутствии влаги гремучая ртуть реагирует, правда очень медленно, и с медью, причем образуется весьма чувствительная гремучая медь. Чтобы избежать этого, медные оболочки защищают лакировкой. С никелем гремучая ртуть практически не взаимодействует.

нителей и капсюлей-детонаторов. Ввиду высокой чувствительности гремучую ртуть, как и другие инициирующие ВВ, перевозят только в виде готовых изделий (капсюлей).

Азид свинца Pb(N3)2 получают реакцией обменного разложения азида натрия с азотнокислым свинцом, смешивая водные растворы этих солей:

2NаN3+Рb(NО3)2 → Рb(N3)2+2NaNО3.

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 сушатисортируютдляудалениякрупныхкомковипыли.

14

Плотность кристаллов азида свинца 4,73 г/см3, прессован-

ного – 3–3,5 г/см3.

Температура вспышки составляет 340°С. Скорость детонации при плотности 4,0 г/см3 равна 5 100 м/с.

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.

Азид свинца при увлажнении не теряет чувствительности к механическим воздействиям. Он легко взаимодействует с медью, особенно в присутствии влаги и углекислоты; при этом образуются очень чувствительные к механическим воздействиям соли меди. С алюминием азид свинца не взаимодействует, поэтому его прессуют в алюминиевые оболочки, но не в медные или мельхиоровые.

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-детона- торах;

3)для получения азида свинца не нужны дефицитные или дорогие материалы, тогда как для производства гремучей ртути требуется дорогая ртуть.

Стифнат или тринитрорезорцинат свинца (ТНРС)

С6H(О2Рb)(NO2)3Н2O. Для получения ТНРС используется стифниновая кислота (тринитрорезорцин), бикарбонат натрия и азотнокислый свинец. Сначала получают натриевую соль стифниновой кислоты:

C6H(NO2)3(OH)2 + NaHCO3→C6H(NO2)3(ONa)2 + H2O + CO2

15

Затем получают ТНРС при взаимодействии натриевой соли стифниновой кислоты с азотнокислым свинцом в водном растворе по реакции

ТНРС кристаллизуется с одной молекулой воды. Плотность ТНРС 3,08 г/см3, плотность запрессованного составляет 2,9 г/см11, цвет желтый. Температура вспышки 275 °С. Чувствителен к пламени; при воспламенении дает мощный луч огня. Чувствительность к удару меньше, чем у азида свинца. Применяется для воспламенения азида свинца в капсюлях-де- тонаторах, а также в ударных составах для снаряжения капсю- лей-воспламенителей.

Тетразен (гуанилнитрозоаминогуанилтетразен) C2H8ОN10

представляет собой мелкокристаллический порошок с желтоватым отливом; плотность равна 1,65 г/см3; в воде практически нерастворим и малогигроскопичен. Температура вспышки около

140 °С.

Бризантность тетразена мала; он не обладает достаточной инициирующей способностью для возбуждения детонации вторичных ВВ. По чувствительности к трению и удару близок к гремучей ртути. Примесь 2 … 3 % тетразена к азиду свинца резко повышает чувствительность последнего к наколу. Тетразен применяют также в смеси с ТНРС в ударных составах кап- сюлей-воспламенителей и накольных составах капсюлей-

16

PNRPU

детонаторов. Он играет здесь роль сенсибилизатора ТНРС. Ударные составы на основе тетразена имеют низкую бризантность, капсюли-воспламенители с такими составами не разрушают своим взрывом пороховые замедлители.

Газообразные продукты взрыва тетразена содержат большое количество аммиака, который нейтрализует кислые продукты взрыва ударных составов, являющиеся причиной коррозии канала ствола стрелкового оружия. Поэтому тетразен применяют для изготовления некорродирующих составов некоторых патронных капсюлей-воспламенителей.

Заряды из ИВВ в составе патронных капсюлей-воспла- менителей должны отвечать следующим основным требованиям:

а) давать длинное и горячее пламя, достаточное для безотказного зажигания порохового заряда;

б) быть достаточно чувствительными к удару, вместе с тем эта чувствительность не должна превосходить определенных пределов;

в) быть стойкими при хранении; г) не вызывать коррозию материала оболочки;

д) продукты горения ударного состава не должны вызывать коррозию канала ствола оружия;

с) компоненты ударных составов должны быть дешевы и недефицитны.

Известные в настоящее время однородные инициирующие взрывчатые вещества в чистом виде непригодны для применения в качестве ударных составов; они либо слишком бризантны (например, гремучая ртуть), либо дают слишком слабое пламя (например, тетразен), либо недостаточно чувствительны к удару и наколу (например, ТНРС).

