6.2 Исследование предохранительных свойств

и оптимизация рецептур ионита и угленита 12ЦБ

Основная доля в потреблении высокопредохранительных ВВ принадлежит рецептурам V класса, но спрос на высокопредохранительные ВВ специального назначения – ионит (VII класс) и угленит 12ЦБ (VI класс) – постоянно растет. Наш производственный опыт показал, что не все партии ионита, изготовленные по нормативной документации, выдерживали испытания предохранительных свойств, а угленит 12ЦБ из-за ряда аварий с 1998 г. разрешен к применению только в виде зарядов в полиэтиленовых оболочках, изготовление которых в современных рыночных условиях нерентабельно. В связи с изложенным выше возникла необходимость в комплексном изучении физико-химических и взрывчатых характеристик штатных рецептур ионита и угленита 12ЦБ [11, 12].

С этой целью в лабораторных условиях из компонентов, используемых в производстве, готовились модельные образцы ВВ. При этом учитывались неудовлетворительные результаты испытаний по предохранительным свойствам. Для 12ЦБ, на наш взгляд, основная причина связана с переуплотнением состава в патронах или переизмельчением компонентов. Из-за этого в конце 1980-х годов в ряде случаев происходили отказы детонации и выгорание шпуровых зарядов. Переуплотнение было вызвано снаряжением ВВ в бумажную оболочку на автоматизированной линии патронирования, тогда как ранее патроны изготавливались полностью на ручных патронировочных машинках.

Для ионита рассматривалось несколько причин:

• наличие в составе «жучков»  комочков коллоксилина размерами от 1,0 до 5,0 мм, пластифицированных нитроэфирами. В детонационной волне такие частицы, выгорая, способны воспламенить метановоздушную смесь;

• присутствие пылевидных фракций окислителя и горючего, повышающих реакционную способность и динамические характеристики ВВ (по анализу содержание фракции менее 100 мкм для натриевой селитры достигает 10, хлористого аммония  до 40 % масс.);

• избыток сенсибилизатора в рецептуре.

Физико-химические свойства. Оценка химстойкости образцов проводилась на установке «Вулкан» и хроматографическим методом при 80 С в течение 24 ч. Кинетические кривые газовыделения образцов выходят на стабильный уровень при давлении 40–43 мм рт. ст., что не превышает допустимого уровня для предохранительных ВВ (50 мм рт. ст.). Состав продуктов газовыделения представлен в таблице 6.6.

Таблица 6.6 – Состав и давление продуктов газовыделения

Образец	Состав газов, %			Давление, мм рт. ст.
	NO	N2	CO2
Угленит 12ЦБ	4	16	80	40
Угленит Э-6	15	72	13	43
Ионит	10	84	6	40

По результатам исследований химической стабильности образцы удовлетворяют требованиям, предъявляемым к промышленным ВВ. На рисунке 6.6 представлены диаграммы тепловых эффектов разложения составов угленитов 12ЦБ, Э-6 и ионита методом дифференциальной сканирующей калориметрии.

Составы и ионита, и 12ЦБ термически стабильны. Термическое разложение начинается при 180 ^оС, так же, как для Э-6. Наличие эндоэффекта на диаграмме 12ЦБ свидетельствует о его более низкой горючести по сравнению с Э-6 и ионитом.

Результаты испытаний к механическим и электростатическим воздействиям приведены в таблице 6.7.

Таблица 6.7 – Параметры чувствительности к механическим и электростатическим воздействиям

Показатель	Угленит Э-6		Угленит 12ЦБ		Ионит
Нижний предел чувствительности к удару, мм	500		500		500
Нижний предел чувствительности к трению, кг/см2	4200		5400		3000
Чувствительность на установке длительного трения	отсутствие воспламенения при заданных условиях
Минимальная энергия воспламенения, Дж	>0,173	>0,173		>0,173
Удельное объемное сопротивление, Ом·см	1,6·106	5·108		1,6·106
Удельное поверхностное сопротивление, Ом	1,3 107	5·1010		2,1·108

В целом исследования показали, что составы ионита и 12ЦБ химически и термически стойки, низкочувствительны к механическим и электростатическим воздействиям и соответствуют требованиям переработки в аппаратах, применяемых для изготовления нитроэфирсодержащих ВВ.

Предохранительные и взрывчатые характеристики. Выгорание предохранительных ВВ при отказах детонации шпуровых зарядов может привести к взрыву. Результаты исследований горючести по методу, основанному на поджигании таблетки ВВ в окружении угольной пыли в манометрической бомбе V=200 см³ [13], приведены в таблице 6.8. Горючесть 12ЦБ находится на одном уровне с Э-6 и соответствует нормативным требованиям. Предохранительные свойства модельных образцов испытывались в условиях ВостНИИ. Результаты представлены в таблице 6.9.

Таблица 6.8 – Горючесть ВВ

Образец	Минимальная навеска ВВ, при которой еще возможно горение, г
Угленит 12ЦБ	1,2
Угленит Э-6	1,2

Таблица 6.9 – Предохранительные свойства образцов ионита

Показатель	Значение
1	2	3	4	5	6	7	8
Нитроэфиры, % масс.	10,0	10,0	10,0	10,0	9,0	9,0	8,0
Удельная поверхность, см2/г: – натриевой селитры;	440	320	320	260 *	260 *	320	450
– хлористого аммония	1300	1300	420	680	150 *	680	860
Плотность ВВ, г/см3	1,16–1,18	1,16–1,18	1,16–1,18	1,16–1,18	1,12–1,14	1,12–1,14	1,21–1,24
Предохраните-льные свойства, воспл./опыт	5/5	5/5	3/5	2/5	0/5	0/5	1/10
Примечание – Все образцы, кроме 2 столбца, изготовлены по технологии, исключающей образование «жучков». В образцах * дополнительно отсеяна фракция размером меньше 100 мкм

Результаты исследований показали, что предохранительные свойства ионита не меняются в зависимости от наличия «жучков», несколько повышаются с уменьшением дисперсности частиц и гарантированно достигают требуемого уровня при содержании нитроэфиров в составе 9 % масс. и плотности ВВ в патронах менее 1,15 г/см³. Образцы 12ЦБ выдержали испытания как по VI, так и VII классу при плотности, соответствующей требованиям технических условий.

