Eksplozivi na bazi oktogena i polimernih materijala, flegmatizatora Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Dr Mirjaiu Anđelković-Lokić,

dipl. inž.

Tehntfki opimi ccntar KoV.

Beograd

EKSPLOZIVI NA BAZI OKTOGENA I POLIMERNIH MATERIJALA (FLEGMATIZATORA)

UDC: 662.215.4/.5 : 66.022.3

Rezime:

U radu su prikazani različiti tehnološki postupci flegmatizacije, koji zfivise od primenje-nog flegmatizatora, kao i način flegmatizacije voskovima i pottmerima. Dati su sastavi oktogena sa različitim polimerima kao flegmatizatorima, i prikazane su njihove brzine detonacije.

Ključne reči: oktogen, flegmarizatori, voskovi, polimeri, postupci flegmatizacije, brzine detonacije.

EXPLOSIVES BASED ON OCTOGENE AND POLYMER MATERIALS (BONDING AGENTS)

Summary:

In this paper different processes of coating high explosives HMX with, different polymer materials are given. A process of coating depends on used polymers and waxes. Some formulations are presented, based on HMX and bonding agents (polymers and waxes) and their effects on detonation velocity.

Key words: octogene, bonding agents, waxes, polymers process of coating, detonation velocity.

Uvod

Jedan od osnovnih zahteva koje eks-plozivi moraju da ispune jeste da su dovoljno bezbedni za čuvanje, transport i rukovanje. Da bi se rcakcije eksploziv-nog procesa inicirale, eksplozivu treba prethodno saopštiti minimalnu energiju, odnosno odredeni minimalni impuls, koji je dovoljan za otpočinjanje procesa he-mijske reakcije razlaganja - eksplozije.

Većina čistih eksploziva, koji se ko-riste kao konvcncionalni, jesu kristalna jedinjenja. Kako je njihova osetljivost na mehaničke uticaje, udar i trenje velika, u naknadnoj tehnološkoj preradi dodaju

im se flegmatizatori koji smanjuju njihovu osetljivost, ali ne umanjuju bitno krajnja dejstva.

Ciklični nitramim, u koje spada oktogen, jesu eksplozivi velike snage i velike osetljivosti na mehaniike uticaje, tako da se mogu primeniti jedino kada im se doda neki inertni materijal, flegmatizator, koji im smanjuje osetljivost na udar i trenje [1]. Tehnološka operacija koja omogu-ćuje uvođenje nekog inertnog agensa u eksploziv, tako što će prekriti njegove granule da bi se onemogućio njihov me-dusobni kontakt, naziva se flegmatizaci-jom. U ovom radu prikazani su najčešće primenjivani tehnološki postupci flegma-

478

VOJNOTHHNICKI GLASNIK 4-5/2001.

tizacije oktogena kao i proizvodi - fleg-matizovani oktogen. odnosno eksplozivni sastavi na bazi oktogena i polimemih agensa [2].

Flegmatizacija oktogena

Flegmatizacija je operaeija obrade eksploziva, koja se sprovodi radi smanje-nja osetljivosti na mehaničke uticaje i bezbednije manipulate, što se, pre sve-ga. odnosi na mogućnost oblikovanja pre-sovanjem.

Tehnološki postupak flegmatizacije pnmenjuje se kada je kristalni eksploziv (oktogen, heksogen, pentrit i u novije vreme, CL-20 [3], ANTA [4) i keto-RDX [5]) izašao sa linije sinteze i kristalizaeije. Postupci flegmatizacije zasnivaju se na postupku mikrokapsulacije.

Od flcgmatizatora se zahteva da se uz minimalnu količinu obezbedi dobro prekrivanje eksploziva, velika gustina pu-njenja i bezbedna manipulacija. Presova-nje kristalnog eksploziva bez flegmatiza-tora je riskantno, te se primenjuje samo u specijalnim slučajevima, uz veliku pre-dostrožnost. Takav otpresak, i pored ve-likog rizika pri presovanju, veoma je porozan.

Visokobrizantni eksplozivi, u koje spada i oktogen, flegmatizuju se vosko* vima ili polimerima, čiji je sadržaj ispod 10%. Ovakvi eksplozivi su u granulisa-nom obliku i presuju se ili direktno u košuljice bojnih glava ili u posebno profi-lisanim alatima iz kojih se montiraju u bojne glave.

Polimeri se, s obzirom na svoju vi-soku temperaturu topljenja, koriste u eksplozivnim sastavima koji se izlažu po-viSenim radnim temperaturama.

Postupci flegmatizacije

Postupak flegmatizacije zasniva sc na operaeiji mikrokapsulacije. što podra-zumeva prekrivanje granula eksploziva flegmatizatorom, koji je najčešće ncki inertan agens, vosak ili polimerni materi-jal. Tehnološki postupak koji se primenjuje u toku flegmatizacije zavisi od vrste flegmatizatora, što je bitno s obzirom na njihove različite temperature topljenja.

Ukoliko je flegmatizator vosak, čija je temperatura topljenja ispod 100°C, flegmatizacija se obavlja iz vruće vodenc suspenzije eksploziva, zagrejane do 95°C u kojoj se pogodnim mešanjem rastop-ljeni vosak rasporeduje po sistemu i, uz definisan postupak hladcnja i uz nepre-kidno mešanje, post.že se prekrivanje granula oktogena voskom. Ovaj postupak je najjednostavniji, ali se rede primenjuje za oktogen (uglavnom sc koristi za fleg-matizaeiju heksogena i pentrita), s obzirom na to da je to eksploziv visoke temperature topljenja (278,5 do 280,0<>C), a primenjuje se u munieiji koja je izložena posebnim termičkim napreza-njima.

Pored tehnoloSkog postupka u ko-jem se koristi rastopljen flegmatizator u zagrejanoj vodenoj suspenziji eksploziva. koriste se i tehnoioški postupci flegmatizacije kada je flegmatizator emulgovan, rastvoren ili u vidu mo no me ra [6].

Emulgovanje flegmatizatora primenjuje se u slučaju kada je flegmatizator neki polietilenski vosak koji je te$ko rastvoran, i Čija je temperatura topljenja iznad 100°C. Emulzija voska koja se pri-prema na poseban način. uz dodatak alkalnog emulgatora (pH oko 9), dodaje se u zagrejanu vodenu suspenziju eksploziva. Kada se emulzija voska, koja sadrži baznu komponentu, doda u vodenu $u-

VOJNOTHHNlCK! GLASN1K 4-5^001.

479

spenziju eksploziva (pH sredine je oko 9), i u takvoj sredini emulzija voska je veoma stabilna. Do destabilizacije sre-dine i do izdvajanja voska na granuiama eksploziva dolazi promenom pH sredine od bazne do slabo kisele, time se vrši flegmatizacija. Ovaj postupak se koristi za flegmatizaciju oktogena sa sadržajem flegmatizatora od 5 do 10% po masi oktogena.

Najčešće se koristi postupak flegma-tizacije oktogena kad je flegmatizator poiimer tija je temperatura topljenja iz-nad 100°C. Postupak se sastoji u tome da se poiimeri rastvaraju u pogodnom ras-tvaraču koji može da bude polaran iii nepolaran, Sto zavisi od vrste polimera koji se primenjuje.

Ukoliko je rastvarač nepolaran, on se ne me$a sa vodom, kao ni rastvor polimera, a flegmatizacija oktogena može da se izvrši na dva natina.

Pri prvom natinu rastvor polimera dodaje se u pripremljenu vodenu suspen-ziju eksploziva. Sistem za flegmatizaciju u tom slučaju sadrži dve tečnosti koje se ne mešaju - vodu i rastvarač. Izdvajanje polimera iz rastvarača i njegovo nanoše-nje na granule eksploziva obavlja se doda-vanjem određene tečnosti - nerastvarača za poiimer, koja je kapilarno aktivna komponenta, pospeSuje mešanje vode i rastvarača, a samim tim i nanošenje polimera na granule eksploziva.

Pri drugom načinu flegmatizacije ras-tvarač polimera se iz sistema za flegmatizaciju uklanja destilacijom pod smanje-nim pritiskom, pri čemu se poiimer iz-dvaja iz rastvora i nanosi na granule eksploziva. Ovaj natin flegmatizacije naj-češće je primenjivan, bez obzira na to da li je rastvarač polimera polaran ili ne. Destilacija rastvarača polimera iz sistema pod smanjenim pritiskom može da se vrši iz vodene suspenzije eksploziva kojoj je

dodat rastvor polimera ili iz suspenzije eksploziva i rastvarača polimera, ukoliko je sistem bezbedan za rad, što znači da rastvarač nije lako zapaljiv.

Ova dva postupka flegmatizacije omogućuju dobijanje flegmatizovanog eksploziva razlititog granulometrijskog sastava i razlitite osetljivosti na meha-nička dejstva. Prvi postupak obezbeduje ujednačeniji granulometrijski sastav, bez velikih aglomerata, a drugi pospešuje stvaranje aglomerata. Ovaj postupak može da se primeni na flegmatizaciju eksploziva sa sitnijom granulacijom, jer se formiraju krupnije granule, a nestaje sitna frakeija čestica. Medutim, ovakav eksploziv se teže presuje (7).

Kada se flegmatizator nalazi u vidu monomera postupak flegmatizacije se vr$i tako Sto dolazi do polimerizaeije monomera u samom sistemu za flegmatizaciju i do izdvajanja nastalog polimera na granuiama eksploziva. Ovaj postupak je izu-zetno složen, jer je patrebno da se obe-zbede svi parametri neophodni pri poll-merizaeiji - pritisak, temperatura, prisu-stvo nckog katalizatora. Primenjuje se u slučajevima kad se od flegmatizovanog eksploziva zahtevaju odredene karakteri-stike za odredene namene (svemirska istraživanja).

Svaki od navedenih postupaka flegmatizacije daje, kao proizvod, granuli* sane eksplozive sa odredenim karakteri-stikama, neophodnimza njihovu primenu presovanjem. Koji će se postupak flegmatizacije primeniti zavisi od odabranog flegmatizatora - voska (prirodnog ili sani-tetskog) i polimera, a u funkeiji krajnje primene flegmatizovanog eksploziva.

Kvalitet flegmatizovanog oktogena

Flegmatizovani eksploziv - oktogen jeste granulisani proizvod koji se prime-

480

VOJNOTEHNlCK! GLASNDC 4-5/2001.

njuje za presovana eksplozivna punjenja različitih kalibara municije. Uglavnom se koristi za kumulativnu municiju, zbog visokih detonacionih karakteristika i mo* gućnosti da se presuje u tačno definisane dimenzije.

Pre nego Što se primeni, svaki nov sastav fiegmatizovanog oktogena mora da ima definisane karakteristike [6]: sad* ržaj flegmatizatora, granulometrijski sastav, nasipnu masu, osetljivost na meha-ničke uticaje, kompresibilnost i brzinu detonacije. Pored ovih karakteristika, flegmatizovani oktogen mora da zadovo-Iji i zahtev za dobru pokretljivost (tečlji-vost) granula, kako bi se bez teškoća mogao sipati u alat za presovanje. Tako-de, veoma je bitno da tokom flegmatiza-cije ne dode do stvaranja velikih granula (prečnika iznad 1000 mikrometara) -aglomerata sitnih granula cksploziva i flegmatizatora. U unutrašnjosti ovakvih granula najčešće postoje šupljine sa za-robljcnim vazduhom, koje se u uslovima presovanja mogu ponašati kao vruće tačke i mogu da izazovu inicijaciju dcto-nacije u alatu za presovanje. S obzirom na to da se flegmatizovani oktogen koristi u presovanom stanju, mora da se izbegnu bilo kakve nepravilnosti u strukturi gra* nulisanog proizvoda, kako ne bi došlo do ncžcljcnih efekata. Operacija presovanja spada u veoma rizične operacijc obrade eksploziva, pa se posebna pažnja mora posvetiti kvalitetu fiegmatizovanog gra-nulisanog eksploziva - oktogena.

Granulometrijski sastav flegmatizo-vanog oktogena treba da obezbedi što veću nasipnu masu i da ne sadrži frekven-ciju prečnika granula ispod 100 mikrometara [7]. Ova frekvencija se, uglavnom, sastoji iti od neflegmatizovanih čestica eksploziva ili od čistog flegmatizatora i ometa presovanje tako Sto se zaglavljuje

izmedu klipa i zida alata za presovanje, dolazi do lepljenja, otežava se izbijanjc gotovog otpreska iz alata, što je u takvim uslovima veoma rizično.

Krajnje karakteristike fiegmatizovanog eksploziva zavise ne samo od prime* njenog flegmatizatora (vosak ili polimer) već i od tehnološkog postupka flegmati-zacije.

Različiti flegmatizatori imaju različit učinak flegmatizacije, koji zavisi ne samo od vrste flegmatizatora već i od masenog udela flegmatizatora. Zbog toga je kon-trola sadržaja flegmatizatora u flegmati-zovanom eksplozivu, oktogenu, neop-hodna i veoma stroga. Uspešnost flegmatizacije se, pored ovog načina, potvrduje i merenjem stepena prekrivenosti granula oktogena flegmatizatorom [1]. Sadržaj flegmatizatora u eksplozivu propisuje se posle opsežnih ispitivanja, a u funkciji njegove primene.

Flegmatizovani sastavi na bazi

oktogena

Oktogen spada u eksplozive čija je temperatura topljenja visoka, tako da temperatura topljenja primenjenih flegmatizatora mora da bude iznad 100°C.

NajčeSće korišćeni flegmatizatori oktogena su sledeći polimeri i voskovi: vi-ton-A, estan, ekson, najlon, teflon, Kel-f i polietilenski voskovi [2]. Pored toga, u flegmatizovanc sastavc čcsto se dodaju i neki drugi sastojci, koji povećavaju unu-trašnju energiju eksploziva [8j. To su, uglavnom, fluorovani nitroformali tečni eksplozivi i njihove smeše, kao i razni plastifikatori, koji su neophodni ukoliko je primenjeni polimer krt. U tabeli 1 prikazani su flegmatizovani sastavi na bazi oktogena i poiimemih materijala, sa brzinama detonacije za svaki sastav [2].

VOJNOTEHNlCltl GLASNIK 4-5/2001.

481

Tabela 1

Flegmatizovani sastavi na bazi oktogcna

Eksploziv Drug! naziv Sastav (%) Boja Gustina (g/cmJ) Brzina dctonadj< (m/s)

LX *04*1 PBXV-85-15 HMX 85 Viton A 15 žuta 1.86 8460

LX-07-2 RX-04-BA HMX90 Viion A 10 narandžasta 1.865 8640

LX-09-0 RX-09-CB HMX93 pDNPA4,6 FEF02.4 ružičasta 1,837 8810

LX-09*1 HMX93.3 pDNPA4,4 FEF02.3 ruž&asta 1.84 8810

LX-10-0 RX-04-DE HMX95 Viton A 5 blcdo plavo* -zclcna 1,86 8020

LX-11-0 RX-04-PI HMX80 Viton A 20 bcla 1,87 8320

LX-14-0 RX-04-EO HMX 95,5 Estan 57024.5 Ijubitasta 1,835 8830

PBX-901I X-000K HMX 90 Estan 5703 10 sivobela 1.77 8500

PBX-9404 PBX-9404-03 HMX 94,0 NC(12% N)3,0 CEF3.0 bcla ili plava 1,84 8800

PBX-9501 X-0242 HMX 95,0 Estan 2,5 BDNPA-F2.5 bela 1,84 8850

* Viton - beksafluoropropilen/vinilklinfluorid I : 2. man - potiurcian. FEFO - bts(2-nuor 2.2-dinitroetil)tonnai. SC - mtrocclulou.

pDKPA - t>U(2.2*dinitropTopil)acctal. CFF - trthlotctilfmfai (pUuifikaiori). man - poliurttancitar.

Iz tabele 1 vidi se da su sve brzine detonacije flegmatizovanog oktogcna ve-like, a da su gustine punjenja uglavnom preko 1,80 g/cm3, sa izuzetkom PBX-9011, čija je gustina 1,77 g/cm3, ali brzina detonacije je 8500 m/s. To je veća brzina detonacije nego ona za sastav LX-10-0, 8020 m/s, i za gustinu 1,86 g/cm3. Razlog ovoj naizgled nelogičnosti jeste priroda flegmatizatora i poroznost punjenja.

Svi sastavi prikazani u tabeii 1 mogu da se presuju u toplom stanju, zagrejani u specijalnim komorama blizu temperature topljenja polimera. Kako su temperature topljenja primenjenih polimera iz-nad 100°C, uzorci flegmatizovanog okto-gena se zagrevaju na 85 do 90°C, §to

umnogome olakšava presovanje i omogu-ćuje postizanje velikih gustina punjenja, a samim tim i brzina detonacije. Ovako presovan eksploziv ima veliku gustinu (iznad 1,80 g/cm3) i izuzetno dobre meha-ničke karakteristike, ito je značajno za kumulativna punjenja municije velikih kalibara, koja trpe znatna opterećenja pri eksploataciji.

Kompatibilnost primenjenih flegmatizatora i oktogena mora da bude zadovo-Ijavajuća, odnosno ne sme da dode do pojave gasova pri probi grejanja. U našim uslovima oktogen se flegmatizuje sa više različitih polimera, odkojih su najznačaj-niji: polikarbonat [9], polistiren [10] i poliamid [11].

482

VOJNOTHHNlCKI GLASNIK 4-5/2001.

Tabela 2

Brzine detonacije oktogena flegmatizovanog polimerima u našim ustovima

Sastav flegmatizovanog eksploziva (%) Gustina (g/cmJ) Brzina dcto-naetje (m/s)

HMX 95 1.70 8360

potikarbonat 5 1.75 8460

HMX 95 1,65 8220

Polisiiren 5 1.70 8440

HMX 95 1.70 8175

Poliamid 5 1.75 8500

Brzine detonacije za različite sastave oktogena flegmatizovanog navedenim polimerima, prikazane su u tabeli 2.

Brzine detonacije prikazane u tabeli 2 dobijene su merenjem na uzorcima koji su presovani na sobnoj temperaturi i u skladu su sa vrednostima prikazanim u tabeli 1.

Svi prikazani polimeri (tabelc 1 i 2), korišćeni kao flegmatizatori oktogena, mogu da se primene za flegmatizaciju i ostalih kristalnih visokobrizantnih eks-ploziva (heksogena, pentrita), ali pre upotrebe mora da se proveri njihova kompatibilnost metodom grejanja.

Tehnološki postupak flcgmatizacije oktogena polimerima, prikazanim u tabe-lama 1 i 2, zasnovan je na postupku destilacije rastvarača iz rastvora polimcra u sistemu za flegmatizaciju ili njegovim uklanjanjem iz sistema za flegmatizaciju korišćenjem nerastvarača polimera, što znatno poskupljuje proizvod i nije eko-nomski opravdano da se koriste za eks-plozive čija je temperatura topljenja niža od temperature topljenja primenjenog polimera.

Zaključak

Za flegmatizaciju oktogena, koji ima visoku temperaturu topljenja, primenjuju se termostabilni polimeri. Flegmatizacija

oktogena polimerima vr5i se po tchnolo* škom postupku kada je polimcr rastvoren i dodat vodenoj suspenziji eksploziva ili suspenziji eksploziva i rastvarača polimera. Polimer se nanosi na granule kristal-nog oktogena njegovim izdvajanjem de-stilacijom rastvarača pod smanjenim pri-tiskom ili dodavanjem povrSinski aktiv-nog agensa koji je ujcdno i nerastvarač primenjenog polimera.

Ovakvi sastavi presuju se u toplom stanju na temperaturi bliskoj temperaturi omckšavanja primenjenog polimera. Na taj način postižu se velike gustinc preso-vanog punjenja, koja se odlikuju dobrim mehaničkim karakteristikama, malom po-roznošću i velikom brzinom detonacije.

Zbog svojih izuzetnih karakteristika ovi eksplozivi se primenjuju, uglavnom, za kumulativnu municiju različitih kaliba-ra, kaoiza neke posebne namcnc, vczane za svemirska istraživanja.

l.ueratuni;

[ 1] Andclković-LukiC. M.: Uticajflegtnauzatora tu brzinu dcto-nactyc oktogena. Vojnotehnifici glasmk br. 6. 54-61, 1999.

|2) Dobratz, B. M.: LLNL Eyplon«« Handbook. UC'RL52997, 1981.

|3) Simpson. R. L.: CL*20 Performance Exccds of HMX and its Sensitivity is moderate. Propellants. Explosives, pyrotechnics. 22. 249-255. 1997.

|4j Simpson. R L.; Pagoria. P. F.: Synthesis. Properties and Performances of the high Explosives ANTA Propellants. Explosives. Pyrotechnics. 19.174—179. 1994.

[$) Mitchel. A. R.; Pagona. P. F.: Nitroureas I. Syimhc&is. Scale-up and Characterizatior of K-6. Propellants. Explosives. Pyrotechnics. 232-239. 1994.

(6) Anđclkovtf-Lukić. M.: Pnlo; prooćavanju fiziikih, hemij-skih i ekspkuavnih karakteristika negmatirovanog oktogena. doktorska dnertaeija. Tehnoloiko-meialurtki fakultet. Beograd. 1994.

[7) Andelkovk-Lukk M.: Utica) granuhnje kristalnog eksploziva oktogena (HMX) na parametre pecsovanja flegmatizova-nog eksploziva, Nauiootchmikt pregkd. vol XLH, br. 7. 18-22. 1992.

(8) Aođelković-Lukić M.: TendenciK razvoja bhzantmh eksploziva. Vojnotehmfki glasnik. br. 6. 681-690; 1998.

[9) Anđclković-Lukić. M.: Bepralizacija heksogena pohkarbo-natom. VT1. Beograd. 1977.

|10] Andelković-Lukić. M.; Istraživaojc novih flegmatizatora oktogena. VTI. Beograd. 1983.

(II) Lukk. M.: Fkgmaiizacija heksogena i oktogena poliamt-dom. VTI. Beograd. 1975.

VOJNOTEHNIĆKI GLASNIK 4-5/2001.

483