Бездымный порох

Бездымный порох

БЕЗДЫМНЫЙ ПОРОХ. До 19 в. пользовались в качестве взрывчатого вещества селитро-серо-угольным порохом, который иначе называется дымным. 19 век ознаменовался открытием и изобретением целого ряда новых взрывчатых веществ, среди них важнейшее место должно быть отведено пироксилину - основному веществу. Нитроклетчатка впервые была получена в 1832 г. французузским химиком Браконно действием крепкой азотной кислоты на лен, крахмал и древесные опилки. В 1846 г. Шенбейн (Швейцария) при действии на хлопок смесью азотной и серной кислот получил постоянную по своим химическим свойствам нитроклетчатку, которая была названа благодаря своим взрывчатым свойствам пироксилином. В 1872 г. Волькман впервые применил спиртоэфирный растворитель для обработки пироксилиновых зерен из ольховой древесины. В 1884 г. во Франции инженер Вьель открыл способ изготовления бездымного пироксилинового пороха, баллистические свойства которого дали возможность применить его к орудиям всех калибров и заменить им в военном деле все существовавшие черные пороха; он применил спиртоэфирный растворитель для желатинизации пироксилина в пластичную массу, из которой путем прессования получил пороховые ленты различной толщины в зависимости от назначения пороха, т. е. калибра и длины орудия.

Отсутствие дыма при стрельбе, хотя и предвиделось Вьелем, но при разработке пороха он не задавался этой целью, и бездымность пироксилинового пороха явилась еще дополнительным весьма ценным качеством наряду с другими физико-химическими преимуществами этого пороха. Скоро в России, а также в Германии, Англии, Австрии и Италии, был принят на вооружение сначала чисто пироксилиновый порох, а затем некоторые государства стали применять нитроглицерино-пироксилиновый порох; последний в 1887 г. был предложен Альфредом Нобелем под названием баллистита, изготовлявшегося из равных частей растворимого пироксилина и нитроглицерина. В 1889 г. английский химик Абель и профессор Дьюар предложили другой тип нитроглицерино-пироксилинового пороха, названный кордитом, который изготовляется из нерастворимого пироксилина, растворителя для него - ацетона, нитроглицерина и вазелина; последний добавляется для понижения температуры разложения пороха с целью уменьшения разгара канала орудия. В последние 10—20 лет в состав бездымного пороха (пороховую массу) стали вводить различные примеси: 1) для увеличения стойкости, или химической прочности, - дифениламин и другие химические вещества, 2) для беспламенности выстрела - централит, вазелин и др. Для увеличения прогрессивности горения пороховые зерна с поверхности обрабатываются камфорой, динитротолуолом и централитом, которые в пороходельной технике называются флегматизаторами. В России опыты по выработке образцов бездымного пороха были начаты с конца 1887 г. на Охтенском пороховом заводе. К концу 1889 года был получен вполне удовлетворительный образчик винтовочного пороха. Материалом для его изготовления служил нерастворимый пироксилин, и в качестве растворителя был взят ацетон. С 1890 года на указанном заводе была установлена валовая фабрикация бездымного пороха пластинчатого типа, принятого во Франции, для изготовления которого бралась смесь двух сортов пироксилинов: одного - нерастворимого №1, или «А», с содержанием азота от 12,91 до 13,29%, а другой - растворимый, № 2, или «В», с содержанием азота от 11,91 до 12,29%. В качестве растворителя была принята спиртоэфирная смесь, составляемая из 1 части этилового спирта и 2 частей серного эфира. Нерастворимый пироксилин № 1 заводского изготовления содержит нитроклетчаток, растворимых в спиртоэфирной смеси, от 3 до 7%, а заводский пироксилин № 2 содержит их от 94 до 97%. Нельзя обойти молчанием изыскания нашего ученого Д. И. Менделеева, который в 1890 г. предложил особый вид нитроклетчатки, названный им пироколлодием, с содержанием азота от 12,5 до 12,75%. Этот тип пироксилина растворяется в избытке спиртоэфирной смеси (1 ч. спирта и 2 ч. эфира), «как сахар в воде», т. е. без разбухания, а в количествах, необходимых для пороходелия, дает вполне желатинированную массу. Технические преимущества менделеевского пироксилина в свое время артиллерийским ведомством не были признаны достаточными для замены им двух типов заводских пироксилинов - № 1 и № 2, тогда как Америка установила и ввела у себя для фабрикации бездымного пороха изготовление пироксилина именно менделеевского типа. Для флота бездымные пороха изготовлялись из пироксилина пироколлодийного типа, удовлетворявшего следующим основным требованиям: содержание азота 12,92% ±0,05% и растворимость в спиртоэфирной смеси 87% ±5%. Таким образом пироксилиновый бездымный порох представляет собою вещество коллоидного строения, получаемое из пироксилина путем обработки его спиртоэфирным растворителем. Благодаря действию растворителя пироксилин превращается в тестообразную массу, которая при помощи гидравлического пресса выпрессовывается через отверстия пороховой матрицы и приобретает в зависимости от формы отверстия вид ленты, трубки или цилиндра с несколькими каналами. До мировой войны обычной формой пушечного пороха являлась либо лента той или иной длины, либо длинная полая трубка. Что касается ружейного пороха, то для него такой формой являлась 4-угольная пластинка. Во время мировой войны вошел в широкое употребление порох, принятый в США, имеющий вид небольших цилиндриков с известным количеством отверстий. В зависимости от баллистических требований артиллерийской системы пороха изготовляются различной величины и отличаются гл. обр. толщиной горящего слоя. Каждый сорт пороха обозначается буквами, характеризующими его назначение.

Свойства пироксилиновых бездымных порохов:

1) Бездымные пороха благодаря коллоидальному строению обладают способностью в канале огнестрельного оружия гореть прогрессивно, параллельными слоями, и этим они отличаются от взрывчатых веществ, разлагающихся почти мгновенно, т. е. обладающих бризантными свойствами. Время полного сгорания пороха в канале оружия и, следовательно, баллистические качества пороха зависят в значительной степени от формы его, т. е. от толщины лент, толщины стенок трубок и толщины «сводов» порохов американского типа. Ширина лент определяется удобствами изготовления и пользования порохами; наружный диаметр трубок и порохов зерненых (американского типа) находится в зависимости от толщины горящего слоя и устанавливается специальными опытами. Длина ленточного и трубчатого порохов устанавливается равной полной длине каморы или кратной ей, чем достигается возможность назначения одной марки к разным орудиям, отличающимся длиной каморы. Для порохов американского типа (с 7 каналами) установлены следующие соотношения размеров: диаметр канала должен равняться 0,5 толщины горящего свода, наружный диаметр зерна - 5,5 толщинам свода, а длина зерна - 12 толщинам свода. 2) Цвет бездымного пороха – темно-желтый, переходящий в коричневый, напоминающий цвет столярного клея. Зеленовато-серый, темно-серый или даже темно-зеленый цвет, в который иногда окрашен порох, происходит от дифениламина, вводимого в порох для увеличения химической стойкости. Пороха с более тонкими лентами, трубками и зернами светлее и прозрачнее порохов большей толщины. Прозрачность и цвет пороха зависят от условий обработки на различных пороховых заводах и на свойства пороха не влияют. В незначительном количестве встречаются ленты, трубки и зерна с грязно-беловатым отливом; на некоторых лентах и трубках можно заметить узкие полоски беловатого цвета или маленькие вкрапленные комочки нежелатинированного пироксилина и других случайных примесей, например, кусочков дерева. При рассматривании на свет в некоторых лентах, а также и в трубках, молено заметить круглые или продолговатые темные пятна, представляющие собою пузырьки воздуха, не вытесненного при прессовании. Перечисленные недостатки в порохе в небольших размерах не имеют влияния на химические и баллистические качества его. 3) Пироксилиновый бездымный порох обладает твердостью и упругостью рогового вещества, поэтому почти не подвержен перетиранию в пыль, - большое преимущество по сравнению с дымным порохом. Ленты и трубки пороха обладают значительной упругостью и при изгибании их далее некоторого предела дают роговидный излом грязно-серого цвета. 4) В готовом бездымном порохе заключается различное %-ное содержание летучих веществ: остатки растворителя, не удаленные из пороха вымочкой в воде и сушкой, а также влажность, втянутая порохом из атмосферного воздуха. Гигроскопичность бездымного пороха вообще весьма мала, нормальным содержанием влажности считают 1,3—1,5%. При неблагоприятных условиях хранения во влажном воздухе, в негерметической укупорке порох может втянуть до 2,5—3% влаги, которая легко выделяется из него на сухом воздухе. Увеличение влаги делает порох медленнее горящим, уменьшает начальную скорость и дальность полета снаряда; уменьшение влаги повышает скорость горения и начальную скорость снаряда и увеличивает давление пороховых газов в канале орудия, что весьма нежелательно во избежание опасных давлений. Количество летучих веществ, которое должно содержаться в каждом сорте пороха при сдаче его на службу, строго определяется нормами, установленными для приемки бездымных порохов. Во избежание изменения в порохе летучих веществ, бездымный порох и изготовленные из него заряды должны храниться в герметической укупорке. 5) Удельный вес пироксилинового пороха - от 1,550 до 1,630 и зависит от содержания в порохе летучих веществ. 6) Все бездымные пороха сгорают целиком в газы и водяные пары. Продукты горения пироксилиновых порохов: окись углерода, углекислый газ, водород, азот, водяной пар и небольшое количество метана. Состав различных сортов бездымного пороха выражается формулой: C24H30O10(NO3)10+kC3H8O, где С3Н8О отвечает неудаляемому сушкой растворителю, а k- переменный коэффициент; например, в пластинах толщиной около 2 мм k = 0,87. Разложение пороха при этом значении k в бомбе при плотности заряжания (см. Баллистика) около 0,02 выражается уравнением:

C24H30O10(NO3)10 + 0,87С3Н8O =

=5CO2 + 21,41CO + 9,42H2 + 5N2 + 9,06H2O.

Если через р обозначить количество остаточного растворителя на 100 ч. сухой массы и принять во внимание величины, характеризующие пироколлодий, то для различных сортов пироколлодийных порохов получится следующая зависимость:

bezdym poroch 1

Эти формулы могут служить для приближенных расчетов до р = 5. Горение бездымного пороха на открытом воздухе происходит спокойно, без взрыва, причем были случаи сгорания без взрыва даже весьма значительных масс пороха, доходивших до нескольких десятков тысяч кг. От действия детонатора из сильно взрывчатого вещества бездымный порох взрывает и детонирует всей своей массой. При сильном трении или ударе бездымный порох воспламеняется, поэтому следует избегать резких движений, так как наблюдались случаи воспламенения тяжелых зарядов, например, при продвижении их по лабораторному столу. Особенно чувствительна к трению и удару пыль от бездымного пороха, которая представляет собою нитроклетчатку и обладает свойствами сухого пироксилина. Характер горения пороха совершенно меняется с увеличением давления, под которым сгорает порох, - чем оно больше, тем энергичнее происходит сгорание. В канале орудия в первые моменты горение идет медленно, прогрессивно возрастая от увеличения давления пороховых газов. Чем больше плотность заряжания, тем выше давление газов, а, следовательно, тем больше скорость горения пороха. 7) Винтовочный пироксилиновый бездымный порох, обозначенный маркой В и принятый для 3-линейной винтовки образца 1891 г., в виде прямоугольных пластинок длиной 1,7—1,8 мм, шириной 1,2—1,7 мм и толщиной 0,36—0,38 мм при заряде 2,40 г должен был сообщать пуле (тупоголовой) весом 13,75 г начальную скорость 615±5 м/сек при среднем давлении пороховых газов в 2500 atm. После прессования и сушки этот порох никаким дополнительным обработкам не подвергался и имел желтый цвет, свойственный пироксилиновому пороху. В 1908 году в России был выработан новый сорт винтовочного пироксилинового бездымного пороха, обозначенный маркой ВЛ. При заряде около 3,20 г он сообщал остроконечной пуле весом в 9,5 г начальную скорость 850—865 м/сек при среднем давлении пороховых газов не более 2750 atm.

Гравиметрическая плотность для этого пороха устанавливалась в 0,800—0,820, а вес заряда не мог быть больше произведения гравиметрической плотности на коэффициент 4,0, где 4,0 - объем гильзы в см3. Порох ВЛ изготовлялся пластинчатого типа с размером зерен: длиной 1,5—1,8 мм, шириной 1,2—1,5 мм, толщиной 0,31—0,33 мм. Для увеличения прогрессивности горения порохового зерна порох после прессования и резки вымачивался и сушился до минимального содержания в нем летучих веществ, а затем обрабатывался в специальных барабанах камфорным раствором и полировался графитом, отчего на поверхности приобретал блестящий черный цвет. Такая обработка порохового зерна с целью замедления скорости горения или уменьшения нарастания давления пороховых газов (в первые моменты) называлась по заводской терминологии «флегматизацией». Микроскопическое исследование флегматизированного пластинчатого пороха показало, что для удовлетворения инструкционным баллистическим нормам глубина проникновения камфорного раствора должна быть около 5% толщины порохового зерна, причем колебания допустимы в очень узких пределах.

Бездымный порох

Бездымный порох

На фиг. 5 показан порох ВЛ при 4-кратном линейном увеличении. На микрофотографическом снимке фиг. 1 (произведенном при 35-кратном линейном увеличении) показан поперечный разрез порохового зерна, подготовленного к обработке раствором флегматизатора. Рваные края характеризуют неудовлетворительность резки, но этот недостаток при последующих обработках - флегматизации и полировке - в значительной степени устраняется, ибо отколы и заусенцы стираются и сглаживаются. На фиг. 2 и 3 (снимки получены при 35- и 70-кратном линейном увеличении) показан поперечный разрез флегматизированного зерна ВЛ, удовлетворяющего баллистическим требованиям. На снимке фиг. 4 (полученном при 35-кратном линейном увеличении) - поперечный разрез пороха перефлегматизированного, не удовлетворяющего баллистическим требованиям. Порох с американской формой зерна - цилиндрик с одним каналом - показан на фиг. 6 (при 7-кратном линейном увеличении). Размер зерна: длина 2,15 мм, диаметр канала 0,17 мм, толщина свода 0,3 мм, гравиметрическая плотность 0,900. Американский порох ВЛ флегматизирован динитротолуолом (травелин), но можно флегматизировать также камфорным раствором. 8) Пироксилиновый бездымный порох для револьверов и пистолетов д. б. быстро сгорающим, чтобы в коротких каналах этого оружия не оставалось несгоревших зерен. Размер зерна пластинчатого типа: толщина 0,10 мм, сторона квадрата 1,25 мм. 9) Холостой бездымный порох. При дымном порохе не было никаких затруднений в изготовлении зарядов для холостой стрельбы. Скорость горения его при атмосферном давлении настолько велика, что холостой заряд быстро превращался в газы и производил звук, сходный со звуком боевого выстрела. Пироксилиновый порох при малых давлениях горит весьма медленно, и, чтобы получить звучный холостой выстрел при зарядах бездымного пороха, приходится прибегать к искусственным мерам для повышения давления газов в первые моменты по воспламенении заряда. Необходимое повышение давлений достигается принятием пыжа, заменяющего снаряд боевого выстрела, и назначением для холостой стрельбы очень быстро сгорающего сорта пороха, т. е. тонкого. Благодаря малой толщине пластинок и незначительному содержанию летучих веществ холостой порох скорее теряет свою химическую стойкость, чем боевой порох, а, следовательно, продолжительность служебной пригодности у холостого пороха вообще менее, чем у боевого. Служебная годность бездымного холостого пороха в отношении его химической стойкости определяется путем контрольных испытаний через каждые 2 года. 10) Бездымный порох под влиянием повышенных температур разлагается: нитроклетчатка, из которой он изготовлен, начинает разнитровываться с выделением окислов азота. В первичных стадиях разложение пороха идет очень медленно, и нет никаких внешних признаков порчи. При сильной порче на порохе появляются светлые, лимонно-желтые пятна, иногда прозрачные на свет, и если разломить пороховую ленту или трубку на месте пятна, то можно ощутить запах окислов азота. С такими признаками разложения порох опасен для дальнейшего хранения и д. б. немедленно изъят со службы. При температуре в 165° разложение пороха происходит почти мгновенно, и он воспламеняется; при 110° химическая стойкость пороха значительно понижается уже через 50 часов нагревания, а затем начинается энергичное разложение с выделением бурых паров окислов азота. При температуре около 75° порох выдерживает непрерывное нагревание до начала энергичного разложения в течение нескольких недель, а при 40° - в течение многих месяцев. При температурах не выше 31,2° (25° R) в условиях служебного хранения в войсковых частях и порохохранилищах продолжительность его службы до порчи определяется многими годами (12—25 лет). Опыт долголетнего хранения порохов показал, что хорошо изготовленный порох можно скоро испортить при хранении его в негерметической укупорке, при повышенных температурах, в сырых помещениях и укладкой его в грязную укупорку. В виду того, что испорченный порох с сильно пониженной химической стойкостью может при хранении воспламениться, то все малостойкие пороха должны своевременно удаляться из хранилищ, для чего установлен постоянный контроль всех партий порохов, от которых через определенные промежутки времени берут образцы для химических испытаний.

