炸药(Explosive material),能在极短时间内剧烈燃烧(即爆炸)的物质,是在一定的外界能量的作用下,由自身能量发生爆炸的物质。一般情况下,炸药的化学及物理性质稳定,但不论环境是否密封,药量多少,甚至在外界零供氧的情况下,只要有较强的能量(起爆药提供)激发,炸药就会对外界进行稳定的爆轰式作功。炸药爆炸时,能释放出大量的热能并产生高温高压气体,对周围物质起破坏、抛掷、压缩等作用。
炸药源于我国。至迟在唐代,我国已发明火药(黑色炸药),这是世界上最早的炸药。宋代,黑色炸药已被用于战争,它需要明火点燃,爆炸效力也不大。1831年,英国人比克福德发明了安全导火索,为炸药的应用创造了方便。威力较大的黄色炸药源于瑞典。由瑞典化学家、工程师和实业家诺贝尔发明。1846年,意大利人索布雷罗合成硝化甘油,这是一种爆炸力很强的液体炸药,但使用极不安全。
1859年后,诺贝尔父子对硝化甘油进行了大量研究工作,用“温热法”降服了硝化甘油,于1862年建厂生产。但炸药投产不久,工厂发生爆炸,父亲受了重伤,弟弟被炸死。政府禁止重建这座工厂。诺贝尔为寻求减少搬动硝化甘油时发生危险的方法,只好在湖面上一支驳船上进行实验。一次,他偶然发现,硝化甘油可被干燥的硅藻土所吸附;这种混合物可安全运输。1865年,他发明雷汞雷管,与安全导火索合用,成为硝化甘油炸药等高级炸药的可靠引爆手段。经过不懈地努力,他终于研制成功运输安全,性能可靠的黄色炸药,硅藻土炸药。随后,又研制成功一种威力更大的同一类型的炸药爆炸胶。约10年后,他又研制出最早的硝化甘油无烟火药弹道炸药。此后,各国的科学家们对更高级的炸药的研制从未间断,并取得了可喜的成果。炸药的用途越来越广阔。
苦味酸──1771年由英国的P·沃尔夫首先合成。它是一种黄色结晶体,最初是作为黄色染料使用,1885年法国用它填炮弹之后,才在军事上得到应用。苦味酸是一种猛炸药,在19世纪末使用非常广泛。
雷汞──1779年由英国化学家E·霍 华德发明。雷汞是一种起爆药,它用于配制火帽击发药和针刺药,也可用于装填爆破用的雷管。
硝化纤维(硝化棉)──1838年T·J·佩卢兹首先发现棉花浸于硝酸后可爆炸。1845年德国化学家C·F·舍恩拜发明出硝化纤维。1860年,普鲁士军队的少校E·郐尔茨用硝化纤维制成枪、炮弹的发射药。
硝化甘油──1846年意大利化学家A·索布雷首次制成。硝化甘油是一种烈性液体炸药,轻微震动即会称列爆炸,危险性大,不宜生产。1859年之后,瑞典的A·B·诺贝尔和他的父亲及弟弟共同研究硝化甘油的安全生产方法,终于在1862年用 “温热法”降服了硝化甘油,使之能够比较安全地成批生产。
三硝基甲苯TNT
1863年由TJ·威尔伯兰德在一次失败的实验中发明,但在此后的很多年里一直被认为是由诺贝尔所发明,造成了很大的误解。三硝基甲苯是一种威力很强而又相当安全的炸药,即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了苦味酸。在第二次世界大战结束前,TNT一直是综合性能最好的炸药,被称为 “炸药之王”。精炼的TNT十分稳定。和硝酸甘油不同,它对摩擦,振动,不敏感。即使是受到枪击,也不容易爆炸。因此,需要雷管来启动。它不会与金属发生化学反应或吸收水分。因此,它可以存放多年。但它与碱强烈反应,生成不稳定的化合物。每公斤TNT炸药可产生420万焦耳的能量。值得注意的是TNT比脂肪(38MJ/kg)和糖(17MJ/kg)释放更少的能量,但它会很迅速的释放能量,这是因为它含有氧可作为助燃剂,不需要大气中的氧气。而现今有关爆炸和能量释放的研究,也常常用“公斤TNT炸药”或“吨TNT炸药”为单位,以比较爆炸、地震、行星撞击等大型反应时的能量。梯恩梯(TNT)──1863年由J·威尔勃兰德发明。是一种威力很强而又相当安全的炸药,即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了苦味酸。在第二次世界大战结束前,梯恩梯一直是综合性能最好的炸药,被称为 “炸药之王”。
达纳炸药──1866年由A·B·诺贝尔发明。19世纪60年代,诺贝尔在法国继续进行炸药的研究。在一次事故中,他的弟弟被炸死。父亲受重伤。法国政府禁止其在陆地上进行试验。他只好租了一条驳船,在马拉伦湖上寻起了新的实验室。一次试验中,一只装有硝化甘油瓶破碎,流出的硝化甘油被瓶底下用来减少震动的惰性粉末硅土吸收。诺贝尔意外地发现,硝化甘油与硅土混合物不仅使炸药威力不减,而且生产、使用和搬运更加安全。后来,他用木浆代替了奎土,制成了新的烈性炸药──达纳炸药, “达纳”一词源于希腊文 “威力”。1872年,诺贝尔又制得一种树胶样的胶质炸药──胶质达纳炸药,这是世界上第一种双基炸药。
无烟火药──1884年由法国化学家、工程师P·维埃利最先发明。1845年由舍恩拜因发明的硝化纤维很不安定,曾多次发生火药库爆炸事故。维埃利将其研制成胶质,再压成片状,切条干燥硬化,便制成了第一种无烟火药。这一发明具有极重要的意义。无烟火药燃烧后没有残渣,不发或只发少量烟雾,却可使发射弹丸的射程,弹道平直性和射击精度均有诞生提供了弹药方面的条件。马克沁发明的重机枪,正是由于使用了无烟火药,才得以具备实用价值。
1887年,诺贝尔用也制成了类似的无烟火药。他还制成更加安全而廉价的 “特种达纳炸药”,又称 “特强黄色火药”。诺贝尔的众多发明,使他无愧于 “现代炸药之父”的赞誉。
黑索今──1899年由德国人亨宁发明的。在原子弹出现以前,它是威力最大的炸药,又被称为 “旋风炸药”。在第二次世界大战之后,曾取代了梯恩梯的 “炸药之王”的宝座。
C4——全称为C4塑胶炸药,简称C4,名称由来是每个单分子结构里有4个碳,是一种高效的易爆炸药,如果外边附上黏着性材料,就可以像口香糖那样牢牢地黏附在上面,因此被称为残酷"口香糖"。C4塑胶炸药原产捷克,现在美国也是主要生产国。这种炸药能轻易躲过X光安全检查,这一点是恐怖分子喜欢使用的原因。未经特定嗅识训练的警犬也难以识别它。正是由于C4的这些性质,所以它一般都是各国军队使用的,普通民间难以得到。
黑索金RDX黑索金黑索金(Hexogen,通用符号RDX),化学名为环三亚甲基三硝胺,又名为旋风炸药。化学式为C3H6N6O6,遇明火、高温、震动、撞击、磨擦能引起燃烧爆炸,是一种爆炸力极强大的烈性炸药,比TNT猛烈1.5倍。中文名黑索金外文名cyclonite
Cyclotrimethylenetrinitramine别 名环三亚甲基三硝胺、RDX、旋风炸药、1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷化学式C3H6N6O6分子量222.116CAS登录号121-82-4EINECS登录号204-500-1熔 点205 ℃沸 点747 ℃水溶性不溶密 度1.89 g/cm³外 观白色结晶性粉末闪 点405.6 ℃应 用烈性炸药
黑索金原设想用于医药,后来因为威力巨大(比硝化甘油强,是TNT的158%),被发展作炸药用途,爆速在密度为1.7g/cm3时达8350m/s,而且起爆容易,是综合性极佳的炸药。此外,还用作毒鼠药。1899年德国在发表的专利中首次叙述制造黑索金,当时并没有提出作为炸药而是推荐作为医用药物,后来发表的专利中提出了用于制造无烟发射药。
化学性质比较稳定,在110℃加热152h,化学稳定性不变。50℃长期贮存不分解,遇稀酸、稀碱无变化,遇浓硫酸分解。遇明火、高温、震动、撞击、磨擦能引起燃烧爆炸。是一种爆炸力极强大的烈性炸药,比TNT猛烈1.5倍。
奥克托今(HMX)奥克托今(HMX),化学名称为环四亚甲基四硝胺,是一种有机化合物,化学式为C4H8N8O8,是一种猛性炸药,白色结晶性粉末,有α、β、γ、δ四种晶型,但实际应用的均为常温稳定的β型。熔点281℃。密度1.96g/cm3,无吸湿性,爆速、热稳定性和化学稳定性都超过黑索今,是目前单质猛性炸药中爆炸性能最好的一种。但机械感度比黑索今高、熔点高、且生产成本昂贵,难以单独使用,现仅用于少数导弹战斗部装药、反坦克装药、火箭推进剂的添加剂和作为引爆核武器的爆破药柱等。
奥克托今为白色结晶性粉末,钝化处理过的有其他颜色,造型粉为小颗粒。密度1.96g/cm3,熔点281℃。有四种晶型,常见的为β-HMX。不溶于水,溶于二甲亚砜。氧平衡-22%,爆热5673kJ/㎏,爆速9110m/s(ρ=1.89g/cm3),另有文献报道为9124m/s(ρ=1.84g/cm3),9000m/s(ρ=1.90g/cm3)。做功能力162%,猛度150%。感度较高,撞击感度100%(10kg锤,25cm落高),摩擦感度100%(摆角90°),爆发点327℃(5s)。
六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)
是一种新研制的高爆军用猛炸药。六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW),化学名称为2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷,俗称CL-20,是具有笼型多环硝胺结构的一个高能量密度化合物,由美国的尼尔森(Nielson)博士于1987年首先制得,主要用作推进剂的组分。
六硝基六氮杂异伍兹烷的氧平衡为-10.95%,最大爆速、爆压、密度等几个材料参数都优于奥克托今,能量输出比奥克托今高10-15%,自首次合成便引起了广泛关注。它在常温常压下有四种晶型:α-、β-、γ-及ε-晶型,其中以ε-晶型的结晶密度最大,最为实用。
起爆炸药:initiating explosive priming
敏感度极高、施以很小的能量(轻微撞击、摩擦、火焰或火花)作用即可起爆的从点燃到爆轰的时间极短的炸药。常用的有雷汞、叠氮铅、二硝基重氮酚、三硝基间苯二酚铝等。
1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的发现了一种新型的高炸药点火机理,该机理解释了1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的异常爆炸特性。
该研究将允许对连续力学模型进行系统的改进,以用于准确,可靠地评估材料的性能和安全性。
高度不敏感的炸药与传统炸药相比,可提供更高的安全性,但尚不清楚负责安全特性的物理性质。在炸药中,TATB在安全与能源之间的权衡几乎是独一无二的。
炸药的冲击起爆安全性和爆炸性能的工程模型依赖于物理模型,这些物理模型以热点(形成加速化学反应的局部高温区域)的形成和增长为中心,以控制这些响应。但是,到目前为止,基于热点概念的TATB模型无法同时描述起爆和爆炸方式。这表明在对什么过程会驱使不敏感的高爆炸药爆炸的基本理解上缺少物理学。