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子弹的发射药是什么东西?

作者:机械网
文章来源:本站

  子弹的发射药,老早以前是黑火药,现在大多数都是无烟火药。这种火药也可以算作是炸药的一种,但是与炸药还是有区别的。

  黑火药

  炸药能以其不同的性质去分类,例如以其爆炸时扩张的速度去划分。一种物质的爆炸时的速度比音速要快得多(通常是音速十多倍或以上)的,被称作猛炸药。这种炸药就是平时各种武器弹药中装填的,用来产生杀伤力。如果一种物质爆炸速度低得多,就被称作低速炸药,例如火药或者发射药,这类物质通常用来做子弹的发射药。

  先来说说黑火药。黑火药由中国发明,一般是由硫磺、木炭和硝石混合而成。其中,木炭是作为燃料,而硫磺和硝石作为氧化剂。由于火药的燃烧特性,而且还能产生大量气体和热量,因此在早期被当做发射药来使用。由于黑火药作为子弹发射药使用时,会产生大量白烟和残渣(造成装填困难和产生锈蚀),所以在19世纪时,被无烟火药所取代。

  无烟火药

  19世纪80年代,法国化学家,工程师P·维埃利最先发明。当时普遍使用的是舍恩拜发明的硝化纤维,这种方式生成的火药很不稳定,多次发生爆炸事故。P·维埃利将硝化纤维溶解在和酒精里,在其中加入适量的稳定剂,成为胶状物,通过压成片状、切条、干燥(n410kj)硬化,制成了世界上第一种无烟火药。

  无烟火药基本上由单基的硝化纤维,混合超过五成以上的双基硝化甘油,或者以硝化甘油混合三基的硝基胍,以溶剂制成球状、条状或者是片状的发射药,另外还要添加稳定剂与转化剂。双基的发射药,大多数用在小口径武器上,例如手枪或者自动步枪。三基发射药由于威力较大,通常运用在大口径火炮上,例如舰炮、坦克主炮等。

  与黑火药相比,无烟火药的有以下优点:

  1.无烟:无烟火药燃烧后没有残渣,不发生烟雾或者只发生少量烟雾。

  2.有三倍的威力:使用无烟火药可增加弹丸的射程,提高弹道平直性和射击精度。

  无烟火药

  无烟火药的问世,为弹药的开发奠定了基础(一同奠定基础的还有19世纪早期问世的底火)。从19世纪80年代末开始,欧洲国家的军用步枪弹,基本上从大口径黑火药枪弹演变为较小口径无烟火药枪弹。马克沁机枪也是因为使用了无烟火药作发射药,才具有实用的价值。

  不管是子弹还是炮弹,发射药的主要成分都是棉花,即硝化纤维素,它是一种用优质棉花通过药水浸泡,然后根据配方和工艺加工而成的化学物质,也称为“火棉”。

  硝化纤维素的发明充满偶然性,据说是一位化学家不小心将浓硝酸瓶弄倒在桌上,在使用棉质抹布擦拭以后,抹布被蜡烛引燃,引起剧烈爆燃,以此问世的。

  这个故事说明这样一件事——子弹发射药的制造原理非常简单。在生产子弹发射药时,生产工艺流程基本上与这位化学家用抹布擦拭桌子的过程是一样的,区别在于材料更优质、工艺更复杂。

  首先,厂家需要采购大量的优质棉花,将这些棉花进行筛选、干燥处理得到精制棉,称好重量以后放置到反应器里;然后按照工艺要求向反应器内分别倒入合理比例的浓硝酸,当精制棉变成微黄纤维状态以后滤出多余的浓硝酸;接着按工艺要求倒入合理比例的浓硫酸,使微黄棉纤维溶解,形成蓝色或者深绿色聚合物状;最后捞出这些像熔化的塑料一样的硝化纤维素,在生产机器上拉成一定口径的条状物(就像拉面条),冷却以后再切成片、粒状、条形等形态。

  ▼下图为从工厂制备完成并打包的硝化棉(二号强棉),它们会被不同厂家采购回去做为不同商品加工的原材料,比如体育用品厂家会拿去造乒乓球,而送进兵工厂的硝化棉就会被加工成子弹或者炮弹的发射药。

  加工完成的硝化棉就可以用来装填子弹或者炮弹了,根据弹药对发射药的不同性能要求,硝化棉还分为单基硝化棉、双基硝化棉、三基硝化棉三个种类。

  单基硝化棉的主要成分就是用棉花做成的硝化纤维素,它的特点是生产成本低、工艺相对简单,但是发射时燃烧不够充分,目前已经被淘汰;双基硝化棉是在硝化纤维素的基础上再添加一定比例的硝化甘油炸药,它的燃烧非常充分,是子弹、小口径炮弹使用最广泛的发射药;三基硝化棉是在双基硝化棉的基础上添加一定比例的奥克托今炸药制成,主要应用于100mm以上口径的炮弹发射药。

  那么问题就来了:发射药是否属于炸药呢?

  在解答这个问题之前,我们先来认识人类历史上第一种实用化炸药——黑火药。

  黑火药的特点是燃烧反应十分剧烈,反应过程中会释放大量能量和烟气,在密度<1.7克/立方厘米时燃速为500米/秒,并不会发生爆炸,这也是黑火药被当做发射药使用了上千年的原因。

  当装填密度>1.7克/立方厘米时,黑火药才会发生900米/秒~1000米/秒爆速的爆炸,使用雷管引爆时爆速甚至能达到3000米/秒,这就是黑火药在几百年间既能当弹药发射药,又能当弹药装填炸药使用的原因,因此黑火药是彻头彻尾的炸药。

  ▼下图为正在制造鞭炮国内手工作坊,鞭炮就是用黑火药做为装药制造的,因此鞭炮的本质是一种小型炸弹,如果黑火药的装填量以及装填密度足够大,那么鞭炮就成为杀伤力极强的爆炸物,这也是国家对鞭炮的生产和燃放规定越来越严格的原因。

  硝化棉的威力远远大于黑火药,以含氮<11.2%的3号弱棉为例:当受到170℃以上高温作用时发生燃烧,燃速约1800米/秒(乒乓球就是3号弱棉做的,有兴趣的读者可以在安全地带做这个实验)。

  当含氮量超过13.3%时(一号强棉),硝化棉将不再发生爆燃,而是发生爆速达到6300米/秒的剧烈爆炸,而且随着含氮量的上升,其燃点也就越低,当储存环境温度>49℃时即可分解自然,引发爆炸,可见子弹发射药是一种威力堪比TNT的炸药。

  为了确保子弹的绝对安全,人们只能将一号强棉的含氮量降低到11.9%~12%,制成二号强棉,同时加入了一定比例的钝化剂,进一步降低硝化棉的敏感程度,这就是双基发射药,它虽然稳定,但是依旧改变不了它是炸药的本质。

  氮含量的降低提高了硝化棉发射药的安全性,却因此降低了它的威力,尤其是大口径火炮,在使用双基硝化棉发射药时膛压往往达不到要求。

  为了解决这个问题,人们在双基硝化棉发射药的基础上添加一定比例的奥克托今炸药,以此来提高火炮膛压,奥克托今炸药的特点与黑火药颇为相似,即可以在高温下发生剧烈燃烧并释放大量能量,只有在装填密度极高的情况下才会发生爆炸。

  ▼下图为正在准备用焚烧的方式销毁过期炮弹发射药的技术人员,发射药属性是炸药,但是再装填密度达不到爆炸临界点时,明火烧灼只会发生剧烈燃烧,而且没有想象中那么剧烈,甚至没有黑火药剧烈。

  第一、子弹发射药的主要成分是硝化棉,是一种使用优质棉花通过硝化处理后得到的聚合物炸药,即火棉,子弹和炮弹的发射药都是硝化棉做的。

  第二、硝化棉发按照用途可分为一号强棉、二号强棉、三号弱棉三种,其中一号和二号强棉的主要用途是子弹和炮弹的发射药,三号弱棉主要用于工业生产。

  结语

  长期以来,受制于化学工业起步较晚的制约,我国的子弹和炮弹发射药技术始终落后于西方国家,尤其是用于小口径步枪弹的发射药,在研发过程中遇到了当年美国人研发用5.56mm枪弹的WC846发射药同样的问题——残渣多、烟雾大。

  WC846发射药是典型的双基发射药,它的配方是这样的:硝化棉81.4%(一号强棉),硝化甘油10.39%,石墨0.12%,苯二甲酸二丁酯5.16%(钝化剂),水分0.63%以及还有其他微量添加剂。

  为了解决残渣多、烟雾大的问题,1975年美军改用新配方子弹发射药,即WC140发射药,它在WC846发射药的基础上把硝化棉的比例提高到94.5%,另外添加了2%的二硝基甲苯(不是),硝化甘油比例下调至1%,在保持0.12%的石墨添加量不变的情况下再添加0.4%的二氧化锡,该型发射药彻底解决上述问题,同时成为美军子弹发射药的制造标准。

  奇怪的是我国在研发5.8mm枪弹时也按照美军WC140发射药仿制了发射药,但是残渣多、烟雾大的问题时至今日始终无法解决,以至于严重制约了5.8系列枪族的性能发挥,总师对这个事情也只能摇头叹息,可见会造和造好真的是两回事。

  ▼下图为我国仿制的美国WC140型球状发射药,都说我们善于摸着美军的石头过河,但是在美国这样的传统化学工业优势上,我们无法用“抄作业”这一招来实现弯道超车,老老实实搞自主研发才是正道,尽管这样可能暂时落后。

  发射药就是一种缓燃炸药,毕竟他目的是把子弹从膛内推出来,而不是把弹膛给炸了

  上边这个动图是点燃黑火药和点燃无烟火药(现代发射药)的燃烧速度,烟大烧的快的是黑火药,慢的是无烟火药。

  可以说黑火药的燃速比无烟火药更快,但能量密度比较低,无烟火药反之

  你要问发射药是个什么东西...这就很麻烦了,只能说它主要成分是硝化纤维,也就是所谓的火棉,含氮量比较高的就是发射药,比较低的就是以前用来做胶片和乒乓球的赛璐珞,当然,现在发射药一般都是双基的,而且还得加入一些稳定剂之类的,具体配方就不聊了,不然你也不会给我送牢饭不是~

  无烟火药的威力和燃烧效率比黑火药大得多,发射子弹的速度是黑火药的两到三倍,没有随之而来的烟雾和腐蚀残留物。无烟火药可以说像火器的发明一样彻底改变了战争。 两种无烟火药,单基和双基。在另外两种类型中,散装粉末(用于霰弹)不再生产,含硝基胍的三基粉末价格昂贵。 单基粉以硝化纤维素为主要成分;双基火药使用硝化纤维素和硝化甘油。

  与双基粉末相比,单基粉末由于燃烧温度较低而导致较小的孔蚀。单基发射药不容易受环境温度变化的影响,而且更擅长渐进燃烧。双基火药中添加硝化甘油,使其威力明显大于单基火药,因此我们看到双基手枪火药的药量比步枪子弹中使用的单基火药的药量要小。 所有挤出粉末是单基的,用于步枪子弹。球粉是双基的,可用于手枪子弹或小型步枪子弹。片状粉末用于手枪子弹和炮弹(片状粉末和球状粉末因其颗粒形状而得名)。

  仔细观察单个粉末颗粒,你可能会看到它有孔——也就是说,它有一个洞——以帮助渐进燃烧。 除了比黑火药燃烧得更有效、更干净、更彻底之外,渐进式燃烧还让无烟火药成为历史上的一个游戏规则改变者,并在1886年让其他国家疯狂追赶法国。 渐进燃烧增加了气体的产生,而气体是推动子弹进入膛内的动力。想象一粒黑火药慢动作燃烧。当它从外部向内燃烧时,颗粒的表面积变小,随着表面积的缩小,产生的气体越来越少。这叫递减燃烧。

  现在看一粒渐进无烟火药燃烧。渐进粉末颗粒继续输出最大产气量,即使其收缩;它通过控制燃烧速率的物理几何形状(棒、球、薄片、孔)和/或涂层来实现这一点。 如果储存得当,发射药粉末可以保存几十年。 一般燃速较慢的火药适用于较大的口径和较重的子弹,较快的火药最适合较小的口径和较轻的子弹。

  弹药筒长度是粉末燃烧速率的另一个因素。在理想中,子弹到达枪口时,最后一点火药会燃烧,这就是为什么大口径步枪通常使用燃烧最慢的火药,而大口径步枪通常有长弹药筒,也是为什么手枪子弹在短筒中使用双基火药。 现实物理与理想相去甚远:即使是最有效的情况下,枪械也只能将无烟火药30%的势能转化为动能。其余的在热量传递到枪管、摩擦和枪口逸出的未用能量(子弹前方逸出的气体)中损失掉。

  无烟火药还含有其他化学物质,如延长保质期的稳定剂;防静电涂层(石墨)防止静电;抗铜污垢剂(锡)和溶剂,通常是醋酸。 与普遍的误解相反,子弹发射药不是炸药,而是推进剂。区别不仅在于语义,还在于科学定义了它们的物理学行为。炸药在微秒(百万分之一秒)内引爆,产生的压力是发射药的40倍,不适用于枪械。推进剂燃烧得慢得多,以毫秒(千分之一秒)为单位,产生的压力比炸药低得多。

  文革时期武斗意外得到一颗53步骑枪子弹,拆掉弹头,发射药是黑灰色小方片,可以点燃,燃烧不是很剧烈,不像炮竹药那样,瞬间烧完,火焰一米多高。当兵在高炮部队,一次实弹射击前训练,100炮弹上膛,退弹时弹头留在了炮膛里,药桶退下来了,看到发射药是像铅笔芯一样一簇一簇的。

  子弹的火药分为发射药和底火药,发射药就是子弹未发射前,弹壳里装的火药就是发射药,顾名思义,底火里装的就是底火药,这两种火药是不同的。原谅我不能讲得太详细了,很危险的。

  是一种硝基炸药,形式上简单分为单孔发射药和多孔(7孔)发射药。不是黑火药。

  火棉是第一代无烟火药,现代子弹发射药早就不用硝化棉了。

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