КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Объем и состав газообразных продуктов взрыва
Классификация взрывчатых веществ Рассмотрим два классификационных признака ВВ. Первый признак - назначение ВВ, второй признак – особенности свойств ВВ. Сами свойства химических ЭМ, в том числе ВВ, будут рассмотрены нами далее. По первому признаку – назначение ВВ – они подразделяются на два вида: - инициирующие ВВ; - бризантные ВВ. Инициирующие ВВ – применяются для снаряжения различных средств инициирования – устройств, предназначенных для возбуждения взрывчатого разложения других ВВ. Бризантные ВВ – применяются в качестве разрывных зарядов в боеприпасах и в подрывных средствах. Второй признак классификации основан на различии свойств ВВ. Свойства ВВ определяются совокупностью числовых значений их общефизических и специальных характеристик. К общефизическим можно отнести такие характеристики, как: - плотность (удельный объем); - температура плавления; - удельная теплоемкость; - модуль упругости; - коэффициент Пуассона; - коэффициент теплопроводности; - коэффициент линейного теплового расширения; - коэффициент температуропроводности; - допустимые напряжения при растяжении или сжатии; - коэффициент вязкости (для жидких и газообразных ВВ) и др. Эти характеристики определяют вполне конкретные физические свойства любого вещества и обычно приводятся в справочниках. Специальные характеристики ВВ определяют их взрывчатые свойства. К ним относятся: - чувствительность; - стойкость; - удельная энергия ВВ; - температура взрыва (горения); - теплота или удельная энергия взрыва (горения); - объем и состав газообразных продуктов взрыва (ГПВ); - потенциал; - фугасность; - бризантность; - сила. Классификация по характеристикам ВВ приведена на рисунке. Рисунок.
5. Специальные характеристики энергетических материалов (ВВ)
Для взрывчатых (и метательных) веществ важными характеристиками являются специальные характеристики, которым относятся: – характеристики чувствительности и стойкости; – удельная энергия взрывчатого вещества; – максимальная температура взрыва или горения; – удельный объем и состав газообразных продуктов взрыва (горения); – характеристики работоспособности продуктов взрыва и горения; – характеристики инициирующей способности, бризантности и фугасности ВВ. Чувствительность энергетических материалов (ВВ) Для возбуждения взрывчатого превращения необходимо на взрывчатое вещество произвести внешнее воздействие, – т.е. сообщить ему некоторое количество энергии. Это внешнее воздействие носит название начального импульса, а процесс возбуждения взрыва – процесса инициирования. Опыт показывает, что для возбуждения взрыва одних ВВ достаточно слабого воздействия, а для других – требуются более сильные воздействия. Например, йодистый водород взрывается при прикосновении к нему бородкой птичьего пера, а тротил не взрывается даже при простреле заряда винтовочной пулей. Иначе говоря, различные ВВ обладают разной чувствительностью к внешним воздействиям. Чувствительностью взрывчатого вещества называется его способность к взрывчатым превращениям под воздействием начального импульса. Численной мерой чувствительности ВВ служит минимальное количество- энергии, достаточное для возбуждения взрывчатого превращения. В зависимости от формы энергии различают следующие виды начальных импульсов: – механический (удар, накол, трение); – тепловой (нагрев, луч пламени); – электрический (искровой разряд); – химический (действие химического вещества); – детонационный (энергия взрыва инициирующего ВВ). Первые четыре вида являются простыми формами начального импульса, а последний – сложной формой, так как воздействие детонационного импульса сводится к совместному действию удара и нагрева ВВ. Различные ВВ имеют различную чувствительность к разным начальным импульсам. Это связано с их химическими и физическими свойствами, которые определяют поглощение энергии взрывчатыми веществами. Чувствительность является одной из важнейших характеристик ВВ, определяющей возможность их практического использования. Слишком большая чувствительность делает взрывчатое вещество опасным в обращении и применении. Слишком малая чувствительность требует весьма большого начального импульса для возбуждения взрыва ВВ и может затруднить его использование на практике. Чувствительность ВВ зависит от большого числа факторов: – температуры ВВ; – исходного агрегатного состояния; – физической структуры и плотности заряда; – величины кристаллов; – наличия посторонних примесей и др. Влияние температуры ВВ. С повышением начальной температуры