炸药的起爆与感度

2019年8月19日星期一第1页5炸药的起爆与感度炸药的起爆与感度研究炸药在外界作用下发生爆炸变化的原因及评价方法。2019年8月19日星期一第2页5.1炸药的起爆及其原因5.2炸药的起爆机理5.3炸药的感度5.4影响炸药感度的因素5.5炸药的钝感与敏化2019年8月19日星期一第3页5.1炸药的起爆及其原因1炸药的起爆①定义：炸药在外界能量作用下发生爆炸变化，称炸药的起爆。外界能量愈大，炸药起爆愈易。2019年8月19日星期一第4页②外界能量：热能，电能，光能（激光能量），机械能（撞击、摩擦），辐射能（射线），电磁波能……③引爆冲能：引起炸药爆炸变化的最小能量，称引爆冲能。引爆冲量是度量引起爆炸变化的定量指标。④感度：2019年8月19日星期一第5页感度（敏感度sensitivity）定义：在外界能量作用下，炸药发生爆炸的难易程度。外界能量小→感度大，外界能量大→感度小。★此处“爆炸”的含义：指不稳定爆轰、爆燃、DDT等。2019年8月19日星期一第6页热感度火焰感度静电感度摩擦感度撞击感度冲击波感度爆轰波感度激光感度……按照不同的初始引爆冲能，可将感度分为：2019年8月19日星期一第7页2炸药起爆原因炸药是一种处于相对稳定状态的物质，本身的能量水平比较高（如处于高位的小球）2019年8月19日星期一第8页3炸药起爆的选择性和相对性①外界能量种类：不同种类的外界能量引起爆炸变化的难易程度是不同的（选择性）。TNT耐热,机械感度低(8%)NaN3耐热,强机械感度②外界能量作用速度：作用速度愈快，起爆愈易。静压——快速加压缓慢加热——迅速加热2019年8月19日星期一第9页③装药条件：装药条件影响炸药的感度（直径、密度）。尺寸临界条件时，在热的作用下不会爆炸；尺寸临界条件时，才有热爆炸的可能。④炸药的物理状态：熔融状态——固态结晶状态——粉状⑤不同用途的炸药有不同感度的要求火焰撞击冲击波针刺摩擦爆轰波2019年8月19日星期一第10页感度的选择性与相对性炸药感度的选择性：对不同的外界能量形式，炸药的感度并不一致，有的对热敏感，而对机械作用不敏感，等等。炸药感度的相对性：★只在一定条件有效，例如在某一尺寸下，在温度为T时，炸药是安全的。但在大尺寸下又是不安全的。不同的使用条件对炸药的感度有不同的要求（工业炸药往往要敏化，军用炸药往往要钝化）★外界能量的作用速率不同，感度不同。如静压与动压，加速速率等。2019年8月19日星期一第11页炸药感度的选择性与相对性炸药起爆的选择性与相对性2019年8月19日星期一第12页4研究意义掌握各种起爆机理，判别炸药对各种外界能量的感度，指导研究、生产、贮存、运输、使用各个环节。如:定员定量严禁烟火轻拿轻放电雷管脚线短路抗静电处理过筛湿混2019年8月19日星期一第13页对工业炸药提出所谓“实用感度”与”危险感度”要求：①实用感度（performancesensitivity，敏感性）：最小引爆冲能下能起爆---冲击波感度。②危险感度（hazardsensitivity，不安定性）：保持安全的最大引爆冲能---机械感度。一对矛盾，取其中。使用者：使用中需要高感度→防止拒爆生产者：操作制造中需要低感度→防止事故2019年8月19日星期一第14页5.2炸药的起爆机理1.热能起爆机理2.炸药的机械能起爆理论3.炸药的冲击波起爆机理4.炸药的光起爆机理5.电能起爆机理2019年8月19日星期一第15页1热能起爆机理热爆炸理论（P.170定义）Semenov，Frank-Fameneskii，Thomas，冯长根★基本观点：在一定条件下（温度、压力等）若炸药因热分解的作用下，反应放出的热量大于热传导（向外）所散失的热量，就能使炸药的内部发生热积累，从而使反应自动加速，温度升高，反应更快，温度更高，如此循环发展最后导致爆炸。