第3章 炸药的起爆机理

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3.2 热起爆机理
莱第尔、罗伯逊将热爆炸理论应用于凝聚炸药 的起爆研究中，提出了热点学说，揭示了撞击、 摩擦、发射惯性力等机械作用下炸药激发爆炸 的机理和物理本质。
热爆炸理论可分为定常热爆炸理论和非定常热 爆炸理论。
定常热爆炸理论研究的重点是发生热爆炸的条 件，而非定常热爆炸理论则是重点研究具备热 爆炸条件后，过程发展的速度。
梯恩梯
特屈儿 阿马托 80/20 雷汞 三硝基间苯 二酚铅 梯/黑50/50
748
520 － 483 － 493
568～573
463～467 573 443～453 543～553 －
黑索今
533
488～493
叠氮化铅
618
598～613
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3.2.2 炸药的热感度
2、火焰感度的表示方法和实验
火焰感度的表示方法和实验方法很多，但 都比较粗糙。最简单的方法就是用密闭火 焰感度仪进行测定。
图3－4炸药得热和失热的三种情况
20ห้องสมุดไป่ตู้
3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
当炸药的初温等于周围环境的温度，即Ti T0 T01 时，炸药因化学反应而产生的热量大于散失的热量， Q1>Q2，温度自动升高，得热和失热都增加，但从 图中可见在此温度范围内失热增加比得热情况增 加要快。 当温度升高到A点的位置时，Q1＝Q2，温度也会自 动调节降低趋于A点。
这种由稳定状态到失去稳定状态的转变过程， 就是炸药的起爆过程。 炸药在外界作用下发生爆炸的难易程度称为炸 药的敏感度或炸药的感度(Sensitivity) 。
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3.1 基本概念
2、起爆冲能
把使炸药起爆所需的外界作用的临界能量，称 为初始冲能或起爆冲能。 起爆炸药的能量越小，则表明炸药越敏感，即 感度越大。
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3.2.2 炸药的热感度
根据试验作出T与τ ，lnτ 与1/T的关系图，由 τ -T图可求得5s延滞期爆发点。 试验得到的凝聚炸药爆发点与延滞期的关系为： lnτ =A+E/RT 式中 τ 为延滞期(s)；E为与爆炸 反应相应的炸药活化能(J/mol)；R为通用气体 常数；A为与炸药有关的常数；T为爆发点(K)。 测得的爆发点越低，说明炸药的感度越大，反 之则感度越小。
在单位时间里系统因热传导而散失的热量为：
Q2 S T T0 ……(3)
式中 ——导热系数；S——传热面积；
T0
——环境温度。
而（3）式为一条直线，称为失热线，如图3-3 所示。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
图3－3 失热曲线
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
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3.1 基本概念
炸药在外界作用下可激发爆炸，那么外界作用 是怎样激发炸药的？其化学物理过程的本质是 怎样的？
研究炸药的起爆机理及感度，对于炸药的安全 存储、运输、加工处理，以及炸药的使用，都 具有很重要的意义。
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3.2 热起爆机理
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3.2 热起爆机理
炸药在热作用下发生爆炸的理论探索是从爆炸气体 混合物热爆炸问题的研究开始的。 谢苗诺夫建立了混合气体的热自动点火的热爆炸理 论。它的基本观点是：在一定条件（温度、压力及 其它条件）下，若反应放出的热量大于热传导所散 失的热量，混合气体就会发生热积累，从而使反应 自动加速，最后导致爆炸。 弗兰克-卡曼涅斯基发展了定常热爆炸理论，考虑 了温度在反应混合气体中的空间分布问题。
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3.2.2 炸药的热感度
实验装置如图3-5所示。
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3.2.2 炸药的热感度
测定时，首先进行预备试验：将合金浴加 热到100～1500C左右，放入一支盛有炸药 试样的雷管壳，并继续升高温度直至爆炸， 记录爆炸时的温度，以定出正式试验时的 温度范围。
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3.2.2 炸药的热感度
测定时，将合金浴加热并恒定于预定温度， 再把装有一定量炸药（火药、猛炸药通常 取20mg~30mg，起爆药取10mg）的雷管壳迅 速放入合金浴，同时打开秒表，记录爆炸 或发火延滞时间。连续求出不同的恒定温 度T1、T2、T3、…、Tn所对应的延滞期τ 1、 τ 2、τ 3…τ n。
基本假设：
（1）炸药各处温度相同。
（2）环境温度T0＝常数。 （3）炸药达到爆炸时的炸药温度T大于T0，但两 者差值（T-T0）不大。 谢苗诺夫提出了一个热爆炸的基本模型，用这 个模型可以简单而明确地说明炸药热爆炸现象 与自身化学反应和外界热作用之间的相互关系。 如图3－1所示。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
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3.2 热起爆机理
定常热爆炸理论又可分为两种情况：均匀温度 分布和不均匀温度分布。 均温分布：容器中炸药各处温度均相等。 不均温分布：炸药各处温度有一分布，中部温 度最高，沿半径方向向外逐渐降低，壁面处温 度最低。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
