Бездимний порох

Бездимний порох (англ. Smokeless powder) або нітропорох (англ. nitro powder) — групова назва метальних вибухових речовин, що використовуються у вогнепальній зброї і артилерії, в твердопаливних ракетних двигунах, які при згорянні не утворюють твердих частинок (диму), а тільки газоподібні продукти згоряння, на відміну від димного (чорного) пороху.

Мисливський бездимний порох «Сокол» (Росія)
Бездимний порох

Типи бездимного пороху включають кордит, балістит і, традиційно, білий порох (англ. Poudre B). Вони класифікуються на одноосновний, двоосновний і триосновний.

Опис

Бездимний порох складається з нітроцелюлози (одноосновний), зазвичай з додаванням до п'ятдесяти відсотків нітрогліцерину (двохосновний), і іноді нітрогліцерину в поєднанні з нітрогуанідіном (триосновний). Кінцевий продукт гранулюється в сферичні частинки або пресується в циліндри або пластівці за допомогою розчинників типу ефіру. Також додатковою складовою бездимного пороху можуть бути стабілізатори і балістичні модифікатори. Двохосновні порохи зазвичай використовуються у виготовленні патронів для стрілецької і мисливської зброї, в той час як триосновні більш широко застосовуються в артилерії і двигунах ракет невеликого калібру.

Причина бездимності цих порохів полягає в тому, що продукти окислення їх інгредієнтів в основному газоподібні, в порівнянні з чорним порохом, який виділяє при згорянні до 55% твердих речовин (карбонат калію, сульфат калію тощо).

Бездимний порох горить тільки по поверхні гранул, пластівців або циліндрів - для стислості, гранул. Більші гранули згоряють повільніше і швидкість їх згоряння також контролюється спеціальним покриттям, яке заважає горінню, основна функція якого - регулювати більш-менш постійний тиск на кулю або снаряд, які ще не покинули ствол гармати, що дозволяє їм досягати максимальної швидкості.

Найбільші гранули в гарматному пороху. Вони являють собою циліндр, що досягає розміру пальця руки, в якому виконані сім отворів (одне з осі симетрії, а решта шість - розташовані по колу центрального поперечного перерізу). Ці отвори стабілізують процес горіння завдяки тому, що поки зовнішня поверхня, згораючи, зменшує зовнішній простір горіння, згорає і внутрішня поверхня, збільшуючи внутрішню площу горіння. Зсередини горіння в гранулі відбувається швидше, таким чином дозволяючи підтримувати тиск в стволі постійним, при збільшенні в ньому вільного простору через рух кулі/снаряда вперед.

Пістолетні пороха, які швидко згоряють, робляться таким чином, щоб поверхня їх гранул була максимальною, як у пластівців або плоских дисків.

Сушать порох в основному у вакуумі. При сушінні розчинники конденсуються і можуть бути знову використані в процесі виготовлення. Гранули також покриваються графітом, з метою уникнути їх загоряння від іскор статичної електрики.

Історія

Піроксилін

З часів Наполеона командувачі військами скаржилися на нездатність віддавати накази в бою через сильне задимлення, викликане порохом, який використовували в рушницях.

Великий прорив вперед був зроблений з винаходом піроксиліну - матеріалу, заснованого на нітроцелюлозі. Він знайшов широке застосування в артилерії.

Однак піроксилін мав ряд істотних недоліків. Піроксилін був більш потужним, ніж димний порох, але в той же час менш стабільним, що робило його невідповідним для використання з вогнепальною зброєю малих розмірів - не тільки через більшу небезпеку в польових умовах, а й через підвищення зносу зброї. Зброя, яка могла вистрілити тисячі разів звичайним порохом, ставала непридатною після декількох сотень пострілів з більш потужним піроксиліном. Також відбувалося безліч вибухів на фабриках з виробництва піроксиліну через недбале ставлення до його нестабільності та засобів стабілізації.

З цих причин застосування піроксиліну було призупинено на двадцять з гаком років, до тих пір поки люди не навчилися його «приручати». Лише в 1880 році піроксилін став життєздатною вибуховою речовиною.

Білий порох

У 1884 році Поль Вьель (фр. Paul Vieille) винайшов бездимний порох названий Poudre B, основою якого була желатинізована нітроклітковина (68% нерозчинна в діетиловому етеріі тринітроцелюлоза змішана з 30% розчиненої в етері динітроцелюлози з добавкою 2% парафіну), з подальшим утворенням порохових елементів і подальшою сушкою зерен пороху.

Кінцева вибухова речовина, яку в наші дні називають нітроцелюлозою, містить дещо меншу кількість азоту ніж піроксилін, тому вона легше желатинізується спирто-ефірною сумішшю. Великою перевагою даного пороху було те, що він, на відміну від піроксиліну, горить пошарово, що робило його балістичні властивості передбачуваними.

Порох Вьеля зробив революцію у світі стрілецької вогнепальної зброї з кількох причин:

  • Практично більше не було диму, тоді як раніше після кількох пострілів з використанням чорного пороху поле зору солдата сильно звужувалося через задимленість, що міг виправити тільки сильний вітер. Крім того, позицію стрільця не видавали клуби диму з гвинтівки.
  • Poudre B давав велику швидкість вильоту кулі, що означало більш пряму траєкторію. Це підвищувало точність а також дальність стрільби; яка сягнула 1000 метрів.
  • Так як Poudre B у три рази потужніший за чорний порох, то його було потрібно набагато менше. Боєприпаси полегшувалися, що дозволяло військам носити з собою більшу кількість боєприпасів при тій же вазі.
  • Набої спрацьовували навіть мокрими. Засновані ж на чорному поросі боєприпаси повинні були зберігатися у сухому місці, тому їх завжди переносили у закритих упаковках, які перешкоджали потраплянню вологи.

Порох Вьеля було використано у гвинтівці Лебеля, яку відразу ж прийняла на озброєння Французька армія, щоб використовувати всі переваги нового пороху над чорним. Інші європейські країни поспішили взяти приклад французів і теж перейшли на аналоги Poudre B. Першими були Німеччина і наступна за нею Австрія, які ввели нове озброєння у 1888 році.

Балістит і кордит

Приблизно в один час з Вьелем в 1887 році у Великій Британії Альфред Нобель розробив балістит, один з перших нітрогліцеринових бездимних порохів, який складався з рівних частин пороху і нітрогліцерину, і отримав на нього британський патент.

Балістит був модифікований Фредеріком Абелем і Джеймсом Дьюара в новий склад, який отримав назву кордит. Він також складається з нітрогліцерину і пороху, але використовує самий нітрований різновид пороху, нерозчинний в сумішах ефіру і спирту, в той час як Нобель використовував розчинні форми. Кордит став основним видом бездимних вибухових речовин на озброєнні британської армії протягом XX століття.

Кордит став предметом судових позовів між Нобелем і британським урядом в 1894 і 1895 рр. Нобель вважав, що його патент на балістит також включає і кордит, на практиці неможливо приготувати одну з форм в чистому вигляді, без домішки другої. Суд виніс постанову не на користь Нобеля.

У 1889-му році британський патент на схожий склад також отримав зброяр Хайрем Максим, а в 1890-му році його брат Хадсон Максим запатентував цей склад в США

Ці нові вибухові речовини були більш стабільними і більш безпечними в обігу, ніж білий порох, і, що не менш важливо - більш потужними.

Піроколодійний порох

23 січня 1891 року Дмитро Іванович Менделєєв створив і дав назву цьому пороху «піроколодійний». Вид нітроцелюлозного пороху, до складу якого входить добре розчинна нітроклітковина і власне розчинник, додатковими компонентами є різні присадки, призначені для стабілізації газоутворення. Почалося виробництво на Шлісельбурзькому заводі під Санкт-Петербургом. Восени 1892, за участю головного інспектора артилерії морського флоту адмірала С. О. Макарова, було випробувано піроколодійний порох. За півтора року під керівництвом Д. І.Менделеева розроблена технологія піроколодію - основи російського бездимного пороху. Після випробувань 1893 адмірал С. О. Макаров підтвердив придатність нового "бездимного зілля" для використання в гарматах всіх калібрів.[1]

У 1895-1896 роках «Морська збірка» друкує дві великі статті Д. І. Менделєєва під загальним заголовком «Про піроколодійний бездимний порох», де особливо розглядається хімізм технології і наводиться реакція отримання піроколодію. Характеризується обсяг газів, що виділяються при його горінні, послідовно і детально розглядається сировина. Д. І. Менделєєв скрупульозно порівнюючи за 12 параметрами піроколодійний - з іншими порохами, демонструє його незаперечні переваги, перш за все - стабільність складу, гомогенність, відсутність «слідів детонації».[2]

Желатиновий порох

Іван Платонович Граве - професор Михайлівській артилерійській академії, полковник, - в 1916 році удосконалив французький винахід: отримав бездимний порох на іншій основі - на нелеткому розчиннику, - колоїдний, або желатиновий, порох. Він легко піддавався формуванню та навіть обробці на токарному верстаті. Застосовувався желатиновий порох у вигляді порохових елементів з великою товщиною стінки (більше декількох міліметрів).

Граве отримав патент на цей винахід в 1926 році вже в іншій країні - Радянської Росії. Головне артилерійське управління (ГАУ) підтверджує його авторство в розробці пороху і снарядів для «Катюші»[3].

Застосування

У наші дні порохи, засновані тільки на нітроцелюлозі, відомі як одноосновні, а кордитоподібні відомі як двохосновні. Також були розроблений триосновние кордити (Cordite N і NQ) з добавкою нітрогуанідіна, який спочатку використовували в великих гарматах морських бойових кораблів, але знайшли своє застосування і в танкових військах, а нині використовуються і в польової артилерії. Основна перевага триосновних порохів, в порівнянні з двохосновними, полягає в істотно більш низькій температурі порохових газів при аналогічній ефективності. Перспективи подальшого використання порохів, що містять нітрогуанідін, пов'язані з авіаційними і зенітними гарматами малого калібру, що мають високий темп стрільби.

Бездимний порох дозволив зробити сучасну напівавтоматичну і автоматичну зброю. Чорний порох залишав велику кількість твердих продуктів (40-50% від маси пороху) в стволах. Основні тверді продукти згоряння димного пороху, полісульфіди (K2Sn, де n = 2-6) і сульфід калію (K2S), притягують вологу і гідролізуються до калійної луги і сірководню. При згорянні бездимних порохів утворюється не більше 0,1 - 0,5% твердих продуктів, що дозволило здійснювати автоматичну перезарядку зброї з використанням безлічі рухомих частин. Варто врахувати, що продукти згоряння всіх бездимних порохів містять багато оксидів азоту, що підвищує їх кородуючу дію на метал зброї.

Одно- і двохосновні бездимні порохи в наш час складають основну частину метальних вибухових речовин, що використовуються в стрілецькій зброї. Вони настільки поширені, що більшість випадків використання слова «порох» відноситься саме до бездимного пороху, зокрема, коли мова йде про ручну вогнепальну зброю і артилерію. Димні порохи використовуються як метальні заряди тільки в підствольних гранатометах, сигнальних ракетницях і деяких патронах для гладкоствольної зброї.

У деяких випадках, наприклад, в ряді кустарних ручних гранат і імпровізованих артилерійських снарядів, бездимний порох може використовуватися і як бризантна вибухова речовина, для чого щільність заряджання доводять до величини, що відповідає детонації, і використовують потужні детонатори. На відміну від багатьох вибухових речовин, для використання бездимного пороху не обов'язковий капсуль-детонатор, цілком достатньо будь-якого запалювача. Ефективність використання бездимних порохів як вибухових речовин, в разі займання, можна порівняти з ефективністю використання мінного димного пороху. При використанні потужних детонаторів (на практиці не менш 400-600 гр. ТНТ), ефективність знаходиться на рівні більшості індивідуальних вибухових речовин.

Нестабільність і стабілізація

Нітроцелюлоза з часом розкладається з виділенням оксидів азоту, які каталізують подальший розпад компонентів пороху. В процесі реакцій розкладання виділяється теплота, якої, в разі тривалого зберігання великої кількості пороху або зберігання пороху при високих температурах (на практиці, вище 25 * С), може бути достатньо для самозаймання.

Одноосновні нітроцелюлозні порохи найбільш схильні до розкладання; двохосновні і триосновні розкладаються повільніше. Що пов'язано з більш високим вмістом стабілізаторів хімічної стійкості і їх більш рівномірним розподілом в обсязі пороху, так як, нітрогліцерин та інші пластифікатори сприяють переходу нітроцелюлози в стан однорідного пластика. Кислотні продукти хімічного розпаду (головним чином, оксиди азоту, азотиста і азотна кислоти) енергонасичених компонентів пороху можуть викликати корозію металів гільзи, кулі і капсуля споряджених боєприпасів, або металів упаковки пороху, при окремому зберіганні останнього.

Щоб уникнути накопичення в складі пороху кислотних продуктів розпаду додають стабілізатори, найпопулярнішими з яких є дифеніламін і центролити (№1 і №2). Також застосовують 4-нітродіфеніламін, N-нітрозодіфеніламін і N-метил-п-нітроанілін. Стабілізатори додаються в кількостях порядку 0,5-2% від загальної маси складу; великі ж кількості можуть кілька погіршити балістичні характеристики пороху за рахунок зміщення кисневого балансу. Кількість стабілізатора згодом зменшується за рахунок витрачання на реакції з кислотними продуктами розкладання пороху, що може привести до самозаймання, тому вибухові речовини повинні періодично тестуватися на кількість стабілізаторів. Підвищення вмісту стабілізаторів хімічної стійкості сприяє збільшенню тривалості зберігання будь-яких метальних ВР, але, знижує балістичні якості порохового заряду.

Бездимні вибухові компоненти

До складу різних сортів пороху можуть входити різні активні і допоміжні компоненти:

  • Вибухові речовини:
    • Нітроцелюлоза, активний компонент більшості бездимних порохів
    • Нітрогліцерин, активний компонент двоосновних і триосновних складів
    • Нітрогуанідін, компонент триосновних складів
  • Пластифікатори, які роблять гранули менш крихкими
    • Дибутілфталат
    • Polyester adipate
    • Динітротолуол (токсичний, канцероген, застарілий)
  • В'яжучіі речовини, що підтримують форму гранул
  • Стабілізатори, запобігають або гальмують саморозпад
    • Дифеніламін
    • 2-Нітродифеніламін
    • 4-нітродифеніламін
    • N-нітрозодифеніламін
    • N-метил-п-нітроанілін
  • Розміднювачі — добавки, які перешкоджають накопиченню залишків міді (з капсулів) на внутрішній поверхні ствола зброї
    • Олово та його сполуки, наприклад, оксид олова
    • Бісмут та його сполуки, наприклад, оксид бісмуту, карбонат бісмуту, нітрат бісмуту, антимонід бісмуту; воліють з'єднання бісмуту, так як мідь розчиняється в розплавленому бісмуті, утворюючи крихкий і легко видаляється сплав
    • Свинець - металевий (у вигляді фольги) і його сполуки. Не використовуються через токсичність
  • Полум'ягасні добавки - для того, щоб зменшити яскравість світіння яке виривається з ствола при пострілі продуктів згоряння, і тим самим зменшити демаскування стрільця, а також його осліплення (особливо при стрільбі в нічний час)
  • Добавки, що зменшують знос ствола USA 16"/50 (40.6 cm) Mark 7
  • Інші добавки

Властивості пороху сильно залежать від розміру і форми його гранул. Поверхня гранул впливає на зміну їх форми і швидкість згоряння. Варіюючи форму гранул можна вплинути на тиск і криву процесу згоряння пороху по часу.

Склади, що згоряють швидше, дають більший тиск при більш високій температурі, але також збільшують знос стволів гармат.

Порох Primex містить 0-40% нітрогліцерину, 0-10% дибутилфталата, 0-10% polyester adipate, 0-5% каніфолі, 0-5% етилацетату, 0,3-1,5% дифениламина, 0-1,5% N-нітрозодіфеніламіна, 0-1,5% 2-нітрофеніламіна, 0-1,5% нітрату калію, 0-1,5% сульфату калію, 0-1,5% оксиду олова, 0,02-1% графіту, 0 -1% карбонату кальцію, і залишок від 100% - нітроцелюлози.

Див. також

Примітки
  1. Летопись жизни и деятельности Д. И. Менделеева. Л.: Наука. 1984. С. 313
  2. Менделеев Дмитрий Иванович. Менделеев, Д. И. Сочинения: в 25 т / Ответственный редактор акад. В. Г. Хлопин; Кураторы тома: проф. С. П. Вуколов и засл. деят. науки Л. И. Багал. — Л.—М. — Ленинград—Москва : Академия Наук СССР, 1949. — С. 181-253.
  3. Один из создателей «Катюши».
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.