LTKY SCHOPN VBUN PEMNY VBUINY Pednejc Ing Miroslav

LÁTKY SCHOPNÉ VÝBUŠNÉ PŘEMĚNY VÝBUŠINY Přednášející: Ing. Miroslav JANÍČEK © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

VÝBUŠINY Výbušinami, podle zákona ČNR č. 61/1988 Sb. , jsou látky (sloučeniny nebo směsi) v tuhém nebo kapalném stavu, které mají vlastnosti trhavin, třaskavin, střelivin nebo výbušných pyrotechnických složí. Výbušinami se nazývají chemické sloučeniny a výbušné slože nebo směsi, které jsou schopny na základě určitých vnějších podnětů (impulsů) chemického výbuchu. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

a) b) c) d) ROZDĚLENÍ VÝBUŠIN: střeliviny; trhaviny; třaskaviny; pyrotechnické slože (některé nemají vyhraněný charakter výbušiny). © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

a) Střeliviny - výbušiny, jejichž hlavním typem výbušné přeměny je explozivní hoření. Používají se k udělení pohybu střely v hlavních střelných zbraní nebo k udělení pohybu raket. b) Trhaviny - výbušiny, jejichž hlavním typem výbušné přeměny je detonace, které dosáhlo silným podnětem, například detonací jiné výbušiny (iniciací rozbuškou). Detonací trhavin je určen jejich tříštivý účinek na okolní prostředí, a proto se používají k trhání (rozpojování) pevných materiálů. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

c) Třaskaviny - výbušiny schopné rychlého přechodu od výbuchového hoření k detonaci. Jsou zpravidla používány k vyvolání detonace jiné výbušiny. d) Pyrotechnické slože - mechanické směsi hořlavin a okysličovadel, popřípadě s přídavkem dalších látek k docílení požadovaného technického účinku. Užívají se v pyrotechnických prostředcích pro dosažení určitých efektů. Jsou to například: -osvětlovací slože; - zábleskové slože; - stopovkové slože; - signální slože; - zápalné slože; - zážehové slože; - časovací (zpožďovací) slože; - akustické slože. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

Všeobecné požadavky na vlastnosti výbušin Výbušin je velmi mnoho, ale jen malý počet nalezl praktické uplatnění. Má-li výbušina být prakticky použitelná, musí splňovat jednak řadu požadavků všeobecných, jednak i požadavky speciální pro daný účel použití. Všeobecně se požaduje: 1. Dostatečně vysoký obsah energie v objemové jednotce výbušiny (objemová hustota energie). 2. Přiměřená citlivost k vnějším podnětům. Ne příliš vysoká, aby byla zajištěna bezpečnost při zpracování, dopravě a použití, ale na druhé straně taková, aby byla zaručena spolehlivost funkce. 3. Dlouhodobá chemická a fyzikální stabilita. Výbušiny nemají dále chemicky reagovat s materiály, se kterými přicházejí do styku. 4. Dostupnost výchozích surovin, technologická schůdnost, bezpečnost a ekonomičnost výroby. Vedle těchto všeobecných požadavků musí výbušiny vyhovovat požadavkům speciálním podle způsobů použití. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

CITLIVOST VÝBUŠIN: OBECNĚ O CITLIVOSTI: K tomu, aby nastal výbuch, je třeba předat výbušině určité množství energie, která vyvolá výbušnou reakci alespoň v části výbušiny. Tento vnější popud se nazývá počáteční impuls. Schopnost výbušiny reagovat na ten či onen vnější podnět vznikem výbušné přeměny (hoření nebo detonace) se označuje jako citlivost výbušiny. Velikost (minimální množství energie) počátečního impulsu dostačující pro vyvolání výbušné přeměny je mírnou citlivostí výbušiny k počátečnímu impulsu daného druhu. Pochod, při němž je výbušině dodána energie vnějším podnětem, který je potřebný k vyvolání výbuchu, se nazývá iniciace. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

Podle formy energie podnětu počátečního impulsu rozeznáváme: a) Tepelný podnět (zahřátí plamenem, přímý styk s ohřátým tělesem); b) Mechanický podnět (náraz, tření, nápich, přirychlení, průstřel); c) Elektrický podnět (elektrická jiskra); d) Podnět způsobený detonací jiné výbušiny (citlivost výbušiny k účinku třaskavin, počinu a přenosu detonace); e) Podnět světleným zářením.

