Analiza metodologije za ispitivanje hemijske stabilnosti baruta i raketnih goriva Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ANALIZA METODOLOGIJE ZA ISPITIVANJE HEMIJSKE STABILNOSTI BARUTA I RAKETNIH GORIVA

UDC: 662.312.1 : 621.45.07-6

Rezime:

Kao i sve energetske supstance, baruti i raketna goriva su termodinamicki nestabilni, zbog cega, tokom skladištenja, dolazi do njihove hemijske dekompozicije (starenja). Proces starenja dovodi dopromene njihovih fUnkcionalnih karakteristika, i do smanjenja sigurnosti u toku skladištenja zbogpotencijalne opasnosti od samozapaljenja. U radu je objašnjen me-hanizam dekompozicije nitroestara i fenomen hemijske stabilnosti baruta i raketnih goriva. Izvršena je komparativna analiza naše i NATO metodologije za kontrolu hemijske stabilnosti, a posebno su navedeni uoceni nedostaci u dosadašnjoj primeni standarda SNO 8069/91. Kao optimalno rešenje ovog problema predloženo je prihvatanje odgovarajucih STANAG standarda koji regulišu ovu problematiku.

Kljucne reci: baruti, raketna goriva, hemijska stabilnost, standard.

Dr Radun Jeremi},

pukovnik, dipl. inž.

Vojna akademija, Beograd

mr Luka Grbovic,

pukovnik, dipl. inž.

Uprava za odbrambene tehnologije MO, Beograd

THE ANALISYS OF METHODOLOGY FOR INVESTIGATION OF CHEMICAL STABILITY OF PROPELLANTS

Summary:

As the other energetic substances, propellants are thermodynamically unstable. Thereby, during storing, they undergo chemical decomposition process (aging). Aging process are cause changing their functional properties and decreasing safe during storage because of potential hazard from self ignition. The decomposition mechanism of nitro esters and chemical stability fenomen of propellants are shortly discussed in these papers. The compared analisys of domestic and NATO methodology for investigation of chemical stability is realized. The observed deficiencies in up to now application of standard SNO 8069/91 are specially mentioned. As optimal solution of this problem it is supposed to accept corresponding STANAG standards that regulate this problematic.

Key words: propellants, chemical stability, standard.

Uvod

Pogonske eksplozivne materije (baruti i raketna goriva), kao i ostale eksplozivne materije (EM), poseduju visoki sa-držaj energije zbog cega se cesto naziva-ju i energetski materijali.

Zbog povišenog sadržaja energije pogonske EM su više ili manje termodinamicki nestabilne, zbog cega su sklone laganoj termickoj dekompoziciji, cak i na

sobnoj temperaturi. Procesi hemijskog razlaganja odvijaju se prema razlicitim mehanizmima, kao što su monomole ku-larni raspad, uz formiranje slobodnih ra-dikala, konsekutivne reakcije izmedu slobodnih radikala, oksidacioni i hidroliticki procesi, itd. Vecina ovih procesa su eg-zotermni i autokataliticki [1]. Kao takvi mogu uzrokovati dva glavna problema:

- nestabilnost baruta i raketnih gori-va (RG),

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

405

- termalnu eksploziju, odnosno nji-hovo samozapaljenje u odredenim kritic-nim uslovima.

Posledica odigravanja ovih procesa je smanjenje veka upotrebe pogonskih EM. Pojam nestabilnost (starenje) baruta i RG podrazumeva pad njihovih funkcio-nalnih i bezbednosnih karakteristika to-kom skladištenja.

Samozapaljenje EM može da se do-godi u slucaju kada je brzina oslobadanja toplote usled egzotermnih reakcija he-mijske dekompozicije, koje se odvijaju u pogonskim EM, veca od brzine razmene toplote sa okolinom.

Vek upotrebe obicno se definiše kao interval u kojem se pogonske eksploziv-ne materije mogu skla dištiti i primenjiva-ti bez bilo kakve opasnosti. Da bi se on definisao moraju se poznavati vremena bezbednog skladištenja i vremena pou-zdanog funkcionisanja.

