Основы пиротехники (стр. 23 )

Как указывает , «существование минимального давления, ниже которого горение не распространяется, следует объяснить тем, что при уменьшении давления уменьшается скорость реакции в газовой фазе и соответственно количество подводимого к конденсированной фазе от газов тепла». Так как скорость теллоотвода по конденсированной фазе не зависит от давления, то при уменьшении последнего теплоприход становится меньше теплоотвода и горение затухает.

Быстрее других теряют способность к горению при понижении давления составы, содержащие большой избыток горючего или составы с трудноокисляемыми горючими.

Для порохов и ВВ зависимость u=f(p) часто выражается

формулой

и=А+Вр

где А, В и v — постоянные величины.

Рис. 8.2. Зависимость скорости горения стехиометрических нитратно-магниевых смесей от давления: 1-LiNОз; 2-NаNО3; 3-KNO3

Для ряда ВВ [84] на основании экспериментальных данных принимает v=l. указывает, что для большинства порохов и ВВ значение v лежит в пределах 0,5—1,0.

Для всех пиротехнических составов показатель степени v (в отличие от ВВ) будет значительно меньше единицы (рис. 8.2).

Известны случаи, когда зависимость u=f(p} с изменением давления существенно меняется, например, для пикрата калия или для дымного пороха. Исходя из этого попытки характеризовать зависимость скорости горения от давления, используя одни и те же значения В и v в широком диапазоне давлений не всегда приводят к правильным результатам.

Малая зависимость скорости горения от давления для какого-либо состава показывает, что в данном случае существенную роль играют экзотермические реакции, протекающие в конденсированной фазе.

Так, для трубочных порохов показатель v тем меньше, чем меньше объем газообразных продуктов горения V0 на 1 г пороха.

Казалось бы, что для безгазовых составов скорость горения не должна вообще зависеть от внешего давления. Но опытами с сотрудниками установлено, что скорость горения алюминиевых и магниевых термитов, все же несколько возрастает с повышением давления.

Так, для термитов Fе20з+А1, Мn02+А1 и Cr2O3+Mg при увеличении давления с 1 до 150 кгс/см2 (0,1—14,7 МН/м2) скорость горения увеличивается в 3—4 раза 1. Отсюда следует, что

' По данным работы, для флегматизированного добавкой Аl2Оз термита (Fе20з+2А]) скорость горения не зависит от давления.

при горении этих составов существуют реакции (возможно, реакция окисления алюминия кислородом, образовавшимся при распаде оксида железа), протекающие в газовой фазе или на поверхности раздела фаз. Детальное исследование зависимости скорости горения термита (Fе20з+А1) от давления и дисперсности компонентов имеется в работах. Вместе с тем, эксперимент Беляева показал, что существуют и составы, для которых скорость горения не зависит от давления: термит Сг20з+А1 горит с одинаковой скоростью (2,4 мм/с) как при 1 кгс/см2, так и при 100 иге/см2 (0,1—10 МН/м2). Из этого, по-видимому, следует сделать вывод, что в данном случае реакция горения от начала до конца протекает в конденсированной фазе.

5. Критический (минимальный) диаметр горения. Теплопотери при горении будут тем больше, чем меньше диаметр изделия (трубки). Исходя из этого для каждого состава существует критический диаметр, меньше которого при данных условиях (температура, давление, а также плотность состава) состав не способен к распространению горения.

Для быстрогорящих составов, выделяющих много тепла в единицу времени, критический диаметр весьма мал; так, черный порох (точнее пороховая мякоть) при р=\ кгс/м2 (9,8-Ю4 Н/м2), комнатной температуре в картонной оболочке имеет критический диаметр менее 1 мм.

Для многих магниевых и циркониевых составов значение dкрит выражается в единицах, а иногда и в десятых долях миллиметра.

Для медленногорящих дымовых составов dкрит порядка десятков миллиметров.

Значения dкрит для составов с необычными окислителями:

водой, органическими веществами, сульфатами металлов, имеются в работах [19], [29], [30].

Интенсивность теплообмена с окружающей средой также отражается на скорости горения составов. В узких трубках (малый диаметр изделия) она должна была бы быть несколько меньше, но в них затрудняется отток газов, создается избыточное давление, особенно в случае быстрогорящих составов, и потому практически уменьшение скорости горения не всегда наблюдается.

Величина минимального диаметра трубки, при котором еще возможно устойчивое горение, зависит от целого ряда факторов:

рецепта состава, начальной температуры, давления, материала и толщины стенок трубки и от плотности состава. Как правило, чем больше тепл. а выделяется при горении состава в единицу времени (т. е. чем быстрее горит состав), тем меньше для него значение минимального (критического) диаметра.

В связи с теплолотерями в окружающее пространство следует также рассматривать вопрос о минимально возможной скорости горения составов.

Осуществить при нормальных температуре и давлении процесс горения, имеющий очень малую скорость (например, 0,001 мм/с), невозможно, так как вследствие малого теплоприхода и относительно больших теплопотерь в окружающее пространство не удается создать той разности температур между газовой и конденсированной фазами, которая является одной из самых характерных черт процесса горения.

