Polymerbundet eksplosiv - Polymer-bonded explosive
En polymerbundet eksplosiv , også kaldet PBX eller plastbundet eksplosiv , er et eksplosivt materiale, hvori eksplosivt pulver er bundet sammen i en matrix under anvendelse af små mængder (typisk 5-10 vægtprocent) af en syntetisk polymer . PBX'er bruges normalt til eksplosive materialer, der ikke let smeltes i en støbning eller på anden måde er svære at danne. PBX blev først udviklet i 1952 på Los Alamos National Laboratory , da RDX indlejret i polystyren med dioctylphthalat blødgøringsmiddel . HMX- sammensætninger med teflonbaserede bindemidler blev udviklet i 1960'erne og 1970'erne til kanonskaller og til seismiske eksperimenter med Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP), selvom sidstnævnte eksperimenter normalt citeres som anvendelse af hexanitrostilben (HNS).
Potentielle fordele
Polymerbundne sprængstoffer har flere potentielle fordele:
- Hvis polymermatrixen er en elastomer (gummiagtigt materiale), har den en tendens til at absorbere stød, hvilket gør PBX'en meget ufølsom over for utilsigtet detonation og dermed ideel til ufølsom ammunition .
- Hårde polymerer kan producere PBX, der er meget stift og opretholder en præcis teknisk form, selv under stærk belastning.
- PBX-pulvere kan presses til en bestemt form ved stuetemperatur, når støbning normalt kræver farlig smeltning af sprængstoffet. Højtrykspressning kan opnå tæthed for materialet meget tæt på den teoretiske krystaldensitet af det eksplosive basismateriale.
- Mange PBX'er er sikre at bearbejde - at omdanne solide blokke til komplekse tredimensionelle former. For eksempel kan en kabinet PBX om nødvendigt formes nøjagtigt på en drejebænk eller CNC-maskine . Denne teknik bruges til at bearbejde eksplosive linser, der er nødvendige for moderne atomvåben.
Bindemidler
Fluorpolymerer
Fluorpolymerer er fordelagtige som bindemidler på grund af deres høje densitet (giver høj detonationshastighed ) og inert kemisk opførsel (hvilket giver lang hyldestabilitet og lav ældning ). De er dog noget skøre, da deres glasovergangstemperatur er ved stuetemperatur eller derover; dette begrænser deres anvendelse til ufølsomme eksplosiver (f.eks. TATB ), hvor skørheden ikke har skadelige virkninger for sikkerheden. De er også vanskelige at behandle.
Elastomerer
Elastomerer skal bruges sammen med mere mekanisk følsomme sprængstoffer, f.eks. HMX . Matrixens elasticitet sænker bulkmaterialets følsomhed over for stød og friktion; deres glasovergangstemperatur er valgt til at være under den nedre grænse for temperaturarbejdsområdet (typisk under -55 ° C). Tværbundne gummi polymerer er imidlertid følsomme over for ældning, for det meste ved indvirkning af frie radikaler og ved hydrolyse af bindingerne af spor af vanddamp. Gummi som estan eller hydroxyltermineret polybutadien (HTPB) anvendes i vid udstrækning til disse applikationer. Silikongummi og termoplastiske polyurethaner er også i brug.
Fluorelastomerer , f.eks. Viton , kombinerer fordelene ved begge dele.
Energiske polymerer
Energiske polymerer (f.eks. Nitro- eller azidoderivater af polymerer) kan anvendes som et bindemiddel til at øge den eksplosive effekt i sammenligning med inerte bindemidler. Energiske blødgørere kan også anvendes. Tilsætningen af et blødgøringsmiddel sænker følsomheden af det eksplosive stof og forbedrer dets bearbejdelighed.
Fornærmelser (potentielle eksplosive hæmmere)
Eksplosive udbytter kan påvirkes af indførelsen af mekaniske belastninger eller ved anvendelse af temperatur; sådanne skader kaldes fornærmelser . Mekanismen for en termisk fornærmelse ved lave temperaturer på et eksplosivstof er primært termomekanisk, ved højere temperaturer er det primært termokemisk.
