Тема 3. Бризантные вв (бвв)

По химической природе и составу можно выделить три основных класса бризантных ВВ.

I-й класс. Сложные азотнокислые эфиры многоатомных спиртов и углеводов, называемые обычно нитроэфирами. Наиболее важное значение имеют следующие нитроэфиры:

- нитроглицерин или глицеринтринитрат C₃H₅(ONO₂)₃;

- нитрогликоль или этиленгликольдинитрат С₂H₄(ON)₂)₂;

- ТЭН или пентаэритриттетранитрат C(CH₂ONO₂)₄;

- нитраты целлюлозы (нитроклетчатка) C₆H₇O₂(OH)_3-n(ONO₂)_n_x.

В зависимости от содержания азота различают коллоксилины (например, C₂₄H₃₁O₁₁(ONO₂)₉ или пироксилины (например, C₂₄H₂₉O₉(ONO₂)₁₁).

II-й класс. Нитросоединения. Они представляют собой важнейший класс бризантных ЭНМ. К ним относятся:

- тротил, или тринитротолуол C₆H₂(NO₂)₃CH₃;

- пикриновая кислота, или тринитрофенол C₆H₂(OH)(NO₂)₃;

- тетрил, или тринитрофенилметилнитрамин CH₃C₆H₂(NO₂)₃N-NO₂ ;

- гексоген, или циклотриметилентринитрамин (CH₂NNO₂)₃;

- октоген, или циклотетраметилентетранитрамин (CH₂NNO₂)₄.

III-й класс. Взрывчатые смеси. Наиболее важными представителями взрывчатых смесей являются:

- аммониты или аммотолы (смеси аммиачной селитры с тротилом –80/20, 60/40, и др.);

- сплавы тротила с гексогеном (ТГ 50/50,40/60 и др.);

- механические смеси гексогена или октогена с пластифицирующими и армирующими добавками;

- пластические смеси на основе ТЭНа, гексогена и других ЭНМ.

Тротил (тринитротолуол) по внешнему виду представляет собой светло-желтое и в зависимости от технологии кристаллическое или чешуйчатое или гранулированное вещество. ТНТ самое распространенное БВВ.

Химическое название - 2,4,6 - тринитротолуол.

Тротил получается нитрацией толуола смесью азотной и серной кислот. Температура плавления очищенного продукта 80,6, а технического 80,2 С. Плавится без разложения. Температура вспышки 290 С.

Плотность монокристалла 1,663 г/см³ , насыпная плотность 0,8 г/см³ . Очищенный ТНТ представляет собой физически и химически стойкое вещество, достаточно безопасное в обращении. Критический диаметр детонации порошкообразного ТНТ - 8-10 мм. Частость взрывов 4-8 %.

D =7000 м/с при плотности 1,663 г/см³. Q_V = 4220 кДж/кг, W = 730 л/кг, Б=16 мм, Ф=275 см³ .

ТНТ в чистом виде или в смеси с гексогеном или тэном широко применяется в виде литых и прессованных шашек в качестве промежуточных детонаторов, кумулятивных зарядов, зарядов для сейсморазведки и др. В чистом виде - для снаряжения различных видов боеприпасов.

Тетрил относится к мощным бризантным ВВ.

Химическое название - циклотриметилентринитрамин

По внешнему виду представляет собой белые кристаллы, а термически перекристаллизованный - кристаллы светло-желтого или желтого цвета. Плотность монокристалла 1,73г/см³ , насыпная плотность 1 г/см³ , хорошо прессуется. При прессовании достигается плотность 1,68 г/см³.

Чувствительность тетрила к удару (частость взрывов) 50-60 %.

D =7200 м/с при плотности 1,63 г/см³, Q_V = 4620 кДж/кг, W = 710 л/кг, Б= 19 мм, Ф=340 см³ .

Применяется в основном в качестве вторичных зарядов капсюлей - детонаторов, детонаторов взрывателей.

Пентаэритриттетранитрат или ТЭН, азотнокислый эфир пентаэритрита С(СН₂ОNО₂)₄.

ТЭН получают нитрованием четырехатомного спирта пентаэритрита, который, в свою очередь, получают конденсацией ацетальдегида (СН₃СНО) с формальдегидом (НСНО).

ТЭН - белое кристаллическое вещество, плотность 1,773 г/см³, хорошо прессуется до объемной плотности 1,60 г/см³, негигроско­пичен. Температура плавления 141 °С. Температура вспышки 215 °С.

ТЭН сравнительно с другими азотнокислыми эфирами химически стоек. Он более чувствителен к удару, чем тротил, тетрил и даже гексоген (дает взрывы при падении груза массой 2 кг с высоты 30 см, а при массе груза 10 кг и высоте его падения 25 см взрывы происходят в 100% опытов). Чувствительность ТЭНа к детонации несколько выше таковой гексогена и других вторичных ВВ. Б= 16 мм, Ф=500 см³ , скорость детонации 7900 м/с при плотности 1,60 г/см³.

ТЭН большей частью флегматизируют добавкой небольших количеств (до 5%) парафина, воска и других веществ; при этом заметно уменьшается чувствительность к удару и незначительно снижаются работоспособность и скорость детонации.

Чистый ТЭН применяют в качестве вторичных зарядов для снаряжения капсюлей-детонаторов, а флегматизированный - для снаряжения детонирующего шнура, детонаторов, кумулятивных и некоторых других снарядов.

Нитроглицерин – глицеринтринитрат, СН₂(ОNO₂)СН(ОNO₂)СН₂(ОNO₂). Для получения нитроглицерина глицерин обрабатывают смесью серной и азотной кислот. После отделения нитроглицерина от кислот его промывают до нейтральной реакции для получения химически стойкого продукта.

Нитроглицерин представляет собой маслообразную прозрачную жидкость. Плотность 1,6 г/см³ при 15 °С. Температура затвердевания +13,2 °С - стабильная форма и +2,1 °С - лабильная форма. Летучесть нитроглицерина при обыкновенной температуре очень мала, что имеет важное значение для физической стойкости нитроглицериновых порохов и постоянства их баллистических качеств.

Чувствительность нитроглицерина к удару высока; он дает взрывы при падении груза массой 2 кг с высоты 4 см.

Нитроглицерин применяют для приготовления нитроглицериновых порохов и взрывчатых веществ, например, динамитов. Нитроглицериновые взрывчатые вещества непригодны для снаряжения боеприпасов из-за большой чувствительности к удару и трению.

Дина N - диэтанол-N-нитраминдинитрат, NNO₂(CH₂)₄(ONO₂)₂

Представляет собой кристаллический продукт: плотность 1,67 г/см³, насыпную плотность 0,8-0,9 г/см³; температуру плавления 49,5 - 51,5 С. Продукт негигроскопичен и нелетуч.

D =7350 м/с при плотности 1,47 г/см³, Q_V = 5238 кДж/кг. Чувствительность к удару ниже, чем у тэна, но больше, чем у гексогена.

Используют в основном в качестве пластификатора нитратов целлюлозы.

Гексоген - мощный бризантный ЭНМ.

Химическое название - циклотриметилентринитрамин, C₃H₆O₆N₆

По внешнему виду представляет собой белое кристаллическое вещество с плотностью монокристалла 1,816 г/см³ и насыпной 0,8-0,9 г/см³ . Плохо прессуется, плохо растворим в воде, хорошо растворим в ацетоне и концентрированной азотной кислоте. При прессовании - плотность 1,73 г/см³.

Гексоген получают нитрацией уротропина азотной кислотой.

Обладает высокой химической стойкостью. Т_пл= 204-205 С, Т_всп =220-230 С. Температуру 185 С выдерживает в течение 2,5 ч. На открытом воздухе он сгорает ярким белым пламенем без остатка, при быстром нагревании разлагается со взрывом. Критический диаметр детонации 1-1,5 мм. Гексоген характеризуется высокой чувствительностью к детонации. С увеличением плотности детонационная способность повышается. Чувствительность гексогена к удару (частость взрывов) 70-80 %.

D = 8400 м/с при плотности 1,7 г/см³, Q_V = 5420 кДж/кг, W = 910 л/кг, Б = 25 мм, Ф = 470 см³ .