Vreme bezbednog skladištenja ili hemijski vek upotrebe obuhvata period za koji se odredena pogonska EM može bezbedno skla dištiti bez ikakve opasnosti od samozapaljenja. Bezbedni vek je ogranicen intenzitetom reakcija termicke dekompozicije (reakcijama starenja).

Vreme pouzdanog funkcionisanja (balisticki vek) jeste period u kojem se pogonska EM može bezbedno primenji-vati i u kojem funkcionalne karakteristi-ke ostaju u zahtevanim granicama.

Glavni faktori koji ogranicavaju vreme pouzdanog funkcionisanja su he-mijsko starenje pogonskih EM (gubitak energije) i fizicko starenje usled odvija-nja razlicitih fizickih procesa (upijanje vlage, difuzija, fazne promene, itd.) što dovodi do pada mehanickih karakteristika (posebno važno kod raketnih goriva).

Radi toga se stabilnost baruta i RG mora detaljno ispitati pre nego što se krene u njihovu proizvodnju, skladištenje i labo-raciju u ubojna sredstva (UbS), a zatim, tokom skladištenja, mora se periodic no kontrolisati da bi se izbegle neželjene po-sledice usled moguceg samozapaljenja.

Sva ispitivanja moraju biti realizo-vana po strogo definisanoj proceduri koja se propisuje odgovarajucim standardima. U tom pogledu mi u poslednjih 15 godina zaostajemo u odnosu na svet. Poslednji važan standard koji je kod nas donešen je SNO 8069/91 koji reguliše ispitivanje he-mijske stabilnosti baruta i RG [2], ali su tokom nje gove primene uoceni brojni ne-dostaci [3]. U isto vreme, u svetu, a pre svega u zemljama NATO i clanicama Partnerstva za mir (NATO/PfP), intenziv-no se radilo na usavršavanju metodologije kontrole hemijske stabilnosti baruta i RG. Kao rezultat tih straživanja u poslednjih pet godina usvojeno je nekoliko standarda grupe STANAG (Standardisation Agreement NATO/PfP) i tehnickih publikacija kojima je regulisana ova problematika.

Hemijsko starenje baruta i RG

Problem hemijske stabilnosti naro-cito je izražen kod pogonskih EM na bazi NC i NG. Hemijsko starenje pogonskih EM zapocinje kidanjem veze O-NO2, pri cemu se formira azotdioksid i odgovara-juci alkoksil radikal [1]:

R-O-NO2 ? R-O- + NO2 (1)

Alkoksil radikal, koji je vrlo reakti-van, stupa u konsekutivne reakcije sa naj bližim molekulima nitratnih estara. U slucaju NC glavni radikal R-O - takode pod-leže unutrašnjim reakcijama stabilizacije

406

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

cepanjem na male stabilne molekule N2,

N2O, NO, NO2, H2O, H2, CO2, CO:

R-O-NO2 + R-O^^ N2, N2O, NO, ^>NO2, H2O, H2, R-O-NO2 + NO2 CO2, CO, C2H2O4,

. .. (2)

Druga glavna reakcija dekompozici-je je ste hidroliza nitratnog estra i formi-ranje azotne kiseline usled prisustva vla-ge i zaostale kiseline (koja nije potpuno uklonjena pri sintezi nitratnog estra):

H+

R-O-NO2 + H2O ------ R-OH + HNO3

(3)

Dalje reakcije dekompozicije izra-žene su hidroliticke reakcije, uzrokovane interakcijom izmedu nitro grupa i NzO4. Pri tome najpre dolazi do konverzije nitro gupe u nitritnu gupu R-O-NO prace-ne hidrolizom O-NO veze. Ova reakcija

uocena je kod NG i ima znatno nižu energiju aktivacije od 71 kJ/mol u pore-denju sa 100 kJ/mol kod nitratne grupe. Zato je ona dominantna reakcija dekompozicije pri nižim temperaturama.

Neki od reakcionih produkata reak-cija (1) i (2) dalje se transformišu u pri-sustvu vlage i kiseonika:

2 -NO + O2------2 -NO2----N2O4 (4)

•NO + -NO2 + H2O 2 HNO2 (5)

3 -NO2 + H2O-----2 HNO3 + -NO (6)

Radikali i kiseline koje nastaju pri reakcijama opisanim relacijama (1 do 6) izrazito uticu na samoubrzavanje (auto-katalizu) reakcija dekompozicije nitrat-nih estara (2) i (3).

