Život je džungle. Člověk se pořád za něčím honí.

Bezdýmý prach

5. března 2007 v 18:35 |  Pyrotechnika
Za několik let po objevu, že lze působením kyseliny dusičné na celulosu připravit hořlavou látku, se zrodila myšlenka použít nitrocelulosy jako střeliviny místo černého prachu. Pokusy Schönbeinovy (1846), opakované Pelouzem (1846-1847), ukázaly značnou sílu nitrocelulosy. Zjistilo se, že střela vystřelená náplní nitrocelulosy dává takový průraz jako při trojnásobné náplni černého prachu.
První překážkou pro zavedení nitrocelulosy jako střeliviny byly obtíže s její výrobou. Teprve výroba zavedena Lenkem umožnila použít ve větším měřítku v rakouském dělostřelectvu nitrocelulosy jako střeliviny (1855-1862). Brzy se však ukázalo, že se touto cestou dosáhne velmi rozdílných výsledků. V mnoha případech byla střelba nitrocelulosovými náplněmi nebezpečná, poněvadž vedla k poškození a dokonce i k roztržení dělové hlavně nadměrným tlakem.
Potvrdila se tím dřívější pozorování, že uzavřená nitrocelulosa hoří velmi rychle, daleko rychleji než černý prach, a že je velmi obtížné zmenšit tuto rychlost fysikálním způsobem, např. zvětšováním hustoty nitrocelulosy lisováním. Proto se zkoušelo zpomalit hoření nitrocelulosy přísadou flegmatisujících látek, na př. klihu, vosků nebo tuků.
V tomto směru se částečně zdařily pokusy E. Schultzeho (1864). Schultze připravoval svůj prach tímto způsobem: Dřevo nasekané na zrno rozměru 1-2 mm očistil vyvařením v roztoku sody. Po vyvaření je vybělil chlornanem vápenatým a znitroval směsí kyseliny dusičné a sírové. Znitrovaná zrna stabilisoval varem v roztoku sody, vysušil je a nasytil roztokem dusičnanu draselného nebo barnatého. Po vysušení leštil zrno v bubnu parafinem a získal prach přibližně tohoto složení:
50 % nitrocelulosy a nitrovaných hemicelulos
13 % neznitrované dřevné hmoty
33 % draselného a barnatého ledku
4 % parafinu
Byl to velmi živý prach a nehodil se proto do vojenských zbraní, nýbrž jen do loveckých pušek. Je to pravzor prachu typu "Schultze", používaného v některých zemích (hlavně v Anglii) do loveckých zbraní.
O několik let později se zjistilo, že se nitrocelulosa rozpouští v organických rozpouštědlech, jako je na př. aceton, ethylacetát, směs etheru a alkoholu atd. Po odpaření rozpouštědla zůstane průsvitná blána velké hustoty, která hoří pomaleji než samotná nitrocelulosa (Hartig, 1874).
Řada badatelů se pokoušela využit této vlastnosti nitrocelulosy. Tak na př. Volkmann (1875) zdokonalil Schultzeho prach namáčením znitrovaného dřevného zrna do etheralkoholové směsi. Lepkavá zrna buď mísil s černým prachem, takže se mezi sebou neslepila nýbrž obalila se vrstvou černého prachu, nebo se přímo lisoval na větší tělíska. I když výsledky při použití tohoto prachu byly povzbuzující (používalo se poloviční náplně než u černého prachu), byla výroba zahájená v Rakousku z formálních důvodů vládou zastavena, poněvadž výrobní závod neměl příslušnou licenci.
V dalších letech nacházíme větší množství patentů na použití rozpouštědel k přípravě zrnitého prachu z nitrocelulosy (Spill, 1875; Reid, 1882; Wolf a Förster, 1883). Žádný z těchto způsobů se v praxi neuplatnil. Pouze práce Duttenhofera z Rottweilu (1883-1884) měly určitý přechodný úspěch. Duttenhofer nitroval mírně zvlhčenou celulosu a po stabilisaci ji nasytil ethylacetátem až do vzniku želatinované hmoty. Po vysušení se rohovitá hmota na zrnidle lámala a vzniklá zrna se třídila. V podstatě zvolil Duttenhofer stejný technologický proces, jakým se vyrábí černý prach.
