Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)
| Вид материала | Учебное пособие |
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 981.77kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1531.98kb.
- Федеральное агентство по образованию Бийский технологический институт (филиал), 2694.55kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 2134.54kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1660.78kb.
- Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал), 1946.38kb.
- Решением Ученого совета, 125.93kb.
- Федеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники", 3538.74kb.
- Бийский технологический институт (филиал), 2586.35kb.
- Министерство образования и науки федеральное агентство по образованию майкопский государственный, 102.13kb.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Бийский технологический институт (филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет
имени И.И. Ползунова»
Д.И. Дементьева, И.С. Кононов, Р.Г. Мамашев,
В.А. Харитонов
ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ
ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Издание 2-е, переработанное и дополненное
Допущено учебно-методическим объединением по образованию
в области химической технологии и биотехнологии в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки дипломированных
специалистов «Химическая технология энергонасыщенных
материалов и изделий»
Бийск
Издательство Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова
2009
УДК 662.2.03:662.1
В 24
Рецензенты: д.т.н. зам. генерального директора ФГУП «ФНПЦ
«Алтай» В.А. Шандаков;
д.т.н., профессор, зав. кафедрой ХТ ВМС Казанского
государственного технологического университета
А.В. Косточко
Д
В 24
ементьева, Д.И.
Введение в технологию энергонасыщенных материалов: учебное пособие / Д.И. Дементьева, И.С. Кононов, Р.Г. Мамашев, В.А. Ха-ритонов; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2009. 254 с.
ISBN 978-5-9257-0151-5
Учебное пособие включает три раздела.
В первом разделе рассмотрены общие сведения о взрывчатых веществах (ВВ), дана их классификация и взрывчатые свойства. Приведены сведения об элементах артиллерийского выстрела, средствах ини-циирования и методах снаряжения боеприпасов. Описаны свойства и применение инициирующих и бризантных ВВ, принцип компоновки промышленных ВВ и их применение.
Во втором разделе рассмотрены технология изготовления, свойства и применение дымного, пироксилинового, сферического, баллиститного порохов и смесевых ракетных твердых топлив.
В третьем разделе приведены сведения о пиротехнических составах: принцип компоновки, классификация, технология изготовления
и применение.
Учебное пособие может быть полезным также для аспирантов и инженерно-технических работников в области спецхимии и спецтехнологии.
При переиздании значительно переработано и дополнено содержание первого и второго разделов.
ISBN 978-5-9257-0151-5 Д.И. Дементьева, И.С. Кононов,
Р.Г. Мамашев, В.А.Харитонов, 2009
БТИ АлтГТУ, 2009
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………..….….. | 5 |
1 ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА………………………..………..……. | 10 |
| 1.1 Общие сведения о взрывчатых веществах……………….…… | 10 |
| 1.2 Классификация взрывчатых веществ…………………….…… | 11 |
| 1.3 Реакции взрывчатого разложения………………………….….. | 13 |
| 1.4 Общие свойства взрывчатых веществ…………………..….…. | 16 |
| 1.4.1 Чувствительность взрывчатых веществ………………… | 16 |
| 1.4.2 Стойкость взрывчатых веществ…………………………. | 19 |
| 1.5 Действие взрыва на окружающую среду…………………..…. | 20 |
| 1.6 Понятие о боеприпасах и выстрелах……………………….…. | 21 |
| 1.7 Инициирующие взрывчатые вещества……………………..…. | 25 |
