ЭНЕРГОНАСЫЩЕННАЯ ВЗРЫВЧАТАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2011 года по МПК C06B25/00 

Изобретение относится к взрывчатым композициям и может быть использовано в горном деле и для снаряжения боеприпасов, обеспечивающих фугасное и тепловое воздействие на поражаемые объекты.

Широко известно применение простейших взрывчатых двухкомпонентных систем, состоящих из аммиачной селитры и жидких органических горючих, например дизельного топлива или горючих отходов химического производства.

Дополнительно взрывчатые вещества на основе аммиачной селитры могут содержать в качестве энергетической добавки алюминий в виде порошка или пудры.

От традиционно применяемых в военном деле взрывчатых веществ этот вид аммиачноселитренных ВВ отличается дешевизной, простотой изготовления и повышенной безопасностью. Их производство, как правило, осуществляется на месте применения с помощью несложного смесительного оборудования. К основному недостатку взрывчатых смесей на основе аммиачной селитры относится пониженная энергетика взрыва. По энергетике взрыва простейшие взрывчатые вещества на основе аммиачной селитры уступают тротилу.

Подробно свойства простейших промышленных взрывчатых веществ типа аммиачная селитра - дизельное топливо описаны в книге М.А.Кук «Наука о промышленных взрывчатых веществах» М.: Наука, 1980 г.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является композиция, состоящая из нитрометана - жидкого энергетического компонента и алюминия при соотношении 75/25 (Л.В.Дубнов, Н.С.Бахаревич «Промышленные взрывчатые вещества» М.: Наука, 1988 г.).

Композиция нитрометан-алюминий сочетает свойственную аммиачно-селитренной двухкомпонентной смеси простоту изготовления и чрезвычайно высокую энергетику взрыва, и превосходит по энергии взрыва не только наиболее мощные промышленные ВВ, но и большинство взрывчатых систем, применяемых для снаряжения боеприпасов, например, таких как тротил, гексоген и октоген и ряд смесей на их основе.

К недостаткам указанной взрывчатой системы относятся: повышенная гигроскопичность жидкого компонента, входящего в ее состав (минимальное содержание воды в ней составляет 0,5-1,0%); сочетание в ней ряда взрывчатых свойств, требующих соблюдения при обращении с ней повышенных мер безопасности, высокая температура плавления нитрометана (минус 30°С), исключающая применение композиций в боеприпасах, предназначенных при эксплуатации в традиционном диапазоне температур ±60°С, низкая химическая и физическая стабильность и плотность композиции.

Повышенная гигроскопичность жидкой компоненты данной композиции приводит к снижению химической активности металла, входящего в ее состав при хранении композиции в составе изделий и, следовательно, к снижению со временем энергетики взрыва.

Перечисленные недостатки, свойственные смесям, содержащим в своем составе нитрометан, ограничивают возможность их применения как в средствах поражения, так и в горном деле.

Следствием недостаточной седиментационной стабильности является расслоение жидкой и твердой компоненты при хранении, что также приводит к снижению мощности композиции в процессе ее хранения.

Кроме того, к существенным недостаткам указанной взрывчатой системы относится неспособность формировать при взрыве боеприпаса ударные волны с повышенной протяженностью фазы сжатия и отсутствие тепловой составляющей, при ее действии.

Наличие тепловой составляющей при взрыве боеприпасов является фактором воздействия, существенно расширяющим возможность поражения ими объектов, содержащих горючие материалы в результате формирования очагов пожаров на таких объектах.

Задачей изобретения является создание взрывчатой композиции, имеющей длительную фазу сжатия при взрыве, наличие тепловой составляющей, повышенные характеристики плотности, расширенный температурный диапазон эксплуатации и высокую химическую и физическую стабильность, а также безопасную при изготовлении и эксплуатации.

Задача изобретения решается тем, что композиция, содержащая жидкий энергетический компонент и металлическое горючее, в качестве жидкого энергетического компонента содержит изопропилнитрат, в качестве металлического горючего - смеси магния с алюминием или с алюминиево-магниевым сплавом в соотношении от 75/27 до 25/75, при этом магний содержится в виде фрагментов полидисперсной стружки различной геометрической формы со средним размером частиц в диапазоне от 67 до 300 мкм, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Изопропилнитрат 25-60 Магний с алюминием или с   алюминиево-магниевым сплавом 75-40

Дополнительно взрывчатая композиция может содержать дифениламин в количестве 0,5-1,0 мас.% (сверх 100) для повышения термостойкости состава и для повышения седиментационной стабильности.

Также дополнительно композиция может содержать в своем составе полимерные материалы, вводимые в ее состав в виде частиц в количестве 3-12 мас.% (сверх 100), таких как полиметилметакрилат, бутадиеннитрильный каучук или фторкаучук, или фторполимер.

Изопропилнитрат, в отличие от нитрометана, по существующей в настоящее время классификации не относится к взрывчатым веществам вследствие низкой ударно-волновой чувствительности и слишком большому критическому диаметру детонации, и вследствие указанных свойств заявленная композиция на его основе отличается от прототипа повышенной устойчивостью к экстремальным эксплуатационным воздействиям, характеризуемым такими показателями как восприимчивость к детонации, прострелу пулей, критический диаметр и др.

Отсутствие в изопропилнитрате влаги (максимальное содержание воды в нем не превышает 0,03 мас.%) исключает снижение активности металлических компонентов при хранении композиции. Низкая температура плавления изопропилнитрата (ниже минус 60°С) исключает изменение его агрегатного состояния в диапазоне температур эксплуатации зарядов до минус 60°С. Сочетание частиц магния различной пространственной конфигурации указанных размеров с частицами алюминия пластинчатой и округлой формы или частицами алюминиево-магниевого сплава такой же формы как у магния обеспечивает сочетание повышенной плотности и седиментационную стабильность композиции в указанном диапазоне соотношений компонентов во взрывчатой композиции.

