[Сноска A: Jour. Soc. Chem. Ind., xxiii., Oct. 15, 1904, p. 953.]
Г-н А. П. Си (Jour. Amer. Chem. Soc., 1903) описывает новый метод испытания стабильности нитроцеллюлозы, который он называет «Предел упругости сопротивления пороха нагреванию». Испытание заключается в нагревании пороха на часовом стекле в печи до температуры 115° C; через восемь часов часовое стекло и порох взвешивают, и процесс повторяют ежедневно в течение шести дней или менее. Он утверждает, что порох испытывается в своем естественном состоянии, учитываются все продукты разложения, тогда как в старых методах показывались только кислые продукты, а в методе Вилля — только азот; этот метод дает представление о влиянии малых количеств добавленных веществ или посторонних примесей на стабильность, он прост и не подвержен вариациям, свойственным старым методам.
Обермюллер (Jour. Soc. Chem. Ind., April 15, 1905) считает метод Бергмана и Юнка слишком сложным и занимающим слишком много времени; он предлагает нагревать пироксилин до 140° C в вакууме и непрерывно измерять с помощью ртутного манометра давление, создаваемое выделяющимися газами, при поддержании постоянного объема последних; скорость возрастания давления является мерой скорости разложения нитроцеллюлозы.
УДЕЛЬНЫЙ ВЕС ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И Т. Д.
Нитроглицерин 1,6; Пироксилин (сухой) 1,06; « (25% воды) 1,32; Динамит № 1 1,62; Гремучий студень 1,54; Желатин-динамит 1,55; Баллистит 1,6; Форцит 1,51; Тонит 1,28; Робурит 1,40; Беллит 1,2-1,4; Карбо-динамит 1,5; Литая пикриновая кислота Тюрпена 1,6; Нитроманнит 1,6; Нитрокрахмал 1,5; Эмменсит 1,8; Мононитробензол 1,2; Мета-динитробензол 1,575 при 18° C; Орто-динитробензол 1,590 «; Пара-динитробензол 1,625 «; Британский порох, E.X.E. 1,80; « « S.B.C. 1,85; Каннонит (порох) 1,60; Целлулоид 1,35; Целлюлоза 1,45; Нитрат аммония 1,707; Фульминат ртути 4,42.
ТАБЛИЦА ТЕМПЕРАТУР ДЕТОНАЦИИ. Гремучий студень 3220°; Нитроглицерин 3170°; Динамит 2940°; Пироксилин 2650°; Тонит 2648°; Пикриновая кислота 2620°; Робурит 2100°; Нитрат аммония 1130°.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ДЕТОНАЦИИ (профессор Ч. Э. Манро, станция торпедного вооружения ВМС США).
__________________________________________________________________________ | | Максимальное | | | расстояние | | | при котором | | | произошла | | | детонация. | | | СМ. | | Пироксилин | 10 | Нитроглицерин 86,5, нитрохлопок | | | 9,5, камфора 4%. | Взрывчатый желатин | 20 | NH_{4}NO_{3} 5 частей, | (камфорированный) | | C_{6}H_{4}(NO_{3})_{2} 1 часть. | Порох Джадсона, R.R.P. | 25 | | Эмменсит (№ 259) | 30 | | Рак-а-рок | 32 | KClO_{3} 79 частей, | | | C_{6}H_{5}(NO)_{2} 21 часть. | Беллит | 50 | | Форцит № 1 | 61 | | Кизельгуровый динамит № 1 | 64 | 75% нитроглицерина. | Атлас-порох № 1 | 74 | | __________________________|____________|_________________________
ГЛАВА IX.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СИЛЫ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ. Эффективность взрывчатого вещества — Бризантные и метательные взрывчатые вещества — Теоретическая эффективность — Результаты ММ. Ру и Сарро — Абеля и Нобеля — Баллистическое испытание Нобеля — Мортира, манометр или крешерный манометр — Свинцовые цилиндры — Машина для измерения фут-фунтов — Манометр Нобеля — Результаты лейтенанта Уолка — Расчет давления, развиваемого динамитом и пироксилином — Результаты Макнаба и Ристори по теплу, выделяемому при взрыве различных взрывчатых веществ — Состав некоторых взрывчатых веществ, широко используемых для взрывных работ и т. д.