В чистом виде не применяется в военной промышленности во флегматизированном виде и сплавах с тротилом в качестве разрывного заряда. Гексоген кроме шашек - детонаторов применяют в качестве сенсибилизатора в ЭНМ, на основе аммиачной селитры, в пластичных ВВ типа гексопластов, в эластичных, детонирующих шнурах, линейных зарядах для сейсморазведки и других изделиях.

Октоген - мощный бризантный ЭНМ.

Химическое название - циклотетраметилентетранитрамин, C₄H₈O₈N₈

По внешнему виду представляет собой белое кристаллическое высокоплавкое вещество с плотностью монокристалла 1,904 г/см³ и насыпной плотностью 0,9 г/см³ и температурой плавления 278,5-280 С.

Октоген получают нитрацией уротропина азотной кислотой в среде уксусного ангидрида и нитрата аммония. Октоген негигроскопичен. Обладает высокой химической стойкостью. Т_всп =291С. Октоген характеризуется сравнительно высокой термостойкостью: температуру 200 С выдерживает в течение 8 ч. 30 мин. Критический диаметр детонации монокристалла 18 мм. Чувствительность октогена к удару (частость взрывов) 80-90 %. D = 9100 м/с при плотности 1,84 г/см³. Q_V = 5460 кДж/кг, W = 940 л/кг, Б = 25 мм, Ф = 415 см³ .

Октоген как термостойкое ВВ используется в зарядах для перфорации глубоких нефтяных скважин, в термостойких капсюлях - детонаторах, дополнительных детонаторах, детонирующих шнурах.

Модификация ЭНМ. Основные задачи, решаемые при модификации ВВ, - обеспечение низкой уязвимости боеприпасов, т.е. разработка малочувствительных ЭНМ (МЧЭНМ). Считается допустимым даже снижение эффективности вновь разрабатываемых ЭНМ на 10 -15% в сравнении со штатными составами с целью повышения их безопасности при изготовлении, переработке, транспортировании и хранении.

Несколько направлений повышения безопасности ВВ и ЭНМ.

1. Модификация индивидуальных штатных ВВ.

2.Создание ЭНМ, в которых совместно применяются и мощные, и МЧЭНМ.

3. Применение демпфирующих добавок.

4. Применение модифицирующих и флегматизирующих добавок (ПАВ, антистатики, упрочнители).

5. Комбинированные способы (физическая, химическая флегматизация).

Одним из самых эффективных методов снижения чувствительности к механическим воздействиям мощных ВВ является их флегматизация, которая обычно заключается в покрытии кристаллов ВВ пластичным или легкоплавким веществом – флегматизатором. В качестве флегматизаторов чаще используют парафин, оксизин, сплав церезина и стеарина.

В настоящее время существующие способы флегматизации условно можно свести к следующим.

1. понижение температуры плавления ВВ, так как при прочих равных условиях чувствительность тем меньше, чем больше разность температур вспышки и плавления. Это может достигаться для смесевых ЭНМ, например, путем создания эвтектических сплавов, а также синтезом новых мощных ВВ.

Поиск новых ВВ осуществляется в соответствии с принципами, сформулированными Г. А. Авакяном: максимальную теплоту взрывчатого превращения имеют ВВ с нулевым кислородным балансом и минимальной теплотой образования; максимальная скорость детонации может быть получена при равных теплотах взрыва для ВВ, обладающих высокой плотностью и имеющих минимальную теплоемкость и среднюю молекулярную массу продуктов взрыва.

Значительное развитие получили исследования по модификации физико-химических свойств ВВ, например, замена нитрогруппы фтором приводит к снижению температуры плавления на 30-50⁰С, при этом повышается химическая стойкость и уменьшается чувствительность к механическим воздействиям.

2. снижение прочностных свойств веществ и изделий, так как максимальная температура разогрева ВВ при пластической деформации определяется давлением, которое развивается в процессе воздействия.