| 1.7.1 Гремучая ртуть……………………………………………. | 26 |
| 1.7.2 Азид свинца…………………………………………….…. | 26 |
| 1.7.3 Тринитрорезорцинат свинца…………………………..…. | 27 |
| 1.7.4 Тетразен…………………………………………………… | 27 |
| 1.8 Средства инициирования………………………….…..……..… | 28 |
| 1.8.1 Средства воспламенения……………………………….… | 28 |
| 1.8.2 Средства детонирования……………………………….… | 30 |
| 1.9 Бризантные взрывчатые вещества………………………….…. | 31 |
| 1.9.1 Нитроглицерин………………………………………….… | 34 |
| 1.9.2 Гексоген…………………………………………………… | 27 |
| 1.9.3 Октоген……………………………………………………. | 38 |
| 1.9.4 Нитрат целлюлозы…………………………………….….. | 39 |
| 1.9.5 Тротил…………………………………………………....... | 83 |
| 1.10 Промышленные взрывчатые вещества………………..…..…. | 84 |
| 1.10.1 Простейшие гранулированные взрывчатые вещества…………………………………………………………….…. | 84 |
| 1.10.2 Взрывчатые смеси аммиачной селитры с тротилом………………………………………………………….….. | 85 |
| 1.10.3 Водосодержащие взрывчатые вещества……..…….…. | 86 |
| 1.10.4 Эмульсионные взрывчатые вещества (эмулиты)….… | 87 |
| 1.10.5 Нитроэфиросодержащие взрывчатые вещества….….. | 87 |
| 1.10.6 Предохранительные взрывчатые вещества……..….… | 88 |
| 1.10.7 Конверсионные промышленные взрывчатые вещества…………………………………………………………….…. | 89 |
| 1.11 Снаряжение боеприпасов взрывчатыми веществами…. | 91 |
| 1.12 Применение взрывчатых веществ в народном хозяйстве……………….……………………………………..……..… | 94 |
| 2 ПОРОХА И СРТТ…………………………………………………... | 103 |
| 2.1 Общие сведения о порохах……………………………….…..... | 103 |
| 2.2 Классификация порохов…………………………..…..……...… | 104 |
| 2.3 Дымный порох……………………………………..………….... | 105 |
| 2.3.1 Свойства дымного пороха……………………………..…. | 106 |
| 2.3.2 Производство дымного пороха……………………….….. | 106 |
| 2.3.3 Применение дымного пороха………………………….… | 108 |
| 2.4 Пироксилиновые пороха…………………………………….…. | 109 |
| 2.4.1 Производство пироксилиновых порохов периодическим способом…………………………………………….. | 113 |
| 2.4.2 Производство пироксилиновых порохов непрерывным методом…………………………………………….…. | 125 |
| 2.5 Особенности технологии производства сферических порохов и краткие сведения о кордитном порохе………………..… | 126 |
| 2.6 Баллиститные пороха……………………………………….…. | 127 |
| 2.6.1 Изготовление пороховых масс баллиститного типа……. | 132 |
| 2.6.2 Переработка пороховых масс баллиститного типа методом проходного прессования………………………….….. | 136 |
| 2.6.3 Иные способы переработки пороховых масс баллиститного типа………………………………………………..….. | 144 |
| 2.6.4 Применение баллиститных порохов в народном хозяйстве………………………………………………………….…… | 150 |
| 2.7 Смесевые ракетные твердые топлива……………………...….. | 157 |
| 2.7.1 Принципиальный состав СРТТ и назначение компонентов…………………………………………………….…….. | 175 |
| 2.7.2 Приготовление топливных масс и изготовление зарядов СРТТ……………………………………………………….…. | 198 |
| 2.7.3 Методы контроля качества изделий………………….….. | 215 |
| 3 ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ……………………………..… | 223 |
| 3.1 Общие сведения о пиротехнических составах………….……. | 223 |
| 3.2 Классификация пиротехнических составов…………….……. | 226 |
| 3.2.1 Осветительные пиротехнические составы……………… | 226 |
| 3.2.2 Сигнальные пиротехнические составы………………….. | 227 |
| 3.2.3 Трассирующие составы……………………………….….. | 229 |
| 3.2.4 Зажигательные составы……………………………….….. | 229 |
| 3.2.5 Дымовые (маскирующие) составы………………………. | 231 |
| 3.2.6 Пестицидный состав……………………………………… | 232 |
| 3.3 Использование пиротехнических составов в народном хозяйстве…………………………………..…..………. | 232 |
| ЛИТЕРАТУРА………………………………………………….……... | 246 |
ВВЕДЕНИЕ
В современной жизни любого государства большое значение имеют энергонасыщенные материалы, или энергетические конденсированные системы.
Энергетические конденсированные системы (ЭКС) – это ракетные, артиллерийские, плазменные, лазерные и винтовочные пороха, смесевые ракетные твердые топлива, все виды взрывчатых веществ, пиротехнические средства и гидрореагирующие твердотопливные ком-позиции [1]. ЭКС являются основой обороноспособности государства и оказывают влияние на экономику, на развитие науки и техники. Без ЭКС нет артиллерии, нет стрелкового оружия, нет основных видов боевых ракет, в том числе межконтинентальных, а без современного и перспективного оружия нет армии.
Энергетические конденсированные системы – это эффективный источник энергии для техники и новых технологий. Специальные виды ЭКС позволили создать уникальные и весьма актуальные технологии. Так, на базе плазменных твердых ракетных топлив впервые в мире
разработаны пороховые магнитные гидродинамические генераторы (МГД-генераторы) электрической энергии, которые позволяют вести поиск полезных ископаемых на больших глубинах, осуществлять долгосрочный прогноз землетрясений, исследовать строение земной коры на глубинах до 70 и более километров. Специальные градобойные ракеты и артиллерийские системы используются для борьбы с лесными пожарами и градом, стимулируют искусственное выпадение осадков.
С помощью ЭКС проводится сварка не свариваемых классическими методами материалов, штамповка и резка металлов, танков и судов, упрочнение стальных конструкций, синтез алмазов, ультрадисперсных алмазов из углерода и многое другое. ЭКС являются опасными в производстве и эксплуатации.
По служебному использованию и опасности ЭКС делятся на четыре группы: инициирующие взрывчатые вещества (ИВВ), бризантные (вторичные) ВВ (БВВ), метательные (пороха и смесевые ракетные твердые топлива) (МВВ) и пиротехнические составы (ПТС) [2]. Основными свойствами ЭКС, определяющими отнесение их к той или иной группе, являются чувствительность к внешним воздействиям (удару, трению, нагреву), к ударно-волновому импульсу, детонационная способность и склонность к переходу горения во взрыв и детонацию (ПГВ и ПГД).
Наиболее опасными являются ИВВ, так как они имеют наибольшую чувствительность к удару и трению, склонны к ПГВ на открытом воздухе даже в малых (менее 1 г) количествах.
Многие пиротехнические составы приближаются по степени опас-ности к ИВВ (особенно опасны мелкие изделия цветопламенных и форсовых составов).
Бризантные ВВ способны взрываться, если они сосредоточены в значительных количествах. Из них наиболее опасны гексоген, октоген, ТЭН, тетрил, менее опасны аммониты и водосодержащие ВВ, гелеобразные и эмульсионные ВВ.
Пороха и твердые ракетные топлива считаются менее опасными, многие из них устойчиво горят при давлениях в десятки и сотни мегапаскалей, но вместе с тем обладают высокой воспламеняемостью, а ружейные, минометные и некоторые другие пороха способны к переходу горения во взрыв.
Первым взрывчатым веществом, применявшимся в военной технике и в различных отраслях хозяйства, был дымный, или черный порох, − смесь калиевой селитры, серы и угля в различных соотношениях. Полагают, что взрывчатые смеси, подобные дымному пороху, были известны за много лет до нашей эры народам Китая и Индии. Вероятно, что из Китая и Индии сведения о дымном порохе попали сначала к арабам и грекам. До середины XIX века, то есть на протяжении почти 500 лет, кроме дымного пороха не было ни одного взрывчатого вещества.
Сначала дымный порох применялся для стрельбы в виде порошка − пороховой мякоти и в России назывался зельем. Необходимость увеличения скорострельности оружия привела к замене пороховой мякоти пороховыми зернами.
Существенный вклад в развитие порохового производства в России сделан в начале XVIII века при Петре I.
В 1710–1723 гг. были построены крупные государственные пороховые заводы − Петербургский, Сестрорецкий и Охтинский.