~Определение относительной силы взрывчатых веществ.~ — Взрывчатые вещества можно грубо разделить на две категории: те, которые при взрыве производят разрушительную силу, и те, которые производят метательную силу. Взрывчатые вещества первого класса обычно называют бризантными, и они по большей части состоят из нитросоединений или смесей нитросоединений с другими веществами. Любое взрывчатое вещество, детонация которого происходит очень быстро, является бризантным, но этот термин в основном применяется к нитровзрывчатым веществам.
Эффективность взрывчатого вещества зависит от объема и температуры образующихся газов, а также от скорости взрыва. В бризантных взрывчатых веществах химическое превращение происходит очень быстро, поэтому они оказывают дробящий или разрушительный эффект. Порох, с другой стороны, является метательным взрывчатым веществом и производит толкающий или отбрасывающий эффект.
Максимальная работа, которую способно произвести взрывчатое вещество, пропорциональна количеству тепла, выделяющегося при его химическом превращении. Это можно выразить в килограммометрах формулой 425Q, где Q — количество выделенных единиц тепла. Однако теоретическая эффективность взрывчатого вещества по многим причинам не может быть достигнута на практике.
В случае взрывных работ по породе, например:[A] — 1. Неполное сгорание взрывчатого вещества. 2. Сжатие и химические изменения, вызванные в окружающем материале. 3. Энергия, затраченная на растрескивание и нагрев материала, который не был смещен. 4. Утечка газа через шпур и трещины, вызванные взрывом. Доля полезной работы оценивается от 14 до 33% от теоретического максимального потенциала.
[Сноска A: C.N. Hake, Government Inspector of Explosives, Victoria, Jour. Soc. Chem. Ind., 1889.]
Для целей сравнения производители обычно полагаются больше на практическую, чем на теоретическую эффективность взрывчатого вещества. Однако они находятся в одном и том же соотношении друг с другом, как показывает следующая таблица г-д Ру и Сарро:
МЕХАНИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ. Теоретическая работа в кг. Относительная величина.
Взрывчатый порох (62% KNO_{3}) 242 335 1,0; Динамит (75% нитроглицерина) 548 250 2,26; Гремучий студень (92% нитроглицерина) 766 813 3,16; Нитроглицерин 794 563 3,28.
Эксперименты, проведенные в свинцовых цилиндрах, дают: Динамит 1,0; Гремучий студень 1,4; Нитроглицерин 1,4.
Сэр Фредерик Абель и капитан У. Г. Нобль, R.A., показали, что максимальное давление, оказываемое порохом, равно 486 фут-тоннам на фунт пороха, или что когда 1 кг пороховых газов занимает объем 1 литр, давление равно 6400 атмосферам; а Бертло рассчитал, что каждый грамм взорванного нитроглицерина дает 1320 единиц тепла. ММ. Ру и Сарро из Центрального порохового депо в Париже с помощью калориметрических определений показали, что при детонации выделяются следующие единицы тепла:
Nitro-glycerine 1,784 heat units.
Gun-cotton 1,123 "
Potassic picrate 840 "
которые, будучи умноженными на механический эквивалент на единицу, дают:
Нитроглицерин 778 метротонн на килограмм; Пироксилин 489 « «; Пикрат калия 366 « «.
~Баллистическое испытание Нобеля.~ — Альфред Нобель первым использовал мортирный метод для измерения (баллистической) силы взрывчатых веществ. Использование мортиры для измерения относительной силы взрывчатых веществ не дает очень точных результатов, но в то же время полученная информация представляет значительную ценность с практической точки зрения. Мортира состоит из сплошного чугунного цилиндра, один конец которого рассверлен на глубину 9 дюймов, при этом диаметр канала составляет 4 дюйма. На дне канала находится стальной диск толщиной 3 дюйма, в котором просверлено еще одно отверстие размером 3 на 2 дюйма. Сама мортира (рис. 54) снабжена цапфами и прочно закреплена на очень массивном деревянном лафете, который надежно привинчен к земле. Используемый снаряд должен весить 28 фунтов и быть точно обточен, чтобы соответствовать каналу мортиры. По его центру проходит отверстие, через которое вставляется запал.
