Бездимний порох

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Мисливський бездимний порох «Сокол» (Росія)
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.

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

Опис[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

Піроксилін[ред.ред. код]

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 підвищеного зносу зброї. Зброя, яка могла вистрілити тисячі разів звичайним порохом, приходила в непридатність 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[ред.ред. код]

У 1884 році Поль Вьель (фр. Paul Vieille) винайшов бездимний порох, названий Poudre B, який був заснований на желатинізованій нітроклітковині (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 в світі стрілецької вогнепальної зброї з кількох причин:

  • Більше практично не було диму, тоді як раніше після кількох пострілів з використанням чорного пороху поле зору солдата сильно звужувалося через клубів диму, що міг виправити тільки сильний вітер. Крім того, позиція стрільця не видавалася клубом диму з гвинтівки.
  • Poudre B давав велику швидкість вильоту кулі, що означало більш пряму траєкторію, що підвищувало точність і дальність стрільби; дальність стрільби сягнула 1000 метрів.
  • Так як Poudre B був в три рази потужніший за чорний порох, то його 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 пороху боєприпаси повинні були зберігатися в сухому місці, тому їх завжди переносили в 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 в 1888 році.

Балістит і кордит[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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, можно 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[ред.ред. код]

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[ред.ред. код]

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

  • Вибіхові 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[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  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».