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炸药

炸药(Explosive material),能在极短时间内剧烈燃烧(即爆炸)的物质,是在一定的外界能量的作用下,由自身能量发生爆炸的物质。一般情况下,炸药的化学及物理性质稳定,但不论环境是否密封,药量多少,甚至在外界零供氧的情况下,只要有较强的能量(起爆药提供)激发,炸药就会对外界进行稳定的爆轰式作功。炸药爆炸时,能释放出大量的热能并产生高温高压气体,对周围物质起破坏、抛掷、压缩等作用。

炸药就是可以非常快速地燃烧或分解的物质,能在短时间内产生大量的热量和气体。典型的炸药包 含爆炸物、某种引爆装置,通常还有某种外壳。被雷管的热量或冲击能量触发后,爆炸物就会进行快速化学反应,即燃烧或分解。

在化学反应中,化合物分解产生多种气体。在反应物(原始化学化合物)的各个不同原子之间,以化学键形式储存着大量能量。化合物分子分解时,生成物(产生的气体)可能利用其中的一些能量(而不是全部能量)形成新键。大多数“剩余”的能量会形成高温热量。 集中的气体在极大压力下快速膨胀。热量会加快各个气体粒子的运动速度,使得压力更高。在高能炸药中,气体压力很大,足以破坏建筑,致人伤亡。如果气体膨胀速度比音速快,就会产生强大的冲击波。这种压力还能促使固体碎片高速冲出,以巨大的力量打击人或建筑。

炸药由于能对周围介质作猛烈的破坏功,往往又被称为猛炸药。常用的猛炸药按组成可分为单体炸药和混合炸药2类。还有一类感度很高的炸药,从燃烧转变为爆轰的时间极短,通常不直接用于作破坏功,而是用于引燃或引爆其他火炸药,称为起爆药。炸药的爆炸通过一定的外界激发冲量的作用,爆轰是炸药中化学反应区的传播速度大于炸药中声速时的爆炸现象,是炸药典型的能量释放形式。爆炸实际上分两个阶段。大部分破坏是最初的膨胀造成的。它还会在爆炸源周围制造一个压力很低的区域,气体快速向外移动,从而将大部分气体从爆炸 “中心”向外吸。向外冲击之后,气体涌回到部分真空的中心地带,形成第二个破坏力较小的内向能量波。由于炸药爆炸时化学反应速度非常快,在瞬间形成高温高压气体。以极高的功率(每千克炸药爆轰瞬间输出功率可达5×10千瓦)对外界作功,使周围介质受到强烈的冲击、压缩而变形或碎裂。

炸药爆炸是一种化学反应,反应过程必须同时具备三个条件:

1、反应过程为放热性;

2、反应高速进行并能自行传播;

3、反应过程中生成大量气体产物。

反应过程的放热性为爆炸反应的必要条件。只有放热反应才能使反应自行延续,才能使反应具有爆炸性。只靠外界供给热量以维持其反应的物质是不可能发生爆炸的。爆炸反应过程中,单位质量炸药在一定条件下(例如在某一装药密度下)所放出的热量称为爆热。

爆炸反应的一个突出点是反应的高速性,许多普通化学反应放出的热量虽比炸药放出的热量多,但反应过程进行缓慢,而爆炸反应在十万分之几秒至百分之几秒内完成,比一般化学反应快千万倍。由于反应的高速性,反应所产生的热量在极短的瞬间来不及扩散,形成的高温高压气体产物,使炸药具有很大的功率。反之,如果反应进行缓慢,生成的热和气体逐渐扩散到周围介质中,就形不成爆炸。爆炸过程进行的速度,一般指爆轰波在炸药中传播的速度,这个速度称为炸药的爆速。

爆炸反应过程必然产生大量气体。炸药爆炸时产生气体体积为爆炸前体积的数百至数千倍。在爆炸的瞬间大量气体被强烈地压缩在近乎原有的体积之内,因而产生数十万个大气压的高压,再加上反应的放热性,高温高压气体迅速对周围介质膨胀作功,这就造成了炸药所具有的功率。因而炸药是在适当的外界能量作用下,能够发生快速的化学反应,并生成大量的热和气体产物的物质。 火工品则是装有炸药的小型元件或装置,受一定的初始冲能(如热、机械、电和光等冲能)作用即可燃烧或爆炸,以产生预期的功能。常见的火工品有雷管、导火索、导爆索、火帽、底火等。

炸药的爆炸性能主要有感度、威力、猛度、殉爆、安定性等。

感度

炸药的感度是指炸药在外界能量(如热能、电能、光能、机械能及爆能等)的作用下发生爆炸变化的难易程度,是衡量爆炸稳定性大小的一个重要标志。通常以引起爆炸变化的最小外界能量来表示,这个最小的外界能量习惯上称为引爆冲能。很显然,所需的引爆冲能越小,其感度越高;反之则越低。影响炸药的感度的因素很多,主要有以下几种:

1、温度。随着温度的升高,炸药的各种感度指标都升高。

2、密度。随着炸药密度的增大,其感度通常是降低的。

3、杂质。它对炸药的感度有很大的影响,不同的杂质有不同的影响。一般说来,固体杂质,特别是硬度大、有尖棱和高熔点的杂质,如砂子、玻璃屑和某些金属粉末等,能增加炸药的感度。

威力

威力是指炸药爆炸时做功的能力,亦即对周围介质的破坏能力。爆炸产生的热量越大,气态产物生成物越多,爆温越高,其威力也就越大。

猛度

猛度是炸药在爆炸后爆轰产物对周围物体破坏的猛烈程度,用来衡量炸药的局部破坏能力。猛度越大,则表示该炸药对周围介质的粉碎破坏程度越大。

殉爆

殉爆是指当一个炸药药包爆炸时,可以使位于一定距离处,与其没有什么联系的另一个炸药药包也发生爆炸的现象。起始爆炸的药包称为主发药包,受它爆炸影响而爆炸的药包称为被发药包。因主发药包爆炸而能引起被发药包爆炸的最大距离,称为殉爆距离。引起殉爆的主要原因是主发药包爆炸而引起的冲击波的传播作用。离药包的爆炸点越近,冲击波的强度越高;反之,则冲击波的强度越弱。

安定性

安定性是指炸药在一定储存期间内不改变其物理性质、化学性质和爆炸性质的能力。

危害大致有以下三个方面:

1)爆炸瞬间产生的高温火焰,可引燃周围可燃物而酿成火灾。

2)爆炸产生高温高压气体所形成的空气冲击波,可造成对周围的破坏,严重的可摧毁整个建筑物及设备,也可破坏邻近建筑物,甚至离爆炸点很远的建筑物也会受到损坏并造成人员伤亡。

3)爆炸时产生的爆炸飞散物,向四周散射,造成人员伤亡和建筑物的破坏,当爆炸药量较大时,飞散物有很高的初速,对邻近爆炸点的人员和建筑物危害很大,有的飞散物可抛射很远,对远离爆炸点的人员和建筑物也可造成伤亡和破坏。

爆炸危害中以空气冲击波波及范围最大,飞散物危害次之,但当小于某个距离时,则又有可能以飞散物危害为主。

在冲击波不同超压下预计人员受到的伤害

在冲击波的直接作用下和在建筑物碎片的撞击下,未作抗爆加强的建筑物内将有人员死亡在冲击波的直接作用下,建筑物倒塌或移动,在未作抗爆加强的建筑物内人员将会受到严重伤害或死亡人被冲倒,以及被建筑物碎片撞击,在未作抗爆加强的建筑物内的人员将会受到严重伤害或死亡在破片、碎片、燃烧的木头或其他物体的撞击下,人员受到严重伤害或可能死亡,耳鼓膜破裂的概率为10%人员可能暂时失去听力或听力受到损害,但不发生直接冲击波作用下的死亡或严重伤害不会有死亡和严重伤害,但可能由玻璃破坏和建筑物碎片引起轻微伤害

炸药源于我国。至迟在唐代,我国已发明火药(黑色炸药),这是世界上最早的炸药。宋代,黑色炸药已被用于战争,它需要明火点燃,爆炸效力也不大。

1831年,英国人比克福德发明了安全导火索,为炸药的应用创造了方便。威力较大的黄色炸药源于瑞典。由瑞典化学家、工程师和实业家诺贝尔发明。1846年,意大利人索布雷罗合成硝化甘油,这是一种爆炸力很强的液体炸药,但使用极不安全。1859年后,诺贝尔父子对硝化甘油进行了大量研究工作,用“温热法”降服了硝化甘油,于1862年建厂生产。但炸药投产不久,工厂发生爆炸,父亲受了重伤,弟弟被炸死。政府禁止重建这座工厂。诺贝尔为寻求减少搬动硝化甘油时发生危险的方法,只好在湖面上一支驳船上进行实验。一次,他偶然发现,硝化甘油可被干燥的硅藻土所吸附;这种混合物可安全运输。1865年,他发明雷汞雷管,与安全导火索合用,成为硝化甘油炸药等高级炸药的可靠引爆手段。经过不 懈地努力,他终于研制成功运输安全,性能可靠的黄色炸药,硅藻土炸药。随后,又研制成功一种威力更大的同一类型的炸药爆炸胶。约10年后,他又研制出最早的硝化甘油无烟火药弹道炸药。此后,各国的科学家们对更高级的炸药的研制从未间断,并取得了可喜的成果。炸药的用途越来越广阔。

(一)按照炸药的用途分类,可以将炸药分为起爆药、猛炸药和发射药几大类。

(二)按照炸药组成的化学成份分类,可以将炸药分为单一化学成分的单质炸药和多种化学成分组成的混合炸药两大类。爆破工程中大量使用的是猛炸药,尤其混合猛炸药,起爆器材中使用的是起爆药和高威力的单质猛炸药。

(三)按使用条件分类,可以将工业炸药分为三类。

第一类,准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药,包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。

第二类,准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药,但不包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。

第三类,只准许在露天爆破工程中使用的炸药。

第一类属于安全炸药,又叫做煤矿许用炸药。第二类和第三类属于非安全炸药。第一类和第二类炸药每千克炸药爆炸时所产生的有毒气体不能超过安全规程所允许的量。同时,第一类炸药爆炸时还必须保证不会引起瓦斯或矿尘爆炸。

八硝基立方烷(ONC) 、奥克托今(HMX) 、特屈儿(Tetryl) 、六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW) 、六硝基苯(HNB) 、高氯酸铵(AP) 、三过氧化三丙酮熵炸药(TATP) 、硝酸铵(AN) 、HE 、三硝基甲苯(TNT) 、黑索金(RDX) 、PLX 、PYX 、PBX 、塑胶炸药、C3 、C4 、Semtex

TATB 、PETN 、Torpex 、四叠氮甲烷 、叠氮化铅(L(II)A) 、叠氮化银(SA) 、雷汞 、黑火药 、苦味酸 、代纳迈 、B炸药 、硝胺炸药 、硝化甘油 、硝化纤维

苦味酸──1771年由英国的P沃尔夫首先合成。它是一种黄色结晶体,最初是作为黄色染料使用,1885年法国用它填炮弹之后,才在军事上得到应用。黄色炸药的名称便由此而来。苦味酸是一种猛炸药,在19世纪末使用非常广泛。

雷汞──1779年由英国化学家E霍 华德发明。雷汞是一种起爆药,它用于配制火帽击发药和针刺药,也可用于装填爆破用的雷管

硝化纤维(硝化棉)──1838年TJ佩卢兹首先发现棉花浸于硝酸后可爆炸。1845年德国化学家CF舍恩拜因将棉花浸于硝酸和硫酸混合液中,洗掉多余的酸液,发明出硝化纤维。1860年,普鲁士军队的少校E郐尔茨用硝化纤维制成枪、炮弹的发射药。

硝化甘油──1846年意大利化学家A索布雷把半份甘油滴入一份硝酸和两份浓硫酸混合液中而首次制得。硝化甘油是一种烈性液体炸药,轻微震动即会称列爆炸,危险性大,不宜生产。1859年之后,瑞典的AB诺贝尔和他的父亲及弟弟共同研究硝化甘油的安全生产方法,终于在1862年用 “温热法”降服了硝化甘油,使之能够比较安全地成批生产。

梯恩梯(TNT)──1863年由J威尔勃兰德发明。梯恩梯的化学成份为三硝基甲苯,这是一种威力很强而又相当安全的炸药,即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了苦味酸。在第二次世界大战结束前,梯恩梯一直是综合性能最好的炸药,被称为 “炸药之王”。

达纳炸药──1866年由AB诺贝尔发明。19世纪60年代,诺贝尔在法国继续进行炸药的研究。在一次事故中,他的弟弟被炸死。父亲受重伤。法国政府在陆地上进行试验。他只子租了一条驳船,在马拉伦湖上寻起了新的实验室。一次试验中,一只装有硝化甘油瓶破碎,流出的硝化甘油被瓶底下用来减少震动的惰性粉末硅土吸收。诺贝尔意外地发现,硝化甘油与硅土混合物不仅使炸药威力不减,而且生产、使用和搬运更加安全。后来,他用木浆代替了奎土,制成了新的烈性炸药──达纳炸药, “达纳”一词源于希腊文 “威力”。1872年,诺贝尔又在硝化甘油中加入硝化纤维,制得一种树胶样的胶质炸药──胶质达纳炸药,这是世界上第一种双基炸药。

无烟火药──1884年由法国化学家、工程师P维埃利最先发明。1845年由舍恩拜因发明的硝化纤维很不安定,曾多次发生火药库爆炸事故。维埃利将硝化纤维溶解在乙醚和乙醇里,加入适量安定剂,使之成为胶质,再压成片状,切条干燥硬化,便制成了第一种无烟火药。这一发明具有极重要的意义。无烟火药燃烧后没有残渣,不发或只发少量烟雾,却可使发射弹丸的射程,弹道平直性和射击精度均有诞生提供了弹药方面的条件。马克沁发明的重机枪,正是由于使用了无烟火药,才得以具备实用价值。

1887年,诺贝尔用硝化甘油代替乙醚和乙醇,也制成了类似的无烟火药。他还将将硝酸铵加入达纳炸药,代替部分硝化甘油,制成更加安全而廉价的 “特种达纳炸药”,又称 “特强黄色火药”。诺贝尔的众多发明,使他无愧于 “现代炸药之父”的赞誉。

黑索今──1899年由德国人亨宁发明的。在原子弹出现以前,它是威力最大的炸药,又被称为 “旋风炸药”。在第二次世界大战之后,曾取代了梯恩梯的 “炸药之王”的宝座。

C4全称为C4塑胶炸药,简称C4。其主要成分是聚异丁烯,用火药混合塑料制成,威力极大。C4的名称由来是每个单分子结构里有4个碳。是一种高效的易爆炸药,由梯恩梯(TNT)、semtex和白磷等高性能爆炸物质混合而成,可以被碾成粉末状,能随意装在橡皮材料中,然后挤压成任何形状。如果外边附上黏着性材料,就可以安置在非常隐蔽的部位,像口香糖那样牢牢地黏附在上面,因此被称为残酷"口香糖"。C4塑胶炸药原产捷克,现在美国也是主要生产国。这种炸药能轻易躲过X光安全检查,这一点是恐怖分子喜欢使用的原因。未经特定嗅识训练的警犬也难以识别它。正是由于C4的这些性质,所以它一般都是各国军队使用的,普通民间难以得到。

炸药的爆炸性能主要由爆热、爆容、爆速和爆压表示。

爆热

是在一定的条件下 ,单位质量炸药爆炸时放出的热量,决定于炸药的元素组成、化学结构以及爆炸反应条件。可以用热化学的方法计算,也可以实测。

爆容

是单位质量炸药爆炸时产生的气体量(用标准状态下的容积表示),一般为0.7~1.0米/千克。

爆速

是爆轰波(伴随化学反应的冲击波)在炸药中的传播速度。炸药在一定装药密度下的爆速可以精确测定。现有炸药的爆速一般在1000~8500米/秒,很少有超过9000米/秒以上的。

爆压

是指炸药爆炸时爆轰波阵面的压力,可用实验方法间接测定,其值一般在10~40吉帕。

炸药因其具有成本低廉、节省人力,并能加快工程建设的优点,和在特殊环境下作功的特性,因而已愈来愈广泛应用于国民经济各部门。在矿山开采方面,利用炸药进行大规模爆破,来开采金属矿和露天煤矿;利用聚能射流效应装填炸药的石油射孔弹,可用于石油开采;在地质勘探方面,用炸药制成的震源药柱用于地震探矿;在机械制造工业,炸药用于爆炸成型,切割金属、爆炸焊接等工艺;在水利电力工程,炸药用于修筑水坝、疏通河道、平整土地;铁路、公路建设中,炸药用于劈山开路,开凿隧道、峒室等;炸药还大量用于开采各种石料。

炸药在军事上可用作炮弹、航空炸弹、导弹、地雷、鱼雷、手榴弹等弹药的爆炸装药,也可用于核弹的引爆装置和军事爆破。在工业上广泛应用于采矿、筑路、兴修水利、工程爆破、金属加工等,还广泛应用于地震探查等科学技术领域。    

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