Композиція для об’ємного вибуху

Реферат: UA 72644 U UA 72644 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі вибухових речовин, а саме до композицій для проведення об'ємних вибухів підвищеної ефективності. Об'ємні вибухи відносять до класу хімічних вибухів, при яких основний ефект досягається шляхом підриву хмари розпиленого палива. Вони характеризуються більшим проміжком часу виділення енергії, ніж стандартні вибухові речовини (ВР). Як правило, композиції для об'ємних вибухів є паливонасиченними і часто містять ВР, що також є джерелом кисню. Розрізняють так звані однотактні и двотактні об'ємні вибухи. При двотактному об'ємному вибуху можна виділити щонайменше дві різні стадії. На першій стадії відбувається диспергування часточок палива в навколишньому повітрі, на другій пилоабо краплеповітряна суміш, що утворилася (аерозоль) підривається. Двотактні мають ярко вирізненні фази розпилювання та підриву, при цьому, наприклад, розпилювання може відбуватися за рахунок вибуху низькобризантної ВР, а підрив утвореної хмари ініціюють додатковим вибухом невеликої кількості високобризантної ВР. Однотактні ж відрізняються тим, що друга фаза наступає безпосередньо за першою через спеціально підібраний склад вибухової композиції. На першій стадії вибух звичайної ВР розпилює в навколишньому середовищі паливо. Ця стадія вибуху продовжується близько сотень мікросекунд. На другій стадії починається горіння часточок палива, яке знаходиться в безпосередній близькості від часток ВР і які таким чином виступають у ролі джерела кисню. При цьому продовжується розповсюдження вибухової хвилі та розширення хмари продуктів детонації, що містить надлишок палива. Тривалість цієї стадії також декілька сотень мікросекунд. На третій стадії починається процес взаємодії паливонасиченої хмари, що утворилася на попередніх стадіях, з киснем повітря з утворенням високотемпературної зони (ВТЗ). Ця стадія може продовжуватись декілька сотень мілісекунд і утворює основний температурний і баричний ефект. Як пальне найчастіше застосовують алюміній, магній, кремній, бор або їх комбінації оскільки вони дають найліпшу температуру згоряння разом з їх доступністю та прийнятною вартістю. Для двотактних вибухових композицій як рідке паливо можуть бути використані нітроефіри, що окрім іншого самі є слабими ВР і таким чином сприяють більш швидкому початку хімічних реакцій в хмарі, що підвищує надійність ініціювання хмари і повноту згорання палива в детонаційному режимі. З патенту RU2193019 відома вибухова композиція, що складається з металевого палива в кількості 3-9 %, деревної муки в кількості 2,0-2,5 %, вуглеводневого рідкого палива в кількості 1,5-3,2 %, аміачної селітри до 100 %. Однак, така композиція не може бути застосована для проведення об'ємних вибухів. З патентів RU2190585 і RU2190586 відомі вибухові композиції, що складаються з порошкового алюмінію в кількості 10-35 %, графіту в кількості 1-10 %, гексогену (RU2190585) або октогену (RU2190586) у кількості 10-35 %, перхлорату амонію (RU2190585) або перхлорату калію (RU2190586) до 100 %. Однак, ці композиції не можуть бути застосовані для проведення об'ємних вибухів. З патенту UA23400 відома вибухова композиція, що складається з кремнієвого пального в кількості 3-13 %, тротилу в кількості 9-20 %, аміачної селітри до 100 %. Однак, така композиція не може бути застосована для проведення об'ємних вибухів. З патенту UA59236 відома вибухова композиція, що складається з кремнієвого пального в кількості 1-13 %, тротилу в кількості 2-18 %, мінерального масла в кількості 0,5-4,5 %, оксидів заліза в кількості 0,4-6,0 %, аміачної селітри до 100 %. Однак, така композиція не може бути застосована для проведення об'ємних вибухів. З патенту UA47253 відома емульсійна вибухова композиція, яка представляє собою емульсію типу "вода в маслі" і складається з рідкого палива в кількості 2-10 %, емульгатора в кількості 1-5 %, стабілізатора в кількості 1-5 %, води в кількості 6-20 %, селітри аміачної в кількості 70-90 %, селітри натрієвої або кальцієвої в кількості 1-20 %, скляних мікросфер в кількості 0,5-5,0 %, твердого палива (алюмінію) у кількості 1-10 %, каталізатора (NaCl) в кількості 0,1-4,0 %. Однак, така композиція не може бути застосована для проведення об'ємних вибухів. З патенту UA40139 відома вибухова гелеподібна суспензія, що складається з нітрату чи перхлорату в кількості 25-45 %, натрієвої або кальцієвої селітри в кількості 12-28 %, нітраміну в кількості 17-30 %, алюмінію або кремнію в кількості 4-10 % і алюмінієвої пудри/перлітового піску/скляних мікросфер в кількості 0,1-3,0 %. Однак, така композиція не може бути застосована для проведення об'ємних вибухів. 1 UA 72644 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 З патенту UA25461 відома вибухова композиція, що складається з нітроефірів в кількості 815 %, кремнієвого пального в кількості 5-18 %, стеарату кальцію або цинку в кількості 0,5-3,0 %, нітроцелюлози в кількості 0,2-0,4 %, добавки (віск/парафін/графіт/тальк) у кількості 0,2-3 %, аміачної селітри до 100 %. Всі вищевказані композиції не призначені і не можуть бути використані для проведення об'ємних вибухів. З патенту UA59088 відомий спосіб отримання об'ємного вибуху, який полягає в дрібному розпиленні вугільного пилу з подальшим його запалюванням у повітрі, для забезпечення більш високої ефективності вибухів і зниження вартості частки палива примусово заряджають однойменним зарядом електричного поля за рахунок тертя їх об стінки корпусу снаряда, виконаного з електролітичного матеріалу. З патенту US4132169 відома бомба для проведення об'ємного вибуху, який виникає при підриві розпорошеного етилнітрату або пропілнітрату або їх суміші. З патенту US7807000 відомий термобаричний заряд, що складається з металевої основи, що покрита алюмінієм 20-45 %, нітраміну і зв'язуючої речовини. З патенту US7754036 відома пресована вибухова композиція для однотактного об'ємного вибуху, що складається з непокритого металевого пального в кількості 50-70 %, нітраміну, змішаного з пальним і покритого зв'язуючим нітраміну (нітраміни 30-45 %, зв'яз. 1-6 %). З патенту US7727347 відомий метод отримання пресованої вибухової композиції для однотактного об'ємного вибуху по US7754036, а також метод спресовування композиції в термобаричний заряд. З патенту US6969434 відома композиція для вибухового заряду високої ефективності для однотактного об'ємного вибуху, що складається з металевого композиту, що складається з металу в кількості 30-40 %, перхлорату амонію в кількості 15-35 %, зв'язуючого в кількості 1015 % і вибухової речовини в кількості 30-55 %. З патенту US6955732 відома конструкція заряду для об'ємного вибуху за патентом US6969434, виконана переважно в циліндричному/кільцевому наповненні. Загальним недоліком наведених вище композицій-аналогів є їх недостатня потужність в тротиловому еквіваленті, що як правило не перевищує 2,0. З патенту UA6020 відома вибухова композиція для об'ємного вибуху, що містить металеве пальне в кількості 10-65 %, вибухова речовина в кількості 25-40 % і рідке нітроване органічне пальне інше. Ця композиція була вибрана за прототип. Однак прототип також має істотній недолік, оскільки композиція має вкрай обмежений термін застосування і зберігання. Фактично, вже через кілька місяців композиція втрачає свою ефективність у декілька разів. Задачею цієї корисної моделі є створення композиції для проведення однотактного об'ємного вибуху високої ефективності, яка відрізняється підвищеною стабільністю і здатна зберігати свої якості протягом не менше 10 років. Наші дослідження показали, що падіння ефективності пов'язані з необоротними дисперсними процесами "старіння", в ході яких змінюється оптимальна площа зіткнення металевого і нітрованого органічного пального через утворення агрегатів, а також зростає вміст оксидних плівок на металевому пальному, що також сприяє падінню ефективності. Крім того, при тривалому зберіганні композиції-прототипу вже через 4 місяці відбувається незворотний процес розділення фазових складових композиції, що веде до порушення розташування центру тяжіння заряду і сильного зниження ефективності. Однак, несподівано виявилося, що ці процеси можна істотно сповільнити, створивши в композиції певну структуру, спрямовану саме на подолання цього недоліку. Таким чином, задача корисної моделі вирішується шляхом включення до складу композиції, що складається з рідкого нітрованого органічного пального, металевого пального та вибухової речовини структуроутворюючої добавки (структуроутворювача). Структуроутворювач є речовиною або декількома речовинами, яка (або які), будучи введені до складу вибухової композиції, фізично створюють перешкоди часткам активованого металевого пального для утворення агрегатів та їх взаємодії з киснем. Так, структуроутворювачем може бути неорганічна речовина з певним розміром частинок, яка може створювати бар'єр для частинок металевого пального, заповнюючи простір між ними і таким чином утримуючи структуру. Також, структуроутворювачем може бути зв'язуюча високомолекулярна речовина або комбінація зв'язуючої речовини і отверджувача. В такому випадку структуру створюють молекули високомолекулярної речовини, а отверджувач сприяє її зміцненню. 2 UA 72644 U 5 10 15 20 25 Таким чином, об'єктом цієї корисної моделі є композиція для об'ємного вибуху, яка містить рідке нітроване органічне пальне, металеве пальне і вибухова речовина і додатково містить структуроутворювач при такому вмісті компонентів, мас. %: рідке нітроване органічне 30-45 пальне металеве пальне 25-50 вибухова речовина 15-35 структуроутворювач 0,3-20. Переважно, структуроутворювачем є неорганічна речовина з розміром частинок 5-200 нм. Також переважно, структуроутворювачем є зв'язуюча високомолекулярна речовина або комбінація зв'язуючої високомолекулярної речовини і отверджувача. Найбільш переважно, структуроутворювачем є комбінація неорганічної речовини з розміром частинок 5-200 нм і сполучної високомолекулярної речовини або комбінації сполучної високомолекулярної речовини і отверджувача. Переважно, металевим пальним є порошок алюмінію або магнію або бору або кремнію або будь-якої їх комбінації. Переважно, металеве пальне є активованим за рахунок часткового або повного видалення окисної плівки з його поверхні. Видалення оксидної плівки проводять відомими фізичними, хімічними або фізико-хімічними методами. Переважно, металеве пальне складається з частинок розміром 0,1-20 мкм. Переважно, вибуховою речовиною є речовина, вибрана з нітрамінів, полінітроефірів, неорганічних нітратів, неорганічних хлоратів, неорганічних перхлоратів, а також будь-якої їх комбінації. Переважно, вибуховою речовиною є речовина, вибрана з гексогену, октогену, ТЕНу, нітрату амонію, нітрату калію, нітрату натрію, хлорату амонію, хлорату калію, хлорат натрію, перхлорату амонію, перхлорату калію, перхлорату натрію, а також будь-якої їх комбінації. Нижче наведені приклади конкретної реалізації корисної моделі. Загальна методика отримання композицій. До рідкого нітрованого органічного пального додають порошок металевого пального і отриману суміш диспергують. При диспергуванні суміші проводиться часткове або повне видалення окисної плівки з поверхні металевого пального. До отриманої суміші додають вибухову речовину і обережно перемішують на лопатевій мішалці. Далі до отриманої суміші додають структуроутворювач і знову перемішують. Таким чином, отримують композиції Прикладів 1-6 (вказані мас. %). 30 Приклад 1 Гексоген 2-етилгексилнітрат Алюміній Магній Етиленпропіленовий каучук Вулканізуючий агент 30 37,8 20 10 2 0,2 Приклад 2 Октоген Етилнітрат Алюміній Двоокис кремнію (50 нм) 29,8 45 25 0,2 Приклад 3 Нітрат амонію Етилнітрат Алюміній Каучук бутадієновий 29,5 45 25 0,5 Приклад 4 Нітрат амонію Етилнітрат Алюміній Каучук бутадієновий 15 40 38 7 3 UA 72644 U Приклад 5 Перхлорат амонію Етилнітрат Алюміній Каучук ізопрендивініловий Вулканізуючий агент 5 10 30 17,7 50 2 0,3 Приклад 6 Перхлорат амонію 15 Бутилнітрат 39,7 Бор 30 Кремній 8 Каучук ізопрендивініловий 2 Вулканізуючий агент 0,3 Приклад 7. Перевірка вибухових характеристик композицій Тротиловий еквівалент композицій визначався розрахунковим шляхом. Для цього визначався тиск ударної хвилі на заданій відстані від заряду випробуваної композиції і зарядів тротилу різної маси. Тротиловий еквівалент визначався як відношення маси заряду тротилу, який при його вибуху дає такий же тиск ударної хвилі на заданій відстані до маси заряду композиції. Температура високотемпературної зони вимірювалася за допомогою безконтактного пірометра. Час існування ВТЗ фіксувався швидкісною фотозйомкою. Прототип за складом був еквівалентний композиції за прикладом 4, результати наведені в Табл. 1: Таблиця 1 Результати випробувань вибухових характеристик композицій № композиції 1 2 3 4 5 6 прототип 15 20 Тротиловий еквівалент Температура ВТЗ, °C Час існування ВТЗ, с 1,8 2,3 2,0 2,2 2,0 2,1 2,0 1200 1100 1400 1200 1400 1400 0,6 0.3 0,8 0,5 0,8 0,5 Приклад 8. Стабільність всіх композицій прикладів 1-6, визначена як гарантійний термін зберігання, склала 10 років і більше. Стабільність для композиції-прототипу становила не більше 4 місяців. При цьому для композицій прикладів 1-6 протягом перших кількох місяців спостерігалося деяке поліпшення вибухових характеристик, в той час як для композиції-прототипу ці ж характеристики істотно погіршувалися. З результатів випробувань видно, що використання запропонованого технічного рішення дозволило підвищити тротиловий еквівалент з 2,0 до 2,2. Використання структуроутворювачів в складі вибухової композиції веде до збільшення її стабільності при підвищенні ефективності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Композиція для об'ємного вибуху, що містить рідке нітроване органічне пальне, металеве пальне і вибухову речовину, яка відрізняється тим, що додатково містить структуроутворювач при такому вмісті компонентів, мас. %: рідке нітроване органічне пальне 30-45 металеве пальне 25-50 вибухова речовина 15-35 структуроутворювач 0,3-20. 2. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що структуроутворювачем є неорганічна речовина з розміром частинок 5-200 нм. 4 UA 72644 U 5 10 15 3. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що структуроутворювачем є сполучна високомолекулярна речовина або комбінація сполучної високомолекулярної речовини і отверджувача. 4. Композиція за п. 1, яка відрізняється тим, що структуроутворювачем є комбінація неорганічної речовини з розміром частинок 5-200 нм і сполучної високомолекулярної речовини або комбінації сполучної високомолекулярної речовини і отверджувача. 5. Композиція за будь-яким з пп. 1-4, яка відрізняється тим, що металевим пальним є порошок алюмінію або магнію, або бору, або кремнію, або будь-якої їх комбінації. 6. Композиція за будь-яким з пп. 1-5, яка відрізняється тим, що металеве пальне є активованим за рахунок часткового або повного видалення окисної плівки з його поверхні. 7. Композиція за будь-яким з пп. 1-6, яка відрізняється тим, що вибуховою речовиною є речовина, вибрана з нітрамінів, полінітроефірів, неорганічних нітратів, неорганічних хлоратів, неорганічних перхлоратів, а також будь-якої їх комбінації. 8. Композиція за п. 7, яка відрізняється тим, що вибуховою речовиною є речовина, вибрана з гексогену, октогену, ТЕНу, нітрату амонію, нітрату калію, нітрату натрію, хлорату амонію, хлорату калію, хлорату натрію, перхлорату амонію, перхлорату калію, перхлорату натрію, а також будь-якої їх комбінації. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5