Взрывчатое вещество на полимерной основе
Полимерно-связанные взрывчатые вещества , также называемые PBX или пластиково-связанными взрывчатыми веществами , представляют собой взрывчатые материалы, в которых взрывчатый порошок связан в матрице с использованием небольших количеств (обычно 5–10% по весу) синтетического полимера . PBX обычно используются для взрывчатых материалов, которые нелегко расплавить в отливку или иным образом трудно формировать.
PBX был впервые разработан в 1952 году в Лос-Аламосской национальной лаборатории в виде RDX , внедренного в полистирол с пластификатором диизооктилфталатом (DEHP) . Составы HMX со связующими на основе тефлона были разработаны в 1960-х и 1970-х годах для артиллерийских снарядов и для сейсмических экспериментов Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) , [1] хотя последние эксперименты обычно упоминаются как эксперименты с использованием гексанитростильбена (HNS). [2]
Потенциальные преимущества
Взрывчатые вещества на основе полимеров имеют ряд потенциальных преимуществ:
- Если полимерная матрица представляет собой эластомер (резиновый материал), он имеет тенденцию поглощать удары, что делает PBX очень нечувствительным к случайной детонации и, таким образом, идеальным для нечувствительных боеприпасов .
- Из твердых полимеров можно изготавливать АТС, которые очень жесткие и сохраняют точную инженерную форму даже при сильных нагрузках.
- Порошки PBX можно прессовать в желаемую форму при комнатной температуре; литье обычно требует опасного плавления взрывчатого вещества. Прессование под высоким давлением может достичь плотности материала, очень близкой к теоретической кристаллической плотности базового взрывчатого вещества.
- Многие PBX безопасны для обработки на станке; превращая твердые блоки в сложные трехмерные формы. Например, заготовка PBX может быть точно сформирована на токарном станке или станке с ЧПУ . Эта технология используется для обработки взрывных линз, необходимых для современного ядерного оружия. [3]
Переплеты
Фторполимеры
Фторполимеры выгодны в качестве связующих веществ из-за их высокой плотности (обеспечивающей высокую скорость детонации ) и инертного химического поведения (обеспечивающего длительную стабильность при хранении и низкое старение ). Они несколько хрупкие, поскольку их температура стеклования равна комнатной температуре или выше. Это ограничивает их использование для нечувствительных взрывчатых веществ (например, TATB ), где хрупкость не оказывает пагубного влияния на безопасность. Их также трудно обрабатывать. [4]
Эластомеры
Эластомеры должны использоваться с более механически чувствительными взрывчатыми веществами, такими как HMX . Эластичность матрицы снижает чувствительность основного материала к удару и трению; их температура стеклования выбирается ниже нижней границы рабочего температурного диапазона (обычно ниже -55 °C). Сшитые каучуковые полимеры, однако, чувствительны к старению, в основном под действием свободных радикалов и гидролизом связей следами водяного пара. Каучуки, такие как Estane или полибутадиен с концевыми гидроксильными группами (HTPB), широко используются для этих целей. Также используются силиконовые каучуки и термопластичные полиуретаны . [4]
Фторэластомеры , например , Viton , сочетают в себе преимущества обоих материалов.
Энергетические полимеры
Энергетические полимеры (например, нитро- или азидопроизводные полимеров) могут быть использованы в качестве связующего для увеличения взрывной мощности по сравнению с инертными связующими. Энергетические пластификаторы также могут быть использованы. Добавление пластификатора снижает чувствительность взрывчатого вещества и улучшает его технологичность. [1]
Оскорбления (потенциальные взрывоопасные ингибиторы)
На выход взрывчатых веществ может влиять введение механических нагрузок или применение температуры; такие повреждения называются повреждениями . Механизм термического повреждения взрывчатого вещества при низких температурах в основном термомеханический, при более высоких температурах — в основном термохимический.
Термомеханический
Термомеханические механизмы включают напряжения, возникающие из-за теплового расширения (а именно дифференциального теплового расширения, поскольку, как правило, имеют место температурные градиенты), плавления/замерзания или сублимации/конденсации компонентов, а также фазовых переходов кристаллов (например, переход октогена из бета-фазы в дельта-фазу при 175 °C влечет за собой значительное изменение объема и вызывает обширное растрескивание его кристаллов).
