Взрывчатые характеристики нитроглицериновых порохов в значительной степени определяются их составом.

Ниже приводятся тесты для составов без металличе­ ских добавок и составов с металлическими добавками (метальных), имеются в виду катализаторы в виде окислов металлов [3]:

Критический диаметр детонации dKp:

Чувствительность к удару при падении гру­ за весом 10 кг с высоты (частота взрывов составляет 40—80 %):

НИТРОГЛИЦЕРИН

В чистом виде нитроглицерин — бесцветная, прозрач­ ная жидкость. Технический продукт имеет желтоватый цвет различной интенсивности в зависимости от каче­ ства глицерина. При 50 °С имеет своеобразный слад­ коватый запах. Может затвердевать и имеет две фор­ мы: лабильную и стабильную.

Ниже приводятся свойства нитроглицерина:

СМЕСЕВЫЕ ТВЕРДЫЕ РАКЕТНЫЕ ТОПЛИВА

Взрывчатые характеристики СТРТ в значительной сте­ пени определяются свойствами (табл. 5) компонентов (окислители, активные связующие, горючие добав­ ки) [4].

П р и м е ч а н и е . Стандартный метод определения а предусма­ тривает сравнение действия взрыва топлива или его компонентов со взрывом тринитротолуола. В идеальном случае истинное зна­

чение эквивалента рассчитывается по формуле a=OvTPT/ <^vHT-

Чувствительность СТРТ к удару выше, чем чувстви­ тельность нитроглицериновых Дорохов. При падении груза массой 10 кг с высоты 25—60 мм частота взры­ вов составляет 68 —96 %.

Наиболее чувствительны к удару составы с высокой скоростью горения, содержащие ультрадисперсные компоненты (ПХА и алюминий), значительное количе­ ство катализаторов горения и мощные ВВ (более 30 %), в этом случае высота падения груза снижается до 25 — 40 мм.

Чувствительность к трению составляет:

по методике с ударным сдвигом Р°ах — ПО — 250 МПа;

по методике неударного характера р®ах — 300 МПа.

Чувствительность к тепловому импульсу, при задан­ ных по методике задержках (т3), определяется из фор­ мулы

_ _ nE/R T

Т3 —iJ

где т3 — период задержки; В — предэкспоненциаль­

ный множитель; Е — энергия активации; R — универ­ сальная газовая постоянная; Т —температура.

Для СТТ на основе ПХА и инертных связующих Т = = 200—300 °С (чувствительность возрастает с введе­ нием катализаторов, МВВ и пластификаторов).

В зависимости от уровня минимальной энергии за­ жигания Emin составы подразделяют на четыре класса чувствительности к электрическому разряду.

Высокую чувствительность имеют взрывчатые веще­ ства:

быстрогорящие (БГВВ), Emin = 0,001 Дж;

с ультрадисперсным ПХА, Emin — 0,6—0,7 Дж. Чувствительность к прострелу зарядов СТРТ пулей и

осколком (цкр = 300—600 м/с) с возбуждением про­ цесса горения заряда зависит от содержания ВВ и ме­ ханических свойств топлива.

Время задержки т3СТРТ при ударе стальным оскол­ ком с параметрами d = 10 мм, ш = 6 г и скоростью и = 850—860 м/с составляет 10-4—10-5 с.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ (ЭКС)

Знание теоретических основ возбуждения и механизма протекания химических превращений ЭКС, является необходимым условием для оптимального решения во­ просов технической безопасности.

Кратко рассмотрим три основных вида химических превращений: термическое разложение, горение, де­ тонацию.

Процесс термического разложения протекает при до­ вольно низких температурах (иногда при температуре окружающей среды).

Указанный процесс, подчиняясь законам химичес­ кой кинетики, имеет, как правило, две стадии:

начальную (описывается уравнением кинетического распада первого или нулевого порядка);

автокаталитическое разложение.

Активным продуктом при автокаталитическом раз­ ложении в порохах (баллиститных и пироксилиновых), а также в ВВ является оксид азота (NO); окисляясь, он переходит в N02; диоксид в свою очередь окисляет по­ рох с выделением вновь NO и т.д.

Понимание механизма термического разложения позволяет при производстве порохов и обращении с ними вырабатывать практические приемы по сниже­ нию опасности термического разложения:

снижение температуры хранения, для снижения скорости реакций первичного распада;

применение стабилизаторов химической стойкости для связывания продуктов распада и предотвращения автокатализа.

ГОРЕНИЕ

Горение характеризуется скоростью послойного горе­ ния ЭКС, не превышающей 102 м/с, и реализуется, как правило, с постоянной скоростью, до определенной величины давления (зависящей от плотности и свойств ЭКС). При превышении этой величины давления про­ исходит нарушение или срыв послойного горения, ко­ торое резко ускоряется и при определенных условиях может перейти в детонацию [22].

Распределение горения по пороховому заряду обус­ ловлено процессами теплопроводности и диффузии.

Б.П. Жуков формулирует механизм горения баллис­ титных порохов следующим образом: "Горению пороха, т.е. окислительно-восстановительным реакциям, возни­

кающим под влиянием теплового или иного импульса, предшествует прогрев пороха, разрушение сольватных комплексов (нитраты целлюлозы-нитроглицерин, диэтиленгликольдинитрат и др.) и деполимеризация мак­ ромолекул нитратов целлюлозы. При температуре примерно 200 —220 °С глюкозидные кольца и нитрора­ дикалы плавятся и переходят из твердого в жидко­ вязкое состояние. Образовавшаяся на поверхности по­ роха переходная жидко-вязкая область сочетает в себе жидкие, твердые, газо- и парообразные продукты, пи­ тающие пародымогазовую зону" [26].

Впародымогазовой зоне происходит процесс физи­ ко-химического превращения реагентов при высокой температуре, при этом горение происходит как в пла­ мени, так и в тонком слое конденсированной фазы.

Вотличие от термического разложения, горение

характеризуется меньшей энергией активации Е. Для случая горения она составляет 20...50 кДж/моль, тогда как для термического разложения Е= 100 — —200 кДж/моль.

ДЕТОНАЦИЯ

Как упоминалось выше, послойное горение характери­ зуется стационарным режимом и скоростью горения и, равной 10“3...102 м/с.

Однако до величины и — 103 м/с можно наблюдать специфические виды горения, такие как конвективное и дефлаграционное; последнее порой относят к низко­ скоростной детонации. При скоростях горения выше 103 м/с мы имеем дело с детонацией. Химическое пре­ вращение в данном случае распространяется по заря­ ду со скоростью, превышающей скорость звука.

Ударная волна, двигаясь по веществу, сжимает и ра­ зогревает его до такой степени, что химические реак­ ции протекают за микросекунды.

Высокая температура в реакционной зоне обуслов­ ливает величину энергии активации близкую к нулю.

Следует отметить, что все виды химического пре­ вращения — термическое разложение, горение и де-

тонация — взаимосвязаны. Термораспад может пере­ ходить в горение, горение — переходить в детонацию. Горение и детонацию относят к взрывчатым превра­ щениям, характеризующимся теплотой взрывчатого превращения, которая характеризует мощность ЭКС. Для современных ЭКС теплота взрывчатого превраще­ ния может достигать 13 мДж/кг и выше [4].

Принципиальное различие между горением и дето­ нацией заключается в механизме передачи энергии от слоя к слою заряда. Для случая горения это теплопро­ водность и диффузия, а для случая детонации — удар­ ная волна. Различаются они и направлением истече­ ния продуктов превращения; для горения истечение противоположно перемещению фронта горения; для детонации истечение продуктов превращения с неко­ торым запозданием совпадает с движением детонаци­ онного фронта.

Для детонации важны такие показатели как ско­ рость детонации и критический диаметр детонации, в той или иной степени они учитываются при решении задач технологической безопасности.

Детонация различных ВМ протекает со скоростями от 1 до 9 км/с. Для большинства ВМ она находится в следующей зависимости от энергии взрыва:

ния и удельного объема продуктов взрыва; равен при­ близительно 3).

По формуле

где Д и Qj — параметры стандартного ВМ (например, тротила), скорость детонации и теплота взрыва которо­ го известна при различной плотности, а Д и 0 2 ~ па­ раметры исследуемого ВМ, можно найти скорость де­ тонации этого ВМ [7],

Так, если скорость детонации тротила при плотнос­ ти 1,6 г/см3 равна 7 км/с, и теплота взрывчатого пре­ вращения 1000 ккал/кг, то скорость детонации, напри­ мер гексогена при плотности 1,6 г/см3 и теплоте взры­ ва 1300 ккал/кг, будет равна

Критический диаметр детонации является мерой де­ тонационной способности ВМ. Чем меньше критичес­ кий диаметр, тем выше детонационная способность конкретного ВМ. Детонационная способность ВМ ха­ рактеризуется критическим диаметром при опреде­ ленных условиях взрывания; обычно это взрывание на воздухе в бумажной оболочке. Любая другая оболочка: пластмасса, металл или скважина в твердом грунте да­ дут совершенно другие (меньшие) значения критичес­ кого диаметра детонации.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ И РАЗРАБАТЫВАЕМЫЕ СРЕДСТВА

ТЕСТИРОВАНИЯ ПОРОХОВ И СТРТ НА ПОКАЗАТЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПОРОХОВ И ИХ КОМПОНЕНТОВ К УДАРУ

Характеристикой чувствительности к удару является нижний предел чувствительности при падении груза массой 10 кг с высоты Я на поверхность 5. При этом нижнем пределе должно быть 100 % отказов из серии 25 испытаний.

Иногда для дополнительной характеристики чувст­ вительности выбирают высоту Я, при которой реализу-