This article is available in PDF-format, in colour, at:

Podobne dokumenty
This article is available in PDF-format, in colour, at:

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, Obliczenia na podstawie wzorów chemicznych

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

Informacja do zadań 1. i 2. Zadanie 1. (2 pkt) Zadanie 2. (2 pkt)

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

PODSTAWOWE POJĘCIA I PRAWA CHEMICZNE

TECHNOLOGIA CHEMICZNA JAKO NAUKA STOSOWANA GENEZA NOWEGO PROCESU TECHNOLOGICZNEGO CHEMICZNA KONCEPCJA PROCESU

XXI KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2013/2014

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

I. Substancje i ich przemiany

TERMOCHEMIA SPALANIA

TERMOCHEMIA SPALANIA

Procentowa zawartość sodu (w molu tej soli są dwa mole sodu) wynosi:

CIEPŁO (Q) jedna z form przekazu energii między układami termodynamicznymi. Proces przekazu energii za pośrednictwem oddziaływania termicznego

Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów organicznych WGW-8 EU

2. Podczas spalania 2 objętości pewnego gazu z 4 objętościami H 2 otrzymano 1 objętość N 2 i 4 objętości H 2O. Jaki gaz uległ spalaniu?

Chemia Grudzień Styczeń

Węglowodory poziom podstawowy

OBLICZENIA STECHIOMETRIA STECHIOMETRIA: INTERPRETACJA ILOŚCIOWA ZJAWISK CHEMICZNYCH

Kryteria oceniania z chemii kl VII

Odwracalność przemiany chemicznej

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

Bilans potrzeb grzewczych

BILANS CIEPLNY CZYNNIKI ENERGETYCZNE

STABILNOŚĆ TERMICZNA TWORZYW SZTUCZNYCH

Obliczenia chemiczne

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW. Eliminacje rejonowe II stopień

podstawami stechiometrii, czyli działu chemii zajmującymi są obliczeniami jest prawo zachowania masy oraz prawo stałości składu

Projektowanie Biznesu Ekologicznego Wykład 2 Adriana Zaleska-Medynska Katedra Technologii Środowiska, p. G202

Ćwiczenia audytoryjne z Chemii fizycznej 1 Zalecane zadania kolokwium 1. (2018/19)

Prowadzący: dr hab. inż. Agnieszka Gubernat (tel. (0 12) ;

a) 1 mol b) 0,5 mola c) 1,7 mola d) potrzebna jest znajomość objętości zbiornika, aby można było przeprowadzić obliczenia

ARKUSZ 1 POWTÓRZENIE DO EGZAMINU Z CHEMII

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

Termochemia efekty energetyczne reakcji

1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

Termochemia elementy termodynamiki

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

STECHIOMETRIA SPALANIA

Ogrzewnictwo / Bożena Babiarz, Władysław Szymański. wyd. 2 zaktualizowane. Rzeszów, cop Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów 9

dr Dariusz Wyrzykowski ćwiczenia rachunkowe semestr I

Nazwy pierwiastków: A +Fe 2(SO 4) 3. Wzory związków: A B D. Równania reakcji:

Spotkania z fizyka 2. Rozkład materiału nauczania (propozycja)

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Wymagania edukacyjne na poszczególne śródroczne oceny klasyfikacyjne z przedmiotu chemia dla klasy 7 w r. szk. 2019/2020

CHEMIA klasa 1 Wymagania programowe na poszczególne oceny do Programu nauczania chemii w gimnazjum. Chemia Nowej Ery.

ECONOMIC ORDER QUANTITY (EOQ)

Politechnika Rzeszowska - Materiały inżynierskie - I DUT / dr inż. Maciej Motyka

uczeń opanował wszystkie wymagania podstawowe i ponadpodstawowe

Zadanie 2. (1 pkt) Jądro izotopu U zawiera A. 235 neutronów. B. 327 nukleonów. C. 143 neutrony. D. 92 nukleony

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów

Instalacja testowa do wytwarzania biowęgla z różnych rodzajów biomasy

STECHIOMETRIA SPALANIA

Wskaż grupy reakcji, do których można zaliczyć proces opisany w informacji wstępnej. A. I i III B. I i IV C. II i III D. II i IV

KONKURS CHEMICZNY ROK PRZED MATURĄ

Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1 1

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚLĄSKIEGO W ROKU SZKOLNYM 2015/2016 CHEMIA

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. I

WYMAGANIA NA POSZCZEGÓLNE STOPNIE SZKOLNE Z CHEMII klasa I

Liczba cząsteczek w 1 molu. Liczba atomów w 1 molu. Masa molowa M

TECHNOLOGIA PLAZMOWA W ENERGETYCZNYM ZAGOSPODAROWANIU ODPADÓW

I II I II III II. I. Wartościowość pierwiastków chemicznych. oznacza się cyfrą rzymską. tlenek żelaza (III) C IV O II 2

PROJEKT: Innowacyjna usługa zagospodarowania popiołu powstającego w procesie spalenia odpadów komunalnych w celu wdrożenia produkcji wypełniacza

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

Materiały budowlane - systematyka i uwarunkowania właściwości użytkowych

Wymagania programowe na poszczególne oceny z chemii w kl.1. I. Substancje i ich przemiany

Nazwy pierwiastków: ...

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

Chemia fizyczna/ termodynamika, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1 1

This article is available in PDF-format, in colour, at:

CHEMIA I GIMNAZJUM WYMAGANIA PODSTAWOWE

WPŁYW ZANIECZYSZCZEŃ I DODATKÓW GAZOWYCH NA WŁASNOŚCI FIZYCZNE MIESZANIN ODDECHOWYCH

OPRACOWANIE TECHNOLOGII ZGAZOWANIA WĘGLA DLA WYSOKOEFEKTYWNEJ PRODUKCJI PALIW I ENERGII ELEKTRYCZNEJ

podstawowa/chemia/jak-zmienia-sie-podreczniki-dostosowane-do-nowej-podstawy-

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie OLIMPIADA O DIAMENTOWY INDEKS AGH 2017/18 CHEMIA - ETAP I

-wszystkie substancje (pierwiastki lub zw chem) które biorą udział w reakcji chemicznej nazywamy reagentami

BADANIA ŻELIWA CHROMOWEGO NA DYLATOMETRZE ODLEWNICZYM DO-01/P.Śl.

(1) Równanie stanu gazu doskonałego. I zasada termodynamiki: ciepło, praca.

... imię i nazwisko,nazwa szkoły, miasto

Stabilność związków nieorganicznych - rozwaŝania termodynamiczne.

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2014/2015

RECYKLING SUROWCOWY POLIOLEFIN I POLISTYRENU

Budowa atomu Poziom: podstawowy Zadanie 1. (1 pkt.)

Cz. I Stechiometria - Zadania do samodzielnego wykonania

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek

Piroliza odpadowych poliolefin

Program Analiza systemowa gospodarki energetycznej kompleksu budowlanego użyteczności publicznej

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2010/2011

Skraplanie czynnika chłodniczego R404A w obecności gazu inertnego. Autor: Tadeusz BOHDAL, Henryk CHARUN, Robert MATYSKO Środa, 06 Czerwiec :42

Wymagania edukacyjne z fizyki w klasie drugiej gimnazjum rok szkolny 2016/2017

Transkrypt:

5 This article is available in PDF-format, in colour, at: www.wydawnictwa.ipo.waw.pl/materialy-wysokoenergetyczne.html Materiały Wysokoenergetyczne / High Energy Materials, 2018, 10, 5 12; DOI: 10.22211/matwys/0164 ISSN 2083-0165 Copyright 2018 Institute of Industrial Organic Chemistry, Poland Article is available under the Creative Commons Attribution-Noncommercial-NoDerivs 3.0 license CC BY-NC-ND 3.0. Praca doświadczalna / Research paper Wpływ dodatku tworzyw sztucznych na skład produktów gazowych powstałych po detonacji materiału wybuchowego typu Influence of the addition of plastics on the content of postdetonation gaseous products of explosive Jolanta Biegańska O1,*), Krzysztof Barański O2,**), Ganbold Tumen-Ulzii ***) Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, ul. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, PL O - https://orcid.org/: 1) 0000-0003-2356-3247; 2) 0000-0001-7238-3934 E-mails: *) biega@agh.edu.pl; **) baranski@agh.edu.pl; ***) bold_4277@yahoo.com Streszczenie: W artykule przedstawiono wyniki analizy termodynamicznej saletroli modyfikowanych dodatkiem tworzyw sztucznych. Analiza wykonana została w oparciu o program komputerowy ZMWCyw. Zaprezentowano zmiany składu powstałych produktów gazowych w zależności od procentowego dodatku wybranego polimeru. Dokonano analizy ilościowej oraz jakościowej pierwotnych gazów postrzałowych powstałych w wyniku detonacji zmodyfikowanych kompozycji. Abstract: The results of the analysis of thermodynamic explosive material modified with the addition of plastics, is presented. The analysis was made in the ZMWCyw computer program. Changes in the content of the resulting gaseous products depending on the percentage of the selected polymer are presented. Quantitative and qualitative analysis of primary gaseous products resulting from the detonation of modified compositions was performed. Słowa kluczowe:, tworzywa sztuczne, obliczenia termodynamiczne Keywords:, plastics, thermodynamic calculations Symbole i skróty saletrol (ang. Ammonium Nitrate Fuel Oil) MW materiał wybuchowy PE polietylen PP polipropylen PS polistyren PU poliuretan PVC polichlorek winylu SA azotan(v) amonu (saletra amonowa) 1. Wprowadzenie W artykule przedstawiono wyniki obliczeń termodynamicznych modyfikacji materiałów wybuchowych (MW) typu wybranymi tworzywami sztucznymi: polietylenem (PE), polipropylenem (PP), poliuretanem (PU),

6 J. Biegańska, K. Barański, G. Tumen-Ulzii polichlorkiem winylu (PVC), polistyrenem (PS). W literaturze krajowej można znaleźć wiele publikacji dotyczących badania parametrów użytkowych saletroli oraz wpływu różnych dodatków na jego właściwości użytkowe, m.in. [1-3]. Obliczenia wykonano w programie komputerowym ZMWCyw [4]. Program ten pozwala obliczyć najważniejsze parametry termodynamiczne materiałów wybuchowych takie jak: energia standardowa, ciśnienie wybuchu, temperatura wybuchu, ciepło wybuchu w stałej objętości, siła wybuchu, objętość gazów w warunkach standardowych. Ponadto oszacowano bilans tlenowy poszczególnych mieszanek wybuchowych posługując się arkuszem kalkulacyjnym Microsoft Office Excel wykorzystując w tym celu algorytm opisany w normie BN-80/6091-42 [5]. Obliczenia wykonywane były w wariancie zastępowania oleju wybranym polimerem w przedziale 0-2% ze stałym krokiem zmiany pojedynczej iteracji wynoszącym 0,5%. Parametry te zostały obliczone i przedstawione w artykule [6]. Jedną z ważnych funkcji programu ZMWCyw jest określenie przybliżonego składu produktów gazowych powstałych w wyniku detonacji. Program dostarcza tym samym istotnych informacji na temat składu jakościowego i ilościowego powstających produktów wybuchu. Poza ilością tworzących się gazów ważny jest również ich skład chemiczny oraz ewentualna ilość i rodzaj produktów w stanie ciekłym lub stałym. Na etapie projektowania nowego materiału wybuchowego lub modyfikacji właściwości już istniejącego MW ważne jest sprawdzenie, nie tylko jego potencjalnych parametrów energetycznych oraz użytkowych, ale również przewidywanego składu pierwotnych produktów wybuchu w celu określenia ich szkodliwości dla środowiska i zdrowia ludzkiego. Dla wyników obliczeń termodynamicznych zaprezentowanych w pracy [6] dokonano analizy ilościowej i jakościowej struktury gazów postrzałowych tworzących się w wyniku detonacji MW typu zawierających domieszki polimerów w różnych proporcjach. 2. Metodyka wykonania obliczeń Zawartości produktów gazowych dla poszczególnych symulacji wykonanych dla każdego polimeru pokazano na wykresach graficznych. W interpretacji wyników posłużono się nazewnictwem wprowadzonym w artykule [6]. Wykaz przyjętych oznaczeń przedstawia tabela 1. Tab. 1. Skład chemiczny modyfikowanych mieszanin zawierających wybrane polimery w ilości od 0,0% do 2,0% przy stałej zawartości saletry amonowej wynoszącej 94% [6] Nazwa składnika Zawartość składnika [%] Saletra amonowa 94,0 94,0 94,0 94,0 94,0 Olej 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 Polimer 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Zastosowany polimer Oznaczenie MW Polietylen (PE) PE0,5/SA PE1,0/SA PE1,5/SA PE2,0/SA Polipropylen (PP) PP0,5/SA PP1,0/SA PP1,5/SA PP2,0/SA Poliuretan (PU) PU0,5/SA PU1,0/SA PU1,5/SA PU2,0/SA Polichlorek winylu (PVC) PVC0,5/SA PVC1,0/SA PVC1,5/SA PVC2,0/SA Polistyren (PS) PS0,5/SA PS1,0/SA PS1,5/SA PS2,0/SA Dane termodynamiczne przyjętych do obliczeń, pozyskane zostały z tabel termochemicznych prezentowanych na stronie Internetowej amerykańskiego uniwersytetu: Purdue University w West Lafayette(USA, stan Indiana) [7]. Zestawienie przyjętych do obliczeń wartości zaprezentowano w tabeli 2. Wykorzystano również dane termodynamiczne podstawowych składników bazowego znajdujących się w bazie programu ZMWCyw oraz normie PN-EN 13631-15 2007 [8].

Wpływ dodatku tworzyw sztucznych na skład produktów gazowych powstałych po detonacji... 7 Tab. 2. Zestawienie wartości energii wewnętrznej, gęstości, bilansu tlenowego oraz wzorów chemicznych polimerów wprowadzonych do bazy programu ZMWCyw(Opracowanie własne na podstawie [6]) Nazwa polimeru Wzór chemiczny monomeru Wzór chemiczny do programu ZMWCyw* Standardowa energia wewnętrzna [cal/g] Standardowa energia wewnętrzna [kj/kg] Gęstość [g/cm 3 ] Bilans tlenowy [%] Polietylen (PE) CH 2-CH 2 C,2,H,4 453,00 1896,62 0,90 342,86 Poliuretan (PU) [O-CO-NH] C,536,H,987, N,12,O,140 910,00 3809,98 1,05 196,41 Polichlorek winylu (PCV) [CH 2CHCl] C,2,H,3,Cl,1 315,75 1322,00 1,00 128,00 Polipropylen (PP) [CH 2CH(CH 3)] C,3,H,6 471,00 1971,98 0,90 342,86 Polistyren (PS) [CH 2CH(C 6H 5)] C,8,H,8 106,00 443,80 1,05 307,68 *przy wprowadzaniu wzoru chemicznego do bazy programu nie stosuje się indeksowania wartości a poszczególne pierwiastki i liczby cząsteczek oddziela się przecinkiem. 3. Ilościowa i jakościowa analiza zmian zawartości produktów gazowych dla poszczególnych MW typu modyfikowanych polimerami W interpretacji wyników odniesiono się do wartości bilansu tlenowego poszczególnych mieszanin (rys. 1) oraz objętości produktów gazowych (rys. 2). Komentarze i uwagi do tych wykresów zostały zwarte w publikacji [6]. Całkowitą ilość moli gazowych powstałych w wyniku detonacji 1 kg MW dla różnych wariantów obliczeń przedstawia tabela 3. Zestawienie ilościowe i jakościowe produktów gazowych dla poszczególnych symulacji obliczeń przedstawiają rys. 3-7. Wartości na wykresach zostały przedstawione z notacją naukową. Z powodu dużego rozrzutu danych wykresy przedstawiono w skali logarytmicznej. 3 2,31 Bilans tlenowy, % 2 1 0-0,58-0,99-1 -1,28-1,33-1,49-2,09-1,69-1,89-2,09-2,09-2,04-2,01-1,99-2 -2,07-2,04-2,01-1,99-2,09-2,09-2,07-3 0,11 1,21 0,18 0,94 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Zawartość dodatku, % POLIETYLEN POLICHLOREK WINYLU POLISTYREN POLIURETAN POLIPROPYLEN BILANS OPTYMALNY- ZEROWY Rys. 1. Wykres zmian bilansu tlenowego dla MW typu z dodatkiem wybranych polimerów w wariancie stałej zawartości oleju i zmniejszającej się ilości saletry amonowej [6]

8 J. Biegańska, K. Barański, G. Tumen-Ulzii Tab. 3. Całkowita ilość moli gazowych powstałych po detonacji 1 kg MW typu o składzie chemicznym modyfikowanym polimerami Nazwa polimeru Zawartość polimeru [%] 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 PE(0,5-2,0)/SA 4,394E+01 4,392E+01 4,391E+01 4,389E+01 4,388E+01 PU(0,5-2,0)/SA 4,394E+01 4,368E+01 4,342E+01 4,325E+01 4,319E+01 PVC(0,5-2,0)/SA 4,394E+01 4,356E+01 4,326E+01 4,316E+01 4,309E+01 PP(0,5-2,0)/SA 4,394E+01 4,392E+01 4,391E+01 4,389E+01 4,388E+01 PS(0,5-2,0)/SA 4,394E+01 4,379E+01 4,364E+01 4,350E+01 4,335E+01 Objętość gazów w warunkach standardowych, l/kg 1005 997,40 997,40 997,10 997,40 996,70 996,40 996,00 997,40 997,10 995 997,40 994,10 996,70 996,40 996,00 991,50 990,70 985 975 988,80 985,60 981,90 981,80 979,80 987,40 984,10 980,30 978,10 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Zawartość dodanego dodatku, % POLIETYLEN POLIURETAN POLICHLOREK WINYLU POLIPROPYLEN POLYSTYREN Rys. 2. Wykres zmian objętości produktów gazowych dla MW typu z dodatkiem wybranych polimerów [6] 3.1. Polietylen i polipropylen Analiza wykresów składu gazów postrzałowych oraz zmian objętość produktów gazowych MW typu modyfikowanych polietylenem i polipropylenem w przedziale 0,0-2,0% wskazuje na niewielkie zmiany ilościowe i jakościowe powstających produktów w stosunku do składu gazów bazowego. Saletrole modyfikowane tymi polimerami będą również cechować się podobnym bilansem tlenowym w stosunku do wyjściowego składu oraz zbliżoną objętością produktów gazowych. W wariancie zmiennej ilości oleju polimer zastępuje olej będący związkiem o podobnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Polietylen i polipropylen wykazują duże podobieństwa do oleju: a) podobna energia tworzenia: olej: 1828.00 kj/kg, polietylen: 1896,62 kj/kg, polipropylen: 1971,98 kj/kg; b) zbliżona gęstość: olej: 0,84 g/cm 3, polietylen: 0,90 g/cm 3, polipropylen: 0,90 g/cm 3 ; c) podobny jakościowo skład atomowy: zarówno olej, jak i polietylen i polipropylen są związkami węgla i wodoru,

Wpływ dodatku tworzyw sztucznych na skład produktów gazowych powstałych po detonacji... 9 d) Podobny stosunek atomów węgla do atomów wodoru, który wynosi: dla oleju: C-32,00% do H-68,00%. (współczynnik 0,32), dla polietylenu: C-33,33% do H-66,66% (współczynnik 0,33) rys. 3. dla polipropylenu: C-33,33% do H-66,66% (współczynnik 0,33) rys. 4. PE0,5/SA PE1,0/SA PE1,5/SA PE2,0/SA Rys. 3. Wykres ilościowych i jakościowych zmian składu produktów gazowych MW typu o składzie chemicznym modyfikowanym polietylenem w ilościach 0,0-2,0% /SA PP0,5/SA PP1,0/SA PP1,5/SA PP2,0/SA Rys. 4. Wykres ilościowych i jakościowych zmian składu produktów gazowych MW typu o składzie chemicznym modyfikowanym polipropylenem w ilościach 0,0-2,0% Tlenek węgla CO Tlenek węgla CO Tlenek azotu (IV) NO2 Tlenek azotu (IV) NO2

10 J. Biegańska, K. Barański, G. Tumen-Ulzii 3.2. Poliuretan Wraz ze wzrostem zawartości poliuretanu w składzie maleje objętość produktów gazowych. Zawartość podstawowych produktów gazowych tj. diazotu (N 2), ditlenku węgla (CO 2), oraz pary wodnej (H 2O) pozostają na stałym poziomie niezależnie od zawartości poliuretanu. Poliuretan ze względu na zawartość tlenu w swojej strukturze ma mniej ujemny bilans tlenowy ( 196,41%) od oleju ( 352,47%) dlatego na skutek zastępowania oleju tym polimerem wzrasta finalny bilans tlenowy mieszaniny. Wartość zerowego bilansu tlenowego uzyskiwana jest przy około 1,5% zawartości PU w mieszaninie. Wzrost ilości tlenu w mieszaninie prowadzi do: a) zwiększenia ilości tlenków azotu (NO 2, N 2O oraz NO), b) zmniejszenia ilości tlenku węgla (CO) oraz, co jest z tym związane, zwiększenie ilości wolnego tlenu (O 2). Ponieważ poliuretan nie wprowadza nowych pierwiastków do struktury jakościowy skład zmodyfikowanych saletroli nie ulega zmianie (nie powstają nowe produkty gazowe rys. 5). 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 PU0,5/SA PU1,0/SA PU1,5/SA PU2,0/SA Rys. 5. Wykres ilościowych i jakościowych zmian składu produktów gazowych MW typu o składzie chemicznym modyfikowanym poliuretanem w ilościach 0,0-2,0% 3.3. Polichlorek winylu Najwyższe właściwości energetyczne uzyskuje się przy zastępowaniu oleju 0,5% polichlorkiem winylu, gdyż polimer ten ma także najwyższy spośród analizowanych związków bilans tlenowy ( 128,00%); niestety obecny w jego strukturze chlor podczas detonacji jest odpowiedzialny za niekorzystną strukturę jakościową gazów postrzałowych. Wysoka reaktywność chloru dodatkowo przyczynia się do wzrostu parametrów energetycznych zawierającego PVC rys. 6. Wraz ze wzrostem zawartości polichlorku winylu w strukturze maleje objętość produktów gazowych. Zawartość podstawowych produktów gazowych tj. diazotu (N 2), ditlenku węgla (CO 2), oraz pary wodnej (H 2O) pozostaje na stałym poziomie niezależnie od zawartości polichlorku winylu. Ze względu na zawartość chloru w strukturze tego polimeru podczas detonacji dochodzi do istotnej zmiany jakościowej składu produktów wybuchu: powstaje chlorowodór HCl w postaci gazowej, którego ilość zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości PVC ponadto duża cześć chloru nie wchodzi w żadne reakcje chemiczne z pozostałymi składnikami przechodząc przemianę fazową bezpośrednio do fazy gazowej (sublimacja). Tlenek węgla CO Tlenek azotu (IV) NO2

Wpływ dodatku tworzyw sztucznych na skład produktów gazowych powstałych po detonacji... 11 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 1,00E-12 Chlor Cl Clorowodór HCl PVC0,5/SA PVC1,0/SA VC1,5/SA PVC2,0/SA Rys. 6. Wykres ilościowych i jakościowych zmian składu produktów gazowych MW typu o składzie chemicznym modyfikowanym polichlorkiem winylu w ilościach 0,0-2,0% 3.4. Polistyren Wraz ze wzrostem zawartości polistyrenu w składzie maleje objętość produktów gazowych. Zawartość podstawowych produktów gazowych tj. diazotu (N 2), ditlenku węgla (CO 2), oraz pary wodnej (H 2O) pozostają na stałym poziomie niezależnie od zawartości polistyrenu. Polistyren ma niewiele korzystniejszy bilans tlenowy ( 307,16%) od oleju ( 352,47%) dlatego na skutek zastępowania oleju tym polimerem finalny bilans tlenowy mieszaniny cechuje się niższą dynamiką wzrostu niż w przypadku poliuretanu i polichlorku winylu. Niewielki wzrost ilości tlenu w mieszaninie prowadzi do: a) stopniowego, powolnego zwiększenia ilości tlenków azotu (NO 2, N 2O oraz NO), b) stopniowego, powolnego zmniejszenia ilości tlenku węgla (CO) oraz, co jest z tym związane, wolnego tlenu (O 2) rys. 7. PS0,5/SA PS1,0/SA PS1,5/SA PS2,0/SA Rys. 7. Wykres ilościowych i jakościowych zmian składu produktów gazowych MW typu o składzie chemicznym modyfikowanym polistyrenem w ilościach 0,0-2,0% Tlenek węgla CO Tlenek wegla CO Tlenek azotu (IV) NO2 Tlenek azotu(iv) NO2

12 J. Biegańska, K. Barański, G. Tumen-Ulzii 4. Podsumowanie Wykonane analizy wykazały, że w przypadku modyfikacji składu MW typu w żadnym przypadku obliczeń nie stwierdzono obecności produktów w stałym lub ciekłym stanie skupienia co jest bardzo korzystne. Wykazano bardzo duże podobieństwo polietylenu i polipropylenu co tłumaczy brak istotnych zmian parametrów termodynamicznych w przypadku wymiennego stosowania tych polimerów z olejem w dowolnych proporcjach. Ponieważ te dwa polimery nie wprowadzają do składu MW nowych pierwiastków w stosunku do oleju nie ulegnie zmianie jakościowy skład gazów postrzałowych w porównaniu do podstawowego. Tym samym stosowanie polietylenu i polipropylenu zamiast części oleju może być sposobem na utylizację tych tworzyw sztucznych, których duże ilości zalegają na składowiskach odpadów. Przy obecnie stosowanej mechanizacji produkcji i załadunku MW wprowadzenie tych składników do struktury wymagałoby dużego rozdrobnienia uzyskanego na etapie kruszenia tych związków i równomiernego rozprowadzania w materiale wybuchowym. Taki zabieg stosowany na skalę przemysłową wymagałby usprawnienia procesu technologicznego produkcji lub dostosowania istniejących urządzeń do tego zadania. Przy bardzo dużym rozdrobnieniu możliwe jest uzyskanie bardzo dobrego stopnia wymieszania polimerów z pozostałymi składnikami MW. Korzyści ze stosowania poliuretanu oraz polistyrenu wynikają z mniej ujemnego, w stosunku do oleju, bilansu tlenowego tych związków chemicznych. Przygotowując MW typu o zawartości 0,5% poliuretanu oraz 2,0% polistyrenu można uzyskać zerowy bilans tlenowy oraz poprawić parametry energetyczne MW. Przy takim udziale tych polimerów w składzie wnioski przedstawione dla polietylenu oraz polipropylenu mają również zastosowanie w tym przypadku. Najwyższe parametry energetyczne oraz cieplne spośród wszystkich analizowanych tworzyw sztucznych wykazuje polichlorek winylu. Niestety chlor obecny w jego budowie podczas detonacji jest odpowiedzialny za niekorzystny skład gazów postrzałowych przez co uznanie PVC jako ekologicznego składnika wydaje się bardzo dyskusyjną kwestią i pomimo jego korzystnego wpływu na parametry energetyczne dyskwalifikuje zastosowanie tego tworzywa jako korektora właściwości saletroli. Podziękowanie Praca została zrealizowana z pracy statutowej AGH Nr 11.11.100.597. Literatura [1] Buczkowski D., Zygmunt B., Pągowski W. 2004. Wpływ dodatku substancji nieorganicznych na obniżanie wybuchowości saletry amonowej. Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej 53 (2-3): 95-107. [2] Maranda A., Cichosz Ł. 2010. Badanie wpływu różnych dodatków na prędkość detonacji saletroli. Materiały Wysokoenergetyczne 2: 106-113. [3] Sitkiewicz-Wołodko R., Maranda A. 2016. Analiza wybranych parametrów saletroli i emulsyjnych materiałów wybuchowych. Chemik 70 (1): 3-18. [4] Grys S., Trzciński W. A. 2010. ZMWCyw - Program do obliczeń właściwości termodynamicznych materiałów wybuchowych do użytku cywilnego. Norma PN-EN 13631-15. Instrukcja WAT Warszawa. [5] BN-80/6091-42. Górnicze materiały wybuchowe. Obliczanie parametrów użytkowych. [6] Biegańska J., Barański K. 2017. Wpływ dodatków odpadowych tworzyw sztucznych na parametry energetyczne MW typu. Materiały Wysokoenergetyczne 9: 145-158. [7] Purdue University (West Lafayette, Indiana, USA), tabele termochemiczne. https://engineering.purdue. edu/~propulsi/propulsion/comb/propellants.html [strona dostępna 15.06.2018]. [8] PN-EN 13631-15:2007P.Materiały wybuchowe kruszące Część 15: Obliczanie właściwości termodynamicznych. Received: June 28, 2018 Revised: October 23, 2018 Published: December 14, 2018