Termomekanisk
Termomekaniske mekanismer involverer spændinger ved termisk ekspansion (nemlig differentierede termiske ekspansioner, da termiske gradienter har tendens til at være involveret), smeltning / frysning eller sublimering / kondensering af komponenter og faseovergange af krystaller (f.eks. Overgang af HMX fra beta-fase til delta-fase ved 175 ° C indebærer en stor volumenændring og forårsager omfattende revnedannelse af dets krystaller).
Termokemisk
Termokemiske ændringer involverer nedbrydning af sprængstoffer og bindemidler, tab af styrke af bindemiddel, når det blødgør eller smelter, eller afstivning af bindemidlet, hvis den øgede temperatur forårsager tværbinding af polymerkæderne. Ændringerne kan også ændre materialets porøsitet væsentligt, hvad enten det forøges (brud på krystaller, fordampning af komponenter) eller formindskes (smeltning af komponenter). Størrelsesfordelingen af krystallerne kan også ændres, fx ved Ostwald modning . Termokemisk nedbrydning begynder at forekomme ved krystalnhomogeniteterne, f.eks. Intragranulære grænseflader mellem krystalvækstzoner, på beskadigede dele af krystallerne eller på grænseflader af forskellige materialer (f.eks. Krystal / bindemiddel). Tilstedeværelse af defekter i krystaller (revner, hulrum, opløsningsmidler indeslutninger ...) kan øge eksplosivstoffets følsomhed over for mekaniske stød.
Nogle eksempler på PBX'er
| Navn | Eksplosive ingredienser | Bindemiddelingredienser | Anvendelse |
|---|---|---|---|
| EDC-29 | β- HMX 95% | 5% HTPB | UK sammensætning |
| EDC-37 | HMX / NC 91% | 9% polyurethan gummi | |
| LX-04-1 | HMX 85% | Viton -A 15% | Høj hastighed; atomvåben ( W62 , W70 ) |
| LX-07-2 | HMX 90% | Viton -A 10% | Høj hastighed; atomvåben ( W71 ) |
| LX-09-0 | HMX 93% | BDNPA 4,6%; FEFO 2,4% | Høj hastighed; atomvåben ( W68 ). Udsat for forringelse og adskillelse af blødgøreren og bindemidlet . Forårsagede alvorlige sikkerhedsproblemer. |
| LX-09-1 | HMX 93,3% | BDNPA 4,4%; FEFO 2,3% | |
| LX-10-0 | HMX 95% | Viton -A 5% | Høj hastighed; atomvåben ( W68 (erstattet LX-09), W70 , W79 , W82 ) |
| LX-10-1 | HMX 94,5% | Viton- A 5,5% | |
| LX-11-0 | HMX 80% | Viton -A 20% | Høj hastighed; atomvåben ( W71 ) |
| LX-14 -0 | HMX 95,5% | Estane & 5702-Fl 4,5% | |
| LX-15 | HNS 95% | Kel-F 800 5% | |
| LX-16 | PETN 96% | FPC461 4% | FPC461 er en vinylchlorid : chlortrifluorethylen- copolymer, og dens respons på gammastråler er blevet undersøgt. |
| LX-17-0 | TATB 92,5% | Kel-F 800 7,5% | Høj hastighed, ufølsom ; atomvåben ( B83 , W84 , W87 , W89 ) |
| PBX 9007 | RDX 90% | Polystyren 9,1%; DOP 0,5%; kolofonium 0,4% | |
| PBX 9010 | RDX 90% | Kel-F 3700 10% | Høj hastighed; atomvåben ( W50 , B43 ) |
| PBX 9011 | HMX 90% | Estane og 5703-Fl 10% | Høj hastighed; atomvåben ( B57 mods 1 og 2) |
| PBX 9205 | RDX 92% | Polystyren 6%; DOP 2% | Oprettet i 1947 i Los Alamos, senere givet PBX 9205-betegnelsen. |
| PBX 9404 | HMX 94% | NC 3%; CEF 3% | Høj hastighed; atomvåben , meget udbredt ( B43 , W48 , W50 , W55 , W56 , B57 mod 2, B61 mods 0, 1, 2, 5, W69 ). Alvorlige sikkerhedsproblemer relateret til ældning og nedbrydning af nitrocellulosebindemidlet. |
| PBX 9407 | RDX 94% | FPC461 6% | |
| PBX 9501 | HMX 95% | Estan 2,5%; BDNPA-F 2,5% | Høj hastighed; atomvåben ( W76 , W78 , W88 ). En af de mest omfattende undersøgte højeksplosive formuleringer. |
| PBS 9501 | - | Estan 2,5%; BDNPA-F 2,5%; sigtet hvidt sukker 95% | inert simulant af mekaniske egenskaber i PBX 9501 |
| PBX 9502 | TATB 95% | Kel-F 800 5% | Høj hastighed, ufølsom ; hovedstol i nylige amerikanske atomvåben ( B61 mods 3, 4, 6-10, W80 , W85 , B90 , W91 ), monteret på tidligere sprænghoveder for at erstatte mindre sikre eksplosiver. |
| PBX 9503 | TATB 80%; HMX 15% | Kel-F 800 5% | |
| PBX 9604 | RDX 96% | Kel-F 800 4% | |
| PBXN-103 | ammoniumperchlorat 40%, Aluminium 27%, TMETN 23% | TEGDN 2,5% | Mk-48 Torpedoer |
| PBXN-106 | RDX 75% | polyethylenglycol / BDNPA-F bindemiddel | Flådeskaller |
| PBXN-107 | RDX 86% | polyacrylat bindemiddel | BGM-109 Tomahawk- missiler |
| PBXN-
109 |
RDX 64%, aluminium 20% og bindemiddel 16% | HTPB, DOA (dioctyladipat) og IPDI (isophorondiisocyanat) | |
| PBXN-
110 |
HMX 88% | ||
| PBXN-
111 |
RDX 20%, AP 43%, Aluminium 25% | ||
| PBXN-3 | RDX 85% | Nylon | AIM-9X Sidewinder Missile |
| PBXN-5 | HMX 95% | fluorelastomer 5% | Flådeskaller |
| PBXN-9 | HMX 92% | HYTEMP 4454 2%, Diisooctyladipat (DOA) 6% | Forskellige |
| X-0242 | HMX 92% | polymer 8% | |
| XTX 8003 | PETN 80% | Sylgard 182 ( silikongummi ) 20% | Ekstrudérbar med høj hastighed; atomvåben ( W68 , W76 ) |
Referencer
- ^ a b Akhavan, Jacqueline (2004-01-01). Sprængstoffets kemi (2. udgave). ISBN 978-0-85404-640-9.
- ^ James R.Bates; WWLauderdale; Harold Kernaghan (april 1979). "ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) opsigelsesrapport" (pdf-8.81 mb) . NASA-kontor for videnskabelig og teknisk information . Hentet 29-06-2014 .CS1 maint: bruger forfatterparameter ( link )
- ^ a b Carey Sublette (1999-02-20). "4.1.6.2.2.5 Eksplosiver" . 4. Ingeniørarbejde og design af atomvåben: 4.1 Elementer af fissionsvåbendesign . Hentet 08.02.2010 .
- ^ a b c d e f Blaine Asay, red. (2009). Ikke-chokinitiering af eksplosiver . Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-88089-9.
- ^ Sarah C. Chinn; Thomas S. Wilson; Robert S. Maxwell (marts 2006). "Analyse af strålingsinduceret nedbrydning i FPC-461 fluorpolymerer ved multinuklear NMR med variabel temperatur" (PDF) . Polymernedbrydning og stabilitet . 91 (3): 541-547. doi : 10.1016 / j.polymdegradstab.2005.01.058 .CS1 maint: bruger forfatterparameter ( link )
- ^ Anders W. Lundberg. "Høje eksplosiver i lagerbeholdningsovervågning angiver bestandighed" (PDF) . Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
- ^ Kinetics of PBX 9404 Aging Alan K. Burnhamn; Laurence E. Fried. LLNL, Uklassificeret, 2007-04-24 (pdf)
- Cooper, Paul W. Explosives Engineering . New York: Wiley-VCH, 1996. ISBN 0-471-18636-8 .
- Norris, Robert S., Hans M. Kristensen og Joshua Handler. "B61-familien af bomber" , http://thebulletin.org , The Atomic Scientists Bulletin , jan / feb 2003.