A puskapor egy többkomponensű szilárd „ robbanékony ” ( nem robbantóanyag ) keverék, amely párhuzamos rétegekben, kívülről érkező oxigén nélkül , rendszeres égésre képes, nagy mennyiségű hőenergia és gáznemű termék felszabadulásával, amelyet lövedékek kidobására, rakétamozgatásra használnak . és egyéb célokra [1 ] .
A lőpor a hajtóanyagú robbanóanyagok osztályába tartozik .
A robbanóanyagok első képviselője a fekete por volt - salétrom , szén és kén mechanikus keveréke , általában 5:3:2 arányban. [2] Erős a vélemény, hogy az ilyen vegyületek az ókorban jelentek meg, és főként gyújtó- és rombolószerként használták őket.
Számos megbízható bizonyíték van arra, hogy a lőport Kínában találták fel . Az i.sz. első század közepén a salétrom már ismertté vált Kínában, és komoly bizonyítékok állnak rendelkezésre a salétrom és a kén különféle kombinációiban való felhasználására, főként gyógyszerek előállítására [3] . Tao Hongjing kínai alkímiai szövege "Bencao jing jizhu" (Commentary Pharmacopeia, Chinese trad.本草經集注) [4] [5] , 492-ben, egy praktikus és megbízható módszert ír le a kálium-nitrát megkülönböztetésére más szervetlen alkimista sóktól. tisztítási módszerek értékelésére és összehasonlítására - kálium-nitrát égetésekor ibolyaszínű láng keletkezik. Az ókori arab és latin módszerek a salétrom tisztítására 1200 után jelentek meg [6] . A puskaporra emlékeztető keverék első említése a Taishang Shengzu Danjing Mijue -ban jelent meg Qing Xuzi (körülbelül 808-ban) - az eljárás hat rész ként , hat rész salétrom és egy rész kirkazon (a gyógynövény, amely szénnel látta el a keveréket ) összekeverésével. [7] leírása . Az ilyen keverékek gyújtó tulajdonságainak első leírása a Zhenyuan miaodao yaolüe , egy taoista szöveg , amelyet feltételesen a Kr . :[6]u. 9. század közepére [8] . A kínai " puskapor " szó ( kínai trad.火藥, kínai ex.火药, pinyin huǒyào, szó szerint "Fire of medicine" [9] ) több évszázaddal a keverék felfedezése után került használatba [10] . Így a 9. században a taoista szerzetesek és alkimisták a halhatatlanság elixírjét keresve véletlenül puskaporba botlottak [11] [12] . A kínaiak hamarosan fegyverek kifejlesztésére használták a lőport: a következő évszázadokban különféle típusú lőporos fegyvereket állítottak elő, köztük lángszórókat [13] , rakétákat , bombákat , primitív gránátokat és aknákat , mielőtt feltalálták azokat a lőfegyvereket, amelyek a lőpor energiáját használják fel a tényleges kilövésre. lövedékek [14] .
A Wujing zongyao ( kínai trad. 武經總要, ex. 武经总要, pinyin wǔ jīng zǒng yào , szó szerint: " a legfontosabb katonai módszerek gyűjteménye ") egy kínai katonai értekezés, amelyet 1044-ben hoztak létre az északi daldinasztia idején . , híres tudósokat, Zeng Gongliangot, Ding Dut és Yang Weide-et állította össze, a mű a világ első kézirata, amely puskapor receptjeit tartalmazza, különféle keverékeket ír le, amelyek között petrolkémiai termékek, valamint fokhagyma és méz is szerepel [15] . Többek között említik a puskapor égésének lassítására szolgáló módszereket tűzijátékok és rakéták létrehozásához - ha a keverék nem tartalmaz elegendő salétromot a robbanáshoz (a salétrom maximális mennyisége 50%-kal csökken), akkor egyszerűen megég [ 16] . A legfontosabb katonai technikák gyűjteményét azonbanegy tisztviselő írta a Song-dinasztia idején , és nincs elég bizonyíték arra, hogy közvetlen hatással volt a katonai műveletekre. A 11. századi kínai tangutok elleni háborúkat leíró évkönyvek sem tesznek említést a puskapor használatáról (használatáról)A " Tűzlándzsa " használatának tapasztalatai először Dean 1132-es ostromának leírásában szerepel [17] .
