Взрывчатые вещества – индивидуальные вещества или смеси, способные под влиянием какого – либо внешнего воздействия (нагревание, трение, удар и т.п.) к быстрой, самораспространяющейся хим. реакции с выделением большого кол-ва энергии и образованием газов. Расстояние, на которое перемещается фронт реакции в единицу времени называется скоростью взрывчатого превращения.
Для ВВ характерны два режима взрывчатого превращения: детонация и горение . При детонации реакция распространяется очень быстро (В газовых смесях 1.0 – 3.5 км/с, в твердых и жидких до 10 км/с), в зависимости от природы ВВ, свойств и размеров заряда. При этом развиваются давления, достигающие для твердых и жидких ВВ неск. сотен тысяч атм. (Десятки ГПа) с температурой до 4000 ° С. При расширении сжатых продуктов детонации происходит взрыв.
Детонация – особый вид распространения пламени посредством ударной волны, для которого характерна очень узкая зона хим. реакций. Существуют некоторые различия между детонацией и горением. При горении, поджигание слоев горючей смеси, расположенной непосредственно перед движущимся вперед фронтом пламени, обусловлено теплопроводностью и диффузией в этом направлении “горячих” молекул, радикалов и атомов. Скорость горения (от десятых долей мм/сек до неск. дес. см/сек.) в значительно большей степени зависит от природы ВВ, чем скорость детонации; небольшие добавки катализаторов, изменение начальной температуры и давления могут значительно изменять скорость горения.
При рассмотрении детонационной волны, распространяющейся в ВВ, оказывается, что в первом приближении, она состоит из 2-х частей – передний фронт образован движущейся ударной волной, непосредственно за которой находится зона хим. реакции.
Горение ВВ при определенных условиях может переходить в детонацию. По условиям этого перехода ВВ делят на инициирующие ВВ (первичные ВВ), бризантные ВВ (вторичные ВВ) и пороха (метательные ВВ). Инициирующие ВВ воспламеняются от слабого импульса и горят в десятки и даже сотни раз быстрее других, их горение легко переходит в детонацию уже при атмосферном давлении. Горение порохов не переходит в детонацию даже при давлениях в неск. сотен тыс. атм. Бризантные ВВ занимают промежуточное положение между инициирующими ВВ и порохами. В соответствии с этим пороха применяют в режиме горения в ствольном оружии, в качестве твердого ракетного топлива (ТРТ); бризантные ВВ – в режиме детонации для пром. взрывных работ, снаряжения боеприпасов и др.; инициирующие – для возбуждения взрывчатого превращения других ВВ.
Протекание устойчивой детонации определяется гл. обр. эффективностью процессов активации в тот момент, когда выделяющаяся энергия передается прилегающим к фронту детонационной волны, слоям еще не разложившегося ВВ, если эта эффективность слишком мала, то фронт детонации будет двигаться вперед с уменьшающейся скоростью, и в конце концов перейдет в звуковую волну.
У однородных мощных ВВ скорость детонации возрастает с повышением их плотности обычно вплоть до максимальной (см рис 1). У смесевых аммиачно-селитренных ВВ или слабых индивидуальных (динитротолуол и др.) характер изменения скорости детонации с увеличением плотности иной: Увеличение плотности от насыпной до некоторого предела приводит к увеличению скорости детонации, но при дальнейшем повышении плотности скорость детонации начинает падать и процесс может совсем прекратиться (см рис. 2).
Увеличением диаметра зарядов при испытании на скорость детонации можно сместить точку перегиба кривых скоростей детонации в зависимости от плотности в сторону большей плотности.
Такое различие объясняется разными механизмами развития процесса детонации. В мощных индивидуальных ВВ фронт детонационной волны считается гомогенным; сильная ударная волна распространяясь по заряду, сжимает впереди лежащие слои ВВ, вызывая их разогрев и химические превращения. Такой механизм возбуждения детонации называется гомогенным . Достаточный для возбуждения реакции разогрев слоя ВВ в этом случае согласно расчетам может произойти при скоростях детонации 6000-8000 м/с. Гомогенный процесс соответственно характерен для ВВ обладающих высокой степенью сплошности.
При меньших скоростях детонации повышение температуры за счет сжатия плотного однородного слоя ВВ незначительно и не может само по себе явиться причиной возникновения химических превращений. Возбуждение устойчивого процесса при меньших скоростях детонации более вероятно не по механизму гомогенного разогрева, а путем разогрева отдельных очагов в сечении заряда ВВ, в которых концентрируется энергия ударной волны. Такими локальными очагами могут явиться пузырьки газа, нагревающиеся при сжатии до очень высокой температуры, а также различного рода включения, вызывающие неравномерность движения массы, внутреннее трение и вследствие этого сильный местный разогрев.
Также следует отметить, что поскольку ВВ превращается в продукты взрыва не мгновенно, то в сжатых продуктах взрывчатого превращения в детонационной волне всегда имеются частички еще не прореагировавшего ВВ или компонентов, которые, догорая, на протяжении какого-то времени питают своей энергией ударную волну. Однако горение частичек, попадающих в волну разрежения, замедляется, и их энергия для ударной волны становится бесполезной, возникают т.н. химические потери .
При инициировании детонации в цилиндрических зарядах посредством стандартного импульса, оказывается, что для каждого ВВ, в зависимости от условий упаковки, существует т.н. предельный диаметр заряда . С уменьшением диаметра заряда ниже предельного, увеличиваются потери в окр. среду и скорость детонации уменьшается, так что при величине диаметра, меньшего некоторого т.н. критического не удается получить процесса устойчивой детонации. Инициирующие ВВ, характеризующиеся высокой скоростью реакции, детонируют в зарядах диаметром более 0.01 – 0.1 мм. Для некоторых грубодисперсных промышленных ВВ (например аммиачная селитра или игданит) критический диаметр может составить несколько десятков см. Критический диаметр является характеристикой непосредственно определяющей детонационную способность ВВ и почти всегда прямопропорционален толщине зоны реакции.
Величина критического диаметра для каждого конкретного ВВ может варьироваться в довольно широких пределах и зависит гл. обр. от:
• Бокового отвода газов , т.е. от вида оболочки, в которую заключен заряд – массивная оболочка уменьшает потери в окр. среду и тем самым способствует поддержанию детонационной волны.