Dok se primarne homoliticke reakcije ne mogu spreciti, konsekutivne reakcije (2) i (3) mogu se znatno usporiti ve-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

407

zivanjem ili eliminacijom kiselina, azot-nih oksida i vode iz sistema. Ova cinjeni-ca primenjuje se za stabilizaciju nitratnih estara. Najcešce korišceni stabilizatori su difenilamin (DFA) i etilcentralit (centra-lit I). Vrlo reaktivni azotni oksidi reaguju sa stabilizatorima, što dovodi do njihove potrošnje i osobadanja toplote.

Pojednostavljena šema starenja po-gonskih EM prikazana je na slici 1.

Sve metode za ispitivanje hemijske stabilnosti pogonskih EM se, u osnovi, zasnivaju na pracenju tri parametra: oslo-badanju azotnih oksida, brzini razvijanja toplote i potrošnje stabilizatora.

Ispitivanje hemijske stabilnosti

pogonskih EM u našoj zemlji

Ispitivanje hemijske stabilnosti pogonskih EM u našoj zemlji regulisano je standardom SNO 8069/91 [2], koji je na-stao kao rezultat istraživanja ove proble-matike u ukviru zajednickog projekta koji su realizovali Vojnotehnicka akademi-ja i Vojnotehnicki institut u periodu od 1981. do 1990. godine.

Standard prcpisuje nacin prikupljanja uzorka za cuvanje u kolekcijama, obaveze nosioca razvoja, proizvodnje, kontrole, la-boracije i skladištenja baruta i raketnih gori-va, metodologiju ispitivanja sa kriterijumi-ma, kao i opis konkretnih metoda ispitiva-nja. Pri tome, posebno je regulisano ispitivanje hemijske stabilnosti u toku razvoja i proizvodnje, a posebno u toku skladištenja.

Prema ovom standardu u toku razvoja, zavisno od vrste, baruti i RG se ispituju prema metodama: grejanja na 100°C; metil-violetnoj metodi na 134,5°C; metodi po Bergman-Junku na 132°C; metodi ubrza-nog starenja i metodi merenja toplotne ak-tivnosti (mikrokalorimetrija).

Treba istaci da je metoda toplotne aktivnosti rezultat domaceg istraživanja i razvoja. Njen princip je u odredivanju kriticnog precnika ispitivanog baruta kod kojeg može doci do samozapaljenja u uslovima skla dištenja.

Za prijem baruta i RG u serijskoj proizvodnji primenjuju se prve tri metode, a za pracenje hemijske stabilnosti tokom skladištenja metode na rednom broju 1 i 5, kao i metoda odredivanja sadržaja stabilizatora. Pri tome je regulisano da se pr-va kontrola vrši 10 godina nakon proizvodnje, a zatim na svakih 5 godina. Tako-de, prema standardu u toku skladištenja ne prati se hemijska stabilnost baruta koji su laborisani u municiji kalibra do 30 mm.

Kriterijumi za ocenu hemijske sta-bilnosti prikazani su u tabelama 1 i 2.

Na osnovu iskustva u petnaestogo-dišnjoj primeni SNO 8069/91 uoceni su i njegovi brojni nedostaci, medu kojima su najznacajniji:

- nesaglasnost rezultata izmedu po-jedinih metoda;

- slaba reproduktivnost rezultata ko-je daje metoda mikrokalorimetrije;

- nije regulisano ponavljanje ispitivanja sa uzorcima iz UbS, u slucaju kada se dobijaju sumnjivi rezultati sa uzorci-ma iz kolekcija;

- nije propisana interpretacija rezultata u slucaju kada su oni, za istu seriju baruta, razliciti u razlicitim kolekcijama;

- nije propisan postupak ispitivanja kada se u barutu nalaze dva razlicita stabilizatora, od kojih jedan ima ulogu pla-stifikatora, ali evidentno povecava i he-mijsku stabilnost baruta;

- nacin kategorizacije baruta i RG je diskutabilan, itd.

