の爆発反応帯に さらされた黒鉛 の損傷におけ る特徴

研 究 払 文

PETN

の爆発反応帯に さらされた黒鉛 の損傷におけ る特徴

川 村 和 郎'

.

%鉛粉未を

爆薬 と混合 して爆発 させ,黒鉛試料を回収 し.典籍が受けた舵遜上の組み を

線回折.

脚定 .花子邪教統呪寮に よって調べて次の知 見を得た｡( I ) 無鉛裁面軌 土榛 壬 軌こ無定形化 した｡(

内層においては炭窯研面 に対 して

一軸方向同様

C一軸方向か らの大 規模な切断が認め られた｡ この切断に 上って黒鉛結晶子は小 さくな った｡ しか し格子定政はほ とん ど変化 しなか った｡(

らず. ラジカル漬軌 よもとの叔鉛妖科に比べて瀬少 した｡

これ らの現故は所撃波に よるカツテ ィ' /グ効果 と斬 集 旺損に よる温度上昇効果で脱明 され る｡

I . 揺 曾

高性俵爆薬の爆 発適

土数千 J‑ トル/抄 とい う伍 で.エネルギーの開放速 射 土 瞳めて速

｡ 従 って,開 放 され るエ ネルギーを有軌 こ利用 し.制御するには乾 しさを伴 う｡ しか し.エ ネルギー線 として利用す る場 合,対象物軌 こ対 して静的方法 とは兄な るエネルギ‑

の加え方が･ で きるために関心が持たれ.爆 発圧椿法や 爆発正着法 として先晩 して きた｡現在で も正抱や正著 され た物 質の取扱や構造 変化の粥丑 は魅 力あ る研究 テー† として関心が高 い ｡

爆薬 の爆発エネル+' ‑の利用方法には轍 々考え られ る｡ あ ま り一般的 ではないが.妖料を確率 と混合 して 爆発 させ,化合物 を合成す るとい う方法がある｡ 庇近 では この混合爆発法で ダイヤモ ' / ドの生成条件が換肘 され てい る H.混 合爆 発法は化合物 合成に限 らず.物 東が大 きな. g斯学や正術革を瞬時に受けた場 合に どの ような抵抗や構造変化を示すか とい う間掛 こ対 して有 効な知見を もた らす｡史には客収的 ではあるが爆 発反 応帝の有す る性つ 酌 こついて付紐が柑 られ る｡前報では

PETN

爆薬 に有放物を混合 して優 先 させ.生氏 したす す 状 炭 窯 か ら どの よ うl z : 特 報 が 柑 られ るか を調 べ た21 . 本研 究 では.有 挽物 のかわ りに結 晶洪窯 であ る無鉛粉末

と起す) を

爆 薬に混 合 して儒

19

9

年

月

E l 受R.

' 防衛大学 校材料物性工学教室

〒

構額焚市走水

l

内線

尭 させ.黒鉛試料を回収 し ( 被爆

と違 己す).その構 造変化におけ る特赦を調べて若干の知見を持たので報 告す る｡

2.

実 験

2.1

鼓 料

GP(

七 ィ ｡ン産.密度

及び

爆萌 には

ノ ブシ A臨通過 粉末 を使 用 した｡ 混 合比 は

PETN/GP=70/30

,

を選んだ｡● 両者 の混合には ゴム乳鉢を用いた｡充填管は外径

n.内径

長 さ

m の銅管を使用 した｡就料は少且づつ手話めに よ り軽 く売切 した場合 と強 く克明 した場合の

系列銑 料を準依 した｡実故 は次の ように して行 った｡

混合物 を充填 した銅管 と 6 号電気碍管を粘着テープ の小片で接続 し,先に使用 した81 み立 て式の鉄袈容昏 中に吊 して大気雰Bl 見下で爆発 させた ) J .債鬼後に容 器の底に沈耕 した残造物を回収 し. ア七 ト･ /を用いて 雷管破片 と沢村を密度差を利用 して分別 した｡回収 し た被爆

