Notiunui Despre Explozivi

1. NOȚIUNI DESPRE EXPLOZIVI

Generalități

Explozivii sunt acele substanțe care în urma unui impuls de inițiere (caloric, mecanic, electric sau chimic ) degajă energia necesară efectuării unui lucru mecanic. Energia potențială a pulberilor se transformă în energie cinetică a produșilor gazoși.

Explozia este procesul de transformare izotermă de mare viteză cu formare de produși gazoși caracterizați prin presiume ridicată.

Caracteristica principală a exploziei este viteza reacției, care variază în funcție de tipul explozibililui de la milimetri pînă la mii de metri pe secundă.

În funcție de viteza procesului, transformarea explozivă se prezintă sub două forme principale deosebite : deflagrația și detonația.

Deflagrația este caracterizată printr-o viteză relativ mică a transformării ajungând până ordinul metrilor pe secundă și este definită ca o combustie rapidă sub 200 de metri pe secundă fără aport de oxigen atmospheric.

Detonația este caracterizează printr-o viteză foarte mare a transformării de ordinul miilor de metri pe secundă. Viteza de detonație reprezintă o constantă a încărcăturii de exploziv și este utilizată ca etalon între diverși explozivi. Aceste viteze se încadrează între 3000 – 10000 m/s, cu mențiunea că există explozibili produși de curând cu viteze de detonație de peste 8000 m/s.

Acțiunea brizantă a explozivului constă în capacitatea lui de a distruge mediile cu care vine în contact, pe baza presiunii de detonație care este de peste 200 000 kgf/cm2 pentru explozivi puternici de tipul hexogenului.

Acțiunea cumulativă constă în concentrarea puterii exploziei într-o anumită direcție formând un jet cumulativ.

Viteza de mișcare a jetului cumulativ este de peste 10 000 m/s la o presiune de 100 000 kgf/cm2; permițând perforarea blindajelor de oțel cu grosimi de 400-800 mm.

Substanțele explozive se pot clasifica, în funcție de domeniul de utilizare, în următoarele grupe :

Explozivi de inițiere [7] :

– fulminații metalelor grele (fulminatul de mercur – Hg(ONC)2 și fulminatul de argint Ag(ONC);

– derivații acidului azothidric (azotura de plumb – Pb (N3)2 și azotura de argint – Ag(N3);

– știfnații și picrații metalelor grele (știfnatul de plumb – C6H(NOo)302PbH20);

– tetrazenul C2H8N10)O ;

– diazodinitrofenolul – C0H2N4O5.

Explozivi brizanți :

– nitroderivații din seria aromatică (trotilul – C6H2(N02)3CH3, tetrilul – C6H2(N02)3NCH3N02, dinitrobenzenul – C6H4(N02)2, precum și o serie de nitroderivati ai aminelor, de exemplu hexogenul – (CH2N N02)3);

– nitrații sau esterii acidului azotic (nitratul de glicerină – C3H5(0N02)3, nitratul de celuloză și pentrita – C(CH2ONO2)4 ;

– amestecuri explozive (amoniți, amonali, amatoli, dinamite și oxilicviți).

c) Pulberi :

– pulberi formate din amestecuri mecanice (pulberi negre);

– pulberi coloidale pe bază de nitrați de celuloză;

d) Compoziții pirotehnice :

– de iluminare, de semnalizare, fumigene, trasoare sau incendiare.

1.2. Explozivi de inițiere

Se utilizează pentru amorsarea transformării explozive a altor grupe de explozivi. De aceea, explozivii de inițiere se mai numesc și explozivi primari. Transformarea explozivă a explozivilor de inițiere este determinată de o acțiune mecanică sau termică, relativ slabă și se caracterizează printr-o perioadă scurtă de creștere a vitezei procesului pînă la valoarea maximă.

Principala lor formă de transformare explozivă este detonația și, în condiții obișnuite, ei pot deflagra numai în cantități extrem de mici.

Explozivii de inițiere se întrebuințează mai ales pentru încărcarea capselor de aprindere și capselor dețonante.

Principalele caracteristici termodinamice ale explozivilor de inițiere utilizați frecvent, sunt arătate în tabelul 1.1

1.3. Explozivi brizanți

Se utilizează pentru realizarea încărcăturilor de explozie în diferite muniții și mijloace explozive sau pentru fărâmițarea, spargerea și distrugerea obiectelor înconjurătoare. Forma lor preponderentă de transformare explozivă este detonația, determinată de o acțiune exterioară puternică, de obicei cu ajutorul explozivilor de inițiere. De aceea, explozivii brizanți se mai numesc și explozivi secundari.