Для понижения бризантности и увеличения температуры, длины и продолжительности пламени к инициирующему ВВ добавляют окислитель и горючий компонент. В качестве горючего компонента выбирают вещества, которые при сгорании

17

дают большое количество твердых или жидких частиц, увеличивающих воспламеняющее действие состава.

Наиболее употребительными компонентами ударных составов являются бертолетова соль, азотнокислый барий и трехсернистая сурьма (антимоний).

Вударном составе, включающем, например, гремучую ртуть, бертолетову соль и антимоний, компоненты имеют следующее назначение:

гремучая ртуть вследствие ее большой чувствительности обеспечивает воспламенение состава при ударе бойка;

бертолетова соль – окислитель, освобождающий при горении состава свободный кислород, за счет которого сгорает антимоний. Сгорая, антимоний образует окисел, жидкий при температуре горения ударного состава.

Вкачестве цементаторов при получении гранулированного сыпучего состава и для понижения чувствительности в ударный состав вводят иногда связующие вещества: шеллак, канифоль

идр. Чувствительность ударных составов может быть повышена добавлением к составу стеклянного порошка. Часто чувствительность регулируют степенью измельчения антимония. Добавка антимония, зерна которого обладают значительной механической прочностью и имеют острые края, повышает чувствительность, причем до известного предела чувствительность повышается с увеличением размера зерен. В качестве примера в табл. 3 приведены некоторые ударные составы.

Таблица 3 Ударные составы патронных капсюлей-воспламенителей

(содержание компонентов в процентах)

18

Вскоре после введения капсюлей-воспламенителей для стрелкового оружия было замечено, что стволы корродируют сильнее, чем прежде, в кремневых ружьях. Еще более сильная коррозия была замечена после введения бездымного пороха. Это явление вызывается как газообразными продуктами горения пороха, так и продуктами горения ударного состава.

Металлическая ртуть осаждается на медных и латунных гильзах и образует на них амальгаму, вызывая растрескивание, что сокращает срок службы гильз. Частицы хлористого калия неполностью удаляются при чистке оружия; в дальнейшем они поглощают влагу из воздуха, и на поверхности канала ствола образуется водный раствор хлористого калия. Ионы хлора, присутствующие в этом растворе, вызывают интенсивную коррозию канала ствола.

Бризантность ударного состава влияет на выгорание канала ствола. Чем больше бризантность, тем больше скорость частиц продуктов горения, тем сильнее их механическое действие на стенки канала ствола и тем больше разгар этих стенок. Корродирующее действие продуктов горения на канал ствола оружия можно уменьшить, подбирая компоненты ударного состава (табл. 4). Например, бертолетову соль можно заменить азотнокислым барием. Однако последний разлагается труднее, чем бертолетова соль, а улучшить воспламеняемость состава увеличением содержания гремучей ртути нельзя, так как это приведет

19

и ТНРС. ТНРС дает сильный луч пламени, но не может сам по себе заменить гремучую ртуть вследствие его малой чувствительности к удару. Наоборот, тетразен легко воспламеняется от удара, но дает слабое холодное пламя. При добавлении к ТНРС около 10 % тетразена получают смесь, достаточно чувствительную к удару, обладающую хорошей воспламеняющей способностью, пригодную для замены гремучей ртути в ударных составах.

Зарядом называют количество ударного состава, применяемое для снаряжения одного капсюля-воспламенителя. Величина заряда для ружейных капсюлей-воспламенителей 0,03 г, для револьверных – 0,02 г. Количество ударного состава влияет на воспламеняющую способность капсюля-воспламенителя. При слишком малом его количестве порох может либо не воспламениться (отказ), либо воспламенение произойдет очень медленно (затяжной выстрел).

Наименьший заряд требуется для воспламенения дымного пороха, несколько больший – для пироксилинового пороха; наибольший заряд требуется для воспламенения нитроглицериновых порохов. Эти соотношения справедливы для порохов с одинаковой величиной зерна. С уменьшением величины зерен воспламеняемость пороха увеличивается. Наоборот, при увеличении размеров порохового зерна воспламеняемость пороха уменьшается до определенного размера, для этого достаточно пламени капсюльной втулки, а при дальнейшем увеличении зерна требуется добавочный воспламенитель.

В зависимости от свойств ударного состава и величины заряда изменяется баллистическое действие порохового заряда (давление в канале ствола и начальная скорость). Колебания ве-

20