CC BY
43
УДК 531.663
Чариков А.В., Попов П.В., Дубовик А.В.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К УДАРУ СМЕСЕЙ НТО С ОКТОГЕНОМ
Чариков Александр Валерьевич, студент 4 курса инженерного химико-технологического факультета;
Попов Павел Викторович, студент 4 курса инженерного химико-технологического факультета;
Дубовик Александр Владимирович д.ф.м.н., профессор, кафедры техносферной безопасности; [email protected]
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20, корп. 1
Рассматриваются закономерности механического инициирования взрывчатых смесей октогена с нитротриозолоном (НТО). Не подтвержден разрывный характер зависимостей критического давления инициирования Ркр от состава (а), который ранее был обнаружен в работах ИХФ на примере смесей гексогена и октогена с тротилом (ТНТ). Предложено объяснение причины установленной плавной немонотонной зависимости Ркр(а), являющейся следствием специфических взаимодействий в рассматриваемых смесях при ударе.
Ключевые слова: чувствительность к удару, нитротриозолон, комплексные соединения.
THE SENSITIVITY TO IMPACR OF MIXTURES NTO WITH HMX
Charikov A.V., Popov P.V., Dubovik A.V.
D.Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia., Moscow, Russia.
The regularities of mechanical initiation of explosive mixtures octogen with nitrotriazolone (NTO) are considered. The discontinuous nature of the dependences of the critical initiation pressure Pcr on composition (a), which was previously found in the works of the ICP using the mixtures of HMX and RDX with TNT, was not confirmed. An explanation of the cause of the established main nonmonotonic dependences of Pcr(a) is proposed, which is a consequence of specific chemical interactions in the mixtures under study upon impact.
Key words: sensitivity to impact, nitrotriazolone, complex compositions
1. Постановка экспериментов
Изучение смесевых взрывчатых составов интересно тем, что в результате термической или механической обработки в них возможно протекание специфических физико-химических взаимодействий между компонентами, которые способны влиять на параметры их инициирования при ударе, трении и прочих внешних воздействиях. Ниже рассматривается влияние комплексообразования на показатели чувствительности к удару смесей октогена с нитротриазолоном (НТО).
В работе [1,2] на примере термораспада смеси тротила с НТО указано на возможность образования молекулярных комплексов и их влияния на закономерности распада смеси при температурах, сравнимых с теми, которые реализуются в «горячих точках» заряда ВВ при ударе умеренной силы (500700 К). Отмечено, что вследствие комплексообразования скорость термического распада смеси возрастает в несколько раз по сравнению со скоростями распада базовых компонентов. Этот эффект является проявлением того факта, что энергия активации рассматриваемых комплексов гораздо ниже, чем у компонентов смеси [3]. Отмечено также, что наилучшее соответствие между расчетными и экспериментальными кривыми термораспада смесей получается в предположении образования димерных молекулярных соединений с соотношением базовых компонентов 1:1 (при этом
массовое соотношение между компонентами близко к ас«0,5).
Чувствительность смесей к удару определялась с помощью тензометрической методики регистрации давлений инициирования. Она сводится к нахождению критического давления удара Ркр такого, при котором исследуемые заряды различной толщины (или массы при заданном диаметре ударника) разрушаются со взрывом. Показано, что эти события наблюдаются только в том случае, если толщины зарядов не выше некоторой критической величины В противном случае, т.е. при h>hкp отказы, как правило, наступают при первом разрушении заряда. Если взрыв возникает лишь при повторном разрушении заряда, то такой результат также считается отказом. Критические параметры
Рк
часто рассматриваются как показатели
взрывоопасности ВВ в обращении [4]. Считается при этом, что чем выше Ркр, тем в среднем ниже чувствительность к удару и опасность в обращении с данным веществом.
2. Обсуждение результатов
Представленные на рисунке 1 и таблице 1 зависимости критических давлений инициирования Ркр от состава смесей а-НТО с октогеном-1 и октогеном-2 по виду существенно отличаются от известных экспериментальных зависимостей Ркр(а) для смесей гексогена и октогена с ТНТ [5].