A mai napig a fő tudományos konszenzus az, hogy a lőport Kínában találták fel, majd az egész Közel-Keleten elterjedt , és később elérte Európát [18] . Talán a 9. században tették ezt, amikor az alkimisták a halhatatlanság elixírjét keresték. Megjelenése a tűzijátékok feltalálásához és a lőfegyverek korai példáihoz vezetett . A lőpor Kínából Ázsiában terjedését nagyrészt a mongoloknak tulajdonítják. Feltehetően a puskapor több évszázad után jutott el Európába [2] . Vannak azonban viták arról, hogy a kínai tapasztalatok a lőpor ellenségeskedésben való felhasználásával kapcsolatban milyen mértékben befolyásolták a közel-keleti és európai eredményeket [2] [19] .
A történelem első tudományos munkája, amely részletesen feltárta a kálium-nitrát ( kálium-nitrát ) tisztítási folyamatát, és leírja, hogyan kell fekete port megfelelő mennyiségi arányban készíteni a robbanás előidézéséhez, a Mameluk Szultánság tudósának, Hasan al . Rammah . Hassan al Rammah robbanékony lőpor szintézisével kapcsolatos munkái lendületet adtak a fegyverek és rakéták fejlesztésének. Ez lehetővé tette , hogy az egyiptomi mamelukok az elsők közé tartozzanak, akik elkezdtek rendszeresen ágyút használni katonai ügyekben [20] [21] .
A kálium-nitrát előállításához fejlett technológiai módszerekre van szükség, amelyek csak a kémia 15-16. századi fejlődésével és Glauber 1625-ös salétromsav- gyártásával jelentek meg. A magasan fejlett fajlagos felületű szénanyagok, például a szén gyártása is fejlett technológiát igényel, amely csak a vaskohászat fejlődésével jelent meg . A legvalószínűbb a különféle természetes nitráttartalmú szerves anyagokkal készült keverékek alkalmazása, amelyek a pirotechnikai készítményekben rejlő tulajdonságokkal rendelkeznek. A puskapor egyik feltalálójának Berthold Schwartz szerzetest tartják .
Hosszú ideig intenzíven fejlesztették Chilében a nátrium-nitrátban , Indiában és más országokban a kálium -nitrátban leggazdagabb lelőhelyeket. De hosszú ideig a lőpor gyártásához használt salétromot mesterségesen is nyerték - kézműves módon az úgynevezett salétromban. Ezek növényi és állati hulladékból, építési hulladékkal, mészkővel , márgával kevert halmok voltak . A bomlás során keletkező ammóniát nitrifikációnak vetették alá, és először salétromsavvá , majd salétromsavvá alakították át . Ez utóbbi a mészkővel kölcsönhatásba lépve Ca(NO 3 ) 2 -t adott, amelyet a víz kimosott . A (főleg hamuzsírból álló ) fahamu hozzáadásával CaCO 3 csapódott ki , és kálium-nitrát oldat keletkezett [22] .
Képlet puskapor készítéséhez (1044) Wujing zongyao Part I, Vol 12
Útmutató a bombák oltásához Wujing zongyao -ban
lőporbomba _
Por gránát
A fekete por hajtó tulajdonságát jóval később fedezték fel, és ez lendületet adott a lőfegyverek fejlesztésének . Európában (Oroszországban is ) a 14. század közepe óta ismert; a 19. század közepéig ez maradt az egyetlen nagy robbanásveszélyes robbanóanyag és a 19. század végéig - hajtóanyag.
