Длительное тепловое воздействие

При длительном тепловом воздействии на ВМ от источника с постоянной температурой возможны три предельных случая. Они изображены на рисунке 1 в виде профилей изменения температуры в ВМ во времени (при допущении, что температура поверхности ВМ мгновенно принимает значение температуры теплового потока). Возникновение того или иного случая для конкретного ВМ зависит от температуры теплового потока Т и свойств ВМ.

В первом случае ВМ нагревается тепловым потоком как любой другой инертный материал: температура ВМ (То) с течением времени достигнет температуры теплового потока (Т). Этот случай для ВМ возможен при сравнительно низких значениях Т. Предельное значение Т1, до которой ВМ можно нагреть как инертный материал, зависит от термостабильности ВМ. Чем выше термическая стабильность ВМ, тем выше предельное значение Т1. В первом приближении предельное значение Т1 для конкретного ВМ можно принять на 100-130ºС ниже температуры вспышки ВМ.

В

1-нагрев ВМ как инертного материала:

а - первоначальный момент времени;

б - через некоторый промежуток времени;

2-вспышка (самовоспламенение, тепловой взрыв) ВМ;

3-зажигание или воспламенение ВМ;

Т0 - начальная температура ВМ;

Т – температура теплового потока

Рисунок 1- Возможные типы профилей температур в ВМ при длительном тепловом воздействии:

о 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 превышает температуру теплового источника Т₂. Причина такого поведения ВМ заключается в экзотермичности реакции разложения ВМ. Выделяющаяся при этом энергия вызывает термическое самоускорение разложения. Это явление называют самовоспламенением, вспышкой или тепловым взрывом ВМ. Характеристикой самовоспламенения ВМ является температура вспышки (Tвcп.). Под Твсп. понимают температуру среды, окружающую ВМ, при которой при той или иной задержке во времени происходит тепловой взрыв ВМ.

Значения Твсп. некоторых ВМ приведены в таблице 1.

В первом приближении для рассматриваемого случая можно принять, что температура теплового потока Т₂, вызывающего вспышку ВМ, на 50-80°С ниже значения Твcп., которое приведено в таблице 1.

Таким образом, температурой вспышки называется температура, до которой должно быть нагрето данное количество ВВ для его воспламенения (разложения), в процессе которого химическое разложение вещества сопровождается внешними явлениями: выделением продуктов разложения, звуковыми или световыми эффектами. Температура вспышки характеризует чувствительность ВВ к тепловым воздействиям в процессе производства, хранения, переработки и практического использования.

Таблица 1 – Температура вспышки различных ВМ (при времени задержки 5 с)

БВВ	Температура вспышки,0С	ИВВ	Температура вспышки,0С
Нитроглицерин	222	Гремучая ртуть	210
ТЭН	225	Азид свинца (крист.)	345
Нитроклетчатка (13,3%N)	230	ТНРС	265
Гексоген	260	Тетразен	154
Октоген	335	Диазодинитрофенол	180
Тетрил	257
Тринитробензол	550
Тротил	475

Для обеспечения вспышки необходимо превышение теплопритока за счет химической реакции над теплопотерями вследствие проводимости и радиации тепла. Видимое разложение ВВ происходит в тот момент, когда скорость реакции и температура достигают некоторого критического значения, отвечающего условиям вспышки. Таким образом, при нагревании ВВ моменту вспышки всегда предшествует период самоускорения химической реакции, т.е. вспышка происходит не сразу, а через некоторое время после начала нагревания. Промежуток времени, прошедший от начала нагревания до момента вспышки ВВ, носит название периода индукции или времени задержки вспышки. Связь периода индукции с температурой нагревания вещества выражается уравнением:

(1),

где - период задержки; Е – энергия активации ВВ;

С – предэкспоненциальный множитель – константа, имеющая размерность времени; Т – температура нагрева ВВ.

Предэкспоненциальный множитель представляет собой минимально возможное время задержки (10^-10-10^-15 сек) при .

Г

Рисунок 2- Зависимость времени задержки вспышки от температуры

рафическое выражение приведенного уравнения представлено на рисунке 2. Из рисунка видно, что с уменьшением энергии активации Е и при увеличении температуры нагревания Т время задержки быстро уменьшается.

Зависимость (1) удобно представить в логарифмическом виде:

(2)

Из выражения 2 следует, что между lnτ и 1/Т существует линейная зависимость (рисунок 3), которая была экспериментально подтверждена для большинства исследованных ВВ.

З ависимость логарифма времени задержки

вспышки от обратной температуры (1/Т)

Т

Рисунок 3- Зависимость логарифма времени задержки вспышки от обратной температуры (1/Т)

ангенс угла наклона прямой на этом графике равен Е/R, а начальная ордината равна lnС. Таким образом, на основании экспериментальных данных о температурах вспышки можно определить важные характеристики ВВ энергию активации Е и предэкспоненциальный множитель С процесса их разложения.