408

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

S obzirom na to da ovi nedostaci znatno umanjuju pouzdanost dobijenih rezultata, neophodno je što pre pristupiti usavršavanju metodologije kontrole he-mijske stabilnosti baruta i RG radi pove-canja bezbednosti uskladištenih UbS.

Tabela 1

Kriterijumi za ocenu hemijske stabilnosti jednobaznih baruta

DFA (%) Aktivni stabilizator (%) Termicka aktivnost Poredenje Dc i D (m) 100°C (dan) Kategorija baruta

> 0,5 - Dc (60) > D > 4 50

> 0,2 Dc (60) > D < 4 51

> 0,5 Dc (60) < D 52

Dc (50) < D 58

Dc(40)< D 59

Dc (60) > D 52

< 0,5 Dc (60) < D 58

Dc (50) > D 59

Dc (60) > D 52

> 0,3 Dc (60) < D 58

£ 0,2 Dc (50) > D 59

< 0,3 Dc (60) > D 58

Dc (60) < D 59

Tabela 2

Kriterijumi za ocenu hemijske stabilnosti dvobaznih i trobaznih baruta

Sadržaj stabilizatora (%) Termicka aktivnost Poredenje Dc i D (m) 100°C(dan) Kategorija baruta

> (poc. - 50%) Dc (60) > D > 4 (2,5 za NGB) 50

> (poc. - 70%) Dc (60) > D < 4 (2,5 za NGB) 51

Dc (60) > D 52

Dc (60) > D 58

Dc (60) > D 59

> (poc. - 80%) Dc (60) > D 52

Dc (60) > D 58

Dc (60) > D 59

Ispitivanje hemijske stabilnosti prema NATO metodologiji

U zemljama clanicama NATO, kao i u onima koje su clanice asocijacije Part-nerstvo za mir (NATO/PfP), ispitivanje hemij ske stabilnosti pogonskih EM regu-lisano je odgovarajucim STANAG stan-dardima, ciji je pregled dat u tabeli 3.

Tabela 3

Ispitivanja hemijske stabilnosti prema NATO standardima

Oznaka standarda Naziv standarda

STANAG 4170 Principi i metodologija za karakterizaciju eksplozivnih materija za vojnu primenu

STANAG 4117 Eksplozivi, procedure za testove stabilnosti i zah-tevi za pogonske EM stabilisane sa DFA i/ili EC

STANAG 4527 Eksplozivi, hemijska stabilnost, pogonske EM na bazi NC, postupak za hem. stab., procedure za procenu hemijskog veka i tempera-turne zavisnosti brzine utroika stabilizatora

STANAG 4541 Eksplozivi, NC baruti koji sadrže i NG, stabilisani sa DFA, test stabilnosti i kriterijum

STANAG 4556 Eksplozivi, vakuum test stabilnosti

STANAG 4582 Eksplozivi, NC i NG baruti, test stabilnosti i zah-tevi prema metodi HFC (heat flow calorimetry)

Pored ovih standarda, znacajne su i sledece tehnicke publikacije:

1. AOP-7 (Allied Ordnance Publication) - koja sadrži uputstvo o testovima i podacima koji se zahtevaju pri karakteri-zaciji eksplozivnih materija za vojnu pri-menu u NATO/PfP zemljama,

2. AOP 48 koja sadrži sve procedure za ispitivanje hemijske stabilnosti pogonskih EM, kao i zahteve za metodu utroška stabilizatora.

STANAG 4170 je osnovni standard koji propisuje sistem karakterizacije EM za vojnu primenu, odnosno za razlicite EM definiše parametre koji se moraju is-pitati pre nego što se mogu primenjivati, kao i metode (odgovarajuci STANAG) po kojima ce se ti parametri odredivati [4].