чувствительность ВВ увеличивается, что объясняется ослаблением молекулярных связей при нагревании и соответствующим уменьшением энергии, необходимой для возбуждения взрывчатого превращения. (Пример. Характерным в этом отношении является целлулоид, который при обычной температуре нечувствителен к удару, а при температуре 100 – 180° способен при ударе взрываться.) При значительном понижении температуры чувствительность ВВ падает. Так, например, при охлаждении гремучей ртути до температуры жидкого воздуха она при воспламенении часто дает отказы. Агрегатное состояние. При переходе ВВ из твердого состояния в жидкое чувствительность, как правило, повышается, что объясняется увеличением температуры заряда, а следовательно, и внутренней энергией вещества. Влияние физической структуры и плотности заряда. Увеличение плотности заряда ВВ и переход от пористой структуры к сплошной приводят к снижению чувствительности ВВ. Некоторые инициирующие ВВ, например гремучая ртуть, при повышении плотности выше некоторого предела вообще теряют способность детонировать под влиянием теплового импульса. В прессованном виде взрывчатые вещества (тротил, пикриновая кислота и др.) обладают значительно лучшей восприимчивостью к детонации, чем в литом виде, даже при одинаковой их плотности. Такое влияние можно объяснить тем, что при увеличении плотности одно и то же количество энергии начального импульса распределяется на большую массу вещества, и, следовательно, энергия, приходящаяся на единицу массы, уменьшается. Кроме того, с увеличением плотности и при переходе к сплошной структуре уменьшается возможность относительного перемещения кристаллов и затрудняется проникновение горячих продуктов горения между частицами ВВ. Величина кристаллов. У инициирующих ВВ с увеличением кристаллов чувствительность повышается; у бризантных, наоборот, она падает. Поэтому для повышения чувствительности бризантных ВВ стремятся обеспечить мелкокристаллическую, структуру заряда. Это достигается путем введения специальной операции при изготовлении зарядов методом литья – шимозации. Процесс шимозации заключается либо в энергичном перемешивании расплавленного ВВ при его охлаждении, либо путем добавления в расплавленную массу порошкообразного ВВ. В первом случае при перемешивании происходит разрушение образовывающихся кристаллов и тем самым устраняется возможность их роста; во втором – увеличивается количество центров кристаллизации. В обоих случаях шимозация позволяет получить мелкокристаллическую структуру заряда. При крупнокристаллической структуре инициирующих ВВ их острые углы создают повышенную концентрацию напряжений в контактных точках в момент возбуждения взрыва, что и повышает чувствительность заряда. Влияние примесей. Инертные примеси оказывают различное влияние на чувствительность взрывчатых веществ: в одних случаях, повышая чувствительность, а в других –понижая ее. Примеси, способствующие повышению чувствительности ВВ, называются сенсибилизаторами, а примеси, понижающие чувствительность, - флегматизаторами. Хорошими сенсибилизаторами являются вещества, частицы которых имеют острые грани, обладают высокими твердостью и температурой плавления (например, мелкое стекло, песок, металлический порошок и др.). Эти вещества способствуют концентрации энергии удара на острых краях кристаллов, являются очагами интенсивного трения, приводят к образованию в заряде многочисленных очагов местных разогревов, облегчающих возникновение в нем взрыва. Флегматизирующими свойствами обладают такие вещества, как парафин, воск, вазелин, камфара и др. Флегматизаторы обволакивают поверхность кристаллов ВВ мягкой, эластичной пленкой и тем самым способствуют более равномерному распределению напряжений в заряде и уменьшению трения между отдельными частицами. В качестве флегматизаторов и сенсибилизаторов могут рассматриваться не только инертные добавки, но и другие взрывчатые вещества, которые могут быть менее или более чувствительными, чем рассматриваемое ВВ. В этом смысле, например, в сплаве тротила с гексогеном можно рассматривать тротил в качестве флегматизатора, понижающего чувствительность гексогена, или наоборот, гексоген можно рассматривать в качестве сенсибилизатора, повышающего чувствительность тротила. Одно и то же вещество по отношению к одному ВВ может являться сенсибилизатором, а к другому – флегматизатором. Примером такого вещества может служить тальк. Добавление талька в количестве 10% примерно в 6 раз повышает чувствительность к удару тротила и в 7 раз снижает чувствительность гексогена. Этот факт объясняется различной