и
Таблица 1. Критические параметры инициирования смесей НТО с гексогеном (1) и октогеном (2)
а,% Ркр1, ГПа ^р1, мм о1, ГПа Ркр2, ГПа ^р2, мм о2, ГПа
0 0,78 0,43 0,129 0,71 0,43 0,129
10 0,63 0,455 0,112 0,58 0,455 0,112
20 0,59 0,465 0,116 0,56 0,465 0,116
30 0,56 0,47 0,107 0,55 0,47 0,107
40 0,54 0,37 0,074 0,48 0,37 0,074
50 0,52 0,405 0,09 0,51 0,405 0,09
60 0,63 0,38 0,067 0,54 0,38 0,067
70 0,66 0,295 0,085 0,64 0,295 0,085
80 0,67 0,42 0,083 0,69 0,42 0,083
90 0,68 0,27 0,089 0,67 0,27 0,089
100 0,71 0,295 0,094 0,71 0,295 0,094
В [5] они имели вид постоянных значений давлений инициирования до и после некоторого порогового значения ар, причем разрыв в величинах Ркр в точках ар был значительным из-за большого различия критических давлений инициирования указанных ВВ. В отличие от [5] полученные нами кривые имеют гладкий немонотонный вид с характерными минимумами вблизи
стехиометрического для димерных комплексов соотношения 1:1. Такие минимумы обычно наблюдаются на зависимостях Ркр(а) для смесей типа окислитель-горючее [6] и в этом случае они свидетельствуют о химическом взаимодействии указанных компонентов в очагах реакции при ударе. Эти взаимодействия протекают с большим тепловыделением, которое способствует снижению критических давлений инициирования смесевых составов.
РкрХПа ■
С 20 40 60 30 0
Рисунок 1. Зависимости Ркр смесей гексогена (1) и октогена (2) с НТО (а - процентное содержание НТО в смесях). Точки - эксперимент, линии - полиномиальная интерполяция результатов
Наличие сравнительно глубоких минимумов на кривых Ркр(а) в нашем случае представляется на первый взгляд необычным, поскольку мы имеем дело только с горючими компонентами смесей (их КБ<0). Однако при более детальном рассмотрении результатов с учетом возможного
комплексообразования между компонентами можно сделать вывод о сильном влиянии тепловыделений при распаде комплексов на формирование «горячих» очагов взрыва в зарядах ВВ при их разрушениях во время удара. Причем
количественно указанный температурный вклад представляется сравнительно небольшим, поскольку он протекает при весьма низком тепловыделении 200 Дж/кг (в сравнении с теплотами взрыва базовых компонентов НТО, гексогена и октогена). Это значит, что в критических условиях удара разрушенная (хорошо перемешанная) и механически нагретая взрывчатая смесь оказывается настолько подготовленной к быстрой реакции, что даже слабое повышение температуры от распада комплекса в очаге разогрева способно привести к взрыву всей смеси. Следует при этом отметить, что протеканию взрывного процесса в большой степени способствует наличие сравнительно невысоких значений термоактивационных параметров распада молекулярных соединений, которые в данном случае гораздо ниже («25 кДж/моль), чем у компонентов рассматриваемых смесей. При этом рассуждения [5] о том, что для смесей типа ВВ+ВВ характерен ступенчатый вид зависимостей Ркр(а) потому, что компоненты смеси локализуются по объемам, характерным для каждого взрывчатого компонента, здесь неприменимы, поскольку компоненты смеси в смесевом заряде наоборот агрегируются в нем, создавая благоприятные условия для возбуждения взрыва, особенно при максимальной степени агрегации.