Explozivii brizanți sunt substanțe unitare, a căror principală caracteristică fizico-chimică o reprezintă capacitatea lor de a detona, sau amestecuri cu proprietăți detonante. Amestecurile pot conține una sau mai multe substanțe explosive, ca de exemplu amestecurile de trotil cu azotat de amoniu, și cele de trotil cu hexogen, dar pot fi formate și din substanțe care fiecare în parte nu prezintă proprietăți explozive cum sunt astraliții care sunt formați în principal din hidrazină și azotat de amoniu.

Tabelul 1.1

.PRINCIPALELE CARACTERISTICI TERMODINAMICE ALE EXPLOZIVILOR DE INIȚIERE

* desc. produsul se descompune înainte de a se topi

Tabelul 1.2

PRINCIPALELE CARACTERISTICI TERMODINAMICE ALE EXPLOZIVILOR BRIZANȚI

Caracteristicile de bază ale principalilor explozivi brizanți sînt arătate în tabelul 1.2. De remarcat este numărul foarte mare al amestecurilor explozive brizante, formate din amestecuri specifice fiecărei destinații.

Dintre amestecurile explozive cea mai largă întrebuințare mai largă o au :

a). Compozițiile pe bază de hexogen sunt amestecurile explozive cele mai utilizate în scopuri militare :

– hexogen-trotil (hexolite) în proporții de 30/70, 50/50, 60/40, 85/15 și 90/10, caracterizate prin putere marea de explzie;

– hexal, compoziție care cuprinde hexogen, ceară și aluminiu. Acesta din urmă dă naștere, prin oxidare, unei reacții puternic exotermă și adiționarea sa unei compoziții explozive antrenează o creștere a energiei produșilor de detonație și ca urmare a brizanței. Se folosesc hexaluri în proporție de 80% hexogen, 5 % ceară și 15% aluminiu sau 75% hexogen, 5% ceară 20 % aluminiu, cărora li se adaugă și grafit fiind utilizați pentru încărcarea rachetelor ;

– hexogen – liant plastic, amestecuri cu proprietăți mecanice bune și rezistente la temperatură. Se folosesc un număr mare de polimeri – lianți sintetici, cel mai răspîndit fiind nylonul;

– exploziv plastic, amestec cu un plastifiant care permite modelarea hexogenului, făcându-1 mai puțin sensibil la acțiunile exterioare, fără a-i diminua proprietățile explozive.

Compoziții pe bază de pentrită :

– pentrita-parafină, amestecuri care conțin 2-15% parafină, aceasta fiind folosită ca un flegmatizator;

– pentrita – mononitronaftalină, amestecuri care conțin 5-15,% mononitronaftalină;

– pentrita – ceruri (pentaceruri), amestecuri cu 2-15% ceară;

– pentrită-trotil (pentolite), amestecuri în proporție de 90/10; 67/ 33 ; 60/40 și 50 /50 ;

– Formex Pl este un exploziv plastic, folosit în special pentru modelarea metalelor și conține 87 % pentrită, 9,75 % ulei de transformator și 3,25 % cauciuc).

c) Compoziții pe bază de trotil:

– azotat de amoniu – trotil (amatoluri), amestecuri în proporție de 80/20 ; 65/35 și 50/50, sînt folosite ca înlocuitori ai trotilului;

– amonal, amestec format din 22% azotat de amoniu, 67% trotil și 11% aluminiu, având o brizanță egală cu 83 % din aceea a trotilului;

– tritonal, conține 80 % trotil și 20 % aluminiu, se folosește la încărcarea munițiilor explozive avînd un efect mare prin suflu ;

– azotat de bariu-tro'til (baratoli), amestecuri în proporție de 67/33, 75/25 și 60/40 se folosesc pentru muniții explozive și distrugeri;

– baronal, amestec de azotat de bariu, trotil și aluminiu, folosit pentru încărcarea munițiilor explozive.

Caracteristicile unor amestecuri explozive sînt date în tabelul 1.3

Tabelul 1.3. Principalele caracteristici ale unor amestecuri explozive

* Coeficientul de utilizare practică este o mărime convențională invers proporțională cu cantitatea C de exploziv care produce în blocul de plumb același efect ca 15 g acid picric pur, pentru care s-a adoptat valoarea arbitrară 100.

1.4. Pulberi

Pulberile sînt substanțe explozive, care în urma unei reacții exoterme, pot furniza energia necesară mișcării proiectilului sau pentru propulsia rachetelor. Ele se folosesc și la realizarea unor dispozitive pirotehnice.

