Химические компоненты порохов. Поверхностные вещества. Основные характеристики порохов.
Порох может содержать различные добавки, которые существенно влияют на характеристики его горения.
Стабилизаторы.
Пироксилин как эфир азотной кислоты сам по себе представляет вещество весьма стойкое и при нормальных условиях может храниться ряд лет. Возможность разложения пироксилина обуславливается посторонними веществами, остающимися в пироксилине после нитрации и образующимися в период нитрации. К таким веществам относятся: кислоты азотная и серная, азотно-сернокислые эфиры клетчатки, эфиры азотистой кислоты и др. Кислоты удаляются из пироксилина водой, сернокислые эфиры разлагаются при кипячении в воде или слабом растворе кислоты, а эфиры азотной и азотистой кислот омыляются щелочами. Понятно, что у различных производителей стойкость пороха и содержание в нем кислот будут неодинаковы. Полностью удалить вышеназванные вещества затруднительно, поэтому основной компонент пороха — нитроцеллюлоза — разлагается при хранении с течением времени.
Применение стабилизаторов уменьшает разложение и изменение свойств пороха. Стабилизаторы реагируют с азотными парами, которые являются продуктами реакции разложения нитроцеллюлозы, их количество составляет от 0,5 до 1 процента пороховой массы. Наиболее используемые стабилизаторы – дифениламин (DFA), этилцентралит (ЕС) и другие централиты. Количество и состав стабилизаторов может быть выявлен методами хроматографии для определения срока годности пороха, хранимого некоторое время.
Дифениламин служит не только стабилизатором, но может являться и индикатором пригодности пороха, поскольку меняет свой цвет в зависимости от его сохранности. Так, порох с примесью дифениламина с течением времени приобретает из черно-бурого черно-зеленый цвет.
Окрашенный таким образом порох еще очень стоек, но в нем уже можно ожидать снижение баллистических качеств. Когда же его цвет из черно-зеленого переходит в красно-оранжевый, он становится совершенно негодным.
Этилцентралит. Может служить не только стабилизатором для пороха, но и являться также веществом, способным обращать пироксилин в коллоидной состояние, и с этой целью он применяется для пороха с примесью нитроглицерина.
Мочевина. Имеет щелочную реакцию, чем обуславливает повышение стойкости пироксилина, в котором она нейтрализует свободные кислоты, не удаленные промывкой. Затем мочевина вступает во взаимодействие с образовавшимися при разложении пироксилина окислами азота, давая с ними безвредные для стойкости пироксилина
вещества, углекислоту, воду и азот.
Вазелин. Также увеличивает стойкость пороха, но его действие основано на том, что он закрывает пороховые поры, вследствие чего продукты разложения пороха встречают затруднение в распространении их в толще пороховой массы.
Анилин. Применяется как стабилизатор в некоторых итальянских порохах.
Флегматизаторы.
Флегматизацией называется обработка пороха с целью увеличения времени горения его наружных слоев. Частным случаем флегматизации является способ обработки наружной поверхности пороха так, чтобы, например, порох трубчатой формы мог гореть только с внутренней поверхности, наружная же оставалась нетронутой вследствие покрытия ее слоем трудно горящего вещества. В результате достигается прогрессивность горения, выражающаяся в том, что количество выделяющихся газов увеличивается постепенно, что дает более равномерное распределение их давления вдоль канала ствола и позволяет получить требуемые скорости снарядов при меньшем давлении пороховых газов по сравнению с обыкновенным порохом.
Так, получить требуемую для остроконечной легкой пули калибра 7,62x54R скорость в 842,5 м/сек при среднем давлении, не превышающем 2 750 кгс/см2 (2670 бар), при заряде из пироксилинового пороха обычного типа не представлялось возможным. Поэтому пришлось изготовить такой порох, поверхностные слои которого горели бы медленно, тогда как внутренняя, часть зерна, наоборот, быстро.
Порох, на поверхности которого путем флегматизации образован медленно горящий слой, представляет собой тот тип пороха, прогрессивность горения которого зависит не столько от формы зерна, сколько от условий его обработки.
Камфара. Впервые камфару качестве флегматизирующего вещества начали применять в Германии. Раствор камфары в спирте желатинирует поверхность зерна, образуя на нем тонкий слой растворенной в камфаре пороховой массы, имеющей благодаря присутствию камфары меньшую скорость горения, чем внутренние слои пороха обыкновенного состава. Как флегматизатор, камфара является веществом, вполне удовлетворяющим своему назначению, но благодаря ее летучести при долгом хранении пороха возможны потери им своих баллистических качеств. Поэтому камфару заменяют другими нелетучими веществами, и в настоящее время она применяется реже.
