Взрывчатые вещества

Взрывчатые вещества (далее В) (ВВ), соединения или смеси веществ, способные к быстрой реакции, сопровождающейся выделением большого количества тепла и образованием газов. Эта реакция, возникнув в какой-либо точке в результате нагревания, удара, трения, взрыва другого ВВ или иного внешнего воздействия, распространяется по заряду за счет передачи энергии от слоя к слою с помощью процессов тепло- и массопереноса (горение) либо ударной волны (детонация). Скорость горения различных ВВ колеблется от долей мм/сек до десятков и сотен м/сек, скорость детонации может превышать 9 км/сек.

Взрывчатыми могут быть конденсированные (твердые и жидкие) вещества, газы, а также взвеси частиц твердых или жидких веществ в газах. Во взрывной технике применяются конденсированные и водонаполненные ВВ, преимущество которых заключается в значительной концентрации энергии в единице объема. В сочетании с большой скоростью процесса это позволяет получать при взрыве огромные мощности. Так, по заряду из 1 кг гексогена, объем которого 0,6 л, а теплота взрыва 5,4 Мдж (1300 ккал), детонация может пройти за 10 мксек (1·10^-5 сек), что соответствует мощности 500 млн. квт (в десятки раз больше, чем мощность самой крупной электростанции). Реакция при детонации идет так быстро, что газообразные продукты с температурой несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объеме, близком к исходному объему заряда, до давлений в десятки Гн/м² (сотни тысяч кгс/см²). Резко расширяясь, сжатый газ наносит по окружающей среде удар огромной силы. Происходит взрыв. Материалы, находящиеся вблизи от заряда, подвергаются дроблению и сильнейшей пластической деформации (местное, или бризантное, действие взрыва); вдали от заряда разрушения менее интенсивны, но зона, в которой они происходят, гораздо больше (общее, или фугасное, действие взрыва). Давление р, развивающееся при детонации и определяющее бризантность ВВ, зависит от плотности заряда и скорости детонации. Фугасность, или работоспособность, ВВ определяется теплотой, а также объемом газообразных продуктов взрыва. Обычно работоспособность выражают в относительных единицах, используя в качестве стандартного ВВ тротил (см. Тротиловый эквивалент), гремучий студень или аммонит № 6, либо в единицах энергии.

Помимо способности производить ту или иную работу, области применения ВВ определяются их и физической стойкостью (т. е. способностью сохранять свои свойства в процессе снаряжения, транспортировки и хранения) и чувствительностью к внешним воздействиям, характеризуемой минимальным количеством энергии, необходимым для возбуждения взрыва. Важной характеристикой ВВ является также их детонационная способность, мерой которой служит критический диаметр детонации, т. е. наименьший диаметр цилиндрического заряда, при котором детонация еще распространяется, несмотря на разброс вещества из зоны реакции. Детонационная способность ВВ тем больше, чем меньше критический диаметр. Основным источником энергии взрыва является окисление. Окислителем обычно служит который входит в состав ВВ и обеспечивает возможность их горения и взрыва без доступа воздуха. Чем больше в ВВ, тем выше их баланс. Если достаточно для превращения всего ВВ в ₂, а — в ₂, баланс ВВ равен нулю. У ВВ с недостатком он отрицателен, с избытком — положителен. Способностью к взрыву обладают и некоторые вещества, не содержащие — азиды, ацетилен, ацетилениды, диазосоединения, гидразин, и смеси горючих веществ с галогенами, "замороженные" радикалы свободные, соединения инертных газов и др. Большинство из них, так же как многие соединения (перекиси, озониды, органические соли и кислот, нитриты, нитрозосоединения и др.), относятся к взрывоопасным веществам, но вследствие слишком высокой чувствительности, малой стойкости, токсичности, дороговизны и т.п. как ВВ не применяются. Некоторые взрывчатые смеси горючих веществ с окислителями ( бихроматами, перекисями, окислами, нитратами, и т.п.) используются как пиротехнические составы (см. Пиротехника).