A nitrocellulóz porok, majd az egyes erős robbanóanyagok feltalálásával a fekete por nagymértékben elvesztette jelentőségét.
A piroxilin port először Franciaországban P. Viel szerezte be 1884 -ben , ballisztikus port - Svédországban Alfred Nobel 1888 - ban , korditport - Nagy-Britanniában a 19. század végén . Nagyjából ugyanebben az időben (1887-1891) Oroszországban Dmitrij Mengyelejev pirokollód lőport , az Okhta lőporgyár mérnökei pedig piroxilin lőport fejlesztettek ki .
A 20. század 30-as éveiben először a Szovjetunióban hoztak létre ballisztikus puskapor tölteteket olyan rakétákhoz, amelyeket a csapatok sikeresen használtak a Nagy Honvédő Háború alatt ( többszörös rakétarendszerek ). A rakétahajtóművek vegyes hajtóanyagait az 1940-es évek végén fejlesztették ki.
A lőpor további fejlesztése új készítmények, speciális célokra szánt lőporok létrehozása és főbb jellemzőik javítása irányába történik.
Kétféle puskapor létezik: vegyes (beleértve a legelterjedtebb - füstös vagy feketeport is) és nitrocellulóz (úgynevezett füstmentes). A rakétahajtóművekben használt puskaport szilárd hajtóanyagnak nevezik . A nitrocellulózporok alapja a nitrocellulóz és egy lágyító. A fő komponenseken kívül ezek a lőporok különféle adalékanyagokat is tartalmaznak.
A puskapor hajtóanyagú robbanóanyag. Megfelelő iniciációs körülmények között a lőporok a nagy erejű robbanóanyagokhoz hasonló módon képesek robbantani, aminek köszönhetően a fekete port régóta használják erős robbanóanyagként. Az adott porra megállapított időtartamnál hosszabb ideig tartó, vagy nem megfelelő körülmények között történő tárolás esetén a por komponenseinek kémiai bomlása és működési jellemzői (égési mód, rakétadarabok mechanikai jellemzői stb.) megváltoznak. Az ilyen lőpor üzemeltetése, sőt tárolása rendkívül veszélyes, és robbanáshoz vezethet.
Vegyes lőpor | Füst (fekete) por | KNO 3 , S, C |
alumínium por | KNO 3 , S, Al | |
Nitrocellulóz por | robbanógyapot | 91-96% piroxilin, 1,2-5 % illékony anyagok ( alkohol , éter és víz ), 1,0-1,5% stabilizátor (difenil-amin, centralit) |
ballisztikus | nitrocellulóz és nem eltávolítható lágyító (nitroglicerin, diglikol stb.) | |
Kordit | magas nitrogéntartalmú piroxilin, eltávolítható (alkohol-éter keverék, aceton ) és nem eltávolítható ( nitroglicerin ) lágyító | |
szilárd hajtóanyag | 50-60% oxidálószer, általában ammónium-perklorát , 10-20% lágyított polimer kötőanyag, 10-20% finom alumíniumpor stb. |
A modern füstös vagy fekete porok szigorú szabványok és precíz technológia szerint készülnek. A fekete por minden márkája szemcsés porra és porporra osztható (az úgynevezett por alakú pép , PM). A fekete por fő összetevői a kálium - nitrát , a kén és a szén ; a kálium-nitrát oxidálószer (elősegíti a gyors égést), a szén éghető (oxidálható oxidálószer), a kén pedig további komponens (a szénhez hasonlóan a reakció tüzelőanyaga, alacsony gyulladási hőmérséklete miatt javítja a gyulladást) . Sok országban a szabályozás által meghatározott arányok némileg (de nem sokat) eltérnek.
A szemcsés porok szabálytalan alakú szemcsék formájában készülnek öt lépésben (kivéve a szárítást és az adagolást): a komponensek porrá őrlése, összekeverése, korongokká préselés, szemcsés zúzás és polírozás.
A feketepor égési hatékonysága nagymértékben összefügg az összetevők őrlésének finomságával, a keverés teljességével és a kész formában lévő szemcsék alakjával.
Füstporok fajtái (% KNO 3 , S, C. összetétel):
A füstpor könnyen meggyullad láng és szikra hatására ( lobbanáspont 300°C), ezért kezelése veszélyes. Zárt csomagolásban, más típusú lőportól elkülönítve tárolják. Higroszkópos , 2% feletti nedvességtartalommal gyúlékony. A feketepor előállításának folyamata magában foglalja a finom eloszlású komponensek összekeverését és a kapott porpép feldolgozását, hogy adott méretű szemcséket kapjanak. A fekete por esetén a hordókorrózió sokkal erősebb, mint a nitrocellulózporoknál, mivel a kénsav és a kénes sav az égés mellékterméke. Jelenleg fekete port használnak tűzijátékokhoz . Körülbelül a 19. század végéig lőfegyverekben és robbanó lőszerekben használták.
Oxidációs reakció:
AlumíniumporAz alumíniumport a pirotechnikában használják, és erősen zúzott kálium- /nátrium-nitrátból (oxidálószer), alumíniumporból (üzemanyag) és bizonyos arányban kevert kénből áll . Ezt a lőport magasabb hőmérséklet, égési sebesség és nagy fénykibocsátás jellemzi. Nem folytonos elemekben és vakukompozíciókban használják (vaku előállítása).
Arányok (sópor: alumínium: kén):
A kompozíció gyakorlatilag nem nedvesít, nem gyűrődik, hanem erősen elkenődik.
A szénalapú füstös (fekete) porral ellentétben a nitrocellulóz füstmentes porokat széles körben használják , amelyek fő előnye a nagyobb hatékonyság és a lövés utáni füst hiánya, ami leleplezi és megzavarja a felülvizsgálatot.
A lágyító (oldószer) összetétele és típusa szerint a nitrocellulóz porokat piroxilinre, ballisztikusra és korditra osztják.
Korszerű robbanóanyagok, puskapor, pirotechnikai termékek gyártására és egyéb robbanóanyagok aláaknázására (indítására), azaz detonátorként használják őket. Így a modern fegyverekben főként füstmentes port (nitrocellulóz por, NC) használnak üzemanyagként.
PiroxilinA piroxilin porok összetétele általában 91-96% piroxilint , 1,2-5 % illékony anyagokat ( alkohol , éter és víz ), 1,0-1,5% stabilizátort (difenil-amin, centralit) tartalmaz a tárolási stabilitás növelésére, 2-6% flegmatizálót a lassítás érdekében. a külső rétegek porszemcsék és adalékanyagként 0,2-0,3% grafit elégetése. Az ilyen porok egy vagy több csatornával rendelkező lemezek, szalagok, gyűrűk, csövek és szemcsék formájában készülnek; kézi lőfegyverekben és tüzérségben használják . A piroxilinporok fő hátrányai: a gáznemű égéstermékek alacsony energiája (például ballisztikus porokhoz képest), a rakétahajtóművek nagy átmérőjű tölteteinek előállításának technológiai bonyolultsága. A technológiai ciklus fő idejét az illékony oldószerek eltávolítása tölti ki a por félkész termékből. A céltól függően a szokásos piroxilin mellett speciális lőporok is léteznek: égésgátló , alacsony higroszkópos, alacsony gradiens (az égési sebesség kis mértékben függ a töltési hőmérséklettől); alacsony eróziós (csökkentett eróziós hatással a furatra); flegmatizált (a felületi rétegek csökkentett égési sebességével); porózus és mások. A piroxilinporok gyártási folyamata magában foglalja a piroxilin feloldását (plasztifikálását), a keletkező pormasszát préselve és darabolással, hogy a porelemek bizonyos formát és méretet kapjanak, eltávolítva az oldószert, és számos egymást követő műveletből áll.
