Взрывчатая композиция

Изобретение относится к взрывчатым веществам и может быть использовано в боеприпасах и устройствах, сочетающих ударное и световое действие. Предложена взрывчатая композиция ударного и светового действия, содержащая октоген или гексоген в виде гранул размером от 100 до 1250 мкм в качестве взрывчатого вещества, алюминий или магний, или алюминиево-магниевый сплав в качестве металлического горючего, пиротехническую смесь неорганического окислителя и металлического горючего в виде гранул размером от 50 до 2500 мкм, горюче-связующее в виде покрытия на гранулах взрывчатого вещества и смеси неорганического окислителя и металлического горючего. В качестве неорганического окислителя композиция содержит перхлорат или нитрат калия, или нитрат бария, или нитрат цезия или стронция, или их смесь, в качестве горюче-связующего - церезин или стеарин, или олифу, или оксизин, или фенолоформальдегидную смолу, или бутадиеннитрильные, или силиконовые, или фторкаучуки, или фторопласты, или минеральное масло, или их смесь. Изобретение направлено на создание взрывчатой композиции, обеспечивающей повышенные значения интенсивности с возможностью регулирования длительности и времени достижения максимума световых вспышек при достаточном уровне ударного действия. 2 табл.

 

Настоящее изобретение относится к взрывчатым веществам и может быть использовано в боеприпасах и устройствах, сочетающих ударное и световое действие.

Известно, что электрические разряды, ядерный взрыв, вспышки молний являются источниками мощных световых потоков. Для защиты приборов и техники от интенсивных световых потоков разрабатываются различные виды материалов и защитных устройств. Для исследования защитных свойств таких материалов и приборов возникает необходимость в создании средств их аттестации. Такие средства должны обеспечивать заданную интенсивность и длительность световых потоков и возможность регулирования соотношений интенсивности и длительности импульсов света.

Известна световая бомба, патент США 2775938 от 1.1.1957 г., в которой в качестве источника света используются металлические порошки: алюминий, магний или железо, покрытые пленкой натрия. Использование в качестве источника света горящих частиц металла обеспечивает формирование интенсивных световых потоков, со временем, достигающим 100 мс, и сравнительно невысоким уровнем мощности. Основным недостатком данного устройства является невозможность управлять в широких пределах сочетанием длительности и мощности светового потока. В книге А.А.Шидловского «Основы пиротехники» М., Машиностроение, 1964, стр.195, приводят рецепт стандартной пиротехнической смеси (ПС), используемой в боеприпасах в американской армии для создания интенсивных световых потоков:

Алюминий	- 40%
Нитрат бария	- 30%
Перхлорат калия	- 30%.

Применение в дополнение к металлическим порошкам, используемым в устройстве в соответствии с патентом США 2775938 неорганических окислителей, не приводит к существенному изменению общей продолжительности вспышки и времени достижения максимума. Общая длительность вспышек составов смесей металлов с перечисленными неорганическими окислителями сохраняется на уровне 100 мс. Время достижения максимума излучения, как и при взрыве металлических порошков, составляет десятки миллисекунд. Ударное действие данного пиротехнического состава практически отсутствует.

Известно применение смесей индивидуальных взрывчатых веществ (ВВ), таких как тротил, гексоген, октоген с неорганическими окислителями: нитратом и перхлоратом аммония или азотнокислым натрием в качестве промышленных взрывчатых веществ. Они широко представлены в патентной литературе по промышленным взрывчатым веществам, например М.А.Кук «Наука о промышленных взрывчатых веществах. М., Недра, 1980.

При удовлетворительном ударном действии по длительности и интенсивности свечения перечисленные взрывчатые составы многократно уступают металлическим порошкам и смесям металлических порошков с неорганическими окислителями. Длительность вспышки, сопровождающей детонацию индивидуальных взрывчатых веществ и их смесей с неорганическими окислителями, не превышает 10-30 мкс.

Наиболее близким техническим решением по совокупности компонентов является взрывчатый состав для скважин по патенту РФ №2190586 от 25.12.2001 г. Согласно изобретению, термостойкий взрывчатый состав содержит в качестве горючего порошкообразный алюминий в количестве 10-35% и графит в количестве 1-8% в качестве флегматизатора, в качестве ВВ - октоген в количестве 10-35%, остальное - окислитель перхлорат калия (ПХК). Указанный взрывчатый состав предназначен для работы в скважинах и обладает удовлетворительным ударным действием. Использование данного состава для боеприпасов, сочетающих ударное и световое действие, невозможно, так как он имеет незначительную продолжительность свечения, не превышающую 50 мкс, и низкую интенсивность вспышки вследствие однородности структуры взрывчатого состава и сгорания его ингредиентов на детонационном фронте и в непосредственной близости от него.

Задачей настоящего изобретения является разработка взрывчатого состава, обеспечивающего повышенные значения интенсивности и возможность регулирования длительности и времени достижения максимума световых вспышек при достаточном уровне ударного действия.