Pulberile se aprind relativ ușor, iar în volum închis ard uniform, viteza de ardere fiind proporțională cu presiunea (după o lege liniară sau exponențială), în acest fel este posibilă

reglarea în limite largi a procesului de emisie a gazelor și prin aceasta stăpînirea fenomenului tragerii.

1.4.1. Pulberi negre (pulberi cu fum)

Pulberile negre sunt amestecuri ternare ale unui comburant (oxidant) și anume azotatul de potasiu numit adesea și salpetru și a doi combustibili : sulful și cărbunele de lemn, proporțiile fiecăruia din constituienți variind în funcție de destinația pulberii.

În prezent, pulberile negre au o întrebuințare destul de limitată în tehnica militară, ele fiind înlocuite cu pulberile coloidale.

Compoziția acestora în procente de greutate a cîtorva tipuri de pulberi negre este redată în tabelul 1.4.

Tabelul 2.4.Compoziția în procente de greutate a pulberilor cu fum

După destinație, există mai multe tipuri de pulberi negre și anume :

– pulberile cu granulație mare, se întrebuințează pentru trealizarea amorselor încărcăturilor de azvîrlire, pentru gurile de foc de calibru mijlociu și mare (de tipul DRP-1 și DRP-2);

– pulberile de armă, se întrebuințează ca încărcături de evacuare la proiectilele de iluminare, incendiare și pentru difuzat materiale tipărite ;

– pulberile pentru focoase, sunt folosite pentru încărcarea părților fuzante ale focoaselor, la fabricarea întârzietoarelor, a mijloacelor de siguranță și a intensificatorilor ;

– pulberile pentru fitile, sunt utilizate pentru fabricarea fitilelor de aprindere.

Dimensiunile și densitățile unor mărci de pulbere neagră sunt arătate în tabelul 1.5.

Tabelul2.5.Dimensiunile și densitățile unor mărci de pulbere neagră

2.4.2. Pulberi coloidale (pulberi fără fum)

Pulberile coloidale sunt amestecuri omogene de substanțe explozive a căror energie chimică este transformată, în procesul arderii, în energie calorică, iar aceasta în energie cinetică a produșilor gazoși; într-un spațiu închis sau semiînchis, acestea dezvoltă o mare presiune, imprimînd proiectilului sau rachetei viteza de mișcare stabilită.

Pulberile fără fum sunt coloizi solizi, la exterior prezentîndu-se ca niște substanțe cornoase, semitransparente în plăci subțiri. Culoarea lor variază de la galben, la verde închis, brună sau chiar neagră, în raport de compoziția și procedeul de preparare a masei de pulbere.

Substanța furnizoare de energie a pulberilor coloidale o constituie nitrații de celuloză, care, de obicei, sunt caracterizați prin gradul lor de nitrare exprimat prin conținutul de azot. Nitrații cu un conținut în azot mai mare de 12% sunt cunoscuți sub denumirea de piroxiline, iar cei cu un conținut mai mic — coloxiline.

Nitratul de celuloză, care este un exploziv brizant fibros, care sub acțiunea unui solvent, este gelatinizat și transformat într-o substanță plastifiată.

În raport de proprietățile lor, solvenții pot fi împărțiți în două grupe : activi și inerți.

Solvenții activi prezintă ei înșiși proprietăți explozive și din această cauză măresc energia potențială a pulberii. Cei mai utilizați solvenți de acest tip sunt : nitratul de glicerină, nitratul de diglicol și dinitrotoluenul. Aceștia rămân în constituția pulberii ca izvoare de energie.

Solvenții inerți micșorează energia potențială a pulberii. Cei mai importanți solvenți de acest tip sunt: alcoolul etilic în amestec cu eterul etilic, alcoolul metilic în amestec cu eterul etilic, acetona, benzenul, cîte odată eterul acetic și diferite alte uleiuri organice.

Când pentru gelatinizarea nitratului de celuloză sunt folosiți solvenți inerți, deci nitratul de celuloză este singurul izvor de energie, asemenea pulberi se consideră cu bază simplă (pulberi cu bază de nitroceluloză) ; când sunt folosiți solvenți activi, aceste pulberi se consideră cu bază dublă (pulberi cu bază de nitroglicerină, de nitrodiglicol etc.).

În raport de gradul de volatilitate al solventului utilizat deosebim : pulberi cu solvent volatil (de nitroceluloză); pulberi cu solvent greu volatil (de nitroglicerină și nitrodiglicol) ; pulberi cu solvent nevolatil (pulberi de trotil).