Динитротолуол (травелин). Для флегматизации винтовочного пороха впервые применен на американских заводах. Порошкообразный травелин растворяют в бензоле и перемешивают с пороховой массой. В качестве флегматизирующих веществ применяют также централит (этилцентралит, диметилдифенилмочевина), раствор слабонитрованной клетчатки, густой раствор пироксилина, смешанного с графитом, парафин, раствор мононитронафталина, смесь четыреххлористого углерода с амиловым ацетатом и др.
Мнения о наилучшем выборе флегматизатора неоднозначны.
Соглашаются на том, что он должен растворять пироксилиновый порох, образуя с ним на его поверхности медленно горящий слой, не должен обладать кислотными свойствами, не должен быть летуч и не должен понижать химической стойкости пороха.
Поверхностные вещества.
Применяются для достижения сыпучести и устранения слипания пороховых зерен. При этом порох становится более стойким к статическому электричеству, улучшаются характеристики его горения. Для этих целей обычно используются графит и этилцентралит.
Графитовка. При покрытии пороха сглаживаются заусенцы и острые углы на пороховых зернах, от чего в значительной степени увеличивается гравиметрическая плотность пороха, которая с 0,55-0,60 для неграфитованного поднимается до 0,82-0,86 и выше для графитованного. Кроме того, графитовка придает пороху способность к текучести, что позволяет производить механическую снарядку патронов отмериванием зарядов, а не отвешиванием, необходимым для неграфитованного пороха. Графитовка уменьшает способность пороха электризоваться, но делает его трудно воспламеняемым. Вес графита составляет менее 1 % от веса пороха.
Пламягасители.
Основная цель применения этих веществ состоит в том, чтобы уменьшить дульное пламя. Обычно они используются в порохах для оружия крупных калибров. В качестве пламягасителей применяют щавелевокислый калий, кислый углекислый натрий и хлористый калий.
Замедлители скорости горения и другие добавки.
В качестве замедлителей скорости горения обычно используют различные виды свинцовых солей. Другие добавки — пластификаторы, регуляторы горения, замедлители омеднения ствола, и т.д.
Основные характеристики порохов. Свойства.
Бездымные пороха нерастворимы в воде; гигроскопичность их незначительна. Однако при хранении в сыром месте влажность их повышается (до 20%), что снижает баллистические свойства. Чем больше влажность пороха, тем медленнее он горит. Удельный вес разных сортов бездымных порохов колеблется в пределах 1,55-1,63.
Температура зажжения 180-200"С. С повышением температуры
заряда скорость горения пороха увеличивается, так как уменьшается расход тепла, необходимый для его нагревания. Бездымный порох горит при температуре 2400°С и при одинаковой массе заряда выделяет в 3 раза больше газа, чем дымный порох. Бездымный порох почти не дает несгоревших остатков. Поэтому он в 3 раза сильнее дымного пороха.
Бездымные пороха обладают большой производительной мощностью. Так, 1 кг пороха при взрыве дает около 900 л пороховых газов, что позволяет развивать давление в канале ствола крупнокалиберной винтовки до 3800 бар. Например, пороховой заряд винтовочного патрона весом 3,25 г при выстреле сгорает примерно за 0,0012 с. При сгорании заряда выделяется около 3 больших калорий тепла и образуется около 3 л газов, температура которых в момент выстрела равна 2400-2900°С. Газы, будучи сильно нагретыми, оказывают высокое давление (до 290 Па) и выбрасывают пулю из канала ствола со скоростью до 900 м/с.
Качество визуально определяется только тем, насколько правильны и одинаковы по форме и размерам пороховые зерна. От этого в значительной степени зависит однообразное и закономерное образование пороховых газов при выстреле, а следовательно, и точность стрельбы. По наружному осмотру порох должен быть следующих качеств:
Пластинчатый порох.
1). Пластинки должны быть настолько правильны и ровны, чтобы приготовление зарядов из пороха не представляло затруднений.
2). Желатинизация пороха должна быть по возможности полная, а
цвет пластинок достаточно однообразен.
Трубчатый порох.
1). Срезы трубок пороха должны быть ровны и не иметь заусениц.
2). Трубки должны быть настолько правильны и ровны, чтобы приготовление зарядов не представляло затруднений.
3). Желатинизация пороха должна быть возможно полная, а цвет трубок достаточно однообразен.
Зерненый порох.
1). Продольные каналы не должны быть заклеены пороховой массой и расположены возможно правильнее.
2). Зерна должны иметь вид правильных цилиндриков, однообразных по длине, диаметру и цвету.
Бездымный порох, подожженный на открытой поверхности, горит, "как примус". На этом и основана методика проверки его годности. На сложенную уголком полоску бумаги насыпается 0,25 г пироксилинового пороха типа Сокол" тонкой грядкой длиной 5 см, конец бумажки, положенной на край ствола, поджигается и по секундомеру отмечается время сгорания. Если проба пороха сгорает менее чем за 1,8 сек, то это означает ускоренное горение, более быстрое, чем нужно для охотничьего ружья и, следовательно, непригодность пороха к использованию из-за его взрывоопасности.
Плотность заряжания.
Охотнику надо знать два понятия о плотности заряжания:
1) в нарезном оружии—это отношение веса заряда к весу воды, объем которой равен объему пороховой камеры патрона;
2) в дробовом оружии — это усилие сжатия порохового заряда картонной прокладкой и войлочными пыжами, и его размерность обычно задают единицами давления - кг/см2. Так, для пороха "Сокол", например, усилие сжатия равно 6-8 кг/см2, пороха "Сунар" и "Барс" сжимать вообще не рекомендуется, достаточно только дослать до них пыж.
В действительности, различие понятий плотности заряжания для нарезного и дробового оружия только кажущееся. И в том, и в другом случае речь идет об отношении веса порохового заряда к объему камеры сгорания.
Если в нарезном оружии камера сгорания занимает практически весь объем гильзы и само сгорание происходит относительно медленнее, то в гильзе гладкоствольного ружья достижение оптимального объема камеры сгорания требует той или иной степени уплотнения различных видов порохов. При этом не надо забывать, что с увеличением плотности заряжания быстро возрастает и скорость горения пороха. А это может вызвать разрушение канала ствола со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Чем больше давление в канале ствола оружия, тем раскаленные газы быстрее проникают в толщину пороховых зерен. Таким образом, большое давление содействует скорейшему протеканию процесса горения.
Форма, поверхность и объем пороховых зерен.
Количества газов, образующихся в единицу времени при горении зерен пороха, пропорционально их горящей поверхности. Изменение соотношения поверхности и объема пороховых зерен достигается двумя путями.
Во-первых, изменением формы — зернам придают форму пластинки, ленты, одноканальной или многоканальной трубки или цилиндра.
Во-вторых, образованием внутри зерен полостей — пор, для чего при изготовлении в пироксилин добавляют определенное количество калиевой селитры, которую после резки пороха вымывают горячей водой. Растворяясь, она оставляет и зернах пороха поры. В зависимости от требуемых характеристик пороха на 100 весовых частей пироксилина вносят 45-220 весовых частей селитры. В результате комбинации формы порохового зерна и пор в нем, горящая поверхность пороха одного и того же состава, а следовательно, и количество газов, образующихся в единицу времени, могут уменьшаться, оставаться постоянными или увеличиваться.
Пороха, поверхность зерен которых уменьшается по мере их сгорания, называются порохами дегрессивной формы. Это, например, пластинка и лента. Пороха, поверхность зерен которых при горении остается постоянной, называются порохами с постоянной поверхностью горения, например, трубка с одним каналом, цилиндр с одним каналом. Зерна такого пороха горят одновременно и внутри и с внешней поверхности. Уменьшение наружной поверхности горения возмещается увеличением внутренней поверхности, так что общая горящая поверхность остается постоянной на все время горения, если не принимать во внимание горения трубки с торцов.
Пороха, поверхность зерен которых по мере их сгорания увеличивается, называются порохами прогрессивной формы, например, трубка с несколькими каналами, цилиндр с несколькими каналами. При горении зерна такого пороха поверхность каналов увеличивается; это создает общее увеличение горящей поверхности зерна до момента распада его на части, после чего горение происходит по типу горения пороха дегрессивной формы.
Прогрессивное горение пороха, как это уже было сказано, может быть достигнуто введением в наружные слои одноканального порохового зерна различных флегматизаторов.
Чем мельче порох, тем большее давление он развивает в патроннике канала ствола, но это не всегда приводит к увеличению начальной скорости движения снаряда. Лучше, когда порох развивает меньшее начальное давление, но его среднее давление по каналу ствола выше.
Большая сила, действующая на значительном протяжении, сообщит снаряду большее ускорение, а следовательно, и большую начальную скорость.
Имеет значение и плотность заряжания, которая согласуется с физическими свойствами данного пороха. Увеличивая плотность заряжания, можно заставить крупнозернистый порох гореть быстрее и образовывать повышенные давления в канале ствола, так же как с уменьшением плотности заряжания можно снизить давление в канале ствола при горении мелкозернистого пороха.
Изменение количества газов, образующихся при горении пороха в единицу времени, оказывает влияние на характер изменения давления газов и скорости движения пули по каналу ствола. Поэтому для каждого вида патронов и оружия подбирается пороховой заряд определенного состава, формы и веса.
Трофимов В.Н., Трофимов А.В. «СОВРЕМЕННЫЕ ОХОТНИЧЬИ БОЕПРИПАСЫ для нарезного оружия. ГИЛЬЗЫ, ПОРОХА, КАПСЮЛИ, ПУЛИ, ПАТРОНЫ, ЭЛЕМЕНТЫ БАЛЛИСТИКИ»
|
|
|