STANAG 4117 standardizuje ispitivanje hemijske stabilnosti pogonskih EM koje su stabilisane sa difenil aminom (DFA), etilcentralitom (EC) ili njihovom smešom [5]. Pošto je utvrdeno da se kod baruta koji su stabilisani smešom DFA i EC pri starenju najpre troši samo DFA, i procena hemijske stabilnosti je uskladena sa njegovom potrošnjom. Odredivanje sadržaja EC predvideno je samo kao do-punsko ispitivanje.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

409

Prema ovom standardu, garancija da ce ispitivana pogonska EM zadržati he-mijsku stabilnost u uslovima skladištenja najmanje 5 ili 10 godina dobija se ako su ispunjeni sledeci uslovi:

1. Jednobazni baruti stabilisani sa DFA ili smešom DFA i EC izlažu se ubr-zanom starenju na 65,5°C, u trajanju od 60 ili 120 dana, nakon cega se odreduje sadržaj stabilizatora.

Da bi barut u narednih 5 godina bio hemijski stabilan nakon 60 dana grejanja na 65,5°C, pad sadržaja DFA ne sme biti veci od 0,5%, a nje gova kolicina u barutu ne sme biti manja od 0,3%.

Barut ce imati zadovoljavajucu he-mijsku stabilnost u narednih 10 godina ako zadovolji jedan od sledecih uslova:

- pad sadržaja DFA nakon 60 dana grejanja na 65,5°C ne sme biti veci od 0,3 %, a sadržaj DFA u barutu ne sme biti manji od 0,6%;

- pad sadržaja DFA nakon 120 dana grejanja na 65,5°C ne sme biti veci od 0,5 %, a sadržaj DFA u barutu ne sme biti manji od 0,3%.

2. Baruti stabilisani sa EC izlažu se ubrzanom starenju na 65,5°C, u trajanju od 60 ili 120 dana, nakon cega se odreduje sadržaj stabilizatora.

Da bi barut u narednih pet godina bio hemij ski stabilan, nakon 60 dana grejanja na 65,5°C pad sadržaja EC ne sme biti veci od 1%, a sadržaj stabilizatora u barutu ne sme biti manji od 50 % sadržaja stabilizatora pre grejanja, a ni u kom slu-caju ne sme biti manji od 0,3%.

Barut ce imati zadovoljavajucu he-mijsku stabilnost u narednih 10 godina ako zadovolji jedan od sledecih uslova:

- pad sadržaja EC nakon 60 dana grejanja na 65,5°C ne sme biti veci od

1%, a sadržaj DFA u barutu ne sme biti manji od 75% sadržaja stabilizatora pre grejanja, a ni ukom slucaju ne sme biti manji od 0,7%;

- pad sadržaja EC nakon 120 dana grejanja na 65,5°C ne sme biti veci od 1%, a sadržaj DFA u barutu ne sme biti manji od 50% sadržaja stabilizatora pre grejanja, a ni ukom slucaju ne sme biti manji od 0,3%.

Treba naglasiti da se u sadržaj DFA uzima u obzir i 85% kolicine N-nitrozo difenilamina.

U standardu su opisane procedure za odredivanje sadržaja stabilizatora po metodi HPLC, spektrofotometrije i po-tenciometrijske titracije.

STANAG 4527 definiše metodologi-ju prognoziranja hemijske stabilnosti i temperaturne zavisnosti potrošnje stabilizatora u pogonskim EM [6]. Radi toga se vrši ubrzano starenje pogonskih EM na najmanje tri temperature u intervalu od 40 do 80°C, pri cemu temperaturni interval ne sme biti manji od 10°C. Vreme stare-nja utvrduje se tako da se obezbedi da pad stabilizatora bude najmanje 20 % u odnosu na pocetni sadržaj, a najviše 80%.

Pad koncentracije stabilizatora sa vremenom analizira se u skla du sa meha-nizmom reakcije nultog i prvog reda:

- nulti red

= kC„ (7)

dt

gde je:

k - konstanta brzine reakcije za datu tem-peraturu,

C0 - pocetna koncentracija stabilizatora,

C - koncentracija stabilizatora nakon od-redenog vremena t.

410

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

Integracijom izraza (7) dobija se:

Co - C

C

0

kt

(8)

Izraz (8) omogucuje da se odredi konstanta k za odredenu temperaturu, ako se poznaje promena sadržaja stabili-zatora sa vremenom.