Одной из самых медленногорящих смесей является смесь из 96% МН4NОз и 4% древесного угля, горящая при атмосферном давлении и 20° С (с?=0,94 г/см3) со скоростью и=0,08 мм/с. Принимая приближенно объем газов, образующихся при горении, Уо=700 смз/г и температуру горения Г=900°К, получаем скорость течения газов в пламени:

u`=0.008*700* (900/293)=17см/с.

Эта цифра близка к скорости горения самых медленногорящих газовых смесей. указывает, что минимально возможная при нормальных условиях скорость горения газовой смеси CO+O2 должна составлять около 2 см/с.

При горении составов, дающих при сгорании большое количество газов, в замкнутом или полузамкнутом пространстве создается большое давление; скорость горения значительно возрастает, и горение может перейти во взрыв. Наиболее часто такое ускорение горения, заканчивающееся взрывом, наблюдается для хлоратных составов, содержащих большое количество (80—90%) хлоратов.

ГЛАВА IX

ВЗРЫВЧАТЫЕ СВОЙСТВА СОСТАВОВ

Большинство пиросоставов предназначено для равномерного горения, и потому желательно, чтобы они обладали минимальными взрывчатыми свойствами или не имели их вовсе.

Изготовление составов, имеющих высокую чувствительность к удару и трению и вместе с тем обладающих значительной скоростью и силой взрыва, весьма опасный процесс.

Способ изготовления изделий во многом определяется взрывчатыми свойствами составов. От них зависит также, какое количество составов может находиться в мастерской, какие расстояния должны быть установлены между отдельными мастерскими, тип производственных зданий (толщина стен, наличие окон и потолка вышибного типа, размер кабин, необходимость устройства 1 оградительных двориков и т. п.). Выбор аппаратуры (тип, размеры и загрузка мешателей, тип прессов, возможность массово-то прессования изделий и т. п.) во многом определяется взрывчатыми свойствами составов.

Кроме того, необходимо иметь ясное представление об условиях, при которых начавшийся процесс горения пиросоставов может перейти во взрыв.

Для выяснения взрывчатых свойств пиротехнических составов проводят лабораторные испытания, которые существенно отличаются от испытаяий взрывчатых веществ.

Испытания В, В проводятся с целью дать характеристику мощности взрыва, сравнить между собой ВВ по эффективности их действия.

Цель испытаний, проводимых с пиротехническими составами,— прежде всего установить отсутствие или наличие у них способности к возникновению и устойчивому распросгранению взрыва.

1 Ознакомиться с методами исследования процессов взрыва можно в работах [5, 17, 28].

Для того чтобы оградить себя от неожиданных взрывов в производственных условиях, следует при испытаниях взрывчатых свойств составов создавать самые жесткие условия.

Следует заметить, что взрыв в пиротехнических составах, кроме хлоратных смесей и смесей с окислителем NH4C104, в большинстве случаев возбуждается значительно труднее, чем в обычных вторичных ВВ.

Жесткость условий испытания сводится:

1) к употреблению возможно больших зарядов испытуемых составов (не менее 50—100 г) в порошкообразном виде;

2) к употреблению мощного инициального импульса (тетри-ловый детонатор — не менее 8г ) ;

3) помещению испытуемого заряда в проточную оболочку (железную трубу или еще лучше — в толстостенную свинцовую оболочку).

Эти испытания можно проводить в свинцовом блоке Трауцля, увеличив диаметр его канала до 40 мм. Признаком наличия у состава (навеска 50 г в порошке) способности к возникновению взрыва является значительное (^100 см3) расширение канала свинцового блока после испытания.

Испытание способности состава к устойчивому распространению взрыва заключается в подрыве удлиненных зарядов диаметром не менее 40 мм и длиной не менее 150—200 мм. Для создания жестких условий необходимо и здесь применять дополнительный детонатор и прочную оболочку.

Подходящим «свидетелем» того, дойдет ли взрыв до другого конца заряда (или затухнет по пути), может служить свинцовый столбик (диаметром 40 мм), используемый при пробе Гесса, или пластинка из двухмиллиметровой жести.

Для составов, показавших способность к устойчивому распространению взрыва, следует определить скорость распространения взрыва (скорость детонации) по методу Дотриша или используя фоторегистр с зеркальной разверткой. При проведении этих испытаний надо иметь в виду, что способность к возникновению и устойчивому распространению взрыва у большинства составов резко уменьшается с увеличением их плотности. В спрессованных составах взрывчатое разложение возбуждается весьма трудно и будучи вызвано легко и быстро затухает.

Поэтому наиболее опасно работать с пиросоставами тогда, когда они еще находятся в неуплотненном состоянии.

Испытания взрывчатых свойств составов по пробам, принятым для ВВ: проба на бризантность, испытание в блоке Трауцля (в обычном оформлении пробы), являются для пиросоставов малохарактерными и проводить их стоит только в тех случаях, когда имеется уверенность, что данный состав способен к устойчи -