В конце XVIII века Ломоносовым, а затем Лавуазье и Бертло во Франции был найден оптимальный состав дымного пороха: 75 % калиевой селитры, 10 % серы и 15 % угля. Этот состав стал применяться в России с 1772 г. и практически не претерпел никаких изменений до настоящего времени.
В 1771 г. после реконструкции вступил в строй Шостенский пороховой завод, а в 1788 г. построен крупнейший в мире Казанский пороховой завод.
В конце XVIII и в начале XIX веков отмечается бурное развитие естествознания: делаются открытия в области химии, физики и области взрывчатых веществ и порохов. Один за другим синтезируются взрывчатые вещества, превосходящие по энергетике дымный порох.
В 1832 г. французский химик Г. Браконо, обрабатывая лен и крахмал азотной кислотой, получил вещество, названное им ксилоидином.
В 1838 г. Пелузо повторил опыты Г. Браконо. При действии на бумагу азотной кислоты был получен пергамент, не смачиваемый водой и легко воспламеняемый. Пелузо назвал его «взрывчатое, или огненное, дерево».
Приоритет открытия нитратов целлюлозы признан за немецким химиком Шенбейном. Беттгером независимо от Шенбейна был получен пироксилин. Шенбейн и Беттгер взяли патент на строительство пироксилиновых заводов в нескольких странах, и уже в 1847 г. в Англии был построен первый завод по изготовлению пироксилина, который в этом же году был разрушен взрывом.
По патенту Шенбейна и Беттгера в 1852 г. был построен завод в Австрии, на котором также произошел взрыв. Последующий ряд взрывов пироксилиновых заводов показал невозможность получения химически стойкого пироксилина по методу Шенбейна, поэтому интерес к нему как взрывчатому веществу в ряде стран ослаб, и только в Австрии Ленк (1853–1862 гг.) продолжал проводить исследования по получению стойкого пироксилина. Он предложил промывать нитраты целлюлозы содовым раствором слабой концентрации. Однако его попытки были безрезультатными, и после трех взрывов на складах в 1862 г. и в Австрии работы по получению пироксилина прекратились.
Несмотря на такие большие неудачи, работы в области получения химически стойкого пироксилина в Англии продолжал Абель, и в 1865 г. ему удалось получить стойкий нитрат целлюлозы. Он доказал, что причиной самовоспламенения нитратов целлюлозы при хранении на складах является серная кислота, которая остается во внутренних капиллярах волокна. Для извлечения этого остатка Абель предложил измельчать волокна нитроцеллюлозы под водой в голландерах. Этот способ позволил извлечь остаток серной кислоты из капилляров и полу-чить нитроцеллюлозу с достаточным сроком безопасного хранения.
С этого времени интерес к нитроцеллюлозе вновь стал возрастать, ее применяли в качестве взрывчатого вещества, впоследствии получали динамиты.
В 1884 г. Вьелю удалось найти способ уплотнения нитроцеллюлозы. Он предложил обрабатывать ее смесью спирта и эфира. При выдержке образуется тестообразная масса, которую можно выдавливать, прессовать, прокатывать, то есть придавать ей желаемую форму. За это открытие он получил Нобелевскую премию. Так стали получать пироксилиновые пороха.
В России работы по получению нитратов целлюлозы были начаты в 1845–1846 гг. полковником Фадеевым, который пытался применить нитрованный хлопок для стрельбы из пушек и гаубиц.
Систематические работы были начаты в 1891 г., когда при Морском Ведомстве создали лабораторию по изучению физико-химичес-ких свойств нитратов целлюлозы и порохов. Работами в лаборатории руководил Д.И. Менделеев. В этой лаборатории в 1891 г. Менделеев с сотрудниками получил пироколлодийный пироксилин, а в 1892 г. на его основе − пироколлодийный порох.
Валовое производство нитратов целлюлозы и порохов в России было начато в 1894 г. Начиная с этого времени история развития нитратов целлюлозы идет по пути исследования процессов получения, усовершенствования технологического процесса, создания новой аппаратуры и изыскания нового типа и формы целлюлозного сырья.