твердостью частиц талька по сравнению с твердостью кристаллов ВВ. Так как твердость кристаллов гексогена выше твердости кристаллов талька, последний в заряде из гексогена играет роль «флегмотизатора». В сплавах тротила роль талька иная, так как по твердости он превосходит твердость кристаллов тротила и является сенсибилизатором. Численные характеристики чувствительности ВВ определяются экспериментально на специальных приборах при определенных условиях опыта. Поэтому они носят условный характер и применяются только для сравнительной оценки чувствительности различных взрывчатых веществ. При этом определяется чувствительность к различным начальным импульсам. Мерой чувствительности ВВ к тепловому импульсу служит температура вспышки. Определение чувствительности взрывчатых веществ к удару производится на приборах, называемых копрами, которые представляют собой устройства, позволяющие сбрасывать на навеску испытуемого ВВ груз определенного веса. Характеристиками чувствительности инициирующих ВВ к удару служат минимальная высота падения груза, при которой из определенного числа испытаний (обычно пяти) получается 100% взрывов, и максимальная высота падения груза, при которой из того же числа испытаний получается 100% отказов. Чувствительность бризантных ВВ к удару обычно характеризуют процентом взрывов, происходящих при сбрасывании груза с определенной высоты. Взрывчатые вещества, применяемые для военных целей, подвергают обычно испытанию на прострел пулей. При таких испытаниях ВВ помещается в чугунную трубу диаметром и длиной 5 см, закрытую с обеих сторон крышками на резьбе, и простреливают из винтовки с расстояния 9 м. Чувствительность бризантных ВВ к детонационному импульсу характеризуют величиной предельного (минимального) заряда инициирующего ВВ, способного вызвать полную детонацию определенного количества бризантного ВВ. Величина же предельного заряда инициирующего вещества, в этом случае, может рассматриваться так же, как характеристика инициирующей способности инициирующих ВВ. Для обеспечения безопасности стрельбы артиллерийскими снарядами, заряд которых при движении по каналу ствола испытывает значительные перегрузки, и исключения самопроизвольного взрыва заряда при ударе о преграду и ее пробивании необходимо, чтобы возникающие в зарядах максимальные напряжения не превосходили критических, которые заряд выдерживает без взрыва. Следует заметить, что, кроме описанных характеристик чувствительности и способов их получения, на практике применяются некоторые другие. Иногда, например, проводят испытания на чувствительность ВВ к трению, к лучу огня огнепроводного шнура и др.
Стойкость энергетических материалов (ВВ) Под стойкостью ВВ понимают их способность сохранять неизменными свои свойства в условиях длительного хранения. Под действием влаги, колебаний температуры, химических превращений взрывчатые вещества могут изменять свои свойства, а некоторые из них даже самовоспламеняться. Например, аммотол вследствие гигроскопичности аммонийной селитры при хранении способен увлажняться. В результате происходящих при хранении повторных процессов увлажнения и высушивания аммотол твердеет (слеживается), при этом изменяется его плотность, а, следовательно, и восприимчивость к детонации. При плотностях заряда, превышающих 1,2–1,4 г/см3, аммотол обладает низкой чувствительностью к детонации. Так же как и чувствительность, стойкость является важнейшей характеристикой взрывчатых веществ, определяющей возможность их практического использования. Очевидно, что нестойкие ВВ не могут применяться на практике. Различают два вида стойкости взрывчатых веществ – физическую и химическую. Физическая стойкость характеризуется склонностью ВВ к физическим изменениям. Физическая стойкость ВВ определяется такими физическими свойствами, как летучесть, гигроскопичность (способность усваивать влагу), механическая прочность. Химической стойкостью называется способность ВВ не претерпевать при нормальных условиях хранения химических превращений. Взрывчатые вещества по природе являются химическими соединениями, относительно малоустойчивыми. Поэтому при длительном хранении они неизбежно разлагаются. Однако различные ВВ отличаются друг от друга различной скоростью разложения. В зависимости от скорости разложения взрывчатые вещества делятся на нестойкие, и стойкие. Нестойкие ЭМ заметно разлагаются при длительном хранении. К ним относятся, главным образом, пороха и пиротехнические составы. Стойкие ЭМ – в нормальных условиях хранения разлагаются незаметно. Изменение их химической структуры можно обнаружить