Начальный импульс и чувствительность ВВ

Выше указывалось, что для возбуждения взрывчатого превращения ВВ необходимо подвергнуть внешнему воздействию. Внешнее воздействие (некоторое количество энергии), которое необходимо сообщать ВВ дня возбуждения взрывчатого превращения, называется начальным импульсом.

Способность ВВ к взрывчатому превращению под влиянием начального импульса называется чувствительностью ВВ. Мерой чувствительности является минимальное количество энергии, достаточное для возбуждения взрыва.

Непременными условиями практического применения ВВ является безопасность в обращении и безотказность срабатывания зарядов. Это означает, что ВВ не должны самопроизвольно взрываться от ударов, трения, нагревания, электрического импульса в процессе производства, перевозки, хранения и использования. Взрыв должны надежно обеспечивать специальные устройства, исключающие неконтролируемое возбуждение реакции взрывчатого превращения.

Природа чувствительности ВВ объясняется следующим образом. Для возбуждения химической реакции необходимо обеспечить столкновение активных молекул, т. е. обладающих определенным запасом энергии. В обычных условиях энергия активных молекул рассеивается вследствие столкновения с неактивными молекулами, и реакция не возбуждается. Для возбуждения реакции необходимо сообщить молекулам некоторое избыточное количество энергии (энергии активации). У типичных ВВ энергия активации составляет около 60 ккал/моль. Практически энергию активных молекул увеличивают нагреванием (тепловое воздействие), ударом или трением (механическое воздействие) и взрывом заряда-инициатора.

Возбуждение реакции тепловым импульсом идет следующим образом. При местном нагреве часть ВВ разлагается с выделением тепла. Если скорость выделения тепла (теплоприход) превысит скорость отвода тепла (теплоотвод) из зоны реакции в окружающую среду, то температура массы ВВ повысится и возникнет вспышка. Минимальная температура, при которой теплоприход превысит теплоотвод и наступит самоускоряющаяся реакция, называется температурой вспышки, а время от начала нагрева до момента вспышки — периодом задержки. Период задержки тем меньше, чем выше чувствительность к нагреву и меньше масса навески ВВ.

Чувствительность ВВ к тепловому импульсу характеризуется температурой вспышки — минимальной температурой, при которой вспышка происходит через 5 мин после помещения в пробирке навески ВВ массой 0,05 г в нагретый сплав Вуда (температура вспышки гремучей ртути 170−180°С, гексогена 215−230°С, аммонита № 6 280−320°С, тротила 295−300°С).

Способность ВВ сохранять физические, химические и взрывчатые свойства неизменными в условиях повышенных температур характеризует их термостойкость. Термостойкость оценивается максимальной температурой (порогом термостойкости), которую может выдержать заряд ВВ определенных размеров и формы в течений заданного времени без изменения свойств. При прострелочно-взрывных работах в скважинах это время равно 6 ч (ВВ не должно заметно менять свои характерно тики) и 24 ч (ВВ не должно самопроизвольно детонировать).

Механизм возбуждения реакции взрыва механическим импульсом может быть описан следующим образом. При ударе кинетическая энергия превращается в тепловую, ВВ разогревается, и возбуждается химическая реакция. Но реакция начинается в так называемых горячих точках, которые приурочены к неоднородностям в массе ВВ (газовые полости, различная форма и размеры кристаллов, примеси высокоплавких веществ). В результате появления горячих точек слои ВВ, примыкающие к ним, нагреваются и воспламеняются. Принято считать, что причиной возникновения горячих точек являются адиабатное сжатие газовых включений и трение твердых частиц.

Чувствительность ВВ к удару определяют на копре Каста. Для испытания навеска ВВ (масса 0,05 г) помещается в штемпельный приборчик. После оборки приборчик устанавливают в копре и на него с высоты 25 см сбрасывают груз массой F=10 кг. Испытание повторяют 25 раз. Чувствительность ВВ к удару определяют частостью взрывов, выражаемой в процентах (у тротила 4−8%, гекосгена 70−80%, тэна 100%, аммонитов 4−28% и аммоналов 12−32%). Чем выше частость взрывов, тем выше чувствительность ВВ.

Чувствительность ВВ к трению определяют на копре Боудена-Каста. Навеска ВВ (масса 0,05 г) помещается в штемпельный приборчик, ролики которого предварительно сжимают с определенным усилием Р. При ударе по подвижному ролику он смещается, и навеска подвергается действию трущего сдвига F. ВВ нагревается, и возбуждается химическая реакция. Чувствительность ВВ к трению характеризуется максимальным усилием прижатия, при котором взрывчатое превращение не возникает в 10 испытаниях (для азида свинца 35 кгс/см², тэна 310 кгс/см², гексогена 490 кгс/см², тротила 1900 кгс/см², аммонитов 1200—2500 кгс/см², аммиачной селитры 3000 кгс/см²).

Чувствительность ВВ к действию взрыва заряда другого ВВ принято называть чувствительностью к детонации. Последняя характеризуется предельном инициирующим зарядом, т. е. минимальным зарядом, обеспечивающим полную и устойчивую детонацию некоторого количества ВВ. Инициированием называют возбуждение взрывчатого превращения, а соответствующий заряд — инициатором.

Для определения чувствительности к детонации в медную гильзу запрессовывает I г ВВ, сверху подпрессовывают некоторое количество инициирующего ВВ. Затем гильзу устанавливают на свинцовой пластинке толщиной 5 мм и подрывают. Если диаметр образующегося в пластине отверстия больше или равен диаметру гильзы, детонация считаются полной. В противном случае навеску инициатора увеличивают и испытание повторяют.

Чувствительность ВВ к детонации имеет практическое значение при решении вопросов, связанных с выбором инициатора для конкретных условий взрывания.

Чувствительность ВВ зависит от ряда факторов. С повышением плотности чувствительность ВВ к удару и трению уменьшается. Это объясняется тем, что с повышением плотности структура вещества меняется от пористой к сплошной. При этом уменьшается возможность смещения частиц (кристаллов) вещества, изменяется количество и величина газовых включений — возможных очагов разогрева, затрудняется распространение горячих продуктов взрыва между частицами.

С увеличением прочности строения молекул однородных ВВ их чувствительность понижается, так как при большей прочности внутримолекулярных связей для их разрушения необходима большая энергия начального импульса.

В механических смесях чувствительность определяет наиболее чувствительный компонент (тротил в аммонитах, нитроэфир в динамитах и т. д.).

Чувствительность в значительной степени зависит от теплоты образования ВВ или входящих в его состав компонентов. Чем меньше теплота образования, тем выше чувствительность.

Наличие примесей также влияет на чувствительность ВВ. Примеси с твердостью, превышающей твердость частиц ВВ, увеличивают чувствительность к механическим воздействиям. Такие вещества называются сенсибилизаторами (песок, металлические порошки, толченое стекло и др.). Повышение чувствительности объясняется тем, что при ударе на твердых частицах и их острых гранях происходит концентрация энергия, что способствует возникновению горячих точек.

Вещества, понижающие чувствительность ВВ, называются флегматизаторами. К ним относятся вещества с низкой температурой плавления или твердостью, меньшей твердости частиц ВВ. Уменьшение чувствительности объясняется тем, что значительная часть энергия удара расходуется на разогрев и плавление легкоплавких добавок. Флегматизатор обволакивает частицы ВВ тонкой пленкой, которая смягчает удар в дает возможность частицам ВВ перемещаться без разрушения кристаллической решетки.