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3.1 基本概念
同一种装药激起起爆所需要的某种形式的能量 不是一个严格固定的值。它随加载方式、加载 速度的不同而不同。例如，突然加压的起爆能 量比缓慢加压的起爆能量要小。 同一种炸药对不同初始冲能的感度之间没有一 定的当量关系。例如，叠氮化铅对机械能比对 热能要敏感，而斯蒂夫酸铅则相反。
Tc T0 RT02 Ea 550 8.314 5502 209275 562K
由此可知，环境温度T0＝277℃时，若炸药 发生爆炸，则此时炸药温度为289 ℃。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
炸药能否发生热爆炸，不仅与配方性质有关， 而且与周围环境有关，同样也与传热系数有关。 因此，炸药在运输和储存过程中要有良好通风 散热条件，避免热爆炸灾害性事故。
第3章
炸药的起爆机理
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主要内容
3.1基本概念
3.2热起爆机理
3.3机械作用起爆机理 3.4冲击波起爆机理
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3.1 基本概念
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3.1 基本概念
1、感度(Sensitivity)
炸药虽然是一种能够发生爆炸变化的物质，但 在通常条件下是处于相对稳定状态的。欲使炸 药发生爆炸变化，必须给予一定的外界作用， 使其失去稳定。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
如果炸药周围环境的温度 T0 ＝ T03 ，从图 7 － 4 可 知，得热曲线在失热曲线的上方。在此种情况 下，炸药处于任何温度时都因 Q1>Q2 ，温度不断 升高，最后导致热爆炸。
当周围环境的温度 T0 ＝ T02 时，这时失热曲线与 得热曲线相切于 B 点，对应的温度为 Tc 。开始得 热大于失热，温度升高，Q1和Q2都增加。当到达 切点Tc时，Q1＝Q2，建立起热平衡。如果某些偶 然因素导致炸药的温度升高，由于 Q1>Q2 ，反应 速度就会急剧增加，直至爆炸。
起爆炸药的能量越大，则表明炸药越钝感，即 感度越小。
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3.1 基本概念
3、感度的分类
根据外界作用能量形式的不同，感度可分为：加热 感度、火焰感度、撞击感度、摩擦感度、针刺感度、 冲击波感度、光感度、静电感度等。
各种炸药对不同形式的初始冲能具有一定的选择性。 例如太安（PETN）、特屈儿（Tetryl）对冲击波的 作用很敏感，所以一般常用来作传爆药柱；而斯蒂 夫酸铅对火焰作用很敏感，所以常用在火焰雷管中 作第一装药。
Q1 m q A exp Ea RT
……(2)
式中
m ——炸药质量； Ea ——炸药活化能；
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R
——气体常数。
3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
由（2）式可知，炸药进行放热化学反应而产 生的热量与温度的关系符合指数曲线，该曲线 称为得热线，如图3-2所示。
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
把（2）和（3）式代入（4）和（5）式，可得：
m q A exp Ea RT S Tc T0
m q Ea A exp Ea RTc S 2 RTc
…(6)
……(7)
（6）和（7）式联立消去 S
，得到
……(8) ……(9)
24
R
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
炸药爆发点并不是爆发瞬间炸药的温度。爆发 点是炸药分解自行加速开始时环境的温度。从 开始自行加速到爆炸有一定的时间，称为爆发 延滞期。
爆发点不是炸药的物理常数，不仅与炸药性质 有关，而且与介质的传热条件有关。
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3.2.2 炸药的热感度
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3.2.2 炸药的热感度
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
环境温度 T02 是量变到质变的数量界限，环境温 度低于 T02 时，得热线与失热线相交，炸药处于 交点温度，进行稳定的、缓慢的反应，不会导致 爆炸。而当环境温度大于 T02 时，曲线将在直线 之上，得热大于失热，反应将自行加快，最后导 致爆炸。 T02 是炸药能够导致爆炸的最低的环境温度。称 T02为炸药的爆发点。
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3.2.2 炸药的热感度
爆发点/K 炸药名称 黑火药 5s延滞期 － 5min延滞期 583~588 炸药名称 奥克托今 爆发点/K 5s延滞期 608 5min延滞期 －
无烟药
硝化甘油 太安 爆胶 硝化棉 （13.3%N) 硝基胍
473
495 498 － 503 548
453~473
473~478 478~488 475～481 － －
通常情况下，炸药的加热感度用爆发点来表示；火 焰感度用发火上下限法表示。 1、爆发点 测定凝聚炸药的爆发点有两种方法： （1）一定量的炸药，从某一温度开始，以等速加热， 记录从开始受热到发火或爆炸的时间和介质的温度， 此温度即为爆发点。 （2）一定量的炸药，在一定实验条件下，测定延滞 期与温度的关系，实验结果用图表示。这种方法比 较精确。