Метод проведения эксперимента следующий: кусок твердого дерева обтачивается на токарном станке так, чтобы точно соответствовать отверстию в стальном диске на дне канала. Этот деревянный цилиндр сам содержит небольшую полость, в которую помещается взрывчатое вещество. Десять граммов — очень удобное количество. Перед помещением в мортиру во взрывчатом веществе можно сделать отверстие с помощью стеклянной палочки такого размера, чтобы в него как раз входил используемый детонатор. После помещения деревянного цилиндра со взрывчатым веществом в полость на дне канала, снаряд, слегка смазанный маслом, осторожно опускают на него. Кусок запала длиной около фута, снабженный детонатором, теперь проталкивается через отверстие в центре снаряда до тех пор, пока детонатор не окажется погруженным во взрывчатое вещество. Запал поджигают, и тщательно измеряют расстояние, на которое отброшен снаряд. Дальность должна быть размечена колышками на ярды и доли ярдов, особенно на конце, противоположном мортире. Мортира должна быть наклонена под углом 45°. При проведении экспериментов с этим аппаратом будет обнаружено, что сила и направление ветра оказывают значительное влияние.
[Иллюстрация: РИС. 54. — МОРТИРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ СИЛЫ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ. A, Снаряд; B, Стальной диск; C, Секция мортиры (чугун); D, Деревянная пробка, удерживающая взрывчатое вещество (E); F, Запал.]
Г-н Т. Джонсон провел несколько баллистических испытаний. Он использовал стальную мортиру и снаряд весом 29 фунтов, приняв план измерения расстояния, на которое заданный заряд в 5 г отбросит снаряд. Он получил следующие результаты:
Дальность в футах.
Гремучий студень (90% нитроглицерина и нитроцеллюлозы) 392; Аммонит (60% Am(NO_{3}) и 10% нитронафталина) 310; Гелигнит (60% нитрожелатина и пироксилина) 306; Робурит (AmNO_{3} и хлорнитробензол) 294; Динамит № 1 (75% нитрожелатина) 264; Стонит (68% нитрожелатина и 32% древесной муки) 253; Пироксилин 234; Тонит (пироксилин и нитраты) 223; Карбонит (25% нитрожелатина, 40% древесной муки и 30% нитратов) 198; Секурит (KNO_{3} и нитробензол) 183; Порох 143.
~Расчет объема газа, выделяющегося при взрывной реакции.~ — Объем газа, выделяющегося при взрывной реакции, можно рассчитать, но только если это простые и стабильные продукты, причем такие расчеты производятся при 0° и 760 мм. Пусть, например, требуется определить объем газа, выделяемого 1 грамм-молекулой нитроглицерина. Взрывную реакцию нитроглицерина можно представить уравнением.
C_{3}H_{5}O_{3}(NO_{2})_{3} = 3CO_{2} + 2-1/2H_{2}O + 1-1/2N_{2} + 1/4O_{2} По весу 227 = 132 + 45 + 42 + 8 По объему 2 = 3 + 2-1/2 + 1-1/2 + 1/4
Вес нескольких продуктов вышеуказанных реакций рассчитывается путем умножения их удельного веса на вес 1 литра водорода при 0° C и 760 мм (0,0896 г). Таким образом,
Один литр CO_{2} = 22 x 0,0896 = 1,9712 г; « H_{2}O = 9 x « = 0,8064 г; « N_{2} = 14 x « = 1,2544 г; « O_{2} = 16 x « = 1,4336 г.
Объем постоянных газов при 0° и 760 мм постоянен и, если принять грамм за единицу массы, составляет 22,32 литра. Таким образом:
Объем 44 г CO_{2} при 0° и 760 мм = 44/1,9712 = 22,32 литра; 18 г H_{2}O « « = 18/0,8044 = 22,32 «; 28 г N_{2} « « = 28/1,2544 = 22,32 «; 32 г O_{2} « « = 32/1,4366 = 22,32 «. Следовательно
132 г CO_{2} при 0° C и 760 мм = 22,32 x 3 = 66,96 литра; 45 г H_{2}O « « = 22,32 x 2-1/2 = 55,80 «; 42 г N_{2} « « = 22,32 x 1-1/2 = 33,48 «; 8 г O_{2} « « = 22,32 x 1/4 = 5,58 «.
161,82 «. Следовательно, 1 грамм-молекула, или 227 г, нитроглицерина при взрыве дает 161,82 литра газа при 0° C и 760 мм.
Чтобы определить объем газа при температуре взрыва, мы просто применяем закон Шарля.[A] Таким образом —
V : V' :: T : T' или V' = VT'/T
где V представляет исходный объем; V' — новый объем; T — исходную температуру по абсолютной шкале; T' — новую температуру по той же шкале. В данном случае T' = 6001°.
Следовательно, подставляя, имеем
V' = 161,82 x 6001 / 273 = 3557 литров
or at the temperature of explosion 1 gram-molecule of nitro-glycerine produces 3,557 litres of permanent gas.
[Сноска A: Согласно закону Шарля, объем любого газа изменяется прямо пропорционально его температуре по абсолютной шкале, при условии, что давление остается постоянным. Зная температуру по шкале Цельсия, соответствующую температуру по абсолютной шкале получают путем прибавления 273 к градусам Цельсия.]
~Давление или крешерный манометр.~ — Существует много форм этого инструмента. Еще в 1792 году граф Румфорд использовал манометр. Так называемый крешерный манометр, однако, был впервые использован капитаном сэром Эндрю Ноблем в его исследованиях пороха. Другими формами являются пуансон Родмана[A], эпрювет Ухатиуса и крешерный манометр Английской комиссии по взрывчатым веществам. Все они основаны либо на размере отпечатка, сделанного на медном диске стальным пуансоном, прикрепленным к поршню, на который воздействуют газы взрывчатого вещества, либо на сжатии или сплющивании медных или свинцовых цилиндров.
[Сноска A: Изобретен генералом Родманом, инженерные войска США.]
[Иллюстрация: РИС. 55. — МАНОМЕТР.]
Бертло использует цилиндр из меди, как и Английская комиссия, но в более простой форме аппарата, чаще всего используемой производителями, применяются свинцовые цилиндры. Эта форма аппарата (рис. 55) состоит из железного основания, к которому прикреплены четыре стойки a, расположенные по окружности 4-дюймового круга; свинцовая пробка опирается на стальное основание, вставленное в массивный железный блок. Кольцо c удерживает стойки d вместе в верхней части. Поршень b, который опирается на свинцовую пробку, представляет собой цилиндр из закаленной стали диаметром 4 дюйма и длиной 5 дюймов; он обточен по бокам, чтобы максимально облегчить его. Он должен свободно перемещаться между стойками d. В верхней части этого цилиндра имеется полость для размещения заряда взрывчатого вещества. Вес этого поршня составляет 12,25 фунта. Снаряд e изготовлен из закаленной стали, имеет диаметр 4 дюйма и длину 10 дюймов, весит 34,5 фунта. Он просверлен вдоль своей оси для размещения капсюльного запала.
Инструмент используется следующим образом: свинцовая пробка длиной 1 дюйм и диаметром 1 дюйм цилиндрической формы помещается на стальную пластину между стойками a, поршень помещается на нее, тщательно взвешенное взрывчатое вещество помещается в полость, и снаряд осторожно опускается на поршень. Кусок запала с детонатором, закрепленным на одном конце, затем проталкивается через отверстие в снаряде, пока он не достигнет взрывчатого вещества, содержащегося в полости поршня. Запал поджигается. Когда заряд взрывается, снаряд выбрасывается, а свинцовый цилиндр более или менее сжимается. Свинцовые пробки должны иметь равномерную плотность и однородную структуру и должны быть нарезаны из свинцовых стержней, которые были протянуты, а не отлиты отдельно из небольших масс металла.
[Иллюстрация: РИС. 56. — b, СТАЛЬНОЙ ПУАНСОН; c, СВИНЦОВЫЙ ЦИЛИНДР ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С МАНОМЕТРОМ.]
Сила взрывчатого вещества пропорциональна работе, выполненной при уменьшении высоты свинцовой (или медной) пробки, и для получения выражения для выполненной работы необходимо найти количество фут-фунтов (или килограммометров), необходимых для создания различных степеней сжатия. Это делается путем подвергания точно таких же свинцовых цилиндров сжатию под весами, действующими без начальной скорости, и измерения уменьшенной высоты цилиндров; на основе этих результатов составляется таблица, устанавливающая эмпирические соотношения между уменьшенными высотами и соответствующими весами; цилиндры измеряются как до, так и после помещения в манометр с помощью инструмента, известного как микрометрический штангенциркуль (рис. 57).[A]
[Сноска A: Инструмент под названием «Машина для измерения фут-фунтов» был изобретен лейтенантом Куинаном, армия США. Он состоит из трех досок, соединенных так, чтобы образовать направляющую высотой 16 футов, в которой может свободно падать груз (снаряд манометра). Одна из досок проградуирована на футы и полфута. Горизонтальная доска внизу, на которую прибиты остальные, опирается на тяжелый столб, глубоко врытый в землю, на котором помещен поршень манометра, служащий в данном случае наковальней, на которую помещаются свинцовые цилиндры. Снаряд поднимается с помощью шкива, закрепленного в верхней части конструкции, на любую желаемую высоту и отпускается путем освобождения зажима, который его удерживает. Разница между первоначальной длиной и уменьшенной длиной дает сжатие, вызванное ударом падающего снаряда, и дает значение в фут-фунтах, необходимое для создания различных степеней сжатия. (См. Jour. U.S. Naval Inst., 1892.)]
[Иллюстрация: РИС. 57. — МИКРОМЕТРИЧЕСКИЙ ШТАНГЕНЦИРКУЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА СВИНЦОВЫХ ЦИЛИНДРОВ.]
~Использование свинцовых цилиндров.~ — Метод использования свинцовых цилиндров для проверки силы взрывчатого вещества — очень простое дело, которое проводится следующим образом: сплошной литой свинцовый цилиндр любого удобного размера просверливается по центру на несколько дюймов, обычно до тех пор, пока шпур не достигнет примерно центра блока. Объем этого отверстия затем точно измеряется путем заливки в него воды из градуированной мерной емкости, и отмечается его вместимость в кубических сантиметрах. Затем шпур опорожняется и просушивается, а взвешенное количество (скажем, 10 г) взрывчатого вещества плотно утрамбовывается на дно отверстия. Затем во взрывчатом веществе (если это динамит) делается отверстие с помощью чистой и закругленной стеклянной палочки, достаточно большое, чтобы вместить детонатор. Кусок запала, снабженный детонатором, затем вставляется во взрывчатое вещество и поджигается. После взрыва обнаруживается, что образовалась большая грушевидная полость, объем которой затем измеряется тем же способом, что и раньше.
Полученные таким образом результаты являются лишь относительными, но представляют значительную ценность для сравнения динамитов между собой (или пироксилинов). Эксперименты со свинцовыми цилиндрами дали относительные значения: нитроглицерин 1,4, гремучий студень 1,4 и динамит 1,0. (Рис. 58 показывает сечения свинцовых цилиндров до и после использования.)
[Иллюстрация: РИС. 58. — СВИНЦОВЫЕ ЦИЛИНДРЫ ДО И ПОСЛЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.]
Стандартные правила подготовки свинцовых цилиндров можно найти в Chem. Zeit., 1903, 27 [74], 898. Они были разработаны Пятым международным конгрессом прикладной химии в Берлине. Свинцовый цилиндр должен иметь высоту 200 мм и диаметр 200 мм. По его оси проходит шпур глубиной 125 мм и диаметром 25 мм. Используемый свинец должен быть чистым и мягким, а цилиндры, используемые в серии испытаний, должны быть отлиты из одной плавки. Температура цилиндров должна быть от 15° до 20° по всей массе. Следует использовать 10 г взрывчатого вещества, завернутого в оловянную фольгу. Детонатор с зарядом 2 г, подлежащий электрическому подрыву, помещается в центр взрывчатого вещества. Патрон помещается в шпур и осторожно прижимается ко дну, при этом провода для подрыва удерживаются в центральном положении. Затем шпур заполняется сухим кварцевым песком, который должен проходить через сито со 144 ячейками на кв. см, при этом диаметр проводов составляет 0,35 мм. Песок засыпается равномерно, излишки выравниваются. Подготовленный таким образом заряд затем подрывается электрически. Свинцовый цилиндр затем переворачивается, и любые остатки удаляются щеткой. Количество куб. см воды, необходимое для заполнения полости сверх первоначального объема шпура, является мерой силы взрывчатого вещества. Результаты сопоставимы только в том случае, если они получены с одним и тем же классом взрывчатых веществ. Результат должен быть средним арифметическим не менее трех экспериментов. Точность метода зависит от (a) равномерной температуры свинцового цилиндра (15°–20° C); (b) однородности кварцевого песка; (c) точности измерений.