Были проведены дополнительные исследования с привлечением метода определения эффективности показателя, оценивающего сумму фугасного и бризантного действия взрыва, основанного на обжатии свинцового крешера продуктами детонации накладного патрона в натуральную величину. Метод чувствителен к изменениям технологии и рецептуры ВВ и апробирован для ряда штатных ВВ [14].

Из результатов (таблица 6.10) следует, что эффективность определяется суммарным влиянием количества нитроэфиров, соотношением нитроэфиров (НГ и ДНДЭГ), плотностью ВВ и дисперсностью компонентов.

В равных условиях эксперимента эффективность ионита заметно снижается с уменьшением в составе сенсибилизатора, что согласуется с результатами таблицы 6.9 и исследованиями селективно-детонирующих свойств во взрывной камере.

Анализ конденсированных продуктов детонации, полученных подрывом свободно подвешенных зарядов ионита во взрыв-ной камере показал, что доля ионообменной пары, принимавшей участие в реакции взрывчатого превращения, менее 8 % масс. и маловероятно, что избытка энергии, выделившейся в результате ионообменной реакции, достаточно для воспламенения метановоздушной смеси. При значении эффективности менее 5,0 мм все образцы ионита выдерживают испытания по предохранительности.

Такая же картина наблюдается и для 12ЦБ. Эффективность штатной рецептуры 12ЦБ не превышает 5,0 мм, и образец соответствует VI и VII классу.

Следует отметить, что, как показали эксперименты в блоке (в условиях, приближенных к реальным), по эффективности 12ЦБ все же превосходит ионит.

При переуплотнении 12ЦБ предохранительные свойства снижаются и при значении эффективности 5,6 мм сохраняются на уровне VI класса.

Таблица 6.10 – Экспериментальные характеристики образцов ионита и угленита 12ЦБ

Показатель	Ионит						12ЦБ
Нитроэфиры, % масс.	10,0	9,0	8,0	8,0	8,5	9,0	12,0	12,0
Содержание НГ, % масс.	60,0	60,0	69,5	68,5	69,0	72,0	60,0	60,0
Плотность ВВ, г/см3	1,18	1,12	1,21	1,23	1,26	1,23	1,27	1,40
Скорость детонации, км/с	1,90	1,70	1,78	1,80	1,90	1,98	1,80	2,40
Эффективность, мм: – открытого заряда; – в бетонном блоке	5,9 20	4,8 19	5,0 18	5,2 –	4,2 21,4	4,9 –	4,6 25,0	5,6 –
Передача детонации, см	5	4	3	3	–	4	11	6
Предохранительные свойства, восплам./опыт: – по VI классу; – по VII классу	0/5 5/5	– 0/5	– 0/10	– 2/5	– 0/5	– 0/5	0/5 0/5	0/5 2/5

Нарушение дисперсности карбамида из-за возможного подизмельчения гранул в процессе изготовления ВВ рассматривалась как одна из возможных причин снижения предохранительных свойств.

Влияние гранулометрического состава карбамида на детонационные характеристики 12ЦБ приведено в таблице 6.11.

Таблица 6.11 – Детонационные характеристики угленита 12ЦБ от дисперсности карбамида

Удельная поверхность карбамида, см2/г	Скорость детонации, м/с	Передача детонации, см
10–20 (гранулы)	1940–2100	12
500	1950–1960	8
1000	1780–1880	3

Детонационные характеристики снижаются при уменьшении размеров частиц карбамида (увеличении удельной поверхности), происходит потеря селективных свойств и флегматизация состава. На рисунке 6.7 приведены результаты исследований образцов угленита 12ЦБ при замене части гранулированного карбамида на порошкообразный. При введении порошка от 10 до 100 % масс. вместо гранул снижаются плотность патронов до 1,30–1,20 г/см³ соответственно и скорость детонации, возрастает эффективность до определенного предела, а затем падает (см. рисунок 6.7). Испытания в опытном штреке показали, что образцы с 25 % порошкообразного карбамида выдержали испытания по VI классу, а при 75 % наблюдались воспламенения.

Таким образом, исследованиями установлено, что показатель эффективности высокопредохранительных ВВ может использоваться как критерий прогнозирования предохранительных свойств. Для селективно детонирующих систем величина эффективности находится в пределах не выше 5,0 мм для VII класса и на уровне 6,0 мм для VI класса. Штатный ионит по предохранительным свойствам и с учетом передачи детонации между патронами надежно обеспечивает VI класс.

Для применения его по VII классу необходимо введение ограничений по дисперсности, содержанию нитроэфиров и плотности. Угленит 12ЦБ обеспечивает предохранительные свойства как по VI, так и VII классу, а существующее требование по наличию полиэтиленовой оболочки, на наш взгляд, необоснованно. Поэтому 12ЦБ можно считать универсальной рецептурой, по мощности превосходящей ионит.

Рисунок 6.7 – Зависимость эффективности и скорости детонации от содержания порошкообразного карбамида (взамен гранулированного)