Нитроглицериновые бездымные пороха изготовляются из смеси нитроклетчатки с нитроглицерином и бывают двух типов. К первому д. б. отнесены пороха, в которых нитроклетчатка (пироксилин) обладает свойством растворяться в нитроглицерине, - баллистит и филит. Ко второму типу относятся пороха, в которых нитроклетчатка (пироксилин) имеет более высокий азот, но обладает неполной растворимостью, почему для получения хорошей желатинизации является необходимым вводить добавочный растворитель (например, ацетон), удаляемый при последующей обработке порохов; к ним относятся кордит, соленит и некоторые сорта германских нитроглицериновых порохов. Изготовление пороховой нитроглицерино-пироксилинной массы производится путем смешения указанных выше составных частей при нагревании и вальцевании массы горячими вальцами (50—60°) в листы, которые режутся на пластинки или кубики (баллистит), или же порох выпрессовывается из пресса в виде струн или трубок (филит, кордит и другие). Нитроглицериновые пороха хорошей желатинизации представляют собою вполне однородную упругую массу светло- и темно-коричневого цвета. Баллиститы и кордиты не обладают твердостью пироксилиновых порохов и довольно легко режутся ножом. Главнейшее преимущество нитроглицериновых порохов по сравнению с пироксилиновыми заключается в том, что они имеют большую силу, т. е. при одинаковых по весу зарядах дают большие начальные скорости. Но в то же время они значительно изнашивают канал огнестрельного орудия, давая сильное выгорание металла. Для увеличения срока службы орудий оказалось необходимым уменьшить количество нитроглицерина и вводить примеси (например, вазелин), понижающие температуру разложения пороха.

Нитроглицериновые пороха

В последнее 15-летие в западноевропейских государствах выработано много других сортов нитроглицериновых порохов с значительно меньшим содержанием нитроглицерина, изготовляемых на различных растворителях. Представителями порохов, имеющих в своем составе нитроуглеводородные соединения, являются: «пластоменит», состоящий из 68% нитроклетчатки, 13% тринитротолуола, 6% динитротолуола и 13% бариевой селитры, и «индюрит», предложенный в Америке. Этот сорт пороха (индюрит) изготовляется из нерастворимого пироксилина с высоким содержанием N желатинируемого нитробензолом. Масса подвергается прокатке между вальцами, режется на зерна и обрабатывается горячей водой для удаления большей части растворителя, после чего порох высушивается. Вследствие значительных технических неудобств изготовления бездымных порохов на летучих растворителях еще за несколько лет до мировой войны производились опыты по применению для желатинизации нелетучих твердых растворителей, причем в качестве последних испытывались: тринитротолуол, централиты (производные мочевины), ортони-трофенил-нитрометан или изомер динитротолуола и др. Важнейшая задача бездымного пороходелия - усиление химической прочности бездымного пороха. С течением времени, определяемым иногда десятками лет, бездымные пороха переходят в состояние разложения, которое при неблагоприятных условиях может перейти в бурную реакцию с таким выделением тепла, что возможно самовоспламенение пороха. Это обстоятельство требует весьма тщательного наблюдения за условиями изготовления как пироксилина, так и пороха во избежание принятия на службу недоброкачественного пороха и, кроме того, строжайшего химического контроля за его состоянием. Небрежное отношение к столь важному вопросу и отсутствие надлежащего контроля приводят к катастрофам, подобным гибели французских броненосцев: в 1907 г. - «Jena», а в 1911 г. - «Liberte». С целью замедления процессов разложения нитроклетчатки и нитроглицерина в состав бездымного пороха вскоре после его изобретения стали вводить различные примеси, например: амиловый спирт, мочевину, ее производные, касторовое масло, анилин, вазелин и др., получившие название «стабилизаторов». В 1907—08 гг. химиком Охтенского порохового завода В. А. Яковлевым в качестве стабилизатора был предложен дифениламин, который показал наилучшие результаты и был принят во всех государствах. Введенный в пороховой состав в количестве 0,5—2%, он поглощает окислы азота, выделяющиеся при саморазложении, давая прочные нитропроизводные, не действующие на порох. Для предохранения бездымных порохов от неблагоприятных влияний с целью сохранения их физико-химических и баллистических качеств они хранятся в герметической укупорке, в порохохранилищах, обеспечивающих от резких температурных колебаний, для чего, например, на судах устанавливаются холодильные машины и вентиляция.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.

Избранное