Вибухова справа Вибухові речовини Загальна характеристика вибухових речовин, їх класифікація

Залежно від умов застосування, цільового призначення, а також здатності до детонації існують чотири групи вибухових речовин (далі ВР): ініціюючі; бризантні; метальні ВР (порохи та ракетні палива); піротехнічні суміші, що здатні у певних умовах до вибухового перетворювання (рис.1.1.).

Рис. 1.1. Класифікація вибухових речовин.

Вибухові речовини (ВР) - це індивідуальні речовини або суміші, які в результаті певного зовнішнього впливу (нагрівання, удар, тертя, вибух тощо) здатні до швидкого хімічного перетворювання, що супроводжується виділенням великої кількості енергії та утворюванням газів. Вибуховими можуть бути речовини будь-якого агрегатного стану – тверді або рідини. Найбільш широке застосування знайшли ВР у твердому та рідкому агрегатних станах (конденсовані ВР).

Основною особливістю ВР є велика швидкість виділення енергії під час вибуху. В результаті хімічної реакції енергія перетворюється на кінетичну енергію початково сильно стиснутих газоподібних продуктів вибуху, які, поширюючись, здатні виконувати механічну роботу та руйнувати оточуюче середовище.

Реакція, що виникає в обмеженому об'ємі речовини, розповсюджується у ВР завдяки передачі енергії через масу речовини. Відстань, на яку переміщується фронт реакції за одиницю часу, називається швидкістю вибухового перетворювання.

Залежно від характеру зовнішнього впливу для ВР характерні два режими хімічного перетворювання - детонація та горіння.

При детонації реакція розповсюджується дуже швидко (залежно від природи ВР, властивостей та розмірів заряду - 1000-10000 м/с) в результаті передачі енергії за допомогою ударної хвилі. Матеріали, які знаходяться у контакті із зарядом детонуючої ВР, сильно деформуються та подрібнюються (місцева або бризантна дія вибуху), а газоподібні продукти, які утворюються при розширенні, переміщують їх на значну відстань (фугасна дія). Бризантна дія залежить від густини заряду та швидкості детонації, фугасна- визначається теплотою вибуху, об'ємом та складом газоподібних продуктів, що виділилися.

При горінні розповсюдження реакції забезпечується завдяки передачі енергії до речовини, що не прореагувала, і теплопровідності або дифузійному теплообміну з нагрітими продуктами горіння. Розрізняють стаціонарне (нормальне) горіння, що переміщується у ВР з постійною швидкістю від десятих часток міліметрів за секунду до десятків сантиметрів і нестаціонарне (вибухове), що розповсюджується з непостійною швидкістю до сотень метрів за секунду. Невеликі домішки каталізаторів, підвищення початкової температури і тиску збільшують швидкість горіння. При великих швидкостях горіння процес набуває вибухового характеру, розвивається високий тиск газів, у навколишньому середовищі виникає ударна хвиля, але меншої інтенсивності ніж при детонації. Через це процес називають вибуховим горінням. Здатність переходу горіння в детонацію залежить, насамперед, від хімічної природи і структури ВР.

ВР відрізняються за складом, фізико-хімічними та вибуховими властивостями, іншими ознаками. Наприклад, ВР поділяються на індивідуальні та сумішні, здатні або нездатні до детонації, потужні та малопотужні, чутливі або менш чутливі до зовнішнього впливу (розігрів, удар, тертя, вибух тощо). За фізичним станом конденсовані ВР бувають твердомонолітні (литі, пресовані), сипучі (порошкоподібні, гранульовані, зерноподібні), еластичні, пластичні, рідинотекучі.

Крім того розрізняють ВР за способом виготовлення на промислові та саморобні.

За сферою та умовами застосування ВР промислового виготовлення поділяються на ВР народногосподарського, військового та подвійного призначення.

Залежно від умов застосування, цільового призначення, а також здатності переходу горіння в детонацію існують чотири групи ВР: ініціюючі; бризантні; порохи та ракетні палива (метальні ВР); піротехнічні суміші, що здатні до вибухового перетворювання.

Ініціюючі (або первинні) ВР  високочутливі ВР, які використовуються для збудження вибухових перетворювань в зарядах інших ВР (капсулях-детонаторах, запалах, електродетонаторах). Характерною особливістю ініціюючих ВР є те, що для збудження їхнього вибуху у формі детонації необхідний незначний зовнішній вплив (удар, накол, тертя, нагрів, тощо), сам процес вибуху відрізняється дуже малим періодом нарощення швидкості до максимального значення  незрівнянно меншим, ніж у інших типів ВР. Завдяки цій властивості для збудження вибуху бризантних ВР необхідний невеликий заряд ініціюючої ВР. До найбільш розповсюджених ініціюючих ВР відносяться азид свинцю, фульмінат ртуті (гримуча ртуть), тетранітрорезорцинат свинцю (ТНРС) та тетразен.

Бризантні (або вторинні) ВР  відносно менш чутливі і застосовуються як розривні заряди у боєприпасах та у підривних засобах. На відміну від ініціюючих мають меншу сприйнятливість до зовнішніх впливів та більший період нарощення швидкості розкладання до максимального значення. Крім того, горіння вторинних ВР стійке і переходить у детонацію лише під час вибуху ініціюючої ВР або через особливі умови: висока температура, велика маса, високий тиск, горіння в замкненому об'ємі. До характерних типів бризантних ВР, які випускаються промисловістю, належать: індивідуальні ВР  тротил, тетрил, гексоген, октоген, ТЕН, нітрогліцерин, пікринова кислота, дінітронафталін; сумішні ВР на їх основі; сумішні ВР на основі аміачної селітри  амоніти різних марок (суміші з тротилом, гексогеном, дінітронафталіном та різними невибуховими компонентами), динамони (суміші з невибуховими пальними компонентами: деревинною мукою, нафтопродуктами, тощо), детоніти та вугленіти (суміші з нітрогліцерином, діетиленгликольдинітратом).

Метальні ВР (порохи та тверді ракетні палива) застосовуються головним чином для метання снарядів, куль (вогнепальна зброя) та утворення реактивної сили (ракети). Основною формою вибухового перетворювання метальних ВР є стійке горіння, яке не переходить у детонацію навіть за умов, характерних для вторинних ВР. Швидкість їхнього горіння може складати від декількох міліметрів до сотень метрів на секунду і залежить від хімічного складу, фізичного стану та умов використання (горіння на відкритому повітрі, у закритому або напівзакритому об'ємі). До метальних ВР належать порохи та сумішні тверді ракетні палива.

Порохи, що випускаються промисловістю, бувають димні та бездимні, які, в свою чергу, поділяються на піроксилінові та балістичні.

Димні порохи являють собою механічні суміші окисника (нітрату калію) та пальних речовин (деревного вугілля та сірки) і застосовуються в засобах займання, передачі вогневого імпульсу, метальних, вибивних зарядах, піротехнічних сумішах.

До складу бездимних порохів входять такі бризантні ВР, як піроксилін, нітрогліцерин, динітрогліколь та інші нітроефіри, динітробензол, тротил, гексоген. Піроксилін  основна складова частина піроксилінових порохів, а також баліститів; нітрогліцерин та інші нітроефіри використовуються для виготовлення баліститів.

Сумішні тверді ракетні палива являють собою складні композиції, які складаються з окисника, пального і пов'язувача (пальнопов'язувача). До їхнього складу можуть входити перхлорат амонію, тротил, ТЕН, гексоген, октоген тощо.

Піротехнічні суміші (ПС)  використовуються для створювання світлового, димового, звукового ефектів при горінні та являють собою механічні суміші, основними компонентами яких є неорганічні окисники, пальне (органічні або металеві горючі речовини) та в'язка речовина. Застосовуються в боєприпасах освітлювальної, сигнальної, запалювальної дії, а також у різних піротехнічних засобах. Компоненти та їх співвідношення вибираються залежно від призначення ПС для забезпечення заданого ефекту горіння (або вибуху) при певних характеристиках піротехнічного елементу.

Основним видом вибухового перетворювання ПС є горіння, яке може відбуватися з різними швидкостями: від часток міліметрів на секунду до сотень метрів на секунду, що забезпечує мінімальні вибухові властивості. Але деякі речовини при певних умовах здатні до детонації і мають порівняно високу чутливість до зовнішніх впливів. Спроможність ПС до детонації визначається, насамперед, наявністю провідника вибуху (детонації)  індивідуальної речовини, здатної до екзотермічної реакції саморозкладу (наприклад, аміачної селітри, хлорату калію тощо).