- prvi red

Na osnovu izracunatog vremena tst, koje je potrebno da sadržaj stabilizatora padne na definisanu vrednost na tempe-raturi starenja Tst (izraz 8 ili 10) racuna se vreme tsk, za koje ce sadržaj stabilizatora pasti na tu vrednost na temperaturi skladištenja, Tsk:

tsk tste

- (-1

RI Tsk

Ts,

(13)

- dC dt

kC

(9)

Integracijom izraza (9) dobija se:

ln— = kt (10)

C

Analogno prethodnom slucaju konstanta k odreduje se iz nagiba prave ln(C0/C) - t. Pri tome se prihvata da se re-akcija odvija po onom mehanizmu koji bo-lje opisuje promenu sadržaja stabilizatora u barutu i po njemu se dalje vrši analiza.

Na osnovu odredenih vrednosti kon-stanti na više temperatura (najmanje tri), pomocu Arenijusovog izraza, odreduje se vrednost energije aktivacije, E:

- E_

k = Ae RT (11)

odnosno:

lnk = lnA

E

Rt

(12)

gde je:

A - predeksponencijalni faktor (J/mol),

R - univerzalna gasna konstanta (8,314 J/molK).

Kao srednja temperatura skladište-nja uzima se 25°C.

STANAG 4541 propisuje proceduru ispitivanja hemijske stabilnosti pogon-skih EM koje sadrže do 15% NG i stabi-lisane su sa DFA [7].

Prognoziranje hemijskog veka upo-trebe vrši se prema STANAG 4527.

Za ovu vrstu baruta utvrdeno je da odstupaju od kriterijuma za desetogodiš-nju garanciju hemijske stabilnosti prema STANAG 4117. Medutim, u uslovima prirodnog starenja utvrdeno je da ostaju hemijski stabilni i više od 10 godina.

U skladu s tim, utvrdeni su i kriteri-jumi za pogonske EM koje sadrže do 15 % NG i stabilisane sa DFA.

Pri skladištenju na srednjoj temperaturi od 25°C baruti ce biti stabilni najmanje 10 godina, ako nakon 60 dana starenja na 60°C zadovolje sle dece kriterijume:

- pad efektivnog stabilizatora ne sme biti veci od 50% u odnosu na pocet-ni sadržaj,

- kolicina efektivnog stabilizatora u barutu ne sme biti manja od 0,5%.

STANAG 4556 propisuje proceduru za ispitivanje termicke stabilnosti EM prema vakuum-testu stabilnosti koji se za-sniva na merenju zapremine oslobodenih

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

411

gasova pri zagrevanju uzorka odredeno vreme na povišenoj temperaturi [8]. Uslo-vi ispitivanja mogu biti razliciti, što zavisi od vrste EM, a i od konkretnih zahteva. Uobicajeno je da temperatura ispitivanja jednobaznih baruta iznosi 100°C, a dvo-baznih 90°C u trajanju od 40 sati. Pri tome, dozvoljena kolicina azotnih oksida definiše se posebno za svaku vrstu EM.

STANAG 4582 propisuje proceduru utvrdivanja hemijske stabilnosti pogon-skih EM na osnovu metode merenja to-plotnog fluksa - HFC (Heat Flow Calorimetry) na povišenim temperaturama za najmanje 10 godina na prosecnoj temperaturi skladištenja od 25°C [9].

Pogonske EM uskladištene na 25°C moraju zadovoljiti sledece kriterijume da bi zadržale hemijsku stabilnost minimal-no 10 godina:

- maksimalni toplotni fluks, pri me-renju na odredenoj povišenoj temperaturi izmedu vremena koje odgovara oslobode-noj toploti od 5 J/g i izracunatog vremena trajanja eksperimenta (jednacina 14) ne sme preci vrednost toplotnog fluksa, utvr-denu na osnovu sle dece jednacine (15):

-E- C

, RTm t25e m (14)

eR j )

P T71 Tm 0 71 (15)

m

g

gde je:

tm - trajanje testa (dan),

t25 - vreme skladištenja na 25°C (3652,5

dana = 10 godina),

E1 - energija aktivacije u gornjem tem-peraturnom intervalu (120 kJ/mol),

R - gasna konstanta (0,008314 kJ/mol K), C - konstanta = 46,713,

Tm - temperatura eksperimenta (K),

T71 = 344 K (=71°C),

P71 - granica toplotnog fluksa na 71°C (39 mW/g),

Pg - granica toplotnog fluksa pri Tm (mW/g),

Primer tipicnog dija grama ispitivanja toplotnog fluksa prikazan je na slici 2.