Как видно из рисунка, значения Ркр для смеси НТО с октогеном-1 в целом располагаются несколько выше значений Ркр смеси НТО-октоген-2. Возможно, это связано с тем, что октоген-2 активнее, чем октоген-1, образует комплексы с НТО (указания на высокие комплексообразующие свойства октогена имеются в [7]). Как слева так и справа от точки минимума кривых ас значения Ркр симметрично возрастают. Это объясняется снижением суммарного теплового эффекта распада димеризованных молекул компонентов на механическую чувствительность смесей. Однако, если влево от ас давления возрастают до значений Ркр базовых компонентов, то справа от ас после прохождения точек перегиба критические давления инициирования смесей принимают приблизительно постоянное значения Ркр НТО,
которое несколько ниже значений Ркр базовых компонентов. Полученное нами для НТО величина Ркр « 0,7 ГПа на первый взгляд представляется нереальной, если иметь в виду небольшую теплоту взрыва этого ВВ (3,3 МДж/кг) и обычное для большого числа ВВ значение энергии активации термического распада (144 кДж/моль). Данным термоактивационным характеристикам должно соответствовать, согласно расчету [4 ], значительно большая величина Ркр= 1,15 ГПа. Причина указанного несоответствия расчета и эксперимента сейчас устанавливается.
Наконец следует пояснить механизм комплексообразования в рассматриваемых смесях при ударе. В наших опытах использовались прессованные заряды (давление прессования 0,5 ГПа), которые в тот же день испытывались на удар. Причем от момента изготовления заряда до его подрыва проходило не более 3-х часов. Далее напомним, что от начала удара до разрушения заряда при давлениях более 0,5 ГПа (см. рисунок) проходит приблизительно 0,1 мс. Мы полагаем, что при обоих видах сжатия заряда происходит сближение молекул компонентов с последующим их частичным взаимодействием с образованием комплексных соединений. Наиболее
благоприятной комбинацией молекул является, на наш взгляд, бинарная структура, требующая наименьших затрат энергии внешнего воздействия для своего образования. Таким образом, разрушается при ударе уже не исходная бинарная смесь, а смесь, частично обогащенная третьим компонентом, который обладает иными активационными характеристиками, отличными от характеристик базовых компонент. Они в целом и определяют закономерности термораспада и в конечном итоге чувствительность взрывчатой смеси к удару. В данном случае комплексообразование способствует
сенсибилизации смесей НТО-октоген-1 и НТО-октоген-2. Не исключены и другие варианты образований молекулярных соединений с итоговым их влиянием на чувствительность взрывчатых смесей к удару.
3. Заключение
С помощью тензометрической методики определения давлений разрушения и взрыва зарядов ВВ из смесей гексогена и октогена с нитротриазолоном получены значения критических давлений инициирования, характеризующих уровень механической чувствительности и опасности в обращении с данными смесями. Объяснение полученных зависимостей Ркр от состава смесей дано на основе представлений о решающем влиянии комплексообразований между компонентами смесей на закономерности термического распада вещества в «горячих точках» зарядов ВВ при их разрушении ударом.
Литература
1. Smimov S.P., Egorshev V.Yu. Kinetic features of NTO-TNT mixtures thermal decompositions // Proc. 16th Seminar NTREM, 2013. Univ. Pardubice. Czech Republic. P. 585-591.
2. Дубовик А.В. Математическая модель термолиза смеси НТО-ТНТ 1:1 // Горение и взрыв, 2016. Т.9, №4. С.146-153.
3 Эндрюс Л., Кифер Р. Молекулярные комплексы в органической химии / Пер. с англ. - М.: Мир, 1967. 208 с. (Andrews L.J., Keefer R.M. Molecular complexes in organic chemistry. - San Francisco: Holden-Day, 1964. 208 p.).
4 Дубовик А.В. Чувствительность твердых взрывчатых систем к удару / М.: Изд-во РХТУ им. Менделеева, 2011. - 276 с.
5 Карпухин И.А., Боболев В.К. Закономерности возбуждения ударом взрыва твердых смесевых ВВ // Взрывное дело, № 68/25. М.: Недра, 1970. С.189-197.
6 Карпухин И.А., Боболев В.К., Теселкин В.А. Роль химического взаимодействия компонентов при возбуждении взрыва в смесях перхлората аммония и горючего / Горение и взрыв: материалы 3-го Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. М.: Наука, 1972. С.515-518.
7 Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. Л.: Химия, 1981 - 312 с.