Термодинамические оценки показывают, что по энергетическому потенциалу разработанная взрывчатая композиция превосходит прототип. Анализ процессов, протекающих при ее взрыве, свидетельствует о том, что они носят многостадийный характер, что обеспечивает повышенную по сравнению с прототипом длительность фазы сжатия ударной волны и образование тепловой зоны при взрыве средств поражения.

Первоначально при воздействии инициирующего импульса на композицию в реакцию с изопропилнитратом вступает магний, а затем с некоторой задержкой алюминий или алюминиево-магниевый сплав, что увеличивает длительность процесса энерговыделения при взрыве. Основными продуктами реакции изопропилнитрата с металлами, помимо окислов металла, являются СО и Н₂, которые способны активно взаимодействовать с кислородом воздуха на последующей стадии взрыва. Сочетание процессов, протекающих непосредственно в гетерогенной смеси компонентов и объемных процессов реагирования газообразных продуктов взрыва в воздухе увеличивают длительность фазы сжатия ударной волны, формируя протяженную область теплового воздействия на окружающую среду. Такой многостадийный характер взрыва, сочетающего процессы в конденсированном состоянии вещества и газофазные процессы, создает преимущество в эффективности действия заявленной смеси в сравнении с прототипом. Увеличенная длительность фазы сжатия повышает вероятность фугасного поражения объектов, а тепловое воздействие обеспечивает формирование очагов пожара в поражаемых объектах.

Таким образом, заявленная композиция обладает повышенной по сравнению с прототипом длительностью ударно-волнового воздействия и наличием протяженной высокотемпературной области, способной значительно увеличивать эффективность поражающего действия боеприпасов в результате формирования очагов пожара на местности.

Сочетание частиц металлов различной формы и дополнительное введение в состав композиции частиц полимеров, которые вследствие набухания в изопропилнитрате создают агломераты, обеспечивают повышенную седиментационную устойчивость композиции. Дополнительным фактором, обеспечивающим повышение химической стабильности композиции при хранении ее и при эксплуатации при температуре свыше 60°С, является введение в состав композиции дифениламина. При повышенной энергетике взрыва сохраняется свойственная для композиций данного типа простота технологии изготовления зарядов, основанная на порционном дозировании порошкообразных и жидких компонентов в скважины или корпуса боеприпасов.

Сравнительные данные об эксплуатационных характеристиках и параметры взрыва композиции прототипа и вариантов заявленной композиции (таблица 1) представлены в таблице 2.

Из представленных в таблице 2 сравнительных данных по свойствам прототипа и композиции предполагаемого изобретения следует, что разработанная композиция, сохраняя свойственную прототипу простоту изготовления, превосходит прототип по целому комплексу эксплуатационных свойств по химической и физической стабильности. Она обладает повышенной плотностью, пониженной температурой плавления, повышенной ударно-волновой устойчивостью и критическим диаметром детонации, и также обладает повышенной безопасностью при изготовлении и эксплуатации.

Повышенный запас потенциальной химической энергии, которым обладают варианты заявленной композиции, реализуется в форме ударной волны с повышенной протяженностью фазы сжатия, высокотемпературной тепловой зоны, способной поджигать горючие материалы при действии боеприпасов в снаряжении заявленной композицией. За пределами заявленного диапазона соотношений компонентов (варианты 17-20) наблюдается значительное снижение уровня ряда показателей, отличающих ее от прототипа.

Так же, как и композиция прототипа, варианты разработанной композиции, несмотря на простоту рецептуры, превосходят существующие промышленные ВВ и большинство сложных по составу смесевых многокомпонентных взрывчатых композиций, применяемых для снаряжения боеприпасов по энергетике взрыва.

Изобретение относится к взрывчатым композициям и может быть использовано в горном деле или для снаряжения боеприпасов, обеспечивающих фугасное и тепловое воздействие на поражаемые объекты. Композиция содержит жидкий энергетический компонент - изопропилнитрат от 25 до 60 мас.% и металлическое горючее: смесь магния с алюминием или с алюминиево-магниевым сплавом в соотношении от 75/25 до 25/75 в количестве от 75 до 40 мас.%. Дополнительно для повышения термостойкости композиция может содержать дифениламин в количестве от 0,5 до 1,0 мас.% (сверх 100), а для повышения седиментационной стабильности - полимерные материалы в количестве от 3 до 12 мас.% (сверх 100). Изобретение обеспечивает получение простой по составу композиции с повышенными характеристиками по параметрам теплового и фугасного действия, плотности, температурному диапазону эксплуатации, химической и физической стабильности, а также обладающей простой технологией производства. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Энергонасыщенная взрывчатая композиция, включающая жидкий энергетический компонент и металлическое горючее, отличающаяся тем, что в качестве жидкого энергетического компонента она содержит изопропилнитрат, в качестве металлического горючего содержит смесь магния с алюминием или алюминиево-магниевым сплавом в соотношении от 75/25 до 25/75, при этом магний содержится в виде фрагментов полидисперсной стружки различной геометрической формы со средним размером частиц от 67 до 300 мкм, при содержании компонентов в композиции, % по массе:
Изопропилнитрат 25-60 Магний с алюминием или   с алюминиево-магниевым сплавом 75-40

2. Энергонасыщенная взрывчатая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дифениламин в количестве от 0,5 до 1,0 мас.% (сверх 100).

3. Энергонасыщенная взрывчатая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиметилметакрилат или фторопласт, или бутадиеннитрильный каучук или фторкаучук в количестве от 3 до 12 мас.% (сверх 100).