2019年8月19日星期一第16页热作用下炸药发生爆炸的机理炸药分解反应放热与炸药向周围介质（环境）散失热量的平衡问题，放热速率（单位时间内由于分解反应放出的热量）：式中：W——反应速率,分子数/(s.m3)；Q——分解1mol炸药放出的热量；N——Avogadro数。如果分解反应按一级反应动力学近似有：式中：Q——反应热；V——体积；m——炸药量（数）；c——浓度（单位体积的分子数）NWQVq1)exp(1RTEVcANQq)exp(RTEmQA1molJmol2019年8月19日星期一第17页如果炸药内各点处温度均匀，均为T，环境温度为T0则散热速率为：：传热系数,S：炸药的表面积STTq)(0212)(sKmJq1q2ABC热速率温度TBT0T0’T0’’A点：稳定平衡点，体系可在A点保持恒温。C点：体系不能自动到达，若外界供热，则为不稳定平衡点。B点：为亚稳态，超过B点，系统将处于热爆炸状态。2019年8月19日星期一第18页均温系统热爆炸定性判据：见冯长根著《热爆炸理论》科学出版社，1988，或者见松全才《炸药理论》，兵器工业出版社。★热爆炸影响因素：①炸药的活化能②炸药的分解反应热③炸药的热传导系数和热容④有效的加热面积⑤炸药的质量⑥环境条件（T,P）2019年8月19日星期一第19页2炸药的机械能起爆理论◆撞击、摩擦、针刺、枪击等；热点学说：布登（英）①基本观点：当炸药受到撞击或摩擦时，机械能首先转化成热能，并聚集在小的局部范围内形成“热点”，在热点处发生热分解，由于分解的放热性，分解速度迅速增加，热点内形成强烈反应，结果引起部分炸药或全部炸药爆炸。2019年8月19日星期一第20页②热点的形成和扩展是有过程的。(ⅰ)热点形成阶段；(ⅱ)以热点为中心向周围扩展的成长阶段，以爆燃形式进行；(ⅲ)由燃烧转变为低速爆轰，直至稳定爆轰。2019年8月19日星期一第21页③热点形成的原因：（热点形成的3个途径）(ⅰ)气泡的绝热压缩；(ⅱ)物质之间的相互摩擦；(ⅲ)炸药的粘滞流动。2019年8月19日星期一第22页9.8～98J1.96×10-3J5～47％100％2019年8月19日星期一第23页④热点成长为爆轰的条件：(ⅰ)热点温度足够高：300~600℃；(ⅱ)热点半径足够大：10-3~10-5cm；(ⅲ)热点作用时间足够长：10-7Sec以上；(ⅳ)热点能量足够多：10-8~10-10J。2019年8月19日星期一第24页3炸药的冲击波起爆机理（引爆、传爆、殉爆）基本观点：冲击波是一种强烈的压缩波，当炸药受到冲击波强烈的压缩要产生热。(a)若是均质炸药，受到冲击时，冲击波阵面上的一薄层炸药便均匀地受热升温，当温度达到爆发点时（温度较高），炸药就会发生爆炸。---“热爆炸”特征，起爆难，爆速高。(b)若是非均质炸药受到冲击时，则由于炸药受热升温的不均匀性，使在局部产生热点，爆炸首先在热点开始并扩展，然后才引起整个炸药的爆炸。---“热点爆炸”特征，起爆易，爆速低。2019年8月19日星期一第25页4炸药的光起爆机理（不成熟）基本观点：(a)光起爆是热作用，即炸药受到阳光照射时，很薄的表面层吸收了光能，并在很短的时间内转变为热，然后发生爆轰。(b)光化学分解起作用，当炸药受阳光照射时，其表面屋吸收光能而导致电子的激发，引起了光化学反应，反应放出的热量传给下一层炸药，在适当的条件下（得热→失热）以热爆炸的形式扩展。(c)激光起爆作用热作用等离子体2019年8月19日星期一第26页5电能起爆机理电能→热能电能→冲击波能◆高压强电流使金属受热气化，产生高温高压等离子体，并迅速膨胀，以冲击波形式引爆炸药；◆或用金属气化后的高压气体（或等离子体）推动薄片，使其高速飞出冲击炸药，即飞片起爆。2019年8月19日星期一第27页问题：下列属于何种形式的起爆外能？