Solubilitatea în amestec de solvenți și conținutul de azot, în general trebuie să fie cuprinse între limitele arătate în tabelul 1.6.

Tabelul 1.6.Solubilitatea în amestec și conținutul de azot

Pentru împiedicarea procesului de descompunere, în masa pulberilor sunt introduși o serie de stabilizanți, dintre care cei mai folosiți sunt : difenilamina și centralitele.

În afară de aceasta, pulberile mai conțin în masa lor și adaosuri destinate să modifice proprietățile mecanice ale pulberii și să ușureze prelucrarea lor mecanică. În afara vaselinei sau uleiului de vaselină, se mai pot utiliza, triacetina sau triacetatul de glicerol ori, ftalatul de dietil sau de dibutil.

Pentru micșorarea vitezei de ardere a straturilor exterioare ale elementelor de pulbere, în cadrul procesului de fabricație sunt adaugate substanțe speciale numite flegmatizatori sau progresivatori (compuși organici săraci în oxigen). Drept flegmatizatori sunt folosiți, camforul, centralita, dinitrotoluenul și uleiuri de rășini.

Pentru micșorarea flăcării se folosesc o serie de adaosuri, în special sărurile de potasiu și nitrații aromatici.

În afara substanțelor furnizoare de energie (nitroceluloza, nitroglicerina, nitroglicolul, nitroguanidina), a stabilizantului, flegmatizatorului și a substanțelor antiflacără, pulberile mai conțin în masa lor și alte substanțe care îndeplinesc diferite roluri (reducerea higroscopicității, scăderea puterii calorice, respectiv a temperaturii gazelor).

La baza clasificării pulberilor coloidale din punct de vedere al fabricației lor, stă solventul utilizat și în această privință deosebim :

– pulberi cu solvent-eliminabil – în principal pulberi de nitroceluloză, la care cea mai mare parte a solventului se elimină în procesul de fabricație, iar în masa pulberii rămâne doar un procent redus de solvent, atât cât este necesar menținerii acesteia în stare de gel;

– pulberi cu solvent parțial eliminabil — în principal pulberi cu nitroglicerină de tip cordită, la care se utilizează ca solvent acetona, care ulterior, în procesul de fabricație, se elimină ;

– pulberi cu solvent neeliminabil — în principal pulberi cu nitroglicerină de tip balistită, pulberi glicolice și pulberi cu trotil, la care solventul rămîne integral înglobat în masa pulberii.

Compoziția pulberilor cu solvent eliminabil este dată în tabelul 1.7.

Tabelul 1.7.Compoziția pulberilor cu solvent eliminabil

Balistitele se prepară din nitrat de celuloză cu conținut redus de azot (coloxilină), pentru dizolvarea căreia se utilizează nitratul de glicerină în proporție de 30-50%. Compoziția acestor pulberi este dată în tabelul 1.8.

Tabelul 1.8.Compoziția balistitelor

Corditele se prepară din nitrat de celuloză cu conținut ridicat de azot (piroxilină), pentru dizolvarea căreia se utilizează nitroglicerină în proporție de 20-40% în amestec cu acetona.

Compoziția acestor pulberi este prezentată în tabelul 1.9 :

Tabelul 1.9. Compoziția corditelor

Pulberile cu solvenți solizi neeliminabili sunt preparate pe bază de nitrat de celuloză cu conținut mic de azot și au în general următoarea compoziție (tabelul 2.10 ):

Tabelul 2.10. Compoziția pulberilor cu solvenți solizi neeliminabili

Principalele caracteristici fizice, chimice și balistice ale pulberilor coloidale, sunt arătate în tabelul 2.11.

Pulberile cu lac — reprezintă o variantă de pulberi coloidale utilizate pentru cartușele de infanterie de calibru 5,45 mm la 14,5 mm, pentru cartușele unor arme sportive cât și pentru lovituri de artilerie de calibru mic (23 mm, 30 mm, 37 mm, 40 mm).

Tabelul 2.11. Principalele caracteristici ale pulberilor coloidale

Din punct de vedere al compoziției pulberile cu lac reprezintă o soluție de nitrat de celuloză, de mare vîscozitate și alți componenți într-un solvent care se emulsionează în mediu apos sau se extrudează prin orificii. În cazul unor pulberi înalt energetice acestea conțin și nitrat de glicerină (aprox. 12%). Aceste pulberi pot avea forme sferice, elipsoidale, disc, iar structura lor poate fi compactă sau poroasă.