Поставленная задача решается тем, что композиция, содержащая взрывчатое вещество, неорганический окислитель и металлическое горючее, в качестве взрывчатого вещества содержит октоген или гексоген в виде гранул, пиротехническую смесь неорганического окислителя и металлического горючего в виде гранул, и дополнительно содержит горюче-связующее в виде покрытия на гранулах взрывчатого вещества и смеси неорганического окислителя и металлического горючего при следующем содержании компонентов (в % по массе):

Неорганический окислитель	10-40
Металлическое горючее	20-40
Горюче-связующее	0,5-12
Октоген или гексоген	остальное

В качестве неорганических окислителей взрывчатая композиция содержит перхлорат или нитрат калия, или нитрат бария, или нитраты цезия, или стронция, или их смесь. В качестве металлических горючих композиция содержит алюминий или магний или алюминиево-магниевый сплав.

В качестве горюче-связующего она содержит церезин или стеарин, или олифу, или оксизин, или фенолоформальдегидную смолу, или бутадиеннитрильные, или силиконовые, или фторкаучуки, или фторопласты, или минеральное масло, или сочетания перечисленных веществ.

При этом размер гранул октогена или гексогена составляет от 100 до 1250 мкм, а гранул пиротехнического состава - от 50 до 2500 мкм.

Сочетание в одной композиции различных типов основ - взрывчатой и пиротехнической в виде гранул - придает совершенно новое качество протекающим в ней при инициировании процессам. Детонационные волны, распространяясь по гранулам ВВ и отражаясь многократно от гранул пиротехнической смеси, увеличивают длительность существования зон повышенного давления и температур, что само по себе даже без учета химических реакций в пиротехнической смеси увеличивает длительность и интенсивность свечения детонирующего вещества. Гранулы пиротехнической смеси, пребывая достаточно длительное время в области повышенного давления и температур в веществе, приобретают способность к высоким степеням трансформации химического потенциала в световое излучение. Разогретые до высоких температур они частично сгорают в ближней зоне взрыва, излучая в коротковолновой зоне спектра видимого диапазона электромагнитных волн. Изменения размеров гранул ВВ и пиротехнической смеси и соотношения компонентов в гранулах, а также типа применяемых металлического горючего и окислителя представляют возможность регулировать силу света, время достижения максимума, общую продолжительность световой вспышки, распределение интенсивности внутри спектра видимого диапазона. Перечисленные горючесвязующие и их сочетания обеспечивают возможность регулирования размеров гранул, приемлемый уровень взрывобезопасности композиций в процессе их перемешивания, сохранность гранул при формовании и прессовании зарядов из взрывчатой композиции. Кроме того, перечисленные вещества являются дополнительным фактором, позволяющим управлять кинетикой энерговыделения взрывчатой композиции.

Гранулы пиротехнического и взрывчатого состава могут формоваться как на раздельных технологических циклах производства и впоследствии перемешиваться, так и могут формоваться в единую композицию путем разделения фаз и режимов одного производственного цикла.

Композиция может содержать незначительное количество технологических добавок, красителей или структурообразователей.

Для определения уровня параметров и диапазона их регулирования выполнена серия экспериментальных исследований светотехнических характеристик различных вариантов исполнения разработанной композиции в зарядах диаметром 80 мм, сформованным методом прессования (таблица 1).

Таблица 1
№ п/п	Компонентный и гранулометрический состав	Прототип	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	25
1	Взрывчатое вещество	о	Г	Г	О	О	Г	Г	Г	Г	Г	О	О	О	Г	О	Г	Г	Г	Г	Г	Г	О
2	Горюче-связующее взрывчатого вещества, флегматизатор в прототипе	Графит	Ол	Ст	Це	Ст, Це	Ок	ОКБ MM	OK, MM	БНК	Сил	Ок	ФП, Ол	Ол, Це	Ст, Це	ФФС	Ол	Сил	Ол	Ст	Ол	Ст	Ст
3	Содержание ВВ, %	10-35	8	69,5	40	8	69,5	40	40	40	40	8	8	8	69,5	69,5	8	69,5	6	73,5	8	69,5	69,5
4	Размер гранул ВВ, мкм		100-600	100-600	600-1100	600-1100	100-600	600-1100	100-600	100-600	100-600	600-1100	600-1100	100-1100	100-1100	600-1100	600-1100	100-1100	100-600	500-1100	30-70	>1100	500 >1100
5	Неорганический окислитель		НБ	НБ	НБ	ПХК	НК	НЦ	НС	НК	ПХК	НС	НК	НЦ	НС	НЦ	НБ	НБ	НБ	НБ	НБ	НБ	НБ
6	Металлическое горючее	Ал	Ал	Ал	Ал	Ал	Ал	Ал	Ал	Mg	ПАМ	Ал	ПАМ	Mg	Mg	ПАМ	Ал	Mg	Ал	Ал	Ал	Ал	Ал
7	Содержание металла, в %	10-35	40	20	25	40	20	25	25	25	25	40	40	40	20	20	40	20	42	16	40	20	20
8	Содержание окислителя, в %		40	10	30	40	10	30	30	30	30	40	40	40	10	10	40	10	40	10	40	10,3	10
9	Горючесвязующее пиротехнической смеси		ФК	БНК	ФК	Сил	ФП	ПП	Це	Ол	Ол	ФЦ	Це	ФК	ФП	ФК	ФФС	БНК	ФФС	БНК	ФФС	БНК	ПХК
10	Суммарное содержание горюче-связующего в смеси, флегматизатора в прототипе	11	12	0,5	5	12	0,5	5	5	5	5	12	12	12	0,5	0,5	12	0,5	12	0,5	12,	0,2	0,5