火雷管的引爆；电雷管的起爆；用雷管或导爆索引爆炸药；起爆药包引爆钝感炸药；殉爆试验；手榴弹、地雷中引信装置；采用金属膜技术引爆炸药等。热能机械能爆炸能2019年8月19日星期一第28页5.3炸药的感度针对各种起爆机理设计的各种判断炸药起爆特性（感度）检测方法。2019年8月19日星期一第29页1炸药的热感度定义：炸药在热的作用下发生爆炸的难易程度。方法：①爆发点实验（时间，温度）5s/5min延滞期/发火温度爆发点：是指一定条件下炸药被加热到爆炸时，加热介质的最低温度。延滞期：是指炸药从加热到突然升温爆炸的时间。2019年8月19日星期一第30页②火焰感度（a）导火索法（距离）（P.175）（b）其它方法（时间）（ⅰ）赤热铁棒试验法（日本）（ⅱ）酒精喷灯燃烧法（美）（ⅲ）加燃料油点燃法（美）（ⅳ）热丝点火法钝感炸药含水炸药2019年8月19日星期一第31页③钢管法④爆燃试验（药量）（ⅰ）黑火药引燃法（德）（ⅱ）煤粉包覆法（法）（ⅲ）爆燃臼炮法⑤耐烤燃试验（加拿大）2019年8月19日星期一第32页2炸药的机械感度定义：炸药在机械作用（如撞击、摩擦、针刺、惯性等）发生爆炸变化的难易程度。测试装置：（a）卡斯特落锤仪（立式落锤仪）（b）弧形落锤仪（起爆药）（c）落球撞击装置（不同感度炸药）2019年8月19日星期一第33页二、方法1．撞击感度撞击感度的表示方法（锤重/落高）：（ⅰ）爆炸百分数（固定锤重和落高）（ⅱ）爆炸上下限法上限：100%爆炸Hmin，下限：100%不爆炸Hmax（ⅲ）特性落高（临界落高）H50法感度曲线（爆炸百分数～落高）布鲁斯顿法（down&up)或上下法或升降法2019年8月19日星期一第34页表示方法：摩擦感度（摆角/压力）（a）布登摩擦摆（b）柯兹洛夫摩擦摆（ⅰ）爆炸百分数（ⅱ）感度曲线2019年8月19日星期一第35页3炸药的冲击波感度a.殉爆试验（放在地面）殉爆定义：p285.炸药殉爆的三个途径：a.爆轰产物.b.惰性冲击波c.固体颗粒。b.空气间隙试验（悬挂）c.隔板试验（有意识地加入隔板）表示方法：距离/厚度的判断。2019年8月19日星期一第36页4爆轰感度（起爆感度）指猛炸药在其它炸药（起爆药或猛炸药）的爆炸作用下发生爆炸变化的能力。a.最小起爆药量（铅板穿孔实验）b.临界直径（Ⅰ）等直径（Ⅱ）锥形直径（锲形试验）2019年8月19日星期一第37页产生静电影响因素：1.设备接地性能；2.摩擦力；3.炸药的粒度与药量；4.空气温度，炸药含水量。5静电火花感度2019年8月19日星期一第38页静电事故预防措施：1.设备接地；2.铺设导电胶皮或喷涂导电材料；3.增湿；4．使用添加剂（抗静电剂）；5．其它方法，如中和法等。2019年8月19日星期一第39页6射频感度7激光感度：《松》P408激光是能量高度集中，颜色单纯的光线，在空气中传播不易衰减。近年来，由于固体激光器的改进，Q开关的应用，可以产生高功率、脉冲时间短的激光，形成等离子体，这种能量能够直接引爆炸药。2019年8月19日星期一第40页5.4影响炸药感度的因素1内在影响因素①炸药的原子团：结构特征。②炸药的生成热：与键能有关（生成热小感度高）。③炸药的爆热：爆热大感度高。④炸药的活化能：活化能小感度高。⑤炸药热分解热导率：越小感度越高。⑥炸药的挥发性：挥发性大的感度一般较小。2019年8月19日星期一第41页2外在影响因素①炸药的温度：T↗→S↗②炸药的物理状态：液态炸药易爆炸。③炸药的结晶形状：晶型，晶格能↗→S↘。④炸药的颗粒度：影响爆轰感度。⑤炸药的装药密度：影响起爆感度与火焰感度。⑥炸药的附加物（P205～206）2019年8月19日星期一第42页5.5炸药的钝感与敏化1钝感方法①降低炸药的熔点；②降低炸药的坚固性；③加入少量的塑性添加剂。2019年8月19日星期一第43页2敏化方法①加入爆炸物质；②气泡；③加入高熔点、高硬度物质。