лишь после нескольких лет хранения. Стойкими является большинство бризантных взрывчатых веществ. Химическая стойкость ВВ зависит от ряда факторов: химического строения ВВ, наличия посторонних примесей и др. Химическое строение определяет прочность молекулы ВВ и, следовательно, способность к разложению. Наименее стойкими из практически применяемых ВВ являются азотнокислые эфиры (пироксилин, нитроглицерин), в которых группа NО2 связана с атомом углерода через кислород. Весьма прочными являются нитросоединения (тротил, тетрил, гексоген), в которых нитрогруппа связана непосредственно с атомом углерода. Примеси могут оказывать различное влияние на стойкость взрывчатых веществ. Примеси, ускоряющие процесс разложения ВВ, называются катализаторами, а примеси, замедляющие разложение, – стабилизаторами. К числу катализаторов относятся следы свободных кислот (ионы водорода), остающиеся в ВВ от процесса производства, и сами продукты разложения –окислы азота. Окислы азота образуют с влагой, содержащейся в ВВ, а также выделяющейся при разложении, азотистую и азотную кислоты, которые ускоряют процесс разложения. Явление ускорения разложения самими продуктами разложения носит название автокатализа. Стабилизаторами являются такие вещества, как дифениламин, централит, ацетон и др. Стабилизаторы легко взаимодействуют с продуктами разложения ВВ – окислами азота, образуя с ними химически стойкие соединения, не оказывающие влияния на ускорение разложения ВВ. Процесс введения в ВВ стабилизаторов называют стабилизацией. Химическая стойкость ВВ определяется экспериментально. Применяющиеся на практике методы определения стойкости ВВ основаны на искусственном ускорении процесса разложения путем воздействия на испытуемое ВВ повышенных температур. Характеристикой стойкости служит продолжительность нагрева при определенной температуре до появления соответствующих признаков разложения.
Удельная энергия (теплота) взрыва. Температура взрыва Удельной энергией (теплотой) взрыва называется количество тепла, которое выделяется при взрыве 1 кг взрывчатого вещества в изохорном процессе. Единицы измерения в системе СИ - Дж/кг Изохорный процесс – процесс, протекающий с участием газов (или паров) при постоянном объеме. Существуют два метода определения удельной энергии взрыва – теоретический и экспериментальный. Теоретически теплота взрыва определяется методом термохимии взрывчатых веществ. Опытное определение теплоты взрыва производится с помощью специальной калориметрических установок. Температурой взрыва называют максимальную температуру, до которой нагреваются продукты превращения ВВ. Температуру взрыва обычно определяют путем вычислений. В основе вычисления лежит предположение, что взрыв есть адиабатический процесс, протекающий при постоянном объеме, и что, следовательно, выделяющаяся при взрыве теплота расходуется только на нагрев продуктов превращения. Газообразные продукты взрыва (ГПВ) играют роль рабочего тела. Их количество и состав существенно изменяются даже для одного и того же ВВ, что объясняется существенным влиянием начальных условий и способа возбуждения взрыва, которые определяют вид реакции взрывчатого превращения. При горении ВВ на открытом воздухе происходит достаточно глубокий распад молекул ВВ, при этом продукты разложения состоят в основном из СО2, СО, Н2О, N2, Н2, О2, Н, ОН, NО и т. д. В условиях детонации количественный и качественный состав ГПВ будет существенно отличаться от состава газов, образующихся при сгорании ВВ. Это объясняется тем, что при детонации возникают значительно более высокие давления, под влиянием которых, согласно принципу Ле Шателье, происходит смещение равновесия между продуктами реакции в сторону уменьшения их объема. Это значит, что в начальной стадии взрыва будут преобладать продукты вида СО2+С, которые по сравнению с 2СО занимают меньший объем. В дальнейшем, по мере развития процесса взрыва, состав газообразных продуктов будет изменяться. Состав продуктов взрыва может быть определен теоретически или опытным путем. Теоретически эта задача решается методами термохимии, а экспериментальное определение состава продуктов взрыва производится методом газового анализа, основанного на последовательном поглощении газов различными поглотителями. Объем продуктов взрыва определяют двумя способами: расчетным – по реакции разложения ВВ и опытным путем – измерением объема газов, образующихся при взрыве определенного количества взрывчатого вещества.
Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 3206; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |