wybuchowe materiały

wybuchowe materiały,

związki chemiczne lub mieszaniny, w których pod wpływem zewn. impulsu energ. o odpowiedniej intensywności rozwinie się szybka reakcja chem. z wydzieleniem dużych ilości gazów o bardzo wysokiej temperaturze.

Impuls energ. może być mech. (uderzenie, tarcie, nakłucie), cieplny (płomień, gorąca iskra, rozżarzony przedmiot), wybuchowy (detonacja innego m.w., silna fala uderzeniowa) lub elektr. (iskra elektr.). Zainicjowana w dowolnym punkcie m.w. reakcja rozprzestrzeni się samorzutnie na całą jego objętość, niezależnie od tego, czy znajduje się w naczyniu zamkniętym czy otwartym — jest to podstawowa różnica z procesem spalania paliw, które gasną po odcięciu dopływu powietrza. Reagującego m.w. praktycznie nie można zgasić. Liniowa prędkość przebiegu reakcji chem. w m.w. wynosi od mm/s dla mieszanin pirotechn. lub paliw rakietowych i prochów, do ponad 9 km/s w przypadku detonacji oktogenu. Aby m.w. był bezpieczny w użytkowaniu musi mieć małą wrażliwość na impulsy energ., powinien być dostatecznie stabilny chemicznie i fizycznie podczas długotrwałego składowania oraz charakteryzować się odpowiednim zasobem energii do wykonania wyznaczonej pracy (kruszenie skał, miotanie pocisków, kształtowanie, przecinanie lub łączenie metali).

M.w. może być wiele różnych związków chemicznych z grupy org. estrów kwasu azotowego (nitrogliceryna, nitroglikol, nitroceluloza, pentryt), związki nitrowe (trotyl, kwas pikrynowy, nitrometan), nitroaminy (heksogen, oktogen), azydki i pioruniany metali ciężkich (np. ołowiu i rtęci) i in. M.w. może być również mieszanina 2 lub więcej niewybuchowych składników, z których jeden jest silnym utleniaczem, a drugi substancją palną. Na przykład najstarszy m.w. — proch czarny jest mieszaniną drobno zmielonej saletry potasowej i węgla drzewnego z dodatkiem siarki. Większość wojskowych m.w. ma postać stałą, nitrogliceryna i astrolity są cieczami, górnicze m.w. są z reguły wielofazowymi mieszaninami o konsystencji ciekłej, plast. lub sypkiej. Właściwości wybuchowe ma również wiele mieszanin gazowych i aerozolowych. Podczas przemiany wybuchowej 1 kg m.w. wydziela się energia od 2,6 MJ (proch czarny), do 6,3 MJ (nitrogliceryna); dla trotylu wartość ta wynosi 4 MJ.

W zależności od zastosowania rozróżnia się m.w. inicjujące (pierwotne), kruszące (wtórne) oraz miotające. Oddzielną grupę stanowią mieszaniny pirotechniczne. Inicjujące m.w. wykorzystuje się do zapoczątkowania palenia (w spłonkach zapalających i zapłonnikach) lub detonacji (w spłonkach pobudzających i zapalnikach); cechuje je duża wrażliwość; ulegają przemianie chem. zainicjowanej impulsem o małej energii (jak nakłucie iglicą, rozżarzony drut elektr.); najczęściej stosowane to: piorunian rtęci, azydek ołowiu, trinitrorezorcynian ołowiu, tetrazen oraz mieszaniny chloranu potasu ze związkami nieorg. (w spłonkach zapalających).