BallisztikusA ballisztikus porok nitrocellulóz és egy nem eltávolítható lágyító alapúak , ezért néha kétbázisúnak is nevezik. A használt lágyítószertől függően nitroglicerinnek, diglikolnak stb. A ballisztikus porok szokásos összetétele: 40-60% kolloxilin (12,2%-nál kisebb nitrogéntartalmú nitrocellulóz ) és 30-55% nitroglicerin (nitroglicerinporok) vagy dietilénglikol-dinitrát (diglikolporok) vagy ezek keverékei. Ezenkívül ezek a porok aromás nitrovegyületeket (például dinitrotoluolt ) tartalmaznak az égési hőmérséklet szabályozására, stabilizátorokat ( difenil -amint , centralitot), valamint folyékony paraffint , kámfort és egyéb adalékanyagokat. Finom diszpergált fém ( alumínium - magnézium ötvözet ) is bevihető ballisztikus porokba , hogy növelje az égéstermékek hőmérsékletét és energiáját, az ilyen porokat fémezettnek nevezik. A puskapor csövek, dáma, tányérok, gyűrűk és szalagok formájában készül. Alkalmazás szerint a ballisztikus porokat rakétára (rakétahajtóművek és gázgenerátorok töltésére), tüzérségre (tüzérségi hajtóanyag töltésére) és habarcsra ( habarcsok hajtóanyag töltésére ) osztják. A piroxilin ballisztikus porokhoz képest kevésbé higroszkóposak, gyorsabban gyárthatók, nagy (akár 0,8 méter átmérőjű ) tölteteket képesek előállítani, nagy mechanikai szilárdságúak és rugalmasak a lágyító alkalmazása miatt. A ballisztikus porok hátránya a piroxilinporokhoz képest nagy veszélyt jelent a gyártás során, mivel összetételükben erős robbanóanyag - nitroglicerin - van jelen , amely nagyon érzékeny a külső hatásokra, valamint az, hogy képtelenség átmérőjű töltéseket szerezni. több mint 0,8 m, ellentétben a szintetikus polimer alapú kevert porokkal . A ballisztikus porok előállításának technológiai folyamata magában foglalja a komponensek meleg vízben történő összekeverését az egyenletes eloszlás érdekében, a víz összenyomását és a forró hengereken történő többszöri hengerezést. Ez eltávolítja a vizet és lágyítja a cellulóz -nitrátot , amely szarv alakú szövedéket ölt. Ezután a puskaport szerszámon keresztül préselik ki, vagy vékony lapokra tekerik és vágják.
CorditeA Cordite puskapor magas nitrogéntartalmú piroxilint, eltávolítható (alkohol-éter keverék, aceton ) és nem eltávolítható ( nitroglicerin ) lágyítót tartalmaz. Ezzel ezeknek a poroknak a gyártási technológiája közelebb kerül a piroxilinporok gyártásához.
A korditok előnye a nagyobb teljesítmény, azonban az égéstermékek magasabb hőmérséklete miatt fokozott tüzet okoznak a hordókban.