Duttenhoferova prachu se jednu dobu používalo v Německu pod názvem RCP (Rottweil Cellulose Pulver). Nedostatkem tohoto prachu byla nestejnorodost zrn, jež způsobovala, že ohořování nebylo rovnoměrné jako u bezdýmného prachu, který v té době objevil Vieille.
Vieille došel ke svému objevu systematickým výzkumem. Roku 1876 začal studovat hoření výbušin v manometrické bombě, kterou zkonstruoval společně se Sarrauem.
Když zkoumal hoření černého prachu, Vieille zjistil, že tento prach může uhořovat v rovnoběžných vrstvičkách, je-li jeho hustota větší než 1,80 g/cm3(str. 284). Své pokusy rozšířil i na nitrocelulosu a zkoumal její chováni při různé hustotě. Poněvadž se ukázalo, že nelze samotným lisováním připravit nitrocelulosu velké hustoty, použil Vieille již známého principu zvyšování hustoty působení různých rozpouštědel. Získal těsto, které formoval do destiček. Destičky měly velkou (na nitrocelulosu) hustotu (asi 1,65 g/cm3). Vieille zjistil svými pokusy v manometrické bombě, že destičky nového prachu uhořují v rovnoběžných vrstvách. Proto závisí doba hoření destičky na jejím nejmenším rozměru (tedy na tloušťce). Lze tedy tloušťkou destičky regulovat dobu jejího hoření a také koeficient živosti prachu (dp/dt)max, určený v manometrické bombě. Tímto způsobem lze připravit prachy vhodné živosti pro daný kalibr zbraně.
Vieilleův prach byl zakrátko (roku 1885) zaveden ve Francii pod názvem prach B (poudre B). K výrobě tohoto prachu použil Vieille dvojího druhu nízkonitrované nitrocelulosy NC-2, rozpustné ve směsi etheru s alkoholem, která dávala vlastní prachovou hmotu. Dále použil vysokonitrované celulosy NC-1, nerozpustné v etheralkoholové směsi, která byla ve formě vláken vhnětena do prachové hmoty.
V Rusku vypracoval D. I. Mendělejev (1890) methodu výroby bezdýmného prachu. Připravil původní prach z pyrokolodiové bavlny - poměrně vysoce nitrované (12,5 %) celulosy, dokonale rozpustné ve směsi etheru s alkoholem. Roku 1892 byla zahájena výroba tohoto prachu pro lodní děla. Tento druh prachu byl nakonec přijat do výzbroje i v Americe.
Jiný druh bezdýmného prachu - balistit - objevil v roce 1888 Alfred Nobel. Využil schopnosti nitroglycerinu rozpouštět nitrocelulosu. Těkavé nevýbušné rozpouštědlo (ether s alkoholem v tehdejších praších) nahradil rozpouštědlem netěkavým - nitroglycerinem - aktivní výbušinou. Poměr nitrocelulosy k nitroglycerinu, použitý Nobelem, byl 45 : 55. Toto množství nitroglycerinu je poměrně malé a obtížně rozpouští nitrocelulosu. F. Abel a Dewar (1889) proto použili k výrobě nitroglycerinového prachu acetonu, který rozpouští obě aktivní složky, tj. nitrocelulosu i nitroglycerin. Vznikl tak anglický kordit. Mimo Anglii se tohoto prachu nikde nepoužívalo. Přechodně se uplatnily prachy z nitrocelulosy, nitroglycerinu a etheralkoholové směsi jako rozpouštědla. Použití rozpouštědla bylo v obou případech výrobně velmi obtížné. Větší zájem vzbuzoval nitroglycerinový prach bez těkavého rozpouštědla, jehož prvním druhem byl balistit.
Práce na zdokonalení nitroglycerinového prachu bez, těkavých rozpouštědel byly zaměřeny na zmenšování obsahu nitroglycerinu. Výběrem vhodné nitrocelulosy a přísadou netěkavých želatinátorů, tzv. centralitů podle patentů Claeszenových (1910-1914), byl roku 1912 vyroben nový typ nitroglycerinového prachu, tzv. RP-12 nebo RPC-12 (str. 391). V tomto prachu bylo pouze 30 % nitroglycerinu vedle 7 % tzv. centralitu. Tento prach měl velmi důležitou úlohu za první světové války, poněvadž jeho výroba je rychlejší než výroba, nitrocelulosového prachu. Ve značné míře umožnila výroba tohoto prachu centrálním mocnostem klást tak dlouho odpor.
Obrovská spotřeba bezdýmného prachu za první světové války ukázala obtížnost výroby dostatečného množství nitroglycerinu. V Rusku a v Německu se pokoušeli nahradit část nitroglycerinu aromatickými nitrosloučeninami, na př. dinitrotoluenem nebo "tekutým trinitrotoluenem" (olejovitá směs dinitrotoluenů a trinitrotoluenů). Takový prach má veliké výhody. Uvedené nitrosloučeniny dávají ve srovnání s nitroglycerinem prach nižší výbuchové teploty, s menším erosivním účinkem a plamenem. Prachy obsahující vedle nitroglycerinu nitrosloučeniny byly zavedeny v SSSR.
Pokusy nahradit nitroglycerin částečně nebo úplně nitroglykolem nepřinesly očekávaný výsledek, poněvadž vysoké napětí par nitroglykolu způsobuje jeho těkání, což zmenšuje balistickou stabilitu prachu (balistické vlastnosti se mění s postupným vytěkáváním nitroglykolu). Při dalších výzkumech se začalo používat diethylenglykoldinitrátu (nitrodiglykolu), který má, jak se ukázalo, v porovnání s nitroglycerinem velké výhody. Při použití nitroglycerinu lze nitrocelulosu dobře želatinovat, je-li poměr nitroglycerinu k nitrocelulose 60 : 40. Pro nitrodiglykol může být tento poměr mnohem menší, asi 20-45 dílů na 80-85 dílů nitrocelulosy. Nitrodiglykol želatinuje nitrocelulosu lépe než nitroglycerin, což usnadňuje výrobu; přitom vzniká mnohem rovnoměrněji zželatinovaná hmota. Ve složení prachu lze potom také učinit různé změny, např. zvětšit obsah nitrocelulosy nebo přidat složky nerozpustné v nitrodiglykolu, které umožňují odstranit záblesk.
Nitrodiglykolový prach bez rozpouštědla má nižší výbuchové teplo, a proto i opotřebování hlavně je daleko menší.
Gallwitz (1944) uvádí tyto údaje o vlivu výbuchového tepla na opotřebení hlavně: Při použití nitroglycerinového prachu bez rozpouštědla s výbuchovým teplem 950 kcal/kg vydrží hlaveň 1700 ran a při použití podobného prachu s teplem 820 kcal/kg vydrží 3500 ran. Snížení kalorické hodnoty prachu o 130 kcal/kg zvětší životnost dělové hlavně na dvojnásobek.
Další snižování kalorické hodnoty prachu nebylo možné. Dosáhlo se ho teprve použitím nitrodiglykolu místo nitroglycerinu. Vznikl tak prach o výbuchovém teple 690 kcal/kg, čímž se životnost hlavně značně prodloužila až na 15000 až 17000 ran, což znamená obrovskou úsporu oceli.
Dalšími výzkumy byly připraveny bezplamenné prachy. Pokusy v různých zemích, na př. v SSSR, zahrnovaly přidávání aromatických nitrosloučenin do nitrocelulosových prachů a draselných solí do prachů nitroglycerinových. Diglykolový prach se 2 % K2SO4 dává také malý plamen. Za druhé světové války se v Německu a v Anglii přidávalo do diglykolových prachů značné množství nitroguanidinu. Vznikl tak tzv. gudolový prach.
Jiné pokusy o zdokonalení nitrodiglykolového prachu byly založeny na přidávání látek, na př. pentritu (prach nipolit) nebo hexogenu. V obou případech vznikly prachy mimořádně velkého kalorického obsahu. Výroba těchto prachů však nepřekročila poloprovozní měřítko.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama