Взрывчатые вещества

Взрывчатые вещества – индивидуальные вещества или смеси, способные под влиянием какого – либо внешнего воздействия (нагревание, трение, удар и т.п.) к быстрой, самораспространяющейся хим. реакции с выделением большого кол-ва энергии и образованием газов. Расстояние, на которое перемещается фронт реакции в ед. времени наз. скоростью взрывчатого превращения.

Для ВВ характерны два режима взрывчатого превращения: детонация и горение. При детонации реакция распространяется очень быстро (В газовых смесях 1.0 – 3.5 км/с, в твердых и жидких до 10 км/с), в зависимости от природы ВВ, свойств и размеров заряда. При этом развиваются давления, достигающие для твердых и жидких ВВ неск. сотен тысяч атм с температурой до 5000° С. При расширении сжатых продуктов детонации происходит взрыв.

Детонация – особый вид распространения пламени посредством ударной волны, для которого характерна очень узкая зона хим. реакций. Существуют некоторые различия между детонацией и горением. При горении, поджигание слоев горючей смеси, расположенной непосредственно перед движущимся вперед фронтом пламени, обусловлено диффузией в этом направлении "горячих" молекул, радикалов и атомов. Скорость горения (от десятых долей мм. до неск. дес. см.) в значительно большей степени зависит от природы ВВ, чем скорость детонации; небольшие добавки катализаторов, изменение начальной температуры и давления могут значительно изменять скорость горения.

Горение ВВ при определенных условиях может переходить в детонацию. По условиям этого перехода ВВ делят на инициирующие ВВ (первичные ВВ), бризантные ВВ (вторичные ВВ) и пороха (метательные ВВ). Инициирующие ВВ воспламеняются от слабого импульса и горят в десятки и даже сотни раз быстрее других, их горение легко переходит в детонацию при атмосферном давлении. Горение порохов не переходит в детонацию даже при давлениях в неск. сотен тыс. атм. Бризантные ВВ занимают промежуточное положение между инициирующими ВВ и порохами. В соответствии с этим пороха применяют в режиме горения в ствольном оружии, в качестве твердого ракетного топлива; бризантные ВВ – в режиме детонации для пром. взрывных работ, снаряжения боеприпасов и др.; инициирующие – для возбуждения взрывчатого превращения других ВВ.

Протекание устойчивой детонации определяется гл. обр. эффективностью процессов активации в тот момент, когда выделяющаяся энергия передается прилегающим к фронту детонационной волны, слоям еще не разложившегося ВВ, если эта эффективность слишком мала, то фронт детонации будет двигаться вперед с уменьшающейся скоростью, и в конце концов перейдет в звуковую волну. При инициировании детонации в цилиндрических зарядах посредством стандартного импульса, оказывается, что для каждого ВВ, в зависимости от условий упаковки, существует т.н. предельный диаметр заряда. С уменьшением диаметра заряда, увеличиваются потери в окр. среду и скорость детонации уменьшается, так что при величине диаметра, меньшего некоторого т.н. критического не удается получить процесса устойчивой детонации. Величина этого диаметра зависит от 1) Бокового отвода газов, т.е. от вида оболочки, в которую заключен заряд 2) Плотности ВВ 3) Среднего размера зерен ВВ 4) Содержания инертных и медленно реагирующих наполнителей. Инициирующие ВВ, характеризующиеся высокой скоростью реакции, детонируют в зарядах диаметром более 0.01 – 0.1 мм. Для некоторых грубодисперсных промышленных ВВ (напр. игданит или аммиачная селитра) критический диаметр составляет неск. десятков см.

При смешивании ВВ с различными наполнителями можно существенно понизить скорость детонации, не изменяя при этом ее зависимости от радиуса заряда. Меньшая скорость детонации объясняется затратой энергии на процесс разогревания и деформации (измельчения) инертных частиц.

Детонация жидких ВВ происходит несколько иначе: при искровом инициировании возникает медленное горение, которое через некоторое время (сотые доли секунды) переходит в нормальную скорость процесса. Для нитроглицерина и его аналогов существуют две стационарные скорости детонации. Высокое значение (до 8000 м/с) соответствует теоретич. гидродинамич. скорости, тогда как низкая скорость детонации, равная примерно 2000 м/с ненамного превышает скорость звука в этих веществах. Слабые первичные инициирования всегда возбуждают детонацию низшего порядка, которая обычно переходит в высокоскоростную, обратный же переход не наблюдается.

Основные характеристики взрывчатых веществ – бризантное (местное) и фугасное (общее) действие взрыва. Бризантность – способность ВВ производить дробление среды в непосредственной близости к заряду (до 2.5 радиуса заряда), зависит гл. обр. от плотности ВВ и скорости детонации. Как правило измеряется подрывом стандартной навески ВВ в базальтовом кубическом блоке, помещенном в стальной контейнер (обычно составляет 7 – 30 мм.). Фугасность (работоспособность) – способность продуктов взрыва ВВ производить работу при расширении. Измеряется подрывом стандартного заряда в свинцовой бомбе, и равная увеличению объема бомбы после взрыва.

Табл. 1 Чувствительность, бризантность и работоспособность некоторых ВВ.

* - Определена по высоте падая с которой груз массой 2 кг. вызовет взрыв.

ВВ могут представлять собой индивидуальные хим. соединения (напр. тротил, тринитробензол и др.) или смеси разл. веществ. Из смесевых ВВ в боеприпасах применяются гл. обр. удобные в изготовлении и использовании литьевые смеси и сплавы на основе тротила (содержание более 30%) с разл. веществами (аммиачная селитра, гексоген, ТЭН, динитронафталин и т.д.) Некоторые довольно чувствительные мощные бризантные ВВ используются с 4 - 8% добавкой флегматизатора. Флегматизаторы ВВ – разл. в–ва вводимые для снижения чувствительности ВВ, увеличения водостойкости, улучшения прессуемости и пластичности; для этих целей применяют парафин, церезин, вазелин, воск и т. п. Часто используются смесевые ВВ содержащие невзрывчатый горючий наполнитель (напр. алюминий), в этом случае взрывное разложение происходит в 2 стадии; сначала детонирует основное ВВ, затем с продуктами взрыва реагирует наполнитель, увеличивая энергию взрыва и значительно повышая фугасное действие.

CRV ( igor_gorya@chat.ru )

У однородных мощных ВВ скорость детонации возрастает с повышением их плотности обычно вплоть до максимальной (см рис 1).

Табл. 1 Критический диаметр детонации мм. при плотн. 1.0 г/см3. Размер частиц порядка 0.18мм.

Детонация жидких ВВ происходит несколько иначе чем твердых: при искровом инициировании возникает медленное горение, которое через некоторое время (сотые доли секунды) переходит в нормальную скорость процесса. Для нитроглицерина и его аналогов существуют две стационарные скорости детонации. Высокое значение (до 8000 м/с) соответствует теоретич. гидродинамич. скорости, тогда как низкая скорость детонации, равная примерно 2000 м/с ненамного превышает скорость звука в этих веществах. Слабые первичные инициирования всегда возбуждают детонацию низшего порядка, которая в благоприятных условиях переходит в высокоскоростную, обратный же переход не наблюдается. К тому же мощность взрыва жидких ВВ типа нитроглицерина всегда в большей степени зависят от силы инициатора и вида оболочки, чем для обычных твердых ВВ.
ВВ могут представлять собой индивидуальные хим. соединения (напр. тротил, тринитробензол и др), но чаще всего применяются смеси разл. веществ. Это позволяет достигнуть требуемых эксплуатационных характеристик; технологичность, безопасность изготовления и хранения, экономич. целесообразность и т.д. Например наиболее часто используемым ВВ в боеприпасах является не чистый тротил, а его смеси с аммиачной селитрой (амматолы). В качестве компонентов смесевых ВВ, могут использоваться как взрывчатые, так и невзрывчатые соединения.
Большое распространение получили смесевые ВВ типа окислитель - горючее; в качестве окислителя обычно содержат неорг. соли, способные при разложении выделять кислород (нитраты, реже - перхлораты), в качестве горючего - высокоэнергетич. органич. соединения (продукты переработки нефти, отходы целлюлозной и зерновой пром - ти, мелкодисперсные порошки металлов и т.д.) или индивидуальные ВВ, выделяющие при разложении горючие газы CO, CH₄, H₂ и сажу (тротил, динитронафталин). Введение неорганических окислителей позволяет в неск. раз уменьшить стоимость ВВ и, в большинстве случаев, повысить фугасное действие (бризантность при этом уменьшается т.к. понижается скорость детонации). Состав таких смесей обычно подбирается таким образом, чтобы получить кислородный баланс близкий к нулю, особенно это касается ВВ промышленного назначения. Однако подобные смеси (аммиачноселитренные ВВ типа динамонов и аммонитов) обычно имеют некоторые недостатки; при отсутствии в смеси (или малого содержания) индивидуального ВВ, такие ВВ теряют способность детонировать при сильном уплотнении (на практике выше 1.4 г/см3). Это происходит из-за того, что в смесевых ВВ, например в аммонитах, превращение компонентов протекает не с одинаковой скоростью. Более активные компоненты могут превращаться в газообразные продукты быстрее других; на скорость химического превращения отдельных компонентов по разному влияет давление, поэтому при изменении плотности ВВ химическое превращение компонентов и взаимодействие продуктов их превращения могут сместиться по времени и обусловить этим рост химических потерь и снижение параметров детонационной волны. При значит. уплотнении аммиачная селитра в составе АСВВ может вести себя в детонационной волне как инертное вещество и, поглощая энергию, сделать смесь неспособной к детонации.
Кроме того многие порошкообразные АСВВ обладают высокой гигроскопичностью, склонны к слеживанию. В результате при увлажнении на 1% в неск. раз понижается способность к детонации. Для улучшения детонационной способности в эти смеси вводят сенсибилизаторы - бризантные ВВ: ТЭН, гексоген и т.д. Или применяют разл. методы по уменьшению плотности ВВ, более тонкому измельчению компонентов и обеспечению лучшего контакта между горючим и окислителем.
Если горючим служат металлические порошки (напр. алюминий), то окислителем могут быть не только соед. с активным кислородом, но и соединения со связанным кислородом, в этих условиях способные вступать в экзотермич. реакцию с металлом. При этом алюминий окисляется до Al₂O₃, водород воды почти полностью восстанавливается, а CO₂ переходит в CO. Поэтому на практике иногда применяют смеси индивидуальных ВВ с металлами, в которых ВВ - окислитель по отношению к металлу напр. алюмотол. В отличие от индивидуальных ВВ, взрывное разложение СВВ, содержащих невзрывчатые компоненты протекает в 2 стадии: сначала детонирует основное ВВ, затем с продуктами взрыва реагирует металлический наполнитель, увеличивая энергию взрыва и следовательно повышая фугасное действие.
Из смесевых ВВ в боеприпасах нашли применение гл. обр. удобные в изготовлении и использовании литьевые смеси и сплавы на основе тротила (содержание более 30%) с разл. веществами (аммиачная селитра, гексоген, ТЭН, динитронафталин и т.д.) Из таких СВВ делают отливки нужной формы, напр. шашки - детонаторы. При взрыве смесей из индивидуальных ВВ, каждый из компонентов разлагается независимо с выделением соотв. кол - ва тепла, суммарный тепловой эффект складывается. Некоторые довольно чувствительные мощные бризантные ВВ часто используются с 4 - 8% добавкой флегматизатора. Флегматизаторы ВВ - разл. в-ва вводимые для снижения чувствительности ВВ, увеличения водостойкости, улучшения прессуемости и пластичности; для этих целей применяют парафин, церезин, вазелин, воск и различные полимеры. (подробнее см. также 8.7).
Для проведения взрывных работ иногда применяют смесевые ВВ на основе жидкого кислорода (оксиликвиты), жидких и загущенных нитроэфиров и нитропарафинов (динамиты, сольвениты и т.п.), солей гидразина (астралиты) и т.д.
Особая группа промышленных ВВ - предохранительные (антигризунтные) ВВ, предназначенные для проведения взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли. Подобные ВВ, по составу сходные с аммонитами (см 9.1), содержат в своем составе пламегасители - хлориды натрия и калия в кол-ве 12-70% (обычно 20 - 25%). Пламегаситель разбавляет взрывч. смесь, поглощает часть тепла и препятствует воспламенению метановоздушной смеси или угольной пыли. Пламегаситель либо вводят в смесь заранее в виде порошка, либо он образуется при взрыве в активном мелкодисперсном состоянии по реакции напр. между нитратом калия и хлоридом аммония. Теплота взрыва предохранительных ВВ 2.1 - 3.8 МДж/кг, скорость детонации до 4.5 м/с.

