Основы пиротехники (стр. 18 )

Чувствительность к лучу огня характеризует возможность воспламенения составов при случайном попадании на них искры. Иногда при этом испытании используется бикфордов шнур, нижний срез которого касается поверхности пиросостава;

результат испытания фиксируют следующим образом: «+» — воспламенение или «—» — отказ.

Дополнительные испытания

Для трудновоспламеняемых составов проводят дополнительные испытания их способности загораться от различных воспламенительных составов. При этом постепенно переходят от более слабых к более сильным воспламенительным составам.

В последние годы разработана методика испытания пиросостaвoв на чувствительность их к воздействию лучистой энергии. Источником излучения может служить угольная электродуга (~5000К). Ее излучение фиксируется на поверхности шашечки пиросостава при помощи оптической системы из двух параболических зеркал. Время индукции обычно выражается в миллисекундах.

В некоторых случаях проводят дополнительное исследование поведения составов при воздействии на них высокой температуры методами дифференциального термического анализа (ДТА) и термогравиметрического анализа (ТГА); описание этих методов в применении к пиросоставам дается в работах.

§ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

В процессе изготовления и уплотнения составов, как бы осторожно эти операции не проводились, неминуемо возникает трение, не исключена также возможность толчков и ударов.

В артиллерийских снарядах в момент выстрела возникают значительные инерционные напряжения. Они могут повлечь за собой сдвиг пиротехяических зарядов, может возникнуть значительное трение.

В связи с этим изучение чувствительности составов к механическим воздействиям имеет очень большое значение.

Следует отметить, что, как правило, составы, более чувствительные к трению, обладают и большей чувствительностью к удару, но полного соответствия между этими характеристиками нет, так же как нет соответствия между температурой самовоспламенения составов и их чувствительностью к удару или трению. Очевидно, способность воспринимать ту или иную форму энергии различна у разных составов. Степень восприятия энергии зависит от физических свойств состава и условий испытания.

Определение чувствительности к удару

Для определения чувствительности используют ту же аппаратуру, что и при испытании бризантных ВВ, т. е. вертикальные копры и роликовые приборчики (ГОСТ 4545—48). Пиросостав испытывают с грузом 10 кг; для более чувствительных составов можно пользоваться грузами 5 или 2 кг. Часто чувствительность к удару выражается произведением веса груза на высоту его падения, отнесенным к единице площади состава, на которую удар распространяется. В табл. 7. 3 приводятся данные о чувствительности к удару для некоторых двойных стехиометрических смесей.

Особо чувствительны к удару смеси КСlOз с роданистым калиeм (KCNS) и реальгаром (As2S2); для этих смесей работа удара равна соответственно 0,5 и 0,6 кгс-м/см2 (4,9 и 5,8 Дж/см).

Ряд работ по выяснению механизма возникновения взрыва при ударе и уточнению методов испытания чувствительности ВВ к удару выполнен , с сотрудниками, Ф. Боуденом и др..

В известной мере выводы, сделанные в этих работах, могут быть перенесены и на пиротехнические составы.

Таблица 7.3

Чувствительность к удару двойных стехиометрических смесей (в кгс • м/см2)

Окислитель	Горючее
сера	молочный сахар	древесный уголь	магниевый порошок	алюминевая пудра
Хлорат калия	1,1 1,2 3,6	1,8 2,9 5	3,2 4,2 5	4,5 4,4 4,6	4,5 5 5
Перхлорат калия
Нитрат калия

Определение чувствительности к трению

Предварительная оценка чувствительности составов к трению может быть получена растиранием их в неглазурованной фарфоровой ступке (навеска на кончике ножа). Но это испытание имеет, конечно, субъективный характер (зависит от приемов трения и силы экспериментатора).

Очевидно, в принципе. возможно создать прибор, осуществляющийся вращательное (и вибрирующее) движение пестика в ступке и вместе с тем фиксирующий то давление, которое оказывает пестик на навеску состава.

В приборе испытуемый состав (или ВВ) растирается между двумя параллельными стальными поверхностями, нижняя из которых (матрица) неподвижна, а верхняя (пуансон) вращается со скоростью 150 об/мин. К пуансону может быть приложено давление до 2000 кгс/см2 (196 МН/м2). Навеска состава 0,02 г; для увеличения трения к составу добавляется 0,002 г тонкого кварцевого песка. Продолжительность трения 10 с. Чувствительность оценивается по минимальному давлению, при котором при растирании образца происходит воспламенение.

При каждом давлении проводится шесть испытаний; параллельно проводят опыты с эталонным веществом. Однако многие пиросоставы при испытании на этом приборе не взрываются даже при давлении в 2000 кгс/см2.