CITLIVOST VÝBUŠIN K TEPELNÉMU IMPULSU "Teplota vzbuchu" - je definována jako nejnižší teplota, při které výbušina samovolně vybuchuje. Prakticky se stanovuje pomalým zahříváním výbušiny při určitých, přesně definovaných podmínkách na teplotu, při níž dochází k výbušnému rozkladu. Nejnižší teplotu lázně, při níž nastává samovolné urychlování rozkladem, nazýváme teplotou vzbuchu nebo teplotou samovznícení. Aby při teplotě lázně, Odpovídající teplotě vzbuchu, dosáhla výbušina teploty, při níž je rozklad tak rychlý, že probíhá výbušně, je potřeba určitého času. Vzbuch tedy nenastane okamžitě, jakmile se výbušina ohřeje na teplotu vzbuchu, nýbrž s určitým časovým zpožděním - indukční perioda (zpoždění - vzbuchu). © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

CITLIVOST VÝBUŠIN K MECHNICKÝM PODNĚTŮM Mechanických impulsů je mnoho druhů. Největší praktický význam pro hodnocení výbušin mají: · náraz (úder); · tření; · nápis (pro třaskaviny). Pochody vyvolané ve výbušině úderem nebo třením jsou velmi složité. Podle současných názorů je mechanický impuls ve svém konečné důsledku zdrojem tepelné energie, která vyvolá v lokalizovaném objemu výbušiny teplotní skok. Zahřátí exotermické reakce a výbušná přeměna se rozšíří do celé hmoty výbušiny. Při nárazu nebo tření apod. vznikají ve hmotě výbušiny lokalizovaná centra, takzvaná horká jádra, jež jsou ohnisky maximálního místního přehřátí výbušiny. Z těchto ohnisek se pak šíří výbušná přeměna. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

CITLIVOST VÝBUŠIN K ÚČINKŮM DETONACE JINÝCH VÝBUŠIN Výbuch je možno vyvolat i výbuchem jiné výbušiny. Nálož výbušiny, kterou chceme přivést k výbuchu, nazýváme sekundární (pasivní nálož), kdežto výbušina, jejíž detonace způsobí výbuch sekundární nálože, je primární nebo počinová nálož (aktivní nálož). Citlivost výbušiny k účinku třaskavin se charakterizuje takzvanou meznou náplní, což je nejmenší hmotnostní množství třaskaviny, které ještě přivede k detonaci určité množství zkoušené trhaviny. Její stanovení se provádí tak, že do dutinky rozbušky se nalisuje 0, 5 nebo 1, 0 g zkoušené výbušiny a na tu se nalisuje odvážené množství třaskaviny. Takto vyrobená zkušební rozbuška se zkouší na průraz na olověné destičce. Pak se při několika zkouškách, při 5 nebo 10 pokusech, zkouší, které nejmenší množství třaskaviny vyvolá výbuch. Mezná náplň pak charakterizuje jak citlivost sekundární výbušiny - trhaviny, tak iniciační schopnost primární výbušiny - třaskaviny. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

PŘENOS DETONACE INERTNÍM PROSTŘEDÍM Aktivní nálož může způsobit detonaci i když se bezprostředně nedotýká pasivní nálože. Často dochází k výbuchu i v tom případě, jsou-li obě nálože od sebe značně vzdáleny - detonace přenosem. Důležité pro trhací techniku: náložky ve vrtu k sobě nemusí bezprostředně přiléhat a přesto se vyžaduje dokonalá detonace celé nálože, dokonalý přenos. Z nich hlavní jsou: 1. Citlivost k detonaci a hustota pasivní nálože. 2. Brizance, velikost, fyzikální stav a tvar aktivní nálože. Vlastnost prostředí, které odděluje obě nálože. © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

STABILITA VÝBUŠIN OBECNĚ O STABILITĚ Stabilita výbušin je jejich schopnost neměnit své fyzikální a chemické vlastnosti a v důsledku toho výbušinářské vlastnosti v průběhu doby. Vyjadřuje se rychlost změny příslušných vlastností. Čím větší je rychlost změn, tím horší je stabilita výbušiny. Nestabilita výbušiny může způsobit požár, výbuch nebo nestabilitou výbušiny může dojít ke ztrátě či změně výbušných vlastností a k znehodnocení výrobku. Důsledkem je pak delaborace výbušiny a její ničení nebo přepracování a oprava porušených mechanismů, což je velmi nákladné. Proto se od výbušin podle účelu, pro který jsou určeny, vždy požaduje dostatečně vysoká stabilita. U průmyslových výbušin s rychlou spotřebou je to 6 měsíců až 1 rok, u vojenských výbušin 5 až 15 let. Podle charakteru změn, kterým výbušina podléhá, rozlišujeme fyzikální a chemickou stabilitu. © © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

a) Fyzikální stabilita Fyzikální stabilitou rozumíme schopnost výbušin neměnit své fyzikální vlastnosti. Fyzikální změny mohou nastat buď čistě fyzikálními pochody (vypařování, pohlcování, vláhy), nebo fyzikálně-chemickými pochody (jako je rekrystalizace, vypocování aj. ). b) Chemická stabilita je schopnost výbušin nepodléhat za normálních podmínek uložení chemickým přeměnám, které by mohly vést k samovznícení nebo výbuchu. Rychlost těchto chemických reakcí je všeobecně malá u prakticky používaných nitrosloučenin i třaskavin, vyšší pak u esterů kyseliny dusičné (nitroglycerínu, nitrocelulózy aj. ), které mají při normální teplotě sklon k rozkladu (za uvolňování nitrózních plynů). Proto se musí provádět periodická kontrola chemické stability skladování nitroesterů a výrobků, které je obsahují (želatinové průmyslové trhaviny, bezdýmné prachy). © Ing. Miroslav JANÍČEK 2008

ÚČINKY VÝBUCHU NA OKOLNÍ PROSTŘEDÍ Mechanická práce výbuchu na okolní prostředí je způsobena expanzí zplodin výbušné přeměny. Jakmile detonační vlna dostihne povrch nálože, začíná rozlet silně stlačených plynných zplodin výbuchu. Při výbuchu na vzduchu expandující plyny silně stlačují a vytlačují okolní vzduch a rozpínající se povrch objemu výbušných zplodin je obklopen vrstvou stlačeného vzduchu. Vnější hranici stlačené vrstvy je vlastní tělo vzdušné rázové vlny. V počátečním stádiu rychlost pohybu zplodin výbuchu se blíží rychlosti rázové vlny, ale s rozpínáním rychlost zplodin rychle klesá, zatímco rychlost rázové vlny se zmenšuje podstatně pomaleji. Když poloměr oblaku zplodin výbuchu dosáhne 10 až 15 poloměrů nálože, tlak se v něm blíží tlaku atmosférickému. Vzhledem k tomu se rázová vlna odtrhuje od povrchu plynů a šíří se dále v okolním prostředí. Ničivý účinek na malých vzdálenostech (do 10 poloměrů nálože) je způsoben hlavně zplodinami výbuchu, ve větších vzdálenostech od nálože pak rázovou vlnou.

PRACOVNÍ SCHOPNOST A BRIZANCE VÝBUŠIN Rozlišují se dva základní charaktery účinku výbuchu: pracovní schopnost a brizance. Pracovní schopnost je podmíněna expanzí detonačních zplodin do relativně nízkého tlaku a průchodem rázové vlny v okolním prostředí. Při výbušné přeměně se uvolňuje vnitřní energie, která je přibližně měřítkem její pracovní schopnosti při výbuchu v uzavřeném prostředí (prostoru). Brizancí se nazývá účinek detonace výbušin, který se projevuje jako drcení, tříštění nebo probíjení prostředí přilehlého k náloži výbušiny. Tato forma práce výbuchu je podmíněna rázem detonačních zplodin, nacházejících se při velmi vysokém tlaku. Projevuje se jen v bezprostřední blízkosti (do vzdálenosti 2 až 2, 5 poloměrů nálože).

KYSLÍKOVÁ BILANCE Znalost složení zplodin výbušné přeměny je důležitá zejména pro potřeby praxe. Na složení zplodin totiž ve značné míře závisejí i možnosti a způsob použití výbušniny, zvláště pod zemí a ve štolách. Pro určení složení zplodin u výbušin obsahujících kyslík má velký význam poměr kyslíku ve výbušině k ostatním složkám. K posouzení obsahu kyslíku používáme kyslíkové bilance. Kyslíkovou bilancí rozumíme v gramech vyjádřené množství kyslíku, které přebývá nebo se nedostává k dokonalému okysličení všech složek výbušiny, tj. uhlíku, vodíku a dalších oxidovatelných složek ve 100 g výbušiny. Kyslíková bilance může být: - kladná (má-li výbušina nadbytek kyslíku); - záporná (je-li nedostatek kyslíku k úplnému okysličení); - vyrovnaná (stačí-li kyslík právě k okysličení složek výbušiny); Téměř všechny vojenské výbušiny mají zápornou kyslíkovou bilanci. To znamená, že tritolu nelze použít při trhacích pracích pod zemí (štolách), poněvadž jeho výbuch zanechává ve zplodinách velké množství oxidu uhelnatého a kyanovodíku, které jsou prudce jedovaté. Používání tritolu při podzemních pracích by vyžadovalo dlouhé a intenzívní větrání, což by bylo finančně nákladné.

RÁZOVÁ VLNA Detonace je výbušná přeměna, při níž vzniká v trhavině detonační vlna, pohybující se rychlostí větší, než je rychlost zvuku. Rychlost výbušné přeměny při detonaci dosahuje hodnot řádově tisíců metrů za sekundu. Příkladem takové detonace je výbušná přeměna trhavin, bleskovic a rozbušek, doprovázená silným zvukovým efektem a projevující se detonačním účinkem na okolí. Soudobá hydrodynamická teorie detonace vychází z předpokladu, že při detonaci vzniká ve výbušině takzvaná detonační vlna, která je zvláštním případem rázové vlny.

Rázová vlna je charakterizována těmito typickými znaky: - rychlost vyšší, než je rychlost zvuku v příslušném prostředí; - náhlou změnou parametrů plynu (tlak, hustota, teplota, rychlost); - pohybem prostředí (dynamický tlak), tj. pohybem části stržených průchodem rázové vlny ve směru pohybu vlny.

Aby mohla rázová vlna vzniknout, je třeba splnit dvě podmínky: 1) Existenci prostředí, v němž může rázová vlna vzniknout (ve vakuu se nemůže rázová vlna vytvořit); 2) Dostatečný impuls, který je schopen vyvolat rázovou vlnu. Charakteristickou zvláštností rázové vlny je to, že prostředí za vlnou se šíří ve směru pohybu vlny. Přesunem částic plynu z vrstev ležících bezprostředně za vrstvou stlačení ve směru šíření rázové vlny nastává pohybem rázové vlny zhuštěné prostředí. Ve vzdálenějších vrstvách následkem toho vzniká vrstva zředění, ve které je tlak menší než tlak atmosférický. Vzdálenost od čela vlny do začátku vrstvy zředění se nazývá délka rázové vlny. Význam rázové vlny: Narazí-li rázová vlna na dokonale tuhou překážku (ocel, beton atd. ), musí se pohyb hmotného prostředí okamžitě zastavit. Náhlým zabrzděním tohoto pohybu vzniká značný tlak na překážku, který je možno přirovnat tlaku větru na plachtu, ovšem s nesrovnatelně větší silou. Rázová vlna tedy působí na překážku jednak zvýšeným tlakem, jednak dynamickými silami vyvolanými nárazem prostředí. U silných rázových vln dynamické síly několikrát převyšují působení tlaku.