Термохимический
Термохимические изменения включают разложение взрывчатых веществ и связующих веществ, потерю прочности связующего вещества при его размягчении или плавлении или затвердевание связующего вещества, если повышенная температура вызывает сшивание полимерных цепей. Изменения также могут значительно изменить пористость материала, будь то путем ее увеличения (разрушение кристаллов, испарение компонентов) или уменьшения (плавление компонентов). Распределение размеров кристаллов также может быть изменено, например, путем созревания Оствальда . Термохимическое разложение начинает происходить на неоднородностях кристаллов, например, внутризеренных интерфейсах между зонами роста кристаллов, на поврежденных частях кристаллов или на интерфейсах различных материалов (например, кристалл/связующее). Наличие дефектов в кристаллах (трещины, пустоты, включения растворителя...) может увеличить чувствительность взрывчатого вещества к механическим ударам. [4]
Некоторые примеры АТС
| Имя | Взрывчатые ингредиенты | Инертные ингредиенты | Использование | |
|---|---|---|---|---|
| АФХ-757 | Гексоген 25%, перхлорат аммония 30%, алюминий 33% | HTPB 4,44%, диоктиладипат 6,56% | Используется в боеголовках для JASSM , GBU-39 Small Diameter Bomb и аналогичного оружия. [5] Имеет высокий эквивалент воздушного взрыва, в 1,39 раза больше, чем у состава B , но низкую бризантность из-за низкого содержания взрывчатого вещества. [6] | [7] |
| EDC-8 | ТЭН 76% | Силикон RTV 24% | [8] | |
| EDC-28 | Гексоген 94% | ФПК 461 6% | [9] | |
| EDC-29 | β- октоген 95% | ХТПБ 5% | Состав Великобритании [4] | |
| EDC-32 | Октоген 85% | 15% Витон А 15% | [9] | |
| EDC-37 | Октоген 91%, НК 1% | К-10 жидкий 8% | [9] | |
| ЛХ-04 | Октоген 85% | Витон -А 15% | Высокоскоростное ядерное оружие ( W62 , W70 ) [9] | |
| ЛХ-07 | Октоген 90% | Витон -А 10% | Высокоскоростное ядерное оружие ( W71 ) [9] | |
| ЛХ-08 | ТЭН 63,7% | Sylgard 182 ( силиконовый каучук ) 34,3%, 2% Cab-O-Sil | [10] | |
| ЛХ-09-0 | Октоген 93% | 2,2-динитропропилакрилат (pDNPA) 4,6%; FEFO 2,4% | Высокоскоростной; ядерное оружие ( W68 ). Склонен к разрушению и разделению пластификатора и связующего . Вызывает серьезные проблемы безопасности. FEFO — это 1,1-[метиленбис(окси)]-бис-[2-фтор-2,2-динитроэтан], жидкое взрывчатое вещество. [3] | |
| ЛХ-09-1 | Октоген 93,3% | пДНПА 4,4%; ФЭФО 2,3% | ||
| ЛХ-10-0 | Октоген 95% | Витон -А 5% | Высокоскоростное ядерное оружие ( W68 (заменено LX-09), W70 , W79 , W82 ) [9] | |
| ЛХ-10-1 | Октоген 94,5% | Витон -А 5,5% | ||
| ЛХ-11-0 | Октоген 80% | Витон -А 20% | Высокоскоростное ядерное оружие ( W71 ) | |
| ЛХ-14 -0 | Октоген 95,5% | Эстан и 5702-Fl 4,5% | [9] | |
| ЛХ-15 | HNS95 % | Кел-Ф 800 5% | ||
| ЛХ-16 | ТЭН 96% | ФПК461 4% | FPC461 представляет собой сополимер винилхлорида и хлортрифторэтилена , и его реакция на гамма-лучи была изучена. [11] | |
| ЛХ-17-0 | ТАТБ 92,5% | Кел-Ф 800 7,5% | Высокоскоростное, нечувствительное ; ядерное оружие ( B83 , W84 , W87 , W89 ) | |
| АТС 9007 | Гексоген 90% | Полистирол 9,1%; ДОФ 0,5%; канифоль 0,4% | [9] | |