mw/g

Sl. 2 — Toplotni fluks dvobaznog baruta na 89°C (stabilisan sa DFA)

Komparativna analiza

Vec na prvi pogled može se zaklju-citi da je naša zemlja u velikom zaostat-ku u pogledu uredenja, odnosno standar-dizacije problematike ispitivanja eksplo-zivnih materija. Pre svega, nedostaje osnovni standard, analogan STANAG 4170, koji bi propisao sve neophodne te-stove i metodologiju ispitivanja eksplo-zivnih materija pre nego što udu u vojnu primenu, kao i odgovornu instituciju koja ce da realizuje ta ispitivanja.

Što se tice ispitivanja hemijske stabilnosti pogonskih EM, može se konsta-tovati da je SNO 8069/91, iako je done-sen pre 15 godina, još uvek aktuelan i po svojoj suštini slican NATO metodologiji. Medutim, buduci da od njegovog dono-

412

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

šenja više ništa nije uradeno na usavrša-vanju metodologije i otklanjanju uocenih nedostataka, ako se analiziraju pojedine metode i kriterijumi uocice se i brojne razlike u odnosu na odgovarajuce STA-NAG standarde.

Pre svega, standard SNO predvida posebne metode u toku razvoja pogon-skih EM, a posebne za vreme skladište-nja, dok NATO standardi regulišu meto-dologiju ispitivanja od trenutka prijema EM za vojnu primenu. Pored toga, perio-dika ispitivanja se donekle razlikuje. U našoj zemlji prvo ispitivanje se obavlja nakon 10 godina od trenutka proizvod-nje, a zatim svakih pet godina, dok se prema NATO standardima najcešce vrši svakih 10 godina, a u nekim slucajevima i na pet godina.

Razlika u metodologiji pracenja he-mijske stabilnosti, od trenutka prijema, ogle da se u cinjenici da se kod nas za pra-cenje hemijske stabilnosti još uvek prime-njuje metoda grejanja na 100°C, a nije predviden vakuum test stabilnosti koji propisuje STANAG 4556. Medutim, s ob-zirom na to da su principi obe metode u osnovi slicni, može se zakljuciti da ova razlika nije od bitnog znacaja za pouzda-nost utvrdivanja hemijske stabilnosti.

Znacajna razlika je u primeni metode ubrzanog starenja, koja se kod nas pri-menjuje samo u fazi razvoja pogonskih EM, dok je prema NATO metodologiji ova metoda prakticno osnova pracenja sadržaja stabilizatora tokom skladištenja, na osnovu koje se daje garancija za he-mijsku stabilnost za narednih 10 (ili 5) godina i predvida vek upotrebe pogonskih EM. Na ovaj nacin dobija se mnogo pouzdanija slika o hemijskoj stabilnosti, jer se uzimaju u obzir parametri koji to-

kom skladištenja dovode do promene sta-nja baruta (klimatski uslovi, stepen de-kompozicije, autokataliticki procesi, itd.), a koji uticu i na promenu mehani-zma potrošnje satabilizatora.

Naša najnovija istraživanja to su i potvrdila [10]. Naime, na osnovu rezulta-ta ubrzanog starenja, po pravilu se dobija mnogo duži prognozirani vek trajanja baruta u odnosu na barut u realnim uslovi-ma skla dištenja.

Bez obzira na to što su zasnovane na istoj teoriji (toplotna teorija eksplozije) postoje velike razlike i izmedu naše i STANAG metode mikrokalorimetrije. Pre svega, razlikuju se principi merenja brzine razvijanja toplote kod naše metode i metode HFC koja je propisana standardom STANAG 4582. Dok metoda HFC meri toplotni fluks sa površine uzorka, naša metoda meri temperaturu u geometrij-skom centru uzorka na osnovu koje se vr-ši preracunavanje na brzinu razvijanja toplote, što je cini mnogo nepreciznijom. Pored toga, razliciti su i kriterijumi stabilnosti. Kod naše metode to je velicina kri-ticnog precnika, a kod STANAG metode velicina toplotnog fluksa.

