К.т.н. Оспанов С.С.,  к.х.н. Утебаев А.А., м.х.т. Ибраев Т.Н., к.т.н. Оспанова Р.Д.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова, Республика Казахстан

О необходимости определения химической стойкости устаревших порохов

 

Боеприпасы, в том числе и пороха, имеют гарантийный срок хранения, в течение которого обеспечивается неизменность их технических характеристик и боевых свойств. В процессе их хранения должен осуществляться контроль их качественного состояния.

После  окончания гарантийного или длительного срока хранения  боеприпасы  подлежат списанию и утилизации.

Баллиститные пороха вследствие разбрасывания их при горении на большие расстояния, необходимо уничтожать взрыванием. Пироксилиновые пороха уничтожают сжиганием. Естественно эти методы являются экономически нецелесообразными. При значительном объеме уничтожаемых взрывчатых материалов образуется огромное количество токсичных продуктов, что наносит реальный вред окружающей среде. В связи с этим  актуальным является создание экологически чистых производств по утилизации и использованию высвобождаемых материалов.

По химическому составу нитроцеллюлозные (пироксилиновые и баллиститные) пороха представляют собой взрывчатые вещества, способные при определенных условиях к детонации.

Нитроцеллюлозные пороха (НП) обладают следующими взрывчатыми свойствами: фугасность 300-360 см3 (тротил 285-310 и аммонит 6ЖВ 360-380 см3); бризантность 9-16 мм (тротил – 16 и аммонит 6ЖВ – 14 мм); скорость детонации 5000-5500 м/с, а в водонаполненном состоянии составляет 5500-6000 м/с. Термодинамические расчеты параметров детонации порохов показывают, что при функционировании в этом режиме они превосходят по скорости детонации, давлению и температуре тротил.

При длительном хранении НП возможны изменения их состава по всей массе или перераспределение некоторых компонентов по слоям пороховых элементов. Признаками разложения порохов являются: изменение цвета, появление на поверхности пороховых элементов, расползающихся желтоватых пятен, вздутий и трещин, выделение бурых оксидов азота.

Пороха химически стойкие и безопасные в обращении могут быть  применены на взрывных работах.

Основным компонентом НП является нитроцеллюлоза. Содержание её в составе пироксилиновых порохов достигает 90-96%, а в баллиститном – 40-70%. Нитроцеллюлоза является нестойким веществом. При длительном хранении и нагревании она разлагается с выделением окислов азота, которые с влагой дают азотную и азотистую кислоты. Эти кислоты и ускоряют распад нитроэфиров, особенно в присутствии воды, благоприятствующей их гидролизу. Такие реакции идут с выделением тепла, ускоряющего распад взрывчатых веществ. При недостаточном контроле химической стойкости хранимого продукта известны случаи взрывов складов с порохами.   

НП по химической стойкости подразделяются на три группы:

1 группа- пороха химически стойкие и безопасные в обращении. Их проверяют на химическую стойкость в очередные сроки испытаний, указанные в паспорте, но не реже одного раза в год;

2 группа – пороха с пониженной химической стойкостью, но безопасные в обращении. Длительному хранению не подлежат. Их испытания на химическую стойкость проводят не реже одного раза в 6 месяцев, но если есть сомнения в их доброкачественности, определяемой по внешним признакам (изменение цвета, появление запахов оксидов азота и т.п.), то испытания порохов проводят раз в месяц;

3 группа – пороха химически не стойкие и опасные в обращении. Такие пороха должны сразу уничтожаться.

Существует много способов для определения химической стойкости порохов. Большинство из них проводят при повышенных температурах, при которых химические процессы ускоряются и оказывается возможным зафиксировать ту или иную степень разложения взрывчатого вещества после сравнительно короткого промежутка времени (проба Вьеля, повторная проба Вьеля, манометрическая проба и др.).

Наиболее универсальным является определение химической стойкости  с помощью  манометрической пробы. Метод основан  на принципе измерения избыточного давления газообразных продуктов термического разложения пироксилинового пороха при температуре 125±0,5°С и баллиститного пороха при температуре 110±0,5°С от начального атмосферного давления воздуха в герметично закрытых реакционных объемах.

         Химическую стойкость  пороха выражают давлением газовыделения за определенное время термостатирования с применением специальных установок и использованием автоматической системы регистрации давления. Установка, состоящая из 4 термостатов (в термостате имеется 8 гнёзд для помещения проб), позволяет одновременно провести испытания 32 проб пороха на химическую стойкость.

Например, определенные значения давления в каждом ПП по термостатам за 1ч. термостатирования для исследуемых  порохов приведены в таблице (первые два символа   указывают номер ПП, четыре следующих -измеренное значение давления в данном ПП).

Таблица - Значения давления в каждом ПП за 1ч.  термостатирования                           

01 1329

02 1261

03 1326

04 1322

05 1332

06 1040

07 1342

08 1333

09 1299

10 1307

11 1334

12 1283

13 1345

14 1275

15 1296

16 1311

17 1196

18 1187

19 1194

20 1190

21 1176

22 1169

23 1200

24 1169

25 1197

26 1168

27 1169

28 1170

29 1195

30 1188

31 1357

32 1168

 

Для пироксилиновых порохов за результат испытания принимают давление газовыделения за 3,5 час. термостатирования, которое  вычисляют  по формуле                                   Р3,5=Р4,5  - Р1,0 ,            (1)

где Р3,5-давление газовыделения от собственного термораспада пороха,         которое должно быть не более 29,33 кПа (220 мм рт.ст.) за 3,5 ч.

Р4,5-давление, зарегистрированное установкой, за 4,5 ч термостатирования,   кПа  (мм.рт.ст);

Р1,0-давление в датчике за 1 ч прогрева, включающее как давление за счет   расширения воздуха, так и за счет испарения летучих веществ, кПа (мм.рт.ст.).

           Для баллиститных порохов за результат испытания принимают давление газовыделения за 5 ч термостатирования при температуре (110±0,5°С), которое вычисляют по формуле           Р5,0 = Р6,0 – Р1,0 ,           (2)

где     Р5,0 –давление газовыделения от собственного термораспада  пороха,

           которое должно              быть    не более 8,0 кПа (60 мм.рт.ст.);

           Р6,0- давление, зарегистрированное за 6 ч термостатирования, кПа

           (мм.рт.ст.);

            Приводим пример расчета давления газовыделения для пробы  пироксилинового пороха  помещенного в ПП1. Результаты измерения  избыточного давления газообразных продуктов термического разложения пороха за 4,5 часа термостатирования составили (показания регистрировались через каждые 0,5 ч.) соответственно 1281, 1311, 1329, 1345, 1356, 1373, 1384, 1394, 1419 и 1444 мм. рт. ст. Давление газовыделения для пробы пироксилинового пороха, определенное по формуле (1) составило:

Р 3,5 = 1444-1329 =115 мм. рт. ст

         Таким  же образом   были вычислены давления газовыделения от собственного термораспада для  пироксилиновых порохов в ПП2…ПП16 (89 – 135 мм.рт.ст) и баллиститных порохов в ПП17…ПП32 (16 – 37 мм.рт.ст). Полученные значения давления газовыделения для испытуемых проб порохов показывают, что они являются химически стойкими. Пороха химически стойкие могут быть применены на взрывных работ.