| АТС 9010 | Гексоген 90% | Кел-Ф 3700 10% | Высокоскоростное ядерное оружие ( W50 , B43 ) [9] | |
| АТС 9011 | Октоген 90% | Эстан и 5703-Fl 10% | Высокоскоростное ядерное оружие ( B57 mods 1 и 2) [9] | |
| АТС 9205 | Гексоген 92% | Полистирол 6%; ДОФ 2% | Создана в 1947 году в Лос-Аламосе, позже получила обозначение PBX 9205. [12] | |
| АТС 9404 | Октоген 94%, НК 3% | Трис(b-хлорэтил)фосфат (CEF) 3% | Высокоскоростное; ядерное оружие , широко используется ( B43 , W48 , W50 , W55 , W56 , B57 mod 2, B61 mods 0, 1, 2, 5, W69 ). Серьёзные проблемы безопасности, связанные со старением и разложением нитроцеллюлозного связующего. [13] | |
| АТС 9407 | Гексоген 94% | ФПК461 6% | [9] | |
| АТС 9501 | Октоген 95%, БДНПА-Ф 2,5% | Эстан 2,5% | Высокоскоростной; ядерное оружие ( W76 , W78 , W88 ). Одна из наиболее изученных высоковзрывчатых формул. [4] BDNPA-F представляет собой смесь бис(2,2-динитропропил)ацеталя и бис(2,2-динитропропил)формаля в соотношении 1:1. [3] | |
| ПБС 9501 | - | Эстан 2,5%; BDNPA-F 2,5%; просеянный белый сахар 95% | Инертный имитатор механических свойств PBX 9501 [4] | |
| АТС 9502 | ТАТБ 95% | Кел-Ф 800 5% | Высокоскоростной, нечувствительный ; основной в недавнем ядерном оружии США ( B61 mods 3, 4, 6–10, W80 , W85 , B90 , W91 ), устанавливаемый на более ранние боеголовки для замены менее безопасных взрывчатых веществ. [9] | |
| АТС 9503 | ТАТБ 80%; октоген 15% | Кел-Ф 800 5% | Также известен как X-0351. [9] | |
| АТС 9604 | Гексоген 96% | Кел-Ф 800 4% | ||
| PBXN-101 | Октоген 82% | |||
| PBXN-102 | Октоген 59%, Алюминий 23% | |||
| PBXN-103 | Перхлорат аммония (ПХА) 40%, Алюминий 27%, ТМЕТН 23% | ТЕГДН 2,5% | Торпеды Mk 48 | |
| PBXN-104 | Октоген 70% | |||
| PBXN-105 | Гексоген 7%, АП 49,8%, алюминий 25,8% | |||
| PBXN-106 | Гексоген 75% | полиэтиленгликоль/связующее вещество BDNPA-F | Морские снаряды | |
| PBXN-107 | Гексоген 86% | полиакрилатное связующее | Ракеты BGM-109 «Томагавк» | |
| PBXN-109 | Гексоген 64%, алюминий 20% | HTPB, DOA (диоктиладипат) и IPDI (изофорондиизоцианат) | Используется в некоторых версиях универсальных бомб Mark 82 , Mark 83 и Mark 84. [14] | |
| PBXN-110 | Октоген 88% | 5,4% полибутадиена, 5% изодецилпеларгонат | [15] | |
| PBXN-111 | Гексоген 20%, АП 43%, Алюминий 25% | |||
| АТС-114 | Октоген 78%, Алюминий 10% | |||
| АТС-115 | Гексоген 20%, АП 43%, Алюминий 25% | |||
| АТС-1 | Гексоген 68%, алюминий 20% | |||
| АТС-3 | Гексоген 85% | нейлон | Ракета AIM-9X Sidewinder | |
| PBXN-4 | Диаминотринитробензол (ДАТБ) 94% | |||
| PBXN-5 | Октоген 95% | фторэластомер 5% | Морские снаряды | |
| PBXN-6 | Гексоген 95% | |||
| PBXN-7 | Гексоген 35%, ТАТБ 60% | |||
| PBXN-9 | Октоген 92% | HYTEMP 4454 2%, диизооктиладипат (DOA) 6% | ||
| XTX8003 | ТЭН 80% | Sylgard 182 ( силиконовый каучук ) 20% | Высокоскоростной, выдавливаемый; ядерное оружие ( W68 , W76 ) | [15] |
| XTX8004 | Гексоген 80% | Sylgard 182 ( силиконовый каучук ) 20% | [15] |
Ссылки
- ^ ab Akhavan, Jacqueline (2004-01-01). Химия взрывчатых веществ (2-е изд.). Королевское химическое общество. ISBN 978-0-85404-640-9. Архивировано из оригинала 2023-02-15 . Получено 2021-12-13 .
- ^ Джеймс Р. Бейтс; WWLauderdale; Гарольд Кернаган (апрель 1979 г.). "ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) Termination Report" (pdf-8.81 mb) . NASA-Scientific and Technical Information Office. Архивировано (PDF) из оригинала 2010-01-13 . Получено 2014-06-29 .
- ^ abc Carey Sublette (1999-02-20). "4.1.6.2.2.5 Взрывчатые вещества". 4. Проектирование и конструкция ядерного оружия: 4.1 Элементы конструкции ядерного оружия . Получено 2010-02-08 .
- ^ abcdef Blaine Asay, ред. (2009). Нешоковое инициирование взрывчатых веществ. Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-88089-9.
- ^ . S2CID 115831591.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал|journal=( помощь ) ; Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ Колев, Стефан К.; Цонев, Цветомир Т. (2022). «Алюминированное взрывчатое вещество с улучшенными характеристиками на основе полисилоксанового связующего». Пороха, взрывчатые вещества, пиротехника . 47 (2). doi :10.1002/prep.202100195. S2CID 244902961.
- ^ Патент США 6523477B1, Джордж У. Брукс и Эрик Э. Роуч, «Нечувствительная боеголовка с улучшенными характеристиками», выдан 25.02.2003, передан корпорации Lockheed Martin.
- ^ Техническая зона 36 Открытая детонационная установка — ДОПОЛНЕНИЕ 2-1 Взрывчатые вещества, взорванные в технической зоне 36 (PDF) (Отчет). Сентябрь 1999 г. стр. 2. Архивировано (PDF) из оригинала 01.10.2022.
- ^ abcdefghijklm Техническая зона 36 Открытая детонационная установка — ДОПОЛНЕНИЕ 2-1 Отходы взрывчатых веществ, взорванные в Технической зоне 36, стр. 2.
- ^ HK Otsuki; E Eagan-McNeill (май 1997 г.). A Blue Print for Building a Risk Assessment (Report). Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе. стр. 6. UCRL-JC-127467. Архивировано из оригинала 29 сентября 2022 г.
- ^ Сара К. Чинн; Томас С. Уилсон; Роберт С. Максвелл (март 2006 г.). «Анализ радиационно-индуцированной деградации фторполимеров FPC-461 методом многоядерного ЯМР с переменной температурой». Деградация и стабильность полимеров . 91 (3): 541–547. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2005.01.058. Архивировано из оригинала 2022-04-17 . Получено 2019-09-09 .
- ^ Андерс В. Лундберг. "High Explosives in Stockpile Surveillance Indicate Constancy" (PDF) . Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе (LLNL). Архивировано (PDF) из оригинала 2012-10-10 . Получено 2014-03-02 .
- ^ Кинетика старения АТС 9404 Архивировано 11 февраля 2017 г. на Wayback Machine Алан К. Бернхамн; Лоренс Э. Фрид. LLNL, Несекретно, 24 апреля 2007 г. (pdf)
- ↑ Janes (26 июля 2022 г.), «Бомбы общего назначения Mk 80 (BLU-110/111/117/126/129)» , Janes Weapons: Air Launched , Coulsdon , Surrey : Jane's Group UK Limited. , дата обращения 29 мая 2023 г.
- ^ abc Техническая зона 36 Открытая детонационная установка — ДОПОЛНЕНИЕ 2-1 Отходы взрывчатых веществ, взорванные в Технической зоне 36, стр. 3.
- Купер, Пол В. Взрывчатая инженерия . Нью-Йорк: Wiley-VCH, 1996. ISBN 0-471-18636-8 .
- Норрис, Роберт С., Ханс М. Кристенсен и Джошуа Хэндлер. «Семейство бомб B61» [ постоянная неработающая ссылка ] , http://thebulletin.org, The Bulletin of the Atomic Scientists , январь/февраль 2003 г.