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
11	Размер частиц пиротехнической смеси, мкм		50-500	500-2500	50-500	1000 2500	50-500	50-500	50-2500	50-500	1000-2500	50-500	50-2500	1000-2500	50-100	50-600	50-600	200-800	50-500	500-2500	50-500	50-500	>2500
Примечание: О - октоген. Ал - алюминий, Г - гексоген, Ол - олифа, НБ - нитрат бария, Ст - стеарин, Це - церезин, БНК - бутилнитрильный каучук, ПХК - перхлорат калия. Сил - силиконовый каучук, Ок - оксизин, НК - нитрат калия, ФП - фторопласт, ММ - минеральное масло, НЦ - нитрат цезия, НС - нитрат стронция, ПАМ - сплав алюминия с магнием, ФК - фторкаучук, ФФС - фенолоформальдегидная смола.

Таблица 2
Параметры свечения продуктов взрыва	Прототип	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
Максимальное значение силы света, Мкд	5-10	50	50	70	40	60	70	100	80	70	60	60	80	70	70	60	80	10	15	10	15	10
Время достижения максимума силы света, мс	0,002-0,005	50	1,0	10	0,01	10	15	50	40	60	5	10	1	0,01	60	1,0	60	10	0,1	1,0	2,0	0,01
Общая продолжительность вспышки, мс	0,02-0,05	50	3	20	1,0	30	40	70	50	70	30	20	10	10,1	70	2,0	70	20	0.2	2,0	3,0	0,05
Длина волны максимума излучения, мкм	0,7	0,5	0,5	0,5	0,7	0,8	0,4	0,7	0,7	0,7	0,8	0,4	0,7	0,8	0,5	0,5	0,7	0,6	0,6	0,6	0,5	0,5
Теплота взрыва, КДж/кг	2515	2725	4200	3770	2900	4300	3750	3680	3100	3350	3200	2900	3100	3950	3750	3200	3750	2550	3300	2650	3400	3350

Суммарная масса каждого заряда составляла 2 кг. Измерение амплитудно-временных параметров излучения продуктов взрыва вариантов исполнения разработанной композиции в видимом диапазоне проведено с применением фотодиодов типа ФД-24К и фотоэлементов типа ФЭС-25. Сигналы с приемников записывали на электронный осциллограф. Для определения распределения энергии излучения в видимом диапазоне использовали радиометры типа ИР2Ф с усилителями. Результаты экспериментов представлены в таблице 2. Для оценки потенциала ударного действия композиции выполнена серия экспериментов на калориметрической установке (бомба Бихеля) с определением теплоты взрыва (табл.2). Представленные данные свидетельствуют, что изменяя в заданных в композиции пределах соотношения и природу компонентов, сочетания размеров гранул, можно в несколько раз по сравнению с прототипом повысить силу света, обеспечить регулирование в весьма широком диапазоне длительности вспышки и времени достижения максимума в спектре излучения.

Резкое снижение уровня параметров светового излучения в опытах 17 и 18, в которых содержание компонентов выходит за пределы диапазона, указанного в изобретении, подтверждает обоснованность выбранных соотношений компонентов. Результаты опытов 19-21, в которых размеры частиц ВВ и пиротехнического состава находятся за пределами оптимальных диапазонов, подтверждают существенную роль гранулирования компонентов и сочетания их размеров в формировании световых потоков при взрыве композиций.

Представленные в таблице 2 данные о достигнутых при взрыве композиции уровнях силы света, диапазонах регулирования временных характеристик вспышек подтверждают возможность применения зарядов из разработанной композиции в качестве мощных импульсных источников света, в том числе и для аттестации разрабатываемых средств защиты от мощных вспышек света.

Взрывчатая композиция ударного и светового действия, содержащая взрывчатое вещество и металлическое горючее, отличающаяся тем, что она содержит пиротехническую смесь неорганического окислителя и металлического горючего в виде гранул размером от 50 до 2500 мкм, горюче-связующее в виде покрытия на гранулах взрывчатого вещества и смеси неорганического окислителя и металлического горючего, а в качестве взрывчатого вещества она содержит октоген или гексоген в виде гранул размером от 100 до 1250 мкм, в качестве неорганического окислителя - перхлорат или нитрат калия, или нитрат бария, или нитрат цезия или стронция, или их смесь, в качестве металлического горючего - алюминий, или магний, или алюминиево-магниевый сплав, а в качестве горюче-связующего - церезин, или стеарин, или олифу, или оксизин, или фенолоформальдегидную смолу, или бутадиеннитрильные, или силиконовые, или фторкаучуки, или фторопласты, или минеральное масло, или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Неорганический окислитель	10-40
Металлическое горючее	20-40
Горюче-связующее	0,5-12
Октоген или гексоген	Остальное