Из многих способных к взрыву соединений в качестве ВВ и компонентов взрывчатых смесей применяют лишь 2—3 десятка веществ. Основные из них — нитросоединения (тринитротолуол, тетрил, гексоген, октоген, нитроглицерин, тетранитропентаэритрит — тэн, нитроклетчатка, нитрометан и др.) и соли кислоты, особенно нитрат аммония. Как правило, эти вещества применяют не в чистом виде, а в виде смесей, например смеси октогена, гексогена и тэна с тротилом, нитроглицерина с нитрогликолем, диэтиленгликольдинитратом и нитроклетчаткой (см. Динамиты и Баллиститы), тротила с нитратом аммония (см. Аммониты), смеси аммиачной селитры с жидкими (например, соляровым маслом) и порошкообразными (например, древесной мукой, порошкообразным горючими веществами (см. Динамоны). Для уменьшения чувствительности и опасности в обращении мощные ВВ смешивают с парафином, церезином и др. легкоплавкими добавками (флегматизация ВВ). Для увеличения теплоты взрыва в смеси вводят порошкообразный или Большое значение имеют смесевые ВВ, изготовляемые из невзрывчатых (или слабовзрывчатых) горючих и окислителей — игданиты, гранулиты, дымный порох, и перхлоратные ВВ — смеси на основе солей и кислот, жидкого (оксиликвиты) и др. По взрывчатым свойствам (условиям перехода горения в детонацию) и обусловленным ими областям применения ВВ подразделяют на инициирующие (первичные), бризантные (вторичные) и метательные (пороха). Инициирующие ВВ характеризуются чрезвычайно высокой скоростью взрывного превращения. Чувствительность их высока, горение неустойчиво и быстро переходит в детонацию уже при атмосферном давлении. Взрыв может быть возбужден поджиганием, ударом или трением. Инициирующие ВВ используют для возбуждения взрывчатого превращения других веществ. Основные представители инициирующих ВВ — азид свинца, гремучая ртуть, тринитрорезорцинат свинца, тетразен. Бризантные ВВ более инертны. Чувствительность их к внешним воздействиям гораздо меньше, чем инициирующих. Горение может перейти в детонацию только при наличии прочной оболочки либо большого количества ВВ. Поэтому они относительно безопасны в обращении. В качестве бризантных ВВ применяют главным образом нитросоединения и взрывчатые смеси на основе нитратов, перхлоратов и жидкого о которых говорилось выше. Основной режим их взрывного превращения — детонация, возбуждаемая небольшим зарядом инициирующего ВВ. Бризантные ВВ применяют для взрывных работ, а также в снарядах и др. боеприпасах. Метательные ВВ горят еще более устойчиво, чем бризантные: они не детонируют при горении даже в самых жестких условиях (большие заряды, давления порядка десятков и сотен Мн/м² (сотен и тысяч кгс/см²)). Основной режим взрывного превращения метательных ВВ — горение. Отличие метательных ВВ от бризантных определяется в основном не составом, а физической структурой этих веществ (плотностью и прочностью заряда). Характеристики некоторых ВВ приведены в таблице.

Характеристика некоторых взрывчатых веществ при плотности заряда 1600 кг/м³

В	ный ба- ланс, %	Теплота взрыва, Мдж/кг (ккал/кг)	Объем газообразных продуктов взрыва, при нормальных ус- ловиях, м³/кг (л/кг)	Скорость детонации, кг/сек
Тротил. . . . . . . . . . .	–74,0	4,2 (1000)	0,75 (750)	7,0
Тетрил. . . . . . . . . . .<	–47,4	4,6 (1100)	0,74 (740)	7,6
Гексоген. . . . . . . . . .	–21,6	5,4 (1300)	0,89 (890)	8,1
Тэн. . . . . . . . . . . . . .	–10,1	5,9 (1400)	0,79 (790)	7,8
Нитроглицерин. . . . .	+3,5	6,3 (1500)	0,69 (690)	7,7
Амонит № 6³. . . . . . .	0	4,2 (1000)	0,89 (890)	5¹
Нитрат аммония. . . .	+20,0	1,6 (380)	0,98 (980)	~1,5¹
Азид . . . . . .	—	1,7 (400)	0,23 (230)	5,3²
Баллиститный порох⁴.	–45	3,56 (860)	0,97 (970)	7,0

¹ Плотность заряда 1000 кг/м³. ²Плотность заряда 4100 кг/м³. ³ 79% нитрата аммония, 21% тротила. ⁴28% нитроглицерина, 57% нитроцеллюлозы (коллоксилина), 11% динитротолуола, 3% централита, 1% вазелина.