Основные характеристики взрывчатых веществ - бризантное (местное) и фугасное (общее) действие взрыва.
Бризантность - способность ВВ производить дробление среды в непосредственной близости к заряду (до 2.5 радиуса заряда), зависит гл. обр. от плотности ВВ и скорости детонации. Непосредственно измеряется подрывом стандартной навески ВВ (20 г) в базальтовом кубическом блоке ребром 150 мм., помещенном в стальной контейнер; определяют выход дробленой фракции. Однако такой способ не всегда удобен и бризантность чаще оценивают косвенными методами - путем измерения импульса взрыва по степени обжатия свинцового цилиндра, медного крешера или по отклонению баллистического маятника.
Наиболее распространен метод измерения бризантности - по Гессу - обжатие свинцового цилиндра. Установка состоит из толстой стальной пластины, на которой в вертикальном положении находится свинцовый цилиндр длиной 60мм, диаметром 40 мм. На цилиндр через более тонкую стальную пластинку установлен 40мм. диаметром заряд ВВ со стандартным детонатором №8 (Используемый в испытаниях дет. №8 старого образца содержит 0.5г гремучей ртути и 1.0г тетрила). Для измерения бризантности ВВ нормальной мощности (тротил, тринитробензол и т.п.) применяют заряд массой 50г, для высокобризантных ВВ (ТЭН, гексоген) - 25г (иначе происходит разрушение цилиндра). Чтобы получать совместимые результаты, испытания обычно проводят при одинаковой плотности. Величина бризантности, измеренной по этому методу обычно находится в пределах 7-30мм. Существуют также различные вариации метода.
Бризантность индивидуальных ВВ может быть оценена, относительно, по формуле: B=V² · p, где V-скорость детонации, p - соответствующая С.Д. плотность. Или по формуле Каста: B=V · p · Q где Q - теплота взрыва. Однако эти формулы отражают только общие закономерности и часто имеют значительные расхождения с практикой, т.к. по-ним невозможно учесть св-ва продуктов взрыва.
Фугасность (работоспособность) - способность продуктов взрыва ВВ производить работу при расширении, зависит гл. обр. от теплоты взрыва, объема и состава выделившихся при взрыве газов. Измеряется напр. подрывом стандартного заряда (10 г) в свинцовой бомбе Трауцля посредством детонатора №8, и равна увеличению объема бомбы после взрыва. Бомба представляет собой литой свинцовый цилиндр 200х200мм с отверстием диаметром 25мм и глубиной 115мм.
Чувствительность к механическим воздействиям (удар, трение, прострел пулей и т.п.) является важнейшей характеристикой в плане безопасного изготовления и применения взрывчатых веществ.
Чувствительность к удару на копре часто определяют по высоте, падая с которой груз опр. формы и массы вызовет взрыв в 50% случаев. Реже используют некий стандартный груз и высоту (обычно 10кг и 25см), и чувствительность измеряют количеством (%) сдетонировавших образцов.
Необходимо отметить, что у разных авторов установки и методы для измерения чувствительности к удару и трению могут заметно отличаться, к тому же сложно учитывать состояние ВВ, мех. и термич. способы обработки ответственных частей копров. Например даже на установках одинаковой конструкции и при проведении неск. десятков испытаний расхождение может достигать 5-10%.
Естественно, при определении всех вышеуказанных параметров, величины могут изменяться в довольно широких пределах (до ±15%) в зависимости от событий случайного характера. Поэтому результатом испытания является средняя величина, полученная при опр. кол-ве подрывов.
Параметром, в определенной мере характеризующим устойчивость ВВ к нагреванию является температура вспышки. Для ВВ обычно определяется температурой воспламенения или взрыва после периода индукции 5 (10) сек. Однако интенсивные процессы термического разложения начинаются раньше, поэтому допустимая температура использования ВВ (термостойкость) заметно ниже чем t всп.
ВВ способны к самопроизвольному термическому разложению, которое со временем приводит к потере необходимых свойств. Способность сохранять эксплуатационные св-ва при пеработке и хранении, совместимость с конструкционными и др. материалами (хим. стойкость) - также важная хар-ка ВВ. Самопроизвольное разложение ВВ при затрудненном теплоотводе может привести к саморазогреву и тепловому взрыву при хранении в значительных кол - вах.
ВВ более или менее опасны в обращении, их взрывчатые превращения вызываются простыми воздействиями, чувствительность к которым всегда учитывается при работе с ВВ.
Табл. 2 Чувствительность, бризантность и работоспособность некоторых ВВ.

* - Определена по высоте, падая с которой груз массой 2 кг. вызовет взрыв c 50% вероятностью. В скобках указны данные из других источников.
** - I - обжатие свинц. Цилиндра по Гессу, заряд 20г. при указанной плотности II - стандартный по Гессу при 1.0 г/см3

"СПРАВОЧНИК ПО ВЗРЫВЧАТЫМ ВЕЩЕСТВАМ"
Авторы: Vandal, Kalium, Dikobrazz

Вернуться на www.pirotek.info - пиротехника и изготовление взрывчатых веществ, динамит и петарды