Результаты испытаний на этом приборе стехиометрических хлоратных двойных смесей приведены в табл. 7.4.

Разработан и другой прибор — Боудеда — Козлова. В этом приборе (рис. 7.1) может быть создано давление до 10 000 кгс/см2 (961 МН/м2).

Тротил на этом приборе дает взрывы, начиная с давления 5000 кгс/см2 (490 МН/м2). Так как при испытании обычно имеет место некоторый перекос подвижного ролика при ударе, то в данном случае возможно сочетание трения со скользящим ударом.

В Японии для определения чувствительности к трению употребляется прибор Ямада (Yamada). Проба в этом приборе помещается между двумя гори -

Таблица 7.4

Чувствительность к трению двойных смесей с окислителем — хлоратом калия

-	Чувствитель		Чувствитель
Горючее	ность,	Горючее	ность.
	кгс/см3		кгс/см2
К3Ре(СN)8	8	Сера	65
KCNS Молочный сахар	22 60	K4Fe(CN)6 * H2O Антимонии	85 90
Примечание. 1 кгс/см^.З! . 104 Н/м2.

зонтальными поверхностями из корунда. Нижняя поверхность — шестигранник со стороной 8 мм, верхняя поверхность — цилиндр длиной 7 мм, диаметром 5 мм. Таблетка испытуемого вещества или смеси имеет диаметр 3 мм

Рис. 7.1. Узел прибора Боуде-на — Козлова для определения чувствительности ВВ к трению:

1-подвижный ролик; 2-упор; 3-неподвижный ролик; 4-ВВ; 5-поршень для передачи давления пресса на ролик 3; 6-муфта; 7-стержень с головкой, передающий удар

и толщину 0,3 мм. Сжатие корундовых поверхностей создается сильной стальной пружиной и регулируется поворотом рулевого колеса; на приборе можно создать давление до 'ЗОЮ кгс/см2. Сдвиг верхней трущей поверхности осуществляется при помощи маятника радиусом 400 мм и весом 5 кг (возможный сдвиг до 10 мм). Испытание повторяют, меняя давление сжатия пробы, затем строят график: % воспламенения — давление сжатия.

Известны и другие приборы для определения чувствительности к трению.

§ 3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СОСТАВОВ К НАЧАЛЬНОМУ ИМПУЛЬСУ

Количество энергии, которое необходимо сообщить системе для возникновения в ней быстрой химической реакции, определяется, с одной стороны, возможяостя. ми ее собственной энергетики, а с другой — внутренним сопротивлением системы.

Влияние энергетики сказывается в способности реакции, начавшейся в малом объеме, к саморазвитию за счет выделяющейся энерпии. Чем эта склонность к саморазвитию будет больше, тем больше будет и вероятность распространения процесса даже при сравнительно слабом начальном импульсе.

Внутреннее сопротивление системы определяется тем количеством энергии, которое необходимо для разрыва связей; эту величину принято называть энергией активации процесса.

Абстрагируясь временно от влияния внешних физических факторов, можно сказать, что чувствительность химической системы определяется прежде всего величиной энергии активации и величиной теплового эффекта реакции. И та и другая величины выражаются в одинаковой размерности — ккал/г-моль (кДж/г-моль).

Однако это, безусловно, справедливое общее положение не дает возможности практически оценить чувствительность даже индивидуальных веществ (ВВ). Тем более затруднительно оценить чувствительность многокомпонентной микрогетерогенной системы — пиротехнического состава 1.

При. рассмотрении возможности возбуждения реакции в пиросоставе прежде всего следует обратить внимание на степень легкости осуществления отдельных процессов: распада окислителя н окисления горючего.

Характеристиками этих более простых (но по существу еще очень сложных) процессов должны были бы опять являться энергия 'активации и теплота реакции.

Однако практически приходится почти всегда ограничиваться рассмотрением температуры разложения окислителя и температуры самовоспламенения иди разложения горючего.

Чем меньше энергии требуется для разложения окислителя и чем ниже температура его разложения, тем при прочих равных условиях (одно и то же горючее) состав будет более чувствителен к начальным импульсам (см. табл. 7.1 и 7.3).

Из сравнения свойств составов с окислителями — КСl)з, КС104 и КNОз — следует, что наибольшей чувствительностью обладают хлоратные составы, так как процесс разложения хлората калия протекает уже при сравнительно низкой температуре ~350° С и в отличие от процессов разложения других окислителей сопровождается выделением ощутимого количества тепла.

Несколько меньшей чувствительностью обладают смеси с перхлоратом калия (реакция его разложения термонейтральна) и значительно меньшей чувствительностью — смеси с нитратом калия (процесс его разложения эндотермичен).