ВВ широко применяют в народном хозяйстве при взрывных работах, взрывной сварке, взрывном упрочнении металла, взрывном штамповании. ВВ, применяемые в горной промышленности, подразделяют на непредохранительные — для открытых работ и для подземных работ (кроме шахт, опасных по газу или пыли, обычно ВВ для подземных работ обладают большей детонационной способностью, чем ВВ для открытых работ, и образуют при взрыве меньше ядовитых газообразных продуктов — окислов и окиси и на предохранительные взрывчатые вещества (для шахт, опасных по газу или пыли). Основную массу промышленных ВВ составляют аммониты и гранулиты. В меньших количествах используют динамиты, тротил, преимущественно гранулированный (гранулотол), иногда с добавкой (алюмотол), водонаполненные взрывчатые вещества.

В военной технике ВВ применяют для снаряжения боеприпасов: вторичные ВВ — для разрывных зарядов мин, снарядов, авиационных бомб, боевых частей ракет, боевых зарядных отделений торпед, ручных и ружейных гранат и др.; метательные — в качестве пороховых зарядов артиллерийских и минометных выстрелов, патронов для стрелкового оружия, твердотопливных ракетных двигателей и др.; инициирующие — для устройств, обеспечивающих детонацию разрывного или воспламенение порохового зарядов (в капсюлях-детонаторах, электродетонаторах, детонирующем шнуре и т.п.). ВВ используют также для изготовления генераторов газа высокого давления (пороховые заряды для подачи компонентов в камеру сгорания жидкостных ракетных двигателей, для огнеметов и т.д.), устройства инженерных взрывных заграждений (минные поля, фугасы). Они являются важной частью и термоядерных боеприпасов: взрыв зарядов вторичного ВВ обеспечивает достижение надкритической массы ядерного заряда.

Широкое применение ВВ находят и в научных исследованиях как простое и удобное средство получения высоких температур, больших скоростей и сверхвысоких давлений. Одним из направлений развития ВВ является широкое использование пригодных для механизированного заряжания сыпучих гранулированных ВВ, взрывание зарядов без применения инициирующих ВВ (например, с помощью мощного электрического разряда), разработка и внедрение новых типов ВВ (например, соединений, содержащих богатую тринитрометильную группу (₂)₃), применение нитропарафинов, взрывчатых смесей на основе жидких окислителей (тетранитрометана, четырехокиси и др.).

Первым ВВ был черный (дымный) порох, появившийся в Европе в 13 в. Применение вторичных ВВ началось лишь в 19 в. Пироксилин, пикриновую кислоту и тротил стали применять в военной технике, нитроглицерин и динамиты — в горной промышленности. Перед 2-й мировой войной начали применять тэн и гексоген, а после нее — октоген. В 80-х гг. 19 в. был изобретен бездымный порох, который стал основным метательным ВВ для огнестрельного оружия, а начиная с 30-х гг. 20 в. — и для реактивных снарядов (наряду со смесевыми порохами). В начале 19 в. для воспламенения черного пороха стали применять первое инициирующее ВВ — гремучую Позже было обнаружено, что, увеличив заряд гремучей можно получить детонацию ВВ. Это позволило применять в больших количествах такие ВВ, которые без детонатора взорвать трудно (аммониты, динамоны, водонаполненные ВВ). Применение ВВ стало и более экономичным и более безопасным. Существенно улучшились и способы применения ВВ.

Современная взрывная техника позволяет производить взрывы огромных (несколько тысяч т) зарядов ВВ с большим полезным эффектом и обеспечением полной безопасности людей и прилегающих сооружений. Мировое производство ВВ составляет несколько млн. т в год.

Лит.: Андреев К. К., Беляев А. Ф., Теория взрывчатых веществ, М., 1960; Андреев К. К., Термическое разложение и горение взрывчатых веществ, 2 изд., М., 1966; Орлова Е. Ю., и технология бризантных взрывчатых веществ, М., 1960; Баум Ф. А., Станюкович К. П., Шехтер Б. И., Физика взрыва, М., 1959; Светлов Б. Я., Яременко Н. Е., Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ, 2 изд., М., 1966; Беляев А. Ф., Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем, М., 1968; Горст А. Г., Пороха и взрывчатые вещества, 2 изд., М., 1957; В и пороха, М., 1955; Дубнов Л. В., Предохранительные взрывчатые вещества в горной промышленности, М. — Л., 1953; Гольбиндер А. И. и Андреев К. К., Антигризутные взрывчатые вещества, М., 1947; Блинов И. Ф., и перхлоратные взрывчатые вещества, М., 1941.

Б. Н. Кондриков.

		Новости 22.12.2024 06:53:38

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.