Порох

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Порох (значения).

Бездымный порох

По́рох — многокомпонентная твёрдая взрывчатая смесь, способная к закономерному горению параллельными слоями без доступа кислорода извне с образованием главным образом газообразных продуктов, используемых для метания снарядов, движения ракет и в других целях. Горение параллельными слоями, не переходящее во взрыв, обусловливается передачей тепла от слоя к слою и достигается изготовлением достаточно монолитных пороховых элементов, лишённых трещин. Поскольку возможность проникновения продуктов горения внутрь вещества исключена, горение пороха устойчиво при больших внешних давлениях. Горение параллельными слоями позволяет регулировать скорость газообразования. Газообразование пороха зависит от величины поверхности заряда и скорости его горения.

Величина поверхности пороховых элементов определяется их формой, геометрическими размерами и может в процессе горения увеличиваться или уменьшаться. Такое горение называется соответственно прогрессивным или дегрессивным. Для получения постоянной скорости газообразования или её изменения по определённому закону отдельные участки зарядов (например ракетных) покрывают слоем негорючих материалов (бронировкой). Скорость горения порохов зависит от их состава, начальной температуры и давления.

[править] Характеристики пороха

Основными характеристиками пороха являются: теплота взрывчатого превращения Q — количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 килограмма пороха; объём газообразных продуктов W выделяемых при сгорании 1 килограмма пороха (определяется после приведения газов к нормальным условиям); температура газов Т, определяемая при сгорании пороха в условиях постоянного объёма и отсутствия тепловых потерь; плотность пороха ρ; сила пороха f — работа, которую мог бы совершить 1 килограмм пороховых газов, расширяясь при нагревании на Т градусов при нормальном атмосферном давлении.

Характеристики основных типов порохов

Порох	Q, ккал/кг	W, дм³/кг	T, K
Пироксилиновый	700	900	2270
	900	1000	2900
Баллиститные:
ракетный	1200	860	2790
артиллерийский	880	750	2550
Кордитный	850	990	2900
Дымный	700	300	2400

[править] Виды порохов

Различают два вида пороха: нитроцеллюлозные (бездымные) и смесевые (в том числе дымный). Пороха, применяемые в ракетных двигателях, называются твёрдыми ракетными топливами. Основу нитроцеллюлозных порохов составляют нитроцеллюлоза и растворитель. Помимо основных компонентов эти пороха содержат присадки.

По составу и типу растворителя нитроцеллюлозные пороха делятся на: пироксилиновые, баллиститные и кордитные.

В состав пироксилиновых порохов обычно входит 91-96% пироксилина, 1,2-5% летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1,0-1.5% стабилизатора (дифениламин) для увеличения стойкости при хранении, 2-6% флегматизатора для замедления горения наружных слоев пороховых зёрен, 0,2-0,3% графита и пламегасящие присадки. Такие пороха изготовляются в виде пластинок, лент, колец, трубок и зёрен с одним или несколькими каналами; применяются в стрелковом оружии и в артиллерии. Основными недостатками пироксилиновых порохов являются: изменение содержания остаточного растворителя и влаги при хранении, что отрицательно сказывается на их баллистических характеристиках: длительность технологического цикла производства (от 6-10 дней до 1 месяца). В зависимости от присадок и назначения помимо обычных пироксилиновых имеются специальные пороха: пламегасящие, малогигроскопичные, малоградиентные (с малой зависимостью скорости горения от температуры заряда); малоэрозионные (с пониженным разгарно-эрозионным воздействием на канал ствола); флегматизированные (с пониженной скоростью горения поверхностных слоев); пористые и другие. Процесс производства пироксилиновых порохов предусматривает растворение (желатинизацию) пироксилина, прессование полученной пороховой массы и резку для придания пороховым элементам определённой формы и размеров, удаление избыточного растворителя и состоит из ряда последовательных операций.
Основу баллиститных порохов составляют нитроцеллюлоза и неудаляемый (труднолетучий) растворитель, поэтому их иногда называют двухосновными. В зависимости от применяемого растворителя они называются нитроглицериновыми, дигликолевыми и т. д. Обычный состав баллиститных порохов: 50-60% коллоксилина (нитроцеллюлоза с содержанием азота менее 12,2%) и 25-40% нитроглицерина (нитроглицериновые пороха) или диэтиленгликольдинитрата (дигликолевые пороха) либо их смеси. Кроме того, в состав этих порохов входят ароматические нитросоединения (например динитротолуол), стабилизаторы (централит), а также вазелин, камфара и другие присадки. Порох изготовляются в виде трубок, пластин, колец и лент. По применению баллиститные пороха делят на ракетные (для зарядов к ракетным двигателям и газогенераторам), артиллерийские (для метательных зарядов к артиллерийским орудиям) и миномётные (для метательных зарядов к миномётам). По сравнению с пироксилиновыми баллиститные пороха отличаются меньшей гигроскопичностью, быстротой изготовления (6-8 часов), возможностью получения крупных зарядов (до 1 метра в диаметре), высокой физической стойкостью и стабильностью баллистических характеристик. Недостатком баллиститных порохов является большая опасность в производстве, обусловленная наличием в их составе мощного взрывчатого вещества — нитроглицерина, очень чувствительного к внешним воздействиям. Технологический процесс производства баллиститных порохов предусматривает смешение компонентов в тёплой воде в целях их равномерного распределения, отжимку воды и многократное вальцевание на горячих вальцах. При этом удаляется вода и происходит полная желатинизация нитрата целлюлозы, который приобретает вид роговидного полотна. Далее порох выпрессовывают через матрицы или прокатывают в тонкие листы и режут.
Кордитные пороха содержат высокоазотный пироксилин, для растворения которого требуется кроме нитроглицерина добавка летучих растворителей (спирто-эфирная смесь, ацетон). Это приближает технологию производства данных порохов к производству пироксилиновых порохов. Преимущество кордитов — большая мощность, однако они вызывают повышенный разгар стволов.
Смесевые пороха как твёрдые ракетные топлива содержат примерно 60-70% перхлората аммония (окислитель), 15-20% полимерного связующего (горючее), 10-20% порошкообразного алюминия и различных присадок. Перед баллиститными порохами они обладают рядом преимуществ: более высокой удельной тягой, меньшей зависимостью скорости горения от давления и температуры, большим диапазоном регулирования скорости горения при помощи различных присадок и т. п.
Современные дымные пороха изготовляются в виде зёрен неправильной формы. Основой для получения пороха является смесь в состав котрой входит 75% KNO₃(калий азотокислый) 15% C(уголь, карбон) и 10% S(сера, сульфур).

Роль окислителя в них выполняет селитра, основного горючего — уголь. Сера является цементирующим веществом, понижающим гигроскопичность пороха и облегчающим его воспламенение. Сорта дымных порохов:

- шнуровой (для огнепроводных шнуров);
- ружейный (для воспламенителей к зарядам из ннтроцеллюлозных порохов и смесевых твёрдых топлив, а также для вышибных зарядов в зажигательных и осветительных снарядах);
- крупнозернистый (для воспламенителей);
- медленногорящий (для усилителей и замедлителей в трубках и взрывателях);
- минный (для взрывных работ);
- охотничий;
- спортивный.

Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени и искры (температура вспышки 300° С), поэтому в обращении опасен. Хранится в герметической укупорке отдельно от других видов пороха. Гигроскопичен, при содержании влаги более 2% плохо воспламеняется. Процесс производства дымных порохов предусматривает смешение тонкоизмельчённых компонентов и обработку полученной пороховой мякоти до получения зёрен заданных размеров.

[править] История пороха

Первым представителем пороха и взрывчатых веществ был дымный порох — механическая смесь калиевой селитры, угля и серы, обычно в соотношении 75:15:10. Существует устойчивое мнение, что подобные составы появились ещё в древности и применялись главным образом в качестве зажигательных и разрушительных средств. Однако материальных или надёжных документальных подтверждений этого не найдено. В природе месторождения селитры встречаются редко, а калиевая селитра, необходимая для изготовления достаточно стабильных составов, не вcтречается вообще. Изготовление калиевой селитры требует разработанных технологических приёмов, которые появились лишь с развитием химиии в 15-16 в.в. Изготовление углеродных материалов с высокоразвитой удельной поверхностью типа древесных углей также требует развитой технологии, появившейся лишь с развитием металлургии железа. Наиболее вероятным является использование различных природных селитросодержащих содержащих смесей с органикой, обладающих свойствами, присущими пиротехническим составам.

Метательное свойство дымного пороха было открыто значительно позже и послужило толчком к развитию огнестрельного оружия. В Европе (в том числе и на Руси) известен с 13 века; до середины 19 века оставался единственным взрывчатым веществом бризантного действия и до конца 19 века — метательным средством.

С изобретением нитроцеллюлозных порохов, а затем и индивидуальных мощных взрычатых веществ, дымный порох в значительной мере утратил своё значение.

Впервые пироксилиновый порох был получен во Франции П. Вьелем в 1884, баллиститный порох — в Швеции А. Нобелем в 1888, кордитный порох — в Великобритании в конце 19 века. Примерно в то же время (1887-91) в России Д.И. Менделеев разработал пироколлоидный порох, а группа инженеров Охтенского порохового завода — пироксилиновый порох. В 30-х годах 20 века в СССР впервые были созданы заряды из баллиститного пороха для реактивных снарядов, успешно применявшихся войсками в период Великой Отечественной войны (реактивные системы залпового огня). Смесевые пороха для ракетных двигателей были разработаны в конце 40-х годов.

Дальнейшее совершенствование порохов ведётся в направлении создания новых рецептур, порохов специального назначения и улучшения их основных характеристик.