駄科は史に希塩酸{･ 兼沸 した後.熱 水で よ

く洗い乾燥 させた｡

X 線回折は線軌 こ C u 管球を使用 し ,K β線は Ni フィ ルターに 上 りカ ッ トした

^{X線回折は}

^●の

近田で行 った｡得 られた回折鰍 工学授法に従 って格子 定数 と結晶子の大 きさを決定 した l J

ESR

吸収 スペ ク トル

バ ン ド)は標 郷沢 科管に 試料 を と り.

r r 以上 {･ 脱 気扱封 入 して抑定 し た

一億 は

gOに ドー プされ た

◆の

吸収 スペ ク トルを基i 即こして求めた｡

K6gY6Kayaku.Vo

1 . 54

PETN/GP

70/30

⊥ ノ八ご

9 6

^

8 20loI

PETN/GP

80′20

̲^ ^･9

0 一0八 二･24 24 26 28

24 26 28 2ete1 2e

t o)

profiles0EGPぬmples GP:Graphite

a:GP 組mplesWhich wereexplode

d

i th

PETNandwashedwithacetone b:

GP姐mpleswhidlWereObtainedfromthe above(a)byaJtaqtJeOuShy

drcchloricacid

tre

atJTterLt

花子餅赦免級静 ま水中に分散 させた試料を†イ タp 〆I Jヅ ドにつけて

万倍で観察 した

｡写真では これ を

倍に拡大 した｡

結果 と考察

.1 X

線回折

括J 7 7 的遁変化に対す る‑ 1タT

,の立切か らの怖軌 土X 線回折湘淀 に 1って柑 られ る

. 被爆

の X 線回折 を 行 った ら.回折亜庇は もとの

P

に比べて著 しく碑少 した｡炭窯の収執線である

回

折線 を例に とっ て

1に示す｡ 披頓 に よ り

)

回折線の卓皮は

著 しく瀬少 してい る｡ 希塩酸 地理 前後

で比較す ると,希填由地

理的.すなわち7七 トン 洗浄のみ では回折線強度は榊

定 されないほ どに梅矧 こ 弱い｡希塩酸地理前校で回折

線包皮は地理肋に比べて 増加 している｡塩酸処理 前技

で回折線の幼庇が変化す ることは,被爆

では衷 両

帝が無定形化 してお り.

この無定形層が希塩酸包埋に

よって除かれた ことを示 す｡表面層に金属故粒子

^歯

管及び沢村充填恥 こな田 す る飼散世子)が付着 してい

ると駿に 上る金属放粒子 の溶解 と共に被爆

の炎両脚は剥

赦 され る形 で除去 され る と考 え られ る

)に示す回折線 の変 化は ボール ミル粉砕黒鉛のそれ と粒な

る｡ ボール ミル粉砕 では粉砕の進行に伴 って回折線の プF ,‑

ドニ ンタが見 られ る5) .又

爆薬が よ り

高舎兄であ る

の方が爆 発時に

に対す る作用は大 きい と

推定 され るが .

1{･ のE g折 線も鹿

の比較 {･ はその勤 王脱 着でない｡又.充填密度変化に

江 口してみ ると.低充 填密度 で も大 きな効果があるこ

とがわか る ｡X 線回折 線義 庇 は玲末試料の場合

駄科ホー

ル ターへの充填百 度 に も好守 され るの

1に示

す軽虻の回折線態 度の差 では厳密 な ことは言えないが

.

混合 系の爆発において低先頃帝鑑

で桝逓変化が大 きい とす ると.充填密度に依存す る空

隙串が無税で きない こと を示 している｡空隙率がホい と

壌売時の空気の断熱圧 掛 こよる温度上昇効果は大 き く

GP

の表面層はそれ だけ熊衝撃効果を強 く受けてい る可能

性があ る｡実時.

PETN

爆薬について計井 され てい る

‑J

点での温度 と圧力を

爆我の売切帝劇 こ対 して プ

F 'ッ トして み る と

の よ うであ り

)

)

.低売場零度 での爆 発では温度効

果が大 きく.d S先頃帝庇 での爆発では圧 力効果が

大 きい ことが知 られ る｡

希塩酸包埋 に よ り波面屑が除か

れ た被爆

就 科の 回折線か ら格子定故 と結晶子の大 きさを

求め て

に示す

lにおいて特赦的 であ る点 は

^珊

給 結 晶子 の大 きさ . 即 ち

M

l

l ) Z Iは 小 さ くな ってい るに もかかわ らず.格子定

故d

d l l ｡ .d l 1 2 の値は もとの

のそれ らとほ とん ど変わ っていない ところにある

｡格子定故に変化を与えずに 措 晶子 の大 き さに変 化 を も

た らす よ うな作 用 は .

爆薬の爆発に よ り尭生 した

術帝政に よる切断効 果{･ 説明 され る｡結晶子の減少率を

一触.

C

一軸方 向で見 ると,減少串は L

L

H o o Z )であ り

一軸方向か ら炭来屑面の切断 も

容易に起 こった ことを 示 してい る｡切断劾恥

PETN

蛾熊の舎兄 と武村の充 填

密度が高いほ ど大 きい ように とらえ られ る｡

3. 2

ESR 吸収スペク ト ル

GP

には高濃度 の ラジカルが存在 してい る｡ ラ･ }カ

C! . 4 lJ . 6

2 rq

t̲

tn

L O

ト

5 . 0 2 2

0

0.01.0

I . 2l . 4

l . 6

dtg/cm31 Fig.2PlotsoEcomputedtemperature(T)andpre ssure(P)ofPETNagainstdensity (a)exp loded(atChapm

釘Ietpoint)

0.D:

ValuesfromretereJICe(6)

Valuesfromreference(7) T8blelX‑ray

hctiondataofqaphit esamplesexposdtotheex

pl o s i on r e a c t i o n w i t hPETN

S

a mp l e

sp a c hga ndc r y S t a l l i t es i z e

o2 L clOO2)

dl l ○

d

GP

( Gr a ph i t e) 3 . 3 5 4 71 0 1 . 2 3 2 1 3 5 0 I . 1 5 6 2 4 0 PETN/ GP

‑7 0 / 3 0

d=0. 9 6g/ c E a 3. 3 5 9 5 0 0 1 . 2 3 2 6 8 0 ) . 1 5 6 2 0 0

PETN/ GP‑7 0 / 3 0

d=1 . 2 9g/ c J 3 . 3 5 4 4 4 0 1 . 2 31 6 8 0 1 .1 5

7 1 6 0 PETN/ GP‑8 0 / 2 0

d‑0 . 9 0g / c J 3 . 3 5 5 4 4 0 1 . 2 3 2 6 3 0

1 . 1 5 6 1 2 0 PETN/ GP‑8 0 / 2 0

d=1 . 2 4g/ c z a 3 . 3 5 4 3 9 0 ･ 1

. 2 3 3 5 7 0 l . 1 5 6 I l o はESR 吸収 スペ ク トルか ら知見が得 られ る ｡Fi g.3

ると,スペ クトル強度の減少は低充填密度で著 しい｡

に希塩酸処理後の被爆GP ともとのGP のESR 吸収スベ 即

ち.ス . < クトル強度の減少はは じめの充塀試料中の クトルを比較 して示す｡被爆GP {･ はESR 吸収スベ ク P

E TN 爆薬含丘よりも充填噴射 こ大 きく依存 している トル強敵 王耗少 している ｡PETN 爆薬含量7 0 wt %及 ことが

わかる｡ この ラジ*, 鳩 度の減少は温度上昇効

び 8 0 wt %で低充填密度 と高充填密度の場合{

6.

=

Fig.3 ESRspectraofGPsamplestreatedwithinaqueotnhydrochloricacidafterexplosionw

ith PETN t‑､貯卜

､ 誠 ′ ′ ..