Kruszące m.w. cechuje znacznie mniejsza wrażliwość, są bardziej bezpieczne w produkcji i stosowaniu. Podstawowym rodzajem przemiany wybuchowej jest detonacja, którą można wywołać stosunkowo dużym impulsem energ., np. spłonką pobudzającą lub detonatorem. W czasie detonacji kruszących m.w. ciśnienie produktów detonacji osiąga poziom kilku GPa dla górniczych m.w., a nawet 50 GPa dla najsilniejszych wojskowych m.w. Wartość ciśnienia detonacji jest miarą kruszności m.w. Najczęściej stosowane wojsk. kruszące m.w. to: trotyl, heksogen, oktogen, pentryt, TATB, m.w. plastyczne. Kruszącymi m.w. są napełniane bomby lotn., pociski, głowice rakiet, torpedy, miny itp. Najbardziej popularne górnicze m.w. (stosowane przy wydobyciu surowców miner., budowie tuneli, dróg, kanałów i niszczeniu niepotrzebnych obiektów budowlanych; wybuchowe materiały górnicze) to: saletrole, amonity, amonale, dynamity oraz nowoczesne mieszaniny wybuchowe — emulsyjne i zawiesinowe m.w.

Miotające m.w. służą do nadania dużej prędkości pociskom (prochy) lub rakietom (rakietowe materiały pędne). Miotające m.w. nie mogą ulegać detonacji, lecz wyłącznie warstwowemu paleniu z prędkością zwykle od kilku mm do kilku cm/s, w zależności od ciśnienia. Ponieważ prochy mają postać ziaren o różnych kształtach (rurki, płytki, kulki, wielokanalikowe walce), powierzchnia palenia jest bardzo duża, a ciśnienie w lufie broni dochodzi do kilkuset MPa. Najbardziej rozpowszechnione są prochy nitrocelulozowe i nitroglicerynowe, zw. bezdymnymi. Mieszaniny pirotechn. składają się z co najmniej 2 składników, nieorg. utleniacza oraz substancji palnej (pirotechnika); podstawowym rodzajem przemiany tych mieszanin jest palenie z prędkością od ułamka mm/s do wielu m/s.

Pierwszy materiał wybuchowy — proch czarny, wynaleziono prawdopodobnie w VI w. w Chinach; jego skład (proch czarny) nie uległ większym zmianom od wieków; był stosowany do celów wojennych przez Mongołów, później przez Arabów; przywieziony do Europy w czasie wypraw krzyżowych spowodował rozwój artylerii oraz ręcznej broni palnej. W Polsce pierwsza wzmianka o jego stosowaniu znajduje się w Statucie Wiślickim wyd. w połowie XIV w. (1347?) przez Kazimierza III Wielkiego. Do poł. XIX w. był uniwersalnym m.w. stosowanym jako inicjujący, miotający i kruszący; ciągle jest stosowany do produkcji lontów prochowych i zapłonników. Przełomem w rozwoju broni palnej było zastosowanie spłonki zapalającej zawierającej piorunian rtęci (pocz. XIX w.) i prochów bezdymnych (od poł. XIX w.). Dzięki temu wzrosła donośność, celność i szybkostrzelność broni. Po stwierdzeniu, że kwas pikrynowy, stosowany jako barwnik, jest silnym m.w., użyto go do napełniania pocisków, zwiększając siłę ognia artylerii. Na przeł. XIX i XX w. kwas pikrynowy zastąpiono trotylem, bezpieczniejszym i umożliwiającym napełnianie pocisków przez zalewanie ciekłym trotylem w temperaturze powyżej 80°C. Wynalazki A. Nobla w 2. poł. XIX w. — spłonka pobudzająca, przem. produkcja nitrogliceryny i dynamitu, przyczyniły się do masowego użycia kruszących m.w. przy budowie tuneli, kanałów i dróg. W 1. poł. XX w. sformułowano teorię detonacji, zbadano i zastosowano efekt kumulacji wybuchowej w pociskach przeciwpancernych, zastosowano silne m.w. (pentryt, heksogen, oktogen), rozwinięto produkcję paliw rakietowych do broni dalekiego zasięgu. W latach 50. XX w. zastosowano mało wrażliwe, bezpieczne górnicze m.w. — zawiesinowe, granulowane (saletrol), w latach 70. — emulsyjne m.w. Rozwój wysokoenerg. paliw rakietowych umożliwił loty ludzi w kosmos, lądowanie na Księżycu, międzyplanetarne misje bezzałogowe.