Бездымный порох: история изобретения, состав, применение. Охотничий бездымный порох "Сокол"
БЕЗДЫМНЫЙ ПОРОХ . До 19 в. пользовались в качестве взрывчатого вещества селитро-серо-угольным порохом, который иначе называется дымным. 19 век ознаменовался открытием и изобретением целого ряда новых взрывчатых веществ, среди них важнейшее место должно быть отведено пироксилину - основному веществу. Нитроклетчатка впервые была получена в 1832 г. французузским химиком Браконно действием крепкой азотной кислоты на лен, крахмал и древесные опилки. В 1846 г. Шенбейн (Швейцария) при действии на хлопок смесью азотной и серной кислот получил постоянную по своим химическим свойствам нитроклетчатку, которая была названа благодаря своим взрывчатым свойствам пироксилином . В 1872 г. Волькман впервые применил спиртоэфирный растворитель для обработки пироксилиновых зерен из ольховой древесины. В 1884 г. во Франции инженер Вьель открыл способ изготовления бездымного пироксилинового пороха, баллистические свойства которого дали возможность применить его к орудиям всех калибров и заменить им в военном деле все существовавшие черные пороха; он применил спиртоэфирный растворитель для желатинизации пироксилина в пластичную массу, из которой путем прессования получил пороховые ленты различной толщины в зависимости от назначения пороха, т. е. калибра и длины орудия.
Отсутствие дыма при стрельбе, хотя и предвиделось Вьелем, но при разработке пороха он не задавался этой целью, и бездымность пироксилинового пороха явилась еще дополнительным весьма ценным качеством наряду с другими физико-химическими преимуществами этого пороха. Скоро в России, а также в Германии, Англии, Австрии и Италии, был принят на вооружение сначала чисто пироксилиновый порох, а затем некоторые государства стали применять нитроглицерино-пироксилиновый порох; последний в 1887 г. был предложен Альфредом Нобелем под названием баллистита , изготовлявшегося из равных частей растворимого пироксилина и нитроглицерина. В 1889 г. английский химик Абель и профессор Дьюар предложили другой тип нитроглицерино-пироксилинового пороха, названный кордитом, который изготовляется из нерастворимого пироксилина, растворителя для него - ацетона , нитроглицерина и вазелина; последний добавляется для понижения температуры разложения пороха с целью уменьшения разгара канала орудия. В последние 10-20 лет в состав бездымного пороха (пороховую массу) стали вводить различные примеси: 1) для увеличения стойкости, или химической прочности, - дифениламин и другие химические вещества, 2) для беспламенности выстрела - централит, вазелин и др. Для увеличения прогрессивности горения пороховые зерна с поверхности обрабатываются камфорой, динитротолуолом и централитом, которые в пороходельной технике называются флегматизаторами . В России опыты по выработке образцов бездымного пороха были начаты с конца 1887 г. на Охтенском пороховом заводе. К концу 1889 года был получен вполне удовлетворительный образчик винтовочного пороха. Материалом для его изготовления служил нерастворимый пироксилин, и в качестве растворителя был взят ацетон. С 1890 года на указанном заводе была установлена валовая фабрикация бездымного пороха пластинчатого типа, принятого во Франции, для изготовления которого бралась смесь двух сортов пироксилинов: одного - нерастворимого №1, или «А», с содержанием азота от 12,91 до 13,29%, а другой - растворимый, № 2, или «В», с содержанием азота от 11,91 до 12,29%. В качестве растворителя была принята спиртоэфирная смесь, составляемая из 1 части этилового спирта и 2 частей серного эфира. Нерастворимый пироксилин № 1 заводского изготовления содержит нитроклетчаток, растворимых в спиртоэфирной смеси, от 3 до 7%, а заводский пироксилин № 2 содержит их от 94 до 97%. Нельзя обойти молчанием изыскания нашего ученого Д. И. Менделеева, который в 1890 г. предложил особый вид нитроклетчатки, названный им пироколлодием, с содержанием азота от 12,5 до 12,75%. Этот тип пироксилина растворяется в избытке спиртоэфирной смеси (1 ч. спирта и 2 ч. эфира), «как сахар в воде», т. е. без разбухания, а в количествах, необходимых для пороходелия, дает вполне желатинированную массу. Технические преимущества менделеевского пироксилина в свое время артиллерийским ведомством не были признаны достаточными для замены им двух типов заводских пироксилинов - № 1 и № 2, тогда как Америка установила и ввела у себя для фабрикации бездымного пороха изготовление пироксилина именно менделеевского типа. Для флота бездымные пороха изготовлялись из пироксилина пироколлодийного типа, удовлетворявшего следующим основным требованиям: содержание азота 12,92% ±0,05% и растворимость в спиртоэфирной смеси 87% ±5%. Таким образом пироксилиновый бездымный порох представляет собою вещество коллоидного строения, получаемое из пироксилина путем обработки его спиртоэфирным растворителем. Благодаря действию растворителя пироксилин превращается в тестообразную массу, которая при помощи гидравлического пресса выпрессовывается через отверстия пороховой матрицы и приобретает в зависимости от формы отверстия вид ленты, трубки или цилиндра с несколькими каналами. До мировой войны обычной формой пушечного пороха являлась либо лента той или иной длины, либо длинная полая трубка. Что касается ружейного пороха, то для него такой формой являлась 4-угольная пластинка. Во время мировой войны вошел в широкое употребление порох, принятый в США, имеющий вид небольших цилиндриков с известным количеством отверстий. В зависимости от баллистических требований артиллерийской системы пороха изготовляются различной величины и отличаются гл. обр. толщиной горящего слоя. Каждый сорт пороха обозначается буквами, характеризующими его назначение.
Свойства пироксилиновых бездымных порохов :
1) Бездымные пороха благодаря коллоидальному строению обладают способностью в канале огнестрельного оружия гореть прогрессивно, параллельными слоями, и этим они отличаются от взрывчатых веществ, разлагающихся почти мгновенно, т. е. обладающих бризантными свойствами. Время полного сгорания пороха в канале оружия и, следовательно, баллистические качества пороха зависят в значительной степени от формы его, т. е. от толщины лент, толщины стенок трубок и толщины «сводов» порохов американского типа. Ширина лент определяется удобствами изготовления и пользования порохами; наружный диаметр трубок и порохов зерненых (американского типа) находится в зависимости от толщины горящего слоя и устанавливается специальными опытами. Длина ленточного и трубчатого порохов устанавливается равной полной длине каморы или кратной ей, чем достигается возможность назначения одной марки к разным орудиям, отличающимся длиной каморы. Для порохов американского типа (с 7 каналами) установлены следующие соотношения размеров: диаметр канала должен равняться 0,5 толщины горящего свода, наружный диаметр зерна - 5,5 толщинам свода, а длина зерна - 12 толщинам свода. 2) Цвет бездымного пороха – темно-желтый, переходящий в коричневый, напоминающий цвет столярного клея. Зеленовато-серый, темно-серый или даже темно-зеленый цвет, в который иногда окрашен порох, происходит от дифениламина, вводимого в порох для увеличения химической стойкости. Пороха с более тонкими лентами, трубками и зернами светлее и прозрачнее порохов большей толщины. Прозрачность и цвет пороха зависят от условий обработки на различных пороховых заводах и на свойства пороха не влияют. В незначительном количестве встречаются ленты, трубки и зерна с грязно-беловатым отливом; на некоторых лентах и трубках можно заметить узкие полоски беловатого цвета или маленькие вкрапленные комочки нежелатинированного пироксилина и других случайных примесей, например, кусочков дерева. При рассматривании на свет в некоторых лентах, а также и в трубках, молено заметить круглые или продолговатые темные пятна, представляющие собою пузырьки воздуха, не вытесненного при прессовании. Перечисленные недостатки в порохе в небольших размерах не имеют влияния на химические и баллистические качества его. 3) Пироксилиновый бездымный порох обладает твердостью и упругостью рогового вещества, поэтому почти не подвержен перетиранию в пыль, - большое преимущество по сравнению с дымным порохом. Ленты и трубки пороха обладают значительной упругостью и при изгибании их далее некоторого предела дают роговидный излом грязно-серого цвета. 4) В готовом бездымном порохе заключается различное %-ное содержание летучих веществ: остатки растворителя, не удаленные из пороха вымочкой в воде и сушкой, а также влажность, втянутая порохом из атмосферного воздуха. Гигроскопичность бездымного пороха вообще весьма мала, нормальным содержанием влажности считают 1,3-1,5%. При неблагоприятных условиях хранения во влажном воздухе, в негерметической укупорке порох может втянуть до 2,5-3% влаги, которая легко выделяется из него на сухом воздухе. Увеличение влаги делает порох медленнее горящим, уменьшает начальную скорость и дальность полета снаряда; уменьшение влаги повышает скорость горения и начальную скорость снаряда и увеличивает давление пороховых газов в канале орудия, что весьма нежелательно во избежание опасных давлений. Количество летучих веществ, которое должно содержаться в каждом сорте пороха при сдаче его на службу, строго определяется нормами, установленными для приемки бездымных порохов. Во избежание изменения в порохе летучих веществ, бездымный порох и изготовленные из него заряды должны храниться в герметической укупорке. 5) Удельный вес пироксилинового пороха - от 1,550 до 1,630 и зависит от содержания в порохе летучих веществ. 6) Все бездымные пороха сгорают целиком в газы и водяные пары. Продукты горения пироксилиновых порохов: окись углерода, углекислый газ, водород , азот, водяной пар и небольшое количество метана. Состав различных сортов бездымного пороха выражается формулой: C 24 H 30 O 10 (NO 3) 10 +kC 3 H 8 O, где С 3 Н 8 О отвечает неудаляемому сушкой растворителю, а k- переменный коэффициент; например, в пластинах толщиной около 2 мм k = 0,87. Разложение пороха при этом значении k в бомбе при плотности заряжания (см. Баллистика) около 0,02 выражается уравнением:
C 24 H 30 O 10 (NO 3) 10 + 0,87С 3 Н 8O =
=5CO 2 + 21,41CO + 9,42H 2 + 5N 2 + 9,06H 2 O.
Если через р обозначить количество остаточного растворителя на 100 ч. сухой массы и принять во внимание величины, характеризующие пироколлодий, то для различных сортов пироколлодийных порохов получится следующая зависимость:
Эти формулы могут служить для приближенных расчетов до р = 5. Горение бездымного пороха на открытом воздухе происходит спокойно, без взрыва, причем были случаи сгорания без взрыва даже весьма значительных масс пороха, доходивших до нескольких десятков тысяч кг. От действия детонатора из сильно взрывчатого вещества бездымный порох взрывает и детонирует всей своей массой. При сильном трении или ударе бездымный порох воспламеняется, поэтому следует избегать резких движений, так как наблюдались случаи воспламенения тяжелых зарядов, например, при продвижении их по лабораторному столу. Особенно чувствительна к трению и удару пыль от бездымного пороха, которая представляет собою нитроклетчатку и обладает свойствами сухого пироксилина. Характер горения пороха совершенно меняется с увеличением давления, под которым сгорает порох, - чем оно больше, тем энергичнее происходит сгорание. В канале орудия в первые моменты горение идет медленно, прогрессивно возрастая от увеличения давления пороховых газов. Чем больше плотность заряжания, тем выше давление газов, а, следовательно, тем больше скорость горения пороха. 7) Винтовочный пироксилиновый бездымный порох, обозначенный маркой В и принятый для 3-линейной винтовки образца 1891 г., в виде прямоугольных пластинок длиной 1,7-1,8 мм, шириной 1,2-1,7 мм и толщиной 0,36-0,38 мм при заряде 2,40 г должен был сообщать пуле (тупоголовой) весом 13,75 г начальную скорость 615±5 м/сек при среднем давлении пороховых газов в 2500 atm. После прессования и сушки этот порох никаким дополнительным обработкам не подвергался и имел желтый цвет, свойственный пироксилиновому пороху. В 1908 году в России был выработан новый сорт винтовочного пироксилинового бездымного пороха, обозначенный маркой ВЛ. При заряде около 3,20 г он сообщал остроконечной пуле весом в 9,5 г начальную скорость 850-865 м/сек при среднем давлении пороховых газов не более 2750 atm.
Гравиметрическая плотность для этого пороха устанавливалась в 0,800-0,820, а вес заряда не мог быть больше произведения гравиметрической плотности на коэффициент 4,0, где 4,0 - объем гильзы в см 3 . Порох ВЛ изготовлялся пластинчатого типа с размером зерен: длиной 1,5-1,8 мм, шириной 1,2-1,5 мм, толщиной 0,31-0,33 мм. Для увеличения прогрессивности горения порохового зерна порох после прессования и резки вымачивался и сушился до минимального содержания в нем летучих веществ, а затем обрабатывался в специальных барабанах камфорным раствором и полировался графитом, отчего на поверхности приобретал блестящий черный цвет. Такая обработка порохового зерна с целью замедления скорости горения или уменьшения нарастания давления пороховых газов (в первые моменты) называлась по заводской терминологии «флегматизацией». Микроскопическое исследование флегматизированного пластинчатого пороха показало, что для удовлетворения инструкционным баллистическим нормам глубина проникновения камфорного раствора должна быть около 5% толщины порохового зерна, причем колебания допустимы в очень узких пределах.
На фиг. 5 показан порох ВЛ при 4-кратном линейном увеличении. На микрофотографическом снимке фиг. 1 (произведенном при 35-кратном линейном увеличении) показан поперечный разрез порохового зерна, подготовленного к обработке раствором флегматизатора. Рваные края характеризуют неудовлетворительность резки, но этот недостаток при последующих обработках - флегматизации и полировке - в значительной степени устраняется, ибо отколы и заусенцы стираются и сглаживаются. На фиг. 2 и 3 (снимки получены при 35- и 70-кратном линейном увеличении) показан поперечный разрез флегматизированного зерна ВЛ, удовлетворяющего баллистическим требованиям. На снимке фиг. 4 (полученном при 35-кратном линейном увеличении) - поперечный разрез пороха перефлегматизированного, не удовлетворяющего баллистическим требованиям. Порох с американской формой зерна - цилиндрик с одним каналом - показан на фиг. 6 (при 7-кратном линейном увеличении). Размер зерна: длина 2,15 мм, диаметр канала 0,17 мм, толщина свода 0,3 мм, гравиметрическая плотность 0,900. Американский порох ВЛ флегматизирован динитротолуолом (травелин), но можно флегматизировать также камфорным раствором. 8) Пироксилиновый бездымный порох для револьверов и пистолетов д. б. быстро сгорающим, чтобы в коротких каналах этого оружия не оставалось несгоревших зерен. Размер зерна пластинчатого типа: толщина 0,10 мм, сторона квадрата 1,25 мм. 9) Холостой бездымный порох. При дымном порохе не было никаких затруднений в изготовлении зарядов для холостой стрельбы. Скорость горения его при атмосферном давлении настолько велика, что холостой заряд быстро превращался в газы и производил звук, сходный со звуком боевого выстрела. Пироксилиновый порох при малых давлениях горит весьма медленно, и, чтобы получить звучный холостой выстрел при зарядах бездымного пороха, приходится прибегать к искусственным мерам для повышения давления газов в первые моменты по воспламенении заряда. Необходимое повышение давлений достигается принятием пыжа, заменяющего снаряд боевого выстрела, и назначением для холостой стрельбы очень быстро сгорающего сорта пороха, т. е. тонкого. Благодаря малой толщине пластинок и незначительному содержанию летучих веществ холостой порох скорее теряет свою химическую стойкость, чем боевой порох, а, следовательно, продолжительность служебной пригодности у холостого пороха вообще менее, чем у боевого. Служебная годность бездымного холостого пороха в отношении его химической стойкости определяется путем контрольных испытаний через каждые 2 года. 10) Бездымный порох под влиянием повышенных температур разлагается: нитроклетчатка, из которой он изготовлен, начинает разнитровываться с выделением окислов азота. В первичных стадиях разложение пороха идет очень медленно, и нет никаких внешних признаков порчи. При сильной порче на порохе появляются светлые, лимонно-желтые пятна, иногда прозрачные на свет, и если разломить пороховую ленту или трубку на месте пятна, то можно ощутить запах окислов азота. С такими признаками разложения порох опасен для дальнейшего хранения и д. б. немедленно изъят со службы. При температуре в 165° разложение пороха происходит почти мгновенно, и он воспламеняется; при 110° химическая стойкость пороха значительно понижается уже через 50 часов нагревания, а затем начинается энергичное разложение с выделением бурых паров окислов азота. При температуре около 75° порох выдерживает непрерывное нагревание до начала энергичного разложения в течение нескольких недель, а при 40° - в течение многих месяцев. При температурах не выше 31,2° (25° R) в условиях служебного хранения в войсковых частях и порохохранилищах продолжительность его службы до порчи определяется многими годами (12-25 лет). Опыт долголетнего хранения порохов показал, что хорошо изготовленный порох можно скоро испортить при хранении его в негерметической укупорке, при повышенных температурах, в сырых помещениях и укладкой его в грязную укупорку. В виду того, что испорченный порох с сильно пониженной химической стойкостью может при хранении воспламениться, то все малостойкие пороха должны своевременно удаляться из хранилищ, для чего установлен постоянный контроль всех партий порохов, от которых через определенные промежутки времени берут образцы для химических испытаний.
Нитроглицериновые бездымные пороха изготовляются из смеси нитроклетчатки с нитроглицерином и бывают двух типов. К первому д. б. отнесены пороха, в которых нитроклетчатка (пироксилин) обладает свойством растворяться в нитроглицерине, - баллистит и филит. Ко второму типу относятся пороха, в которых нитроклетчатка (пироксилин) имеет более высокий азот, но обладает неполной растворимостью, почему для получения хорошей желатинизации является необходимым вводить добавочный растворитель (например, ацетон), удаляемый при последующей обработке порохов; к ним относятся кордит, соленит и некоторые сорта германских нитроглицериновых порохов. Изготовление пороховой нитроглицерино-пироксилинной массы производится путем смешения указанных выше составных частей при нагревании и вальцевании массы горячими вальцами (50-60°) в листы, которые режутся на пластинки или кубики (баллистит), или же порох выпрессовывается из пресса в виде струн или трубок (филит, кордит и другие). Нитроглицериновые пороха хорошей желатинизации представляют собою вполне однородную упругую массу светло- и темно-коричневого цвета. Баллиститы и кордиты не обладают твердостью пироксилиновых порохов и довольно легко режутся ножом. Главнейшее преимущество нитроглицериновых порохов по сравнению с пироксилиновыми заключается в том, что они имеют большую силу, т. е. при одинаковых по весу зарядах дают большие начальные скорости. Но в то же время они значительно изнашивают канал огнестрельного орудия, давая сильное выгорание металла. Для увеличения срока службы орудий оказалось необходимым уменьшить количество нитроглицерина и вводить примеси (например, вазелин), понижающие температуру разложения пороха.
В последнее 15-летие в западноевропейских государствах выработано много других сортов нитроглицериновых порохов с значительно меньшим содержанием нитроглицерина, изготовляемых на различных растворителях. Представителями порохов, имеющих в своем составе нитроуглеводородные соединения, являются: «пластоменит», состоящий из 68% нитроклетчатки, 13% тринитротолуола, 6% динитротолуола и 13% бариевой селитры, и «индюрит», предложенный в Америке. Этот сорт пороха (индюрит) изготовляется из нерастворимого пироксилина с высоким содержанием N желатинируемого нитробензолом. Масса подвергается прокатке между вальцами, режется на зерна и обрабатывается горячей водой для удаления большей части растворителя, после чего порох высушивается. Вследствие значительных технических неудобств изготовления бездымных порохов на летучих растворителях еще за несколько лет до мировой войны производились опыты по применению для желатинизации нелетучих твердых растворителей, причем в качестве последних испытывались: тринитротолуол, централиты (производные мочевины), ортони-трофенил-нитрометан или изомер динитротолуола и др. Важнейшая задача бездымного пороходелия - усиление химической прочности бездымного пороха. С течением времени, определяемым иногда десятками лет, бездымные пороха переходят в состояние разложения, которое при неблагоприятных условиях может перейти в бурную реакцию с таким выделением тепла, что возможно самовоспламенение пороха. Это обстоятельство требует весьма тщательного наблюдения за условиями изготовления как пироксилина, так и пороха во избежание принятия на службу недоброкачественного пороха и, кроме того, строжайшего химического контроля за его состоянием. Небрежное отношение к столь важному вопросу и отсутствие надлежащего контроля приводят к катастрофам, подобным гибели французских броненосцев: в 1907 г. - «Jena», а в 1911 г. - «Liberte». С целью замедления процессов разложения нитроклетчатки и нитроглицерина в состав бездымного пороха вскоре после его изобретения стали вводить различные примеси, например: амиловый спирт , мочевину, ее производные, касторовое масло, анилин , вазелин и др., получившие название «стабилизаторов». В 1907-08 гг. химиком Охтенского порохового завода В. А. Яковлевым в качестве стабилизатора был предложен дифениламин, который показал наилучшие результаты и был принят во всех государствах. Введенный в пороховой состав в количестве 0,5-2%, он поглощает окислы азота, выделяющиеся при саморазложении, давая прочные нитропроизводные, не действующие на порох. Для предохранения бездымных порохов от неблагоприятных влияний с целью сохранения их физико-химических и баллистических качеств они хранятся в герметической укупорке, в порохохранилищах, обеспечивающих от резких температурных колебаний, для чего, например, на судах устанавливаются холодильные машины и вентиляция.
1846 год стал поворотной точкой на стыке двух эпох европейской цивилизации: химики и гуманисты предложили поменять старый добрый черных порох на два порождения ада — нитроглицерин и нитроклетчатку. Первый дал миру динамит и нитроглицериновый порох, вторая — бризантный пироксилин и пироксилиновый порох. В итоге война окончательно утратила флер романтики и джентльменства.
Юрий Веремеев
В 1905 году снаряды корабельных орудий калибра 6 дюймов и более были начинены пироксилином. Желтым цветом обозначен заряд из влажного (10%) пироксилина, темно-желтым — промежуточный детонатор из сухого (5%) пироксилина. Гнездо для взрывателя находится в привинтном дне снаряда. Такая конструкция определялась тем, что пироксилиновый заряд изготавливался по форме и размерам внутренней полости, вставлялся в снаряд, а затем ввинчивалось дно
В период Первой мировой войны пироксилин уже использовали только там, где можно было обеспечить полную герметичность — в основном, в торпедах и морских минах
В Первой мировой войне большинство европейских стран отказалось от использования пироксилина в качестве взрывчатой начинки для снарядов, сделав свой выбор в пользу ядовитой, но более безопасной в изготовлении пикриновой кислоты
Пироксилин в снарядах остался только в России и Швейцарии. И лишь потому, что были накоплены большие запасы этого вещества
В 1832 году химик Бракконо решил посмотреть, что получится, если азотной кислотой воздействовать на крахмал и клетчатку, входящие в состав древесины. Кислота хорошо растворяла эти вещества, а при добавлении в раствор воды из него выпадал осадок. Высушенный, он представлял собой порошок, который очень хорошо горел. Опытами Бракконо заинтересовался парижский химик Пелуз (в дальнейшем — учитель Нобеля). Но, как и Бракконо, Пелуз не придал ровным счетом никакого значения открытию нитроклетчатки. Официально об этом веществе сообщил немецкий химик Кристиан Фридрих Шенбейн в марте 1846 года на заседании Базельского общества; полученный вариант нитроклетчатки он назвал пироксилином.
Первые шаги
Говорят, Шенбейн изобрел пироксилин случайно. Пролив в лаборатории азотную кислоту, он якобы вытер лужу хлопчатобумажным фартуком жены, а затем повесил его сушиться у печки. Высохнув, фартук взорвался. Но это легенда.
В действительности Шенбейн занимался исследованиями нитроклетчатки целенаправленно, и этот ее вариант назвал Schiebaumwolle («стрелятельный хлопок», название так и осталось за пироксилином в немецком языке). И хотя именно Шенбейн открыл способность пироксилина взрываться, целью его была замена черного дымного пороха (в настоящее время пироксилин наряду с нитроглицерином остается основным компонентом бездымного пороха).
Когда Шенбейн делал свой знаменитый доклад, на Куммерсдорфском полигоне уже отзвучали первые орудийные выстрелы порохом нового типа. Казалось, мир стоит на пороге промышленного производства пироксилинового пороха. Но с самого начала пироксилин, как и нитроглицерин, проявил свой дьявольский характер и непокорность. Изготовление нового пороха оказалось столь же опасным, что и производство нитроглицерина. Пироксилиновые цеха взрывались один за другим.
Пироксилиновую эстафету от Шенбейна принял австрийский артиллерист Ленк, который определил, что при хранении разлагается и взрывается лишь плохо промытый продукт. Но было уже поздно: австрийский император запретил опыты с этим опасным веществом. Работы продолжил в 1862 году англичанин Фридрих Абель, которому в 1868 году удалось получить прессованный пироксилин. Способ напоминал производство бумаги. Во влажном виде пироксилин совершенно безопасен. Абель размельчал его в воде, после чего формовал листы, бруски и шашки. Затем воду отжимали.
Эти изделия уже можно было применять как бризантную взрывчатку. Но коммерческий успех был подорван конкуренцией со стороны только что появившегося нобелевского динамита, который был значительно мощнее пироксилина и гораздо дешевле.
Безопасная взрывчатка
Пироксилин по достоинству оценили только военные, требования которых к взрывчаткам весьма отличались от требований коммерческого применения. Пироксилин стоек в хранении, не разлагается, и из него не выделяется, как из динамита, столь опасный нитроглицерин. Пироксилин без малейших изменений может храниться десятилетиями, а значит, можно заблаговременно создавать на случай войны необходимый запас снарядов. На свойства пироксилина не влияет мороз, в то время как замерзший динамит становится очень опасным. Во влажном виде пироксилин можно шнековать, резать, пилить, придавать любую форму — свойство особенно ценное для использования в снарядах. Его можно прессовать, выжимая из него воду и доводя до нужной степени чувствительности.
От открытого пламени пироксилин лишь загорается и горит без взрыва, что особенно ценно на кораблях. Ведь даже черный порох отправил на дно множество кораблей. Еще во времена парусного флота крюйт-камера (отсек корабля, где хранился порох) была самым охраняемым от огня и малейшей искры местом.
От прострела пулей пироксилин обычно не взрывается, тогда как динамит — более чем охотно. Это свойство, совершенно безразличное для коммерческих взрывчаток, стало крайне важным в военном применении.
Капризный конкурент
В последней четверти XIX века пироксилином стали снаряжать артиллерийские снаряды, морские торпеды и мины. Однако с появлением тротила и мелинита пироксилин довольно быстро сошел с арены. Но почему? Дело в том, что при всех его положительных качествах пироксилин все же значительно уступает мелиниту, а особенно тротилу в удобстве использования, безопасности и сохранности.
Прежде всего, пироксилин весьма капризен в отношении влажности. При влажности около 50% и более он полностью теряет взрывные свойства. С другой стороны, когда содержание влаги падает ниже 3%, пироксилин «пересыхает» и начинает разлагаться. При влажности 5−7% пироксилин охотно взрывается от стандартного капсюля-детонатора №8, при 10−30% для взрыва требуется промежуточный детонатор — шашка из пироксилина, имеющего влажность 5−7%. Столь сильная зависимость взрывчатки от влажности требовала постоянного и тщательного контроля и создания специальных условий. Даже в складских условиях эта задача весьма непроста: нужны теплые помещения с хорошей вентиляцией, с осушителями воздуха, что во фронтовых условиях обеспечить зачастую невозможно.
Частично из положения выходили так: после изготовления шашки доводили до требуемой влажности, а затем тщательно покрывали слоем парафина. Однако и в этом случае требовался тщательный контроль. Зависимость пироксилина от влажности сыграла злую шутку с российской эскадрой, в 1905 году шедшей из Кронштадта на выручку осажденному японцами Порт-Артуру.
Зловещий вклад
Все полагали, что в снарядах пироксилин достаточно защищен от сырости. Однако в целях безопасности снаряды хранили без взрывателей, и влага проникала к пироксилину через гнезда для взрывателей. А в условиях многомесячного плавания через два океана добиться поддержания требуемой влажности было просто невозможно.
Японские же снаряды были снаряжены новомодным тогда мелинитом , называемым шимозой по фамилии изобретателя (Шимозе). Мелинит совершенно нечувствителен к сырости и надежно взрывается в любых условиях. Вдобавок при взрыве шимозы выделяется большое количество ядовитых газов удушающего действия, по сути, настоящего боевого отравляющего вещества.
После Цусимского сражения в России было модно обвинять в этом тяжелейшем поражении на море, беспримерном для русского военного флота, «бездарных адмиралов, так и застрявших в эпохе парусного флота», «злобных офицеров», у которых «единственным средством обучения и воспитания матросов был кулак», некомпетентных царских кораблестроителей. Но тщательное рассмотрение специалистами схем боевого маневра обеих эскадр всякий раз приводило к выводу, что адмирал Рожественский не допустил существенных ошибок, а уровень конструкции русских кораблей был примерно равен японским. Но более 60% снарядов, снаряженных отсыревшим пироксилином, при попадании в японские корабли не взрывались, тогда как японские, с шимозой, разрывались при ударе о воду, осыпая русских матросов осколками и окутывая их ядовитыми газами.
Многие историки, не утруждая себя изучением конструкции снарядов, утверждают, что разрывной заряд русских снарядов был слишком мал. На самом деле японцы, не имея в достатке бронебойных снарядов, просто стреляли тем, что имели, — по большей части осколочно-фугасными, заряд которых был, естественно, значительно больше. Другие авторы грешат на якобы скверные взрыватели русских снарядов, не ведая о том, что взрыватель бронебойного снаряда и должен срабатывать с замедлением, когда снаряд проникнет в заброневое пространство, где взрыв особенно губителен и страшен, поскольку разрушает механизмы и уничтожает экипаж. Стоит заметить, что охаянная после Цусимы «филимоновская трубка» образца 1884 года впоследствии прекрасно проявила себя в Первую мировую войну.
Японские «шимозы», разрываясь у бортов и на палубах русских кораблей, выводили из строя матросов на палубах, разрушали надстройки и вызывали пожары, но если бы не отсыревший пироксилин, то разрывы русских бронебойных снарядов внутри защищаемых броней жизненно важных отсеков причинили бы куда более страшные разрушения. И хотя пироксилин в русских снарядах не был единственной или даже главной причиной поражения, он внес довольно существенный вклад в трагедию русского флота.
Это и стало одной из причин того, что пироксилин весьма быстро стал сходить со сцены. Как писал патриарх взрывного дела немецкий профессор Каст в своей книге Spreng und Zuendstoffe, вышедшей в 1921 году в Берлине, уже в период Первой мировой войны пироксилин использовали только в торпедах и морских минах (там, где обеспечивается полная герметичность), и лишь в Швейцарии и России его применяли в снарядах крупных калибров (152−210 мм), да и то лишь потому, что в свое время были созданы слишком большие их запасы.
Русский путь
Почему же в России пироксилин оказался более популярной бризантной взрывчаткой, нежели в странах Европы? Почему и Япония, и Европа предпочли использовать ядовитую пикриновую кислоту (мелинит)? Все, кто работал с мелинитом, отмечали, что уже через несколько часов наблюдаются головная боль, одышка, учащенное сердцебиение и даже потеря сознания.
По иронии истории одним из виновников Цусимского поражения оказался великий русский химик Д.И. Менделеев. Он решил основную проблему изготовления пироксилина — как сделать его высушивание безопасным. Великий русский химик предложил обезвоживать пироксилин спиртом, после чего спирт на открытом воздухе испарялся сам по себе. Таким способом удавалось избежать самого опасного этапа, и уже в 1880 году по проекту М. Чельцова и лейтенанта флота Федорова был пущен завод по производству пироксилина методом Менделеева.
В первую очередь эта взрывчатка требовалась флоту, где к этому времени обнаружилось явное несоответствие мощи броненосцев и дальнобойности морских орудий с поражающими способностями снарядов, начиняемых черным порохом. Таким образом, в этот момент Россия опередила Европу в артиллерийском деле.
Вдобавок полковник А.Р. Шуляченко, исследуя свойства динамита в 1876 году, пришел к выводу об опасности его использования в саперном деле из-за склонности к детонации от воздушной ударной волны при близких разрывах других зарядов или артиллерийских снарядов. По его представлению российское военно-инженерное ведомство еще в 1896 году решило исключить динамит из табелей снабжения взрывными материалами саперных батальонов и заменить его на пироксилин.
В Европе, где попытки производства пироксилина начались гораздо раньше, чем в России, и где имели место многочисленные взрывы пироксилиновых производств, к этой взрывчатке отнеслись с недоверием и предпочли начать производство пусть и ядовитой, но безопасной в изготовлении пикриновой кислоты (в Англии в 1888 году под названием «лиддит», во Франции в 1886 году под названием «мелинит»). Впрочем, нельзя сказать, что пироксилин в Европе вовсе не использовался.
В Англии изготавливали так называемый тонит (смесь 51% пироксилина и 49% бариевой селитры). Эту взрывчатку применяли в качестве саперной и в морских подрывных патронах. В составе бельгийского тонита содержалось 50% пироксилина, 38% бариевой и 12% калиевой селитры. А в период Первой мировой войны англичане изготавливали сенгит (50% пироксилина и 50% натриевой селитры).
В России массовое производство пироксилина началось в 1880 году и были накоплены большие его запасы, поэтому во время Первой мировой он использовался в качестве саперной взрывчатки. В войска пироксилин поставлялся в виде прессованных шашек, имевших вид шестигранных призм. Большая шашка (250−280 г) имела высоту 50,8 мм и вписывалась в окружность диаметром 82 мм, малая шашка (120 г) соответственно 47 мм и 53 мм. Изготавливались также так называемые буровые шашки (56 г, 70 мм высотой), диаметр которых совпадал с диаметром отверстия, пробиваемого буром в камне (30 мм). Их использовали для дробления камня и рыхления мерзлого грунта.
Все эти шашки делились на запальные и рабочие. Первые содержали 5% влаги и имели высверленные отверстия для капсюля-детонатора. У вторых влажность достигала 20−30%, и они не имели гнезд для капсюлей детонаторов. Заряд изготавливали из рабочих шашек, а в его центре помещалась одна запальная шашка. В нее-то и вставлялась зажигательная трубка (капсюль-детонатор с отрезком бикфордова шнура) — так обеспечивалась безопасность подрывных работ. И все же время пироксилина уже заканчивалось, его вытесняли мелинит и тротил.
Сегодня о пироксилине уже мало кто помнит, за исключением разве что историков, изучающих военные события конца XIX — начала XX веков. Последние упоминания о пироксилине автор встретил в советском руководстве по минно-взрывным средствам противника издания 1943 года, где пишется, что итальянские саперы на советско-германском фронте использовали цилиндрические шашки (массой 30 г, диаметром 3 см и длиной 4 см) из сухого пироксилина, обернутые в парафиновую бумагу. Финская армия в качестве подрывных использовала цилиндрические заряды из влажного пироксилина. Совпадение размеров позволяет предположить, что это были разрывные заряды, изъятые из устаревших крупнокалиберных артиллерийских снарядов царской армии. Красная армия, видимо, в последний раз использовала пироксилин как саперную взрывчатку в начале Второй мировой войны. Об этом упоминается в советской книге о подрывных средствах издания 1941 года и в немецкой памятке по трофейным минно-взрывным средствам издания января 1942 года. Судя по форме и размерам шашек, это тоже были остатки дореволюционных пироксилиновых запасов.
Пироксилин, представляет собой продукт нитрования, т.е. обработки хлопка или целлюлозы азотной кислотой, в результате чего получается т.н. нитроклетчатка. В руском языке для этого продукта прижилось название "Пироксилин", в немецком -Schiebaumwolle, в английском - Pyroxylins или Nitrocotton, во французском -La pyroxyline или La nitrocellulose. Внешне пироксилин имеет вид прессованной бумажной волокнистой массы бело-серого цвета.
Пироксилин как взрывчатое вещество для производства взрывных работ не используется нигде в мире с периода Второй Мировой войны. В период Первой Мировой войны пироксилин использовался лишь для снаряжения морских мин и торпед, а также в России и Швейцарии для снаряжания снарядов артиллерийских систем (преимущественно морских) крупных калибров 152-203 мм.
Как военное бризантное взрывчатое вещество пироксилин использовался с восьмидесятых годов XIX века до внедрения во взрывную практику куда более безопасных и более надежных в обращении динамита и мелинита.
Последней страной использовавшей пироксилин для промышленных взрывных работ, была Великобритания, применявшая пироксилиновые шашки различной формы и размеров производства фирмыNew-Explosives Со при разработке скалистых грунтов в каменоломнях в конце двадцатых-начале тридцатых годов. В СССР, Финляндии, Италии пироксилин (очевидно из старых запасов) использовался как военная взрывчатка еще в период Второй Мировой войны.
Чувствительность пироксилина очень сильно зависит от его влажности. Поэтому принято делить его на сухой и влажный пироксилин.
Сухой пироксилин содержит не более 3-5 % воды. Он легко загорается от открытого пламени или прикосновения раскаленного металла, сверления, трения, удара винтовочной пули. Горит энергично, но без взрыва (если его масса не превышает 280 кг.). Однако, если нагрев до 180-190 градусов осуществляется быстро, то сухой пироксилин детонирует. Сухой пироксилин (до влажности 5-7%) надежно взрывается от капсюля-детонатора №8. Такие же свойства имеет влажный, но замерзший пироксилин.
Влажный пироксилин, который можно использовать в качестве взрывчатого вещества, должен иметь влажность от 10 до 30%. С повышением влажности его чувствительность снижается. При влажности около 50% и более он совершенно теряет взрывные свойства.
Когда пироксилин применяется в качестве бризантного ВВ, то целесообразно по соображениям безопасности в обращении использовать влажный (10-25%) пироксилин, при этом требуется использовать с таким зарядом в качестве промежуточного детонатора сухой пироксилин (5-процентный).
Трудность обеспечения нужной влажности пироксилина в требуемых пределах привела в конце концов к отказу от его использования. Кроме того, оказалось, что из пироксилина сложно изготавливать прессованием взрывные заряды массой более 1 кг. При прессовании плотность внутри заряда оказывается меньшей, чем в наружных слоях.
Пироксилин был открыт в 1838 году Пелузом (Pelouze), воздействовашим азотной кислотой на древесные опилки или бумагу. Он и дал название вновь открытому соединению название пироксилин (Pyroxylin) и предложил его использование в качестве взрывчатки. Некоторые историки выдвигают иную версию открытия пироксилина. По их данным немецкий химик Христиан Фридрих Шенбейн первым сделал доклад о своем открытии в марте 1846 года на заседании Базельского общества естествоиспытателей.
Однако производство пироксилина как взрывчатки весьма быстро было приостановлено вследствие выяснившеся большой опасности его изготовления в заводских условиях. Так, фирма Hall, в Фавершеме, прекратила его производство вследствие происшедшего в 1847 г. взрыва. 11 октября 1865 г. в Австрии последовало запрещение фабрикации пироксилина вследствие страшных взрывов в Зиммерингергейде у Гиртенборга (1862) и Штейнфельдергейде (1865).
После того, как была выявлена зависимость чувствительности пироксилина от влажности, оказалось возможным организовать его достаточно безопасное производство.
Из влажного (50%) пироксилина прессовались под давлением 400-2000 кг/кв.м. подрывные шашки, имевшие влажность 5-6% и плотность 1- 1.28 г/куб. см. Затем шашки увлажнялись до такой степени (20-30%), чтобы плотность составляла 1.3-1.45 г/куб. см.. Затем шашки покрывались слоем парафина с тем, чтобы избежать дальнейшего увлажнения и потери способности к детонации. Однако, в условиях сухого воздуха возникала опасность пересыхания пироксилина, следствие чего его чувствительность возрастала. Кроме того, при пересыхании начиналось выделение кислоты и разложение пироксилина.
Для полноты сгорания к пироксилину иногда примешивали бариевую и калиевую селитру. Такая смесь носила название тонита. Подобного рода взрывчатые вещества еще до начала тридцатых годов XX века применялись в Англии и Бельгии как подрывные средства и для сигнальных морских патронов.
Английский тонит состоял из 51 части пироксилина, 49 частей бариевой селитры. Бельгийский тонит из 50 частей пироксилина, 37,5 частей бариевой селитры, 12,5 частей калиевой селитры. Вместо бариевой селитры во время Первой Мировой войны в английском тоните применяли также натриевую селитру, и эта смесь, которая по действию приближалась к желатиндинамиту, называлась сенгит.
Пироксилин сухой взрывается от падения на него груза 2 кг. с высоты 10 см. или 10 кг. с высоты 2 см. От прострела пулей не взрывается. Температура возгорания 196-200 градусов. Горение во взрыв может перейти, если горит одновременно более 280 кг. Скорость детонации 6300 м/сек (тротил 6700). Бризантность 79803 м/литр*сек. (тротил 86100). Фугасность 3 мм. (тротил 3.6). К трению чувствителен. По бризантности и фугасности достаточно близок к тротилу.
В Русской Армии в период Первой Мировой войны пироксилин использовался в саперном деле в виде шашек четырех типоразмеров. Эти шашки находились в жестяных футлярах, стыки которых с крышками промазывались воском или же просто эти шашки обмазывались воском или обливались расплавленным парафином.
Также сохранялись на флотских береговых батареях, снаряды крупных калибров (152-203 мм.), снаряженные пироксилином.
В Красной Армии использовались вплоть до израсходования его дореволюционных запасов в 1942 году пироксилиновые шашки четырех типоразмеров.
Шашки из сухого пироксилина (влажность 5%) имели гнезда для стандартных капсюлей-детонаторов №8 и назывались запальными. Шашки из влажного пироксилинина (10-25%) запальныхгнезд не имели и должны были использоваться с промежуточными детонаторами из таких же сухих шашек.
- Пироксилиновая шашка кубической формы. Масса 400 грамм. Размеры 6.5 на 6.5 и на 5.5 см.
- Пироксилиновая шашка двенадцатигранной формы. Масса 250 грамм. высота 5 см. Диаметр описанной окружности 8 см.
- Пироксилиновая шашка двенадцатигранной формы. Масса 120 грамм. высота 4.5 см. Диаметр описанной окружности 5.5 см.
- Пироксилиновая шашка цилиндрической формы. Масса 60 грамм. Высота 7 см. Диаметр 3 см.
Производство пироксилина в СССР было прекращено еще в двадцатых годах. В период войны весь пироксилин, изготовленный до революции и в двадцатые годы был израсходован, вновь он не производился.
Итальянские саперы на Восточном фронте использовали цилиндрические шашки из сухого пироксилина массой (Fulmicotone) 30 грамм. Диаметр 3 см., длина 4 см. Они обертывались в парафиновую бумагу.
Финская армия в качестве подрывных зарядов использовала различного размера и массы цилиндрической формы с закруглениями по концам пироксилиновые заряды (Dionkit) из влажного пироксилина. Размеры, совпадающие в внутренними диаметрами артиллерийских снарядов больших калибров, позволяют предположить, что это были изъятые из артснарядов их разрывные заряды.
От автора. Такое предположение весьма основательно. Известно, что до окончания русско-японской войны 1904-05 гг. снаряды русской морской и береговой артиллерии крупных калибров снаряжались пироксилином, в отличие от японских, снаряжавшихся мелинитом. Во время Цусимского морского сражения разрывы безотказных японских снарядов кроме прямого фугасного и осколочного действия отравляли русских моряков ядовитыми газами (боевое ОВ), образующимися при взрыве мелинита. Русские же снаряды, снаряженные отсыревшим за время долгого перехода из Кронштадта к Цусимскому проливу пироксилином, имели до 65% отказов. Это явилось одной из причин поражения в Цусимском сражении. После руско-японской войны все пироксилиновые снаряды были изъяты с кораблей и переданы в береговую артиллерию, где условия хранения обеспечивали поддержание требуемой влажности и должны были постепенно переснаряжаться другими ВВ.
К моменту обретения Финляндией независимости в 1918 г. на береговых батареях, оказавшихся в новой стране, сохранялось еще большое количество пироксилиновых снарядов. Очевидно, хозяйственные финны заменили пироксилин в снарядах на иную взрывчатку, а изъятый пироксилин передавали своим саперам.
В настоящее время встретить где либо пироксилин практически невозможно, поскольку он нигде не изготавливается, а возможно сохранившееся наполнение снарядов Первой Мировой войны, пироксилиновые шашки Второй мировой уже разложились. Пороха же на основе пироксилина и в настоящее время используются очень широко в качестве метательных зарядов пуль стрелкового оружия и артиллерийских снарядов.
Заметки на полях. Для производства пироксилина требуется остродефицитная азотная кислота, хлопок, соответствующее оборудование, которое под завязку загружено производством бездымного пироксилинового пороха, в котором острейше нуждается производство патронов для стрелкового оружия, и производство артиллерийских боеприпасов.
И при этом произведенная взрывчатка пироксилин нуждается в постоянном и тщательном наблюдении. То он переувлажнился и взрываться не хочет, то он пересох и начал разлагаться. А к началу Второй Мировой войны имелись куда как более надежные взрывчатки, к тому же значительно более дешевые в производстве. Тот же динамит, мелинит, тротил, аммиачная селитра и ее производные.
- Статьи » Боеприпасы
- Mercenary 9003 0
Целлюлоза с азотной кислотой образует азотнокислые эфиры. Целлюлоза в нашем опыте - обычная хлопковая вата. Приготовим смесь азотной и серной кислот. Опустите в смесь вату, через некоторое время процесс нитрования целлюлозы заканчивается. Промоем полученную нитроцеллюлозу водой. Высушим. Нитроцеллюлоза при поджигании быстро сгорает. Нитроцеллюлоза используется для приготовления бездымного пороха.
Нитроцеллюлоза - волокнистая рыхлая масса белого цвета, по внешнему виду похожа на целлюлозу. Одна из важнейших характеристик - степень замещения гидроксильных групп на нитрогруппы. Лучшим сырьём для производства нитроцеллюлозы считаются длинноволокнистые сорта хлопка ручной сборки. Хлопок машинной сборки и древесная целлюлоза содержат значительно количество примесей, усложняющих подготовку и снижающих качество продукции. Нитроцеллюлозу получают действием на очищенную, разрыхленную и высушенную целлюлозу смесью серной и азотной кислот, называемой нитрующей смесью. Концентрация применяемой азотной кислоты обычно выше 77 %, а соотношение кислот и целлюлозы может быть от 30:1 до 100:1. Полученный после нитрования продукт подвергается многоступенчатой промывке, обработке слабокислыми и слабощелочными растворами, измельчению для повышения чистоты и стойкости при хранении. Сушка нитроцеллюлозы - сложный процесс, иногда совместно с сушкой применяется обезвоживание. Практически вся нитроцеллюлоза после получения используется в производстве различных продуктов. В случае необходимости хранится во влажном состоянии с содержанием воды или спирта не ниже 20 %.
Для опыта Вам понадобится следующие реактивы:
- Серная Кислота (H2SO4) 98% концетрации
- Азотная Кислота(HNO3) 68% концетрации
- Вата
Смешиваем кислоты в пропорции 7:3 (70% Серной кислоты и 30% Азотной кислоты). Я рассчитывал на 300 мл, поэтому взял 90 мл 68% Азотной кислоты и добавил туда 210 мл 98% Серной кислоты. Все это дело немного разогрелось и я, закрыв крышкой, поставил это в морозилку. На следующий день я приготовил на столе обычную вату (целлюлозу) и стакан на 500 мл + две чашки Петри, одна как подставка для стакана, а вторая в дальнейшем сыграет роль крышки. После того как содержимое бутылки я перелил в стакан, я начал туда кидать маленькими кусочками вату. Кидал до того момента, пока вся вата не заполнила стакан. Смысл в том, чтоб вся вата была пропитана нитровальной смесью (Азотка и серка).
Ну а дальше поставил в шкаф (темное и прохладное место). Все это дело должно храниться минимум 5-6 часов, но можно и день, и два (испытано, хуже не становится). Один раз у меня это все неделю лежало в шкафу, так как не было времени достать и промыть, и ни чего не испортилось. Ну а дальше все промываем. Разумеется, надеваем перчатки на руку и какую-нибудь тряпку на лицо + Защитные очки! Достаем из стакана вату (по кусочкам) и быстро промываем под холодной водой! Очень важно сделать все быстро, так как при попадании на ватку воды кислота в ней нагревается и может привести к потере продукта и его качеству. Вата начинает желтеть или ещё хуже, просто "сгорает" в горячей кислоте! Поэтому важно промывать именно маленькие порции, чтоб избежать большого количества кислоты, так как маленькое количество смыть намного проще, чем большое.
После промывки рекомендуется промыть вату раствором пищевой соды, но и, разумеется, промыть опять (от соды). После всех этих промывок от кислоты, вату хорошенько выжимаем и вываливаем на листок бумаги. Потом самая важная деталь - чтоб вата получилась как надо, её надо хорошенько разжать, чтоб она была такая воздушная, как и с самого начала. На этой фотке вата ещё мокрая, но уже приняла свой объем, после того как она высохнет её уже будет очень сложно отличить от обычной ваты, но она горит намного лучше, чем обычная вата.
Из-за очень высокой скорости горения она не успевает обжечь руку (тоже самое, что провести над зажигалкой палец). Разумеется, сначала она испытывается на железной пластине(а то мало ли что) и только когда вы видите, что кусочек этой ваты сгорает моментально с легким хлопком, можете смело сжигать её на ладони!