､

○ >

n I?vD

Fig.4 High resolutionelectronmicTOgraphofGPsampletreate

d

w it

/

cdrbon14yerPlorLe

Fig.5

As

ある｡ これは表皮効果に塩田する現象であ り,非対象 の大 きさは

粒子の大 きさや形に依存す るlL 非対 象パラ}‑ クーである

は故分曲線のペース ライ ･ /か ら上部 ピー クまでの距鮭.

はべ‑スライ ン か ら下部 ピー クまでの距鞍を示す) は被爆

では

爆薬含

0 vt タ iの場合で

tで あ り

抵晶子の赦細化が進行 していることが･ 支持 され る

一俵は

で7 I )‑ス t = 'l /の伍であ り変化 は改め られなか った｡

3.3

高分解能屯子何社鎮載蕪

ミタt ,の局所的な構造変化は炭窯局面の依屑を直接 挽察す ることに

って柑られる

J l炭窯網平面が

35A

の間隔で規則正 しく延なった栴道を形成 している｡

この炭素屑面の概層の梯子はCS 分解能馬子解放挽によ り格子蝕 と して観察 され る

は典型的な被爆

におけ る炭窯層面の電子餅故銃写英である｡ この 写軌 ま希塩酸地理後の試料である｡依層兼面の無定形 化状態.更に内部の. %鉛の直韓状税樹の様子がわかる｡

矢印の部分の屑面の構造変化が特静的で.

一軸方向 からの炭素層面の切新が大規模に超 こ･ , )ていることが わか る｡ さらに切断 されて も炭窯層面間鴨.即 ちd

の乱れは摂層の直線性を損ねるほ ど大 きくはない｡ こ のような切断のされ方はその原田 として衝撃波以外考 えに く

の炭窯冊面の前脚の乱れにおけ る 特赦を スケ ッチすれば

の ようになる

で は 揺 晶 子 は 小 さ くな るが , 炭 窯 屑 面 間 隔 に

変化がない ことが強的 されている｡

4.

# %

PETN

の爆発反応伸に さらされ た

の桝俗 と構造 変化の内容を明らかに した｡

GP

桂子の表面軌 土著 しく無定形化 し.結晶子は小 さくなった｡ しか し内層においては格子定数はほ とん ど変化 しなか った｡裁面軌 こおける変化は火侍に例え られ.内軌 こおけ る変化は裁判な刃物で架早 く切断 し て小片 とす る場合に例えられ る｡その際.温度効果は 低先頃密度での壌発で大 きく.高光頓菅度での爆発で は小 さい｡一方.衝撃効果は高光頓雷耽{･ 大 きく.低 充填面皮で小さい｡

本研究 は柵変化が生 じない. Q鉛安定相領域での もの である｡

文 献

1 ) 生沼仙三

松永珪裕,中山良乳 俵田光明.田中 克己.上凹虫周.大森正液.細谷文夫.工業火薬.

53. 1 (1992)

2)

川村和肌 工薬火薬.

3) Y.NomtJnaJld冗.Kawamura.CarborL.22.189 (1984).

4)

輪垣逝丸 炭楽材料入

淡紫 研究会.

5) S.MroZOWSki,ProceedingsoftheThirdCon･ ferenceon

C

6) C.

L

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e so E

edExplosiv

e s

g

ea

7) H.C･morning.E.

L L eC

KurTle.Pr∝eedingsofFifthSymposium (IrLter･ rLational)ondetonation.p.503(1970). 8) G･FeheraJldA.F.Kip.Phys.Rev..15.

337(1955).

K6gyaKayakLJ.Vol.54.Not2.1993 ‑ 55‑

Characteristicofthedamageofgraphiteexposedtotheexplosion reactionwithPETN

by

K

Thegraphite(GP)powderwasmixedwith PETNandexplodedinaclosedvessel underatmosphericconditions.Thecoll

e c t

heeffectofGPweredlaraCterizedasEonows

. ･( 1 )

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('Dept.ofMaterialsScienceandEngineering,NationalDeEenseAcademy.1‑

10120.Hashirimim,Yokos血 ,239Japan)

‑ 56

‑ 工其火