Ударно-волновым воздействиям

Чувствительность ЭМ к тепловым, механическим и

Начального импульса.

Понятие чувствительности ЭМ,

Лекция № 5

Чувствительность ВМ есть его способность реагировать на внешние воздействия возникновением взрывчатого превращения.

Внешнее воздействие, приводящее к взрывчатому превращению называют начальным импульсом. Чувствительность ВМ характеризуют минимальной величиной начального импульса, необходимой для возбуждения взрывчатого превращения.

Чем меньше воздействие, необходимое для возбуждения взрывчатого превращения, тем больше чувствительность ВМ.

Наряду с доступностью, термической стойкостью, неагрессивностью, нетоксичностью и др. свойствами чувствительность – одна из важнейших характеристик ВМ, определяющая возможность их практического применения и область этого применения.

Бессмысленно применять в качестве первичных (инициирующих) веществ ВМ с низкой чувствительностью. В то же время слишком опасно использовать высокочувствительные ВМ в качестве вторичных (бризантных) ВВ. Известно достаточно большое количество ВВ с хорошими взрывчатыми характеристиками, но они не применяются из-за повышенной чувствительности.

Классификация начальных импульсов

В процессе изготовления и эксплуатации ВМ подвергаются воздействию различных начальных импульсов:

- тепловые импульсы (нагрев и луч пламени);

- механические импульсы (удар, трение, накол жалом);

- ударно-волновой или детонационный импульс;

- действие на ВМ электронов, нейтронов, различного вида излучений, ультразвука и т.д.

Наиболее важное значение имеют первые три вида начальных импульсов.

ВМ избирательно чувствительны к различным видам воздействия. Например, азид свинца (ИВВ) имеет более высокую температуру вспышки (~330ºC), чем тротил (~300ºС), но к трению тротил гораздо менее чувствителен, чем азид свинца.

Даже при близких по воздействию импульсах, например тепловых, наблюдается избирательность. Дымный ружейный порох имеет более высокую температуру вспышки (315ºC), чем бездымный порох (200ºC), но лучом огня ДРП воспламеняется гораздо легче, чем бездымный. Поэтому чувствительность ВМ обычно классифицируют по видам начального импульса. Избирательная чувствительность ВМ к различным начальным импульсам может быть объяснена различием физических и химических свойств ВМ, условиями воздействия на них и т.д. Но из этого обстоятельства нельзя делать вывод о принципиальном различии в механизме возбуждения взрыва при различных воздействиях.

При сравнительно слабом воздействии, не приводящем к ударно-волновому сжатию ВМ, начавшийся процесс разложения может развиваться до детонации, проходя последовательно ряд стадий:

- инициирование экзотермической реакции в определенной области заряда;

- формирование в окрестности этой области очага горения;

- ускорение горения и переход в низкоскоростную детонацию;

- распространение детонации с малой скоростью;

- распространение детонации с большой скоростью.

Развитие процесса или затухание зависят не только от свойств ВМ, особенностей заряда, но и вида и интенсивности начального импульса, наличия оболочки и т. д.

Чувствительность к тепловым импульсам

Тепловое воздействие может проявляться в форме длительного нагревания при получении, хранении и переработке или в форме импульсного воздействия (луч огня, перегорающая нить накаливания) при служебном применении.

ВВ разлагаются с выделением тепла. Скорость разложения в большой степени зависит от температуры ВВ.

Если поместить ВВ в термостат с достаточно высокой постоянной или медленно возрастающей температурой, то через некоторое время можно наблюдать вспышку.

Характер поведения ВМ при длительном тепловом воздействии может быть представлен следующим образом (при допущении, что температура поверхности ВМ мгновенно принимает значение температуры теплового потока) (рисунок 1):

В первом случае ВМ нагревается тепловым потоком как инертное тело: температура ВМ Т₀ с течением времени достигнет температуры теплового потока Т₁. Этот случай для ВМ возможен при сравнительно низких значениях Т. Предельное значение Т_1, до которого ВМ можно нагревать как инертный материал, зависит от термостабильности ВМ. Чем выше термостабильность ВМ, тем выше предельное значение Т₁ . В первом приближении предельное значение Т₁ для конкретного ВМ можно принять на 100-130 ⁰С ниже температуры вспышки ВМ.

Во втором случае с течением времени в удалении от поверхности ВМ, на которую действует тепловой поток, наблюдается резкий рост температуры. Причем температура ВМ в этой области значительно превосходит температуру теплового источника Т. Это явление называют самовоспламенением, вспышкой или тепловым взрывом ВМ. Причина такого поведения ВМ заключается в экзотермичности реакции разложения ВМ. Выделяющаяся при этом энергия вызывает тепловое самоускорение разложения. Характеристикой самовоспламенения ВМ является температура вспышки (Т_всп). Под Т_всп понимают температуру среды, окружающую ВМ, при которой при той или иной задержке во времени происходит тепловой взрыв ВМ. Значения Т_всп некоторых ВМ приведены в таблице 2.

Таблица 2- Температура вспышки различных ВМ (время задержки 5 с)

БВВ	Температура вспышки, ^0С	ИВВ	Температура вспышки, ^0С
Нитроглицерин ТЭН Нитроклетчатка (13,3 % N   Гексоген Октоген Тетрил Тринитробензол Тротил		Гремучая ртуть Азид свинца (крист.) ТНРС   Тетразен Диазодинитрофенол

В первом приближении можно принять, что температура теплового потока Т₂, вызывающего вспышку ВМ, на 50-80 ⁰С ниже значения Т_всп, которое приведено в таблице.

Третий случай, при котором наблюдается резкий рост температуры во ВМ вблизи поверхности, на которую действует тепловой поток, типичен для режимов зажигания или воспламенения.

Температура теплового потока Т₃, вызывающего зажигание или воспламенение ВМ должна быть выше на несколько десятков градусов Т_всп ВМ.

Самовоспламенение (тепловой взрыв).

Механизм возникновения вспышки в условиях, когда вся навеска ВВ нагрета равномерно, близок к механизму теплового взрыва.

Количественная теория теплового самовоспламенения (взрыва) была разработана Семеновым Н.Н. В её основе лежит соотношение между теплоприходом (за счет теплоты разложения) и теплоотводом в окружающую среду.

Графически тепловой взрыв (по Семенову) можно объяснить тем, что теплоотвод линейно зависит от температуры (прямые 2), а скорость химической реакции и теплоприход, имеют зависимость близкую к экспоненциальной (кривая 1). Поэтому при начальной температуре Т₁ система устойчива, нагрев ВВ компенсируется теплоотводом, а при начальной температуре Т₂ саморазогрев идет беспрепятственно, возникает вспышка при Т₂ ^I.

Тепловое самоускорение – основной механизм самовоспламенения.

Но существуют и одновременно могут влиять на результат автокаталитическое и цепное самоускорение. Они как правило действуют совместно с тепловым самоускорением.

Автокаталитическое самоускорение возможно тогда, когда накапливаются продукты реакции, катализирующие разложение (например, оксиды азота).

Цепное самоускорение - тогда, когда наблюдается разложение по цепному механизму с превышением разветвления цепей над их обрывом.

Дата добавления: 2014-01-07