第3章 炸药的起爆机理

Ea Tc2 Tc T0 0
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1 1 4RT0 Ea 它的解为： Tc 2R Ea
3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
对于大多数炸药，取负号的解，因为正号的解 不符合实际情况。 由于 RT0 Ea 的值很小，取上式在 RT0 Ea 附近 的级数展开：
2 Tc RT0 RT0 RT0 2 4 Ea Ea Ea 2R Ea
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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。
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
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论

Tc Tc T02
表示热爆炸前的升温情况。
从数学上看，切点必须满足两个条件，即不但 Q1和Q2在该点的数值相等，且两条曲线的斜率 也相等，即 Q 1＝Q 2 ……(4) ……(5)
dQ1 dT dQ2 dT
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
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。
如果
T RT02 Ea
，则系统不可能发生热爆炸；
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如果 T RT02 Ea ，则系统必然发生热爆炸。
3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
例如：RDX（黑索今）在T0＝277℃（550K） 时发生爆炸，根据RDX分子的活化能Ea＝ 209275J/g，则RDX达到爆炸时的临界温度 为：
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3.2.2 炸药的热感度
爆发点/K 炸药名称 5s延滞期 5min延滞期 炸药名称 爆发点/K 5s延滞期 5min延滞期
黑火药
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
583~588
453~473 473~478 478~488 475～481 － －
第3章
炸药的起爆机理
1
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
2
3.1 基本概念
3
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
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 炸药的热感度源自313.2.2 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
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。
2 3
2 3 T0 RT02 Ea 2R 2T03 Ea 5 R3T04 Ea
(10)
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
由于RT0 Ea 的各项，得： 的值很小，可忽略上式中第三项后
Tc T0 RT02 Ea ……(5)
因此，炸药热爆炸前的升温为：
Tc RT02 Ea ……(6)
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
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)
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R
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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3.2 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。
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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。
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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。
加热室 Q2 Q1
空 气
Ti T0 炸药
图3 －1
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3.2.1 均温分布的定常热爆炸理论
首先，炸药在温度T时，单位时间里由于发生化学反 应而放出的热量为Q1，此热量与单位质量的炸药产生 的热量q（J/kg）和化学反应速率W(kg/s)有关，即
Q1 q W
……(1)
并认为初始分解过程属于单分子分解反应，化学反应 速度可以用Arrhenius(阿累尼乌斯)公式来表示，即：
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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。
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。
在一定条件下，黑火药燃烧时喷出的火焰 或火星作用在炸药的表面上，观察是否发 火，以发火的上下限来表示火焰感度。
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3.2.2 炸药的热感度
上限是指炸药100％发火的最大距离（黑火 药药柱下端面到炸药表面的距离），下限 是指100％不发火的最小距离。上限大则炸 药的火焰感度大，下限大则炸药的火焰感 度小。实验如图3-6所示。
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。