Szilárd hajtóanyagA szintetikus polimer alapú vegyes por (szilárd hajtóanyag) körülbelül 50-60% oxidálószert, általában ammónium-perklorátot , 10-20% lágyított polimer kötőanyagot, 10-20% finom alumíniumport és egyéb adalékanyagokat tartalmaz. Az üzemanyag-termelés ezen iránya először Németországban jelent meg a XX. század 30-40-es éveiben, a háború vége után az ilyen üzemanyagok aktív fejlesztését az Egyesült Államokban, az 50-es évek elején pedig a Szovjetunióban kezdték el. A fő előnyök a ballisztikus porral szemben, amelyre nagy figyelmet fordítottak, a következők voltak: az ilyen üzemanyagot használó rakétahajtóművek nagyobb fajlagos tolóereje, bármilyen alakú és méretű töltések létrehozásának képessége, a kompozíciók nagy deformációja és mechanikai tulajdonságai, az irányítás képessége. az égési sebesség széles tartományban. Ezek az előnyök lehetővé tették a 10 000 km-nél nagyobb hatótávolságú stratégiai rakéták létrehozását. A ballisztikus porokon S. P. Korolevnek a porgyártókkal együtt sikerült létrehoznia egy rakétát, amelynek maximális hatótávja 2000 km. A vegyes szilárd hajtóanyagoknak azonban jelentős hátrányai vannak a nitrocellulózporokhoz képest: gyártásuk nagyon magas költsége, a töltetgyártási ciklus időtartama (akár több hónapig), az ártalmatlanítás bonyolultsága, az égés során sósav kibocsátása a légkörbe . ammónium-perklorátból .
A párhuzamos rétegekben történő égést, gáznemű termékek felszabadulásával, de robbanássá nem válva , a hő rétegről rétegre történő átadása határozza meg, és megfelelően monolitikus, repedésmentes porelemek gyártásával valósul meg. A lőpor égési sebessége a nyomástól függ egy erőtörvény szerint , amely a nyomás növekedésével növekszik, ezért nem szabad a lőpor légköri nyomású égési sebességére összpontosítani, értékelni a jellemzőit. A lőpor égési sebességének szabályozása nagyon nehéz feladat, amelyet különféle égési katalizátorok felhasználásával oldanak meg a lőpor összetételében. A párhuzamos rétegekben történő égés lehetővé teszi a gázképződés sebességének szabályozását. A lőpor gázképződése a töltet felületének nagyságától és égésének sebességétől függ.
A porelemek felületének méretét azok alakja, geometriai méretei határozzák meg, és az égési folyamat során növekedhet vagy csökkenhet. Az ilyen égést progresszívnek vagy digresszívnek nevezzük . A gázképződés állandó sebességének vagy annak egy bizonyos törvény szerinti változásának elérése érdekében az egyes töltésszakaszokat (például rakétát) nem éghető anyagréteggel ( páncél ) borítják . A lőporok égési sebessége összetételüktől, kezdeti hőmérsékletüktől és nyomásuktól függ.
A lőpor főbb jellemzői: égéshő Q - 1 kilogramm lőpor teljes elégetése során felszabaduló hőmennyiség; 1 kilogramm lőpor elégetésekor felszabaduló V gáznemű termékek térfogata (a gázok normál állapotba állítása után meghatározva ); T gázhőmérséklet , amelyet a lőpor égésekor állandó térfogat és hőveszteség nélkül határoznak meg; puskapor sűrűsége ρ; Az f lőporerő az a munka , amelyet 1 kilogramm porgáz képes elvégezni, és normál légköri nyomáson T fokkal hevítve kitágul.
A lőpor típusa | A hőmennyiség,
Q, kcal/kg |
Gáz térfogata
V, l/kg |
gáz hőmérséklet,
T, K |
---|---|---|---|
robbanógyapot | 700 | 900 | ~2000 |
Ballisztikus: | 900 | 1000 | 1700-4000 |
TRT | 1200 | 860 | 1500-3500 |
Tüzérségi | 800 | 750 | ~2500 |
Kordit | 850 | 990 | ~2000 |
Füstös | 700 | 300 | ~2200 |
A lőport a szórakoztatás ( tűzijáték ) mellett technikai célokra is használják: porszerszámokban (építő- és szerelőpisztolyok, ütések stb.), pirotechnikai termékekben ( piroboltok , squibs stb.). Ezenkívül a lőport továbbra is robbanóanyagként használják olyan esetekben, amikor kis robbanóerőre van szükség, például gránittömbök kőbányákban történő kitermelése során.
Szótárak és enciklopédiák |
|
---|