Максимально достижимое давление в деформируемом образце зависит от предела прочности образца, его структуры и условий воздействия. Согласно теории дислокаций, ответственность за разрушение кристаллических тел несут дефекты кристаллов. Поэтому, исследуя процессы дефектообразования в кристаллах ЭНМ и, соответственно подбирая технологический режим, например, подбирая условия кристаллизации и широко используя поверхностно-активные вещества, можно существенно повлиять на прочностные свойства ВВ и тем самым уменьшить опасность обращения с ними.

3. введение малого количества пластифицирующих добавок в дисперсную массу ВВ с целью снижения эффекта внешнего трения. Для мощных порошкообразных ВВ хорошим флегматизатором является диспергированный алюминий, не содержащей частиц с острой огранкой и частиц окиси алюминия.

Флегматизирующее действие алюминия основано на образовании между частичками ЭНМ рыхлого промежуточного слоя, способного к скольжению. Таким образом, алюминий повышает общую пластичность ВС и действует подобно гидродинамическому слою в случае поверхностно-активного вещества. Флегматизирующее действие проявляется при содержании в системе алюминия не менее 10-20% от массы ВВ.

Аналогичным образом объясняется флегматизирующее действие тонкодисперсного графита и других подобных добавок.

4. добавление веществ, создающих гелеобразную структуру, менее чувствительную к внешним воздействиям. Наиболее перспективными являются мощные взрывчатые композиции с высоким содержанием (85-95%) мощных ВВ и минимумом пластической добавки. В качестве такой связующей добавки используется коллоксилин, желатинизируемый малочувствительным ВВ. Кроме того, в качестве желатинизаторов коллоксилина применяются некоторые сплавы и эвтектики с различными температурами плавления, например: динитротолуол – тринитробензол. К тому же эвтектики обладают пониженной чувствительностью к механическим воздействиям; но для этого содержание добавок должно составлять не менее 9-10% масс.

5. образование растворов ВВ в инертном веществе, молекулярных соединений между мощным и малочувствительным ВВ или инертной добавкой. Снизить чувствительность мощного ЭНМ можно введением относительно большого количества флегматизатора – не менее 20% массы основного ВВ. Такой способ флегматизации достигает цели в том случае, если флегматизаторы принимают активное участие в процессах взрывчатого разложения. Поэтому в качестве таких флегматизаторов применяют также ВВ, но значительно меньшей чувствительности, чем чувствительность исходного мощного ВВ, например, тротил.

6. «нетрадиционные» способы снижения чувствительности мощных ВВ с высокой энергонасыщенностью и малым критическим диаметром детонации, т.е. использование химических методов флегматизации:

а) химическая «прививка»: исследована возможность флегматизации ЭНМ путем изменения состава химических групп, входящих в молекулу ВВ. Для этой цели были синтезированы моно- и тринитрозопроизводные 3-аминотринитротолуола. Результаты испытаний полученных соединений показали, что путем модификации химических групп в молекуле ВВ можно значительно уменьшить его чувствительность к механическим воздействиям. Мощность ВВ при этом уменьшается незначительно.

б) ингибирование первичных актов распада. В качестве мощных ВВ выбраны соединения из класса гетероциклических аминов, механизм термического разложения которых при температурах ниже точки их плавления исследован достаточно подробно. Согласно этим исследованиям, наряду с химически активными свободными радикалами и ионами при низкотемпературном распаде указанных ВВ образуются конденсированные продукты, такие как гидроксиметилформамид, метилендиформамид, которые резко увеличивают скорость их разложения на начальных стадиях распада. С целью дезактивации свободных радикалов и связывания конденсированных продуктов, катализирующих процесс разложения гетероциклических нитраминов, использовались N – производные изоциановой кислоты – изоцианаты в качестве «ловушек» свободных радикалов.

7. комбинированные способы, включающие физико-химическую и механическую обработку ВВ. Были предложены и исследованы различные варианты комбинированных флегматизаторов. Основными компонентами таких флегматизаторов были высокомолекулярные предельные углеводороды или продукты их частичного окисления, например, парафин, церезин, оксизин, высокодисперсный графит и вещества, которые, взаимодействуя с активными фрагментами, приводят к ингибированию реакции химического превращения на начальных стадиях распада.