Ipak, najveci nedostatak naše metode, koji je potvrden u njenoj petnaestogodiš-njoj primeni, jeste izrazito velika nerepro-duktivnost rezultata, što ozbiljno dovodi u pitanje opravdanost njene dalje primene.

Jedno rešenje je da se izvrši njeno usavršavanje, radi otklanjanja nedostataka, a drugo, koje je mnogo opravdanije, da se nabavi adekvatni uredaj HFC i ispitivanje vrši po standardu STANAG 4582.

Uzimajuci u obzir tendenciju naše zemlje ka NATO integracijama, najbolje je da se odmah otpocne sa realizacijom neophodnih aktivnosti radi što hitnije pri-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.

413

mene NATO metodologije za pracenje hemijske stabilnosti pogonskih EM. Bez primene NATO standarda nece se moci ni realizovati nikakav izvoz, kako eks-plozivnih materija, tako i ubojnih sred-stava u kojima su one laborisane. U tom smislu, potrebno je najpre zvanicno odre-diti odgovornu instituciju za to, izvršiti opremanje adekvatnom opremom i zapo-ceti primenu STANAG standarda. Naša prednost je u tome što imamo bogato is-kustvo i znanja iz ove proble matike, kao i izuzetno strucan kadar, što je garancija da ce se nova metodologija vrlo lako pri-hvatiti i primeniti.

Zaklju cak

Zbog potencijalne opasnosti od sa-mozapaljenja baruta i RG u uskladište-nim UbS, u svetu a i kod nas, velika pa-žnja poklanja se kontroli njihove hemijske stabilnosti. Proces hemijske dekom-pozicije nitroestara, pre svega nitrocelu-loze, toliko je složen i zavisan od mnogih parametara da još uvek nije pouzdano utvrden njen mehanizam. To namece po-trebu za stalnim istraživanjem ove proble matike i usavršavanje metodologije za pracenje hemij ske stabilnosti.

Na osnovu petnaestogodišnjeg isku-stva u primeni naše metodologije uoceni

su njeni brojni nedostaci u standardu SNO 8069/91, koji znatno umanjuju pou-zdanost dobijenih rezultata, što namece potrebu za njegovom korekcijom i dopu-nom, a sve radi povecanja bezbednosti uskladištenih UbS.

S obzirom na tendenciju naše ze-mlje ka NATO integracijama, najbolje rešenje je da se prihvati NATO metodologija za pracenje hemijske stabilnosti pogonskih EM.

Literatura:

[1] Folly, P.; Mader, P.: Propellant Chemistry, Chimia, 6, Vol. 58, 2004.

[2] SNO 8069/91 - Pracenje hemijske stabilnosti baruta i raket-nih goriva, Biro SIM.

[3] Grbovic, L.: Analiza rezultata odredivanja sadržaja stabili-zatora u prirodno starenim barutima, VTG, 2/2006.

[4] STANAG 4170: Principles and methodology for the qualification of explosive materials for military use, NATO Military agency for standardization (MAS), Brussels, 2001.

[5] STANAG 4117: Explosives, stability test procedures and requirements for propellants stabilized with DPA, EC (CI) or a mixture of both, NA TO Military agency for standardization (MAS), Brussels, 1998.

[6] STANAG 4527 - Explosive, chem. stab., NC based propellants, procedure for assessment of chemical life and temperature dependance of stabiliser consumption rates, NATO Military agency for standardization (MAS), Brussels, 2000.

[7] STANAG 4541 - Explosives, NC based propellants containing NG and stabilised with DPA, stability test procedures and requirements, NATO Military agency for standardization (MAS), Brussels, 2003.

[8] STANAG 4556 - Explosives: Vacuum stability Test, NATO Military agency for standardization (MAS), Brussels, 1999.

[9] STANAG 4582 - Explosives, NC based propellants, stability test procedure and requirements using HFC, NATO Military agency for standardization (MAS), Brussels, 2004.

[10] Grbovic, L.: Istraživanje hemijske stabilnosti malodimnih baruta, doktorska disertacija, VA, Beograd, 2006.

414

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 4/2006.