Большая заслуга в этом принадлежит видным ученым: Р.А. Малахову, А.П. Закощикову, А.И. Титову, Г.К. Клименко, А.П. Сапожникову, Л.В. Забелину, А.В. Марченко и многим другим. До 1930 г. нитраты целлюлозы получали только на основе хлопковой целлюлозы, а позднее начали применять и древесную.
Решающая заслуга в разработке технологии пироксилинового пороха в России принадлежит З.В. Калачеву, А.В. Сухинскому, В. Никольскому и многим другим.
В 1846 г. в Италии Собреро был получен нитроглицерин.
В 1853–1854 гг. русскими учеными Н.Н. Зининым и В.Ф. Петрушевским впервые в мире отработана технология получения нитроглицерина.
В 1888 г. шведом Альфредом Нобелем на основе нитроглицерина был предложен порох, содержащий 40 % нитроглицерина и 60 % нитроцеллюлозы. При испытаниях в артиллерийских орудиях оказалось, что этот порох обладает значительно большей силой, чем пироксилиновый.
В 1889 г. Ф. Абелем и Д. Дьюаром в Англии был предложен другой тип нитроглицеринового пороха под названием «Кордит», что значит шнур или струна.
В Советском Союзе промышленное изготовление баллиститного пороха началось с 1928 г., а затем особенно интенсивно развивалось во время второй мировой войны.
В послевоенный период (с 1949 г.) начато промышленное производство крупногабаритных ракетных порохов, а с 1958 г. − разработка высокоэнергетических ракетных порохов.
Начиная с середины 50-х годов XX в. как в СССР, так и в США, активное развитие получили смесевые ракетные твердые топлива.
В развитии современных порохов и топлив существенный вклад внесли отечественные ученые А.С. Бакаев, К.И. Баженов, Д.И. Гальперин, Б.П. Жуков, Н.Г. Рогов, А.В. Косточко, К.И. Синаев, Я.Ф. Савченко, Г.В. Сакович, Б.М. Аникеев, Н.Д. Аргунов, В.В. Мошев, В.А. Морозов, В.И. Самошкин и многие другие ученые.
Пиротехнические составы как боевое средство за несколько веков до нашей эры применяли в Китае.
В России развитие пиротехники главным образом шло в направлении фейерверочных составов, а в начале XIX в. − военного назначения. Большой вклад в развитие отечественной пиротехники сделали К.И. Константинов, В.Н. Чиколев, Ф.В. Степанов, Ф.Ф. Матюкевич, А.А. Шидловский, Ф.П. Мадякин.
К 1992 г. стратегические войска России имели на вооружении 1386 межконтинентальных баллистических ракет наземного и 934 морского базирования. В состав стратегического наступательного вооружения входят:
межконтинентальные баллистические ракеты сухопутного базирования;
баллистические ракеты подводных лодок;
крылатые ракеты стратегических бомбардировщиков.
Создатели ракетных комплексов:
Королев Сергей Павлович – ученый, конструктор ракетно-косми-ческой техники, основоположник практической космонавтики. Под руководством С.П. Королева разработаны и сданы на вооружение первые отечественные баллистические ракеты дальнего действия на СРТТ.
Макеев Виктор Петрович – генеральный конструктор боевой ракетной техники. Руководитель разработки первой отечественной твердотопливной межконтинентальной ракеты с разделяющей боевой частью.
Уткин Владимир Федорович – генеральный конструктор, директор НПО «Южное». Под его руководством создан передвижной ракетный комплекс железнодорожного базирования РК-23.
Надирадзе Александр Давидович – выдающийся конструктор ракетной техники. Под его руководством созданы первые в мире мобильные ракетные комплексы, заложены основы создания ракетного комплекса «Тополь».
Лагутин Борис Николаевич – генеральный конструктор, разработчик подвижных ракетных комплексов с твердотопливными ракетами.
Соломонов Юрий Семенович – генеральный конструктор. Под его руководством создан универсальный ракетный комплекс «Тополь-М».
1 ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА