五千年(敝帚自珍)

主题:关于现代火药 -- 燕人

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家园 关于现代火药

一个ID发了这样一个帖子。错误之多惨不忍睹。他所说的世界生产硝化棉(弹药的原料之一)受制于中国新疆棉。这个问题我在网上查了,起源大概是保加利亚一个网站2022年底的文章,在国内被简中自媒体流传。但是这篇文章只讲了德国火药生产受中国出口棉花的影响,根本没有提到新疆棉。新疆长绒棉是优质的布匹原料,制造火药并不需要。而且只有早期的无烟火药需要棉花制作硝化棉,后来技术改进为使用硝化纤维素。如果只就棉绒的进出口数量而论,2022年的数据表明,

【2022年,最大的棉绒出口国是土耳其(1870万美元)、巴西(1420万美元)、中国(881万美元)、美国(864万美元)和印度(770万美元)。2022年,最大的棉绒进口国是中国(3520万美元)、西班牙(1230万美元)、日本(852万美元)、美国(814万美元)和加拿大(448万美元)。】

无疑,中国出口优质长绒棉,进口普通棉。所谓世界火药生产受中国出口影响是彻头彻尾的自大和谎言。

我发个新贴,只谈现代火药。

我们都知道黑火药是中国古文明对世界文化四大贡献之一。黑火药的主要问题是烟火太盛。过年放的鞭炮是黑火药制作的。过年的时候烟气熏人,视野也弥漫。

1832年,法国化学家亨利·布拉克诺特Henri Braconnot发现,当硝酸与淀粉或木纤维结合时,会产生一种轻质可燃爆炸性物质,他将其命名为xyloïdine。1838年,另一位法国化学家菲洛-朱尔斯·佩鲁兹Théophile-Jules Pelouze 用同样的方法处理了纸张和纸板(化学成分都是纤维质)。他是阿斯卡尼奥·索布雷罗(意大利化学家,硝化甘油发明者)和阿尔弗雷德·诺贝尔(最大的硝化甘油制造商遂成巨富)的老师。一位更有贡献的法国化学家让-巴蒂斯特·杜马获得了一种类似的物质,他称之为nitramidine。

1845年左右,德裔瑞士化学家克里斯提安·弗里德里希·尚班发现了一种更实用的配方。当他在巴塞尔家中的厨房工作时,他把硝酸和硫酸的混合物洒在了厨房的桌子上。他伸手拿起最近的一条棉布围裙擦了擦。他把围裙挂在炉门上晾干,围裙刚干,就着火了,发出一道闪光。得到启发,他的硝化纤维素制备方法被广泛应用。尚班与同年独立发现这一过程的法兰克福教授Rudolf Christian Böttger合作,宣传硝化纤维素可用作炸药,并将其制造权出售给奥地利帝国。硝化纤维素比黑火药威力更大,但同时也更不稳定。

1846年,英国约翰·霍尔父子公司获得了制造硝化纤维素的英国专利权,这种火药在肯特郡法弗舍姆 Faversham, Kent开始工业化生产。制造过程没有被正确理解,也没有采取什么安全措施。1847年7月份的一次严重爆炸造成近24名工人死亡,导致工厂立即关闭。

奥地利男爵威廉·伦克·冯·沃尔夫斯堡(Wilhelm Lenk von Wolfsberg)建造了两个生产火炮推进剂的硝化纤维素工厂,但在使用中发现,使用黑火药可以发射数千发炮弹的火炮,用硝化纤维素火药发射几百发炮弹后就会结束使用寿命。小型枪械类武器则无法承受硝化纤维素产生的压力。

1862年奥地利的一家硝化纤维素工厂爆炸后,英国托马斯·普伦蒂斯公司于1863年开始在斯托马克特生产硝化纤维素。英国政府战争办公室化学家弗雷德里克·阿贝尔爵士在沃尔瑟姆修道院皇家火药厂开始了彻底的研究,研发了一种制造工艺,消除了硝化纤维中的杂质,使其生产更安全,产品更稳定,更容易处理。1865年,当第二家奥地利硝化纤维素厂倒闭时,阿贝尔为这一工艺申请了专利。1871年沃尔瑟姆修道院皇家火药厂开始生产用于鱼雷和水雷的硝化纤维素。

1863年,普鲁士炮兵上尉约翰·舒尔茨(Johann F. E. Schultze)申请了一种子弹火药推进剂的专利,这种推进剂是用硝石或硝酸钡浸渍的硝化硬木(也是硝化纤维素)制成的。1871年,奥地利人弗雷德里克·沃尔克曼(Frederick Volkmann)获得了一项名为Collodin的胶体状态舒尔茨粉末的奥地利专利,他在维也纳附近制造这种粉末,用于运动枪械。奥地利的专利当时没有公布,奥地利帝国认为这种操作违反了政府对炸药制造的垄断,并于1875年关闭了沃尔克曼工厂。

1882年,英国普伦蒂斯公司获得了一项改进配方的专利,该配方是用乙醚乙醇与钾和钡的硝酸盐将硝化纤维素凝结。这些推进剂适用于霰弹枪,但不适用于步枪,因为膛线会对气体的平滑膨胀产生阻力,而这种阻力在滑膛霰弹枪中会减小。

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勒贝尔子弹,世界上第一种无烟子弹

1884年,法国化学家保罗·维耶尔发明了第一种实用的无烟硝基纤维火药即无烟火药,命名为powdre B(为法语powre blanche的简称,白色粉末,区别于黑火药),由68.2%的不溶性硝化纤维,29.8%的可溶性硝化纤维与乙醚和2%石蜡糊化定形制成。这是为8×50mmR勒贝尔子弹设计的火药,也是世界上第一种无烟子弹。powdre B比普通硝化纤维素含有更少的氮,因而更安全。它不会引爆,除非它被压缩,使其在正常条件下处理非常安全。维耶尔的火药彻底改变了小型枪支的有效性,因为它几乎不冒烟,威力是黑火药的三倍。更高的初速意味着更平坦的弹道,更少的风漂和子弹掉落,使1000米的射击成为可能。由于推动子弹所需的火药更少,子弹就可以做得更小更轻。这使得部队在相同重量的情况下可以携带更多的弹药。而且,它即使在潮湿的时候也会燃烧。黑火药弹药必须保持干燥,而且几乎总是用不透水的弹药筒储存和运输。其他欧洲国家迅速效仿,开始制造自己的白火药。首先是德国和奥地利,它们在1888年推出了新武器。随后,Poudre B被多次改性,添加和去除各种化合物。克虏伯在1888年开始加入二苯胺作为稳定剂。

与此同时,1887年,阿尔弗雷德·诺贝尔(Alfred Nobel)获得了一种无烟火药的英国专利,他称之为Ballistite。在这种推进剂中使用了硝化甘油。1889年在英国,海勒姆·马克西姆(Hiram Maxim马克辛机关枪发明人)申请了类似的粉末专利,1890年在美国,这个粉末的专利被哈德森·马克西姆(Hudson Maxim,前者弟弟)申请。德国人在1898年采用Ballistite用于海军弹药,称之为WPC/98。意大利人最初将其外观改成丝状,命名为filite。但意识到它的缺点后,他们改用一种含有硝酸甘油的配方,他们称之为solenite。1891年,俄国人化学家门捷列夫试图发明一种合适的弹药推进剂。他使用不同比例的乙醚-乙醇糊化的硝化纤维素,这种纤维素比法国人的白粉末的硝化棉威力更强大,可以同时燃烧和爆炸。他称之为Pyrocollodion,但这作为弹药推进剂是不合适的。

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英国Cordite火药

英国人对他们已知的各种火药推进剂进行了试验,但都不满意,寻求比所有现有类型更好的东西。1889年,弗雷德里克·阿贝尔爵士、詹姆斯·杜瓦和W·凯尔纳博士在沃尔瑟姆修道院的皇家火药厂制造了一种新配方的专利。它于1891年以Cordite Mark 1号进入英国服役。其主要成分为58%的硝化甘油、37%的硝化纤维素和3%的矿物凝胶。一种改进型,Cordite MD,于1901年投入使用,硝化纤维素含量增加到65%,硝化甘油减少到30%。这种变化降低了燃烧温度,从而降低了腐蚀和枪管磨损。与黑火药相比,Cordite的优势在于降低了枪膛内的最大压力(因此枪管更轻),但延长了高压时间。Cordite可以做成任何想要的形状或大小。

美国的英美炸药公司于1890年开始在新泽西州的奥克兰生产散弹枪火药。杜邦公司于1891年开始在新泽西州的卡尼斯角镇生产硝化棉。1891年,罗得岛州纽波特海军鱼雷站的查尔斯·门罗(Charles E. Munroe)为一种与硝基苯胶体的硝化棉配方申请了专利,这种配方被称为Indurite。1893年温彻斯特连发武器公司开始用英美炸药公司的火药装填运动子弹时,几家美国公司开始生产无烟火药。加利福尼亚火药工厂开始生产硝酸甘油、硝化纤维和味酸铵的混合物,称为佩顿火药;Leonard无烟火药公司生产的硝化甘油-硝化纤维火药叫做红宝石;Laflin & Rand公司谈判获得生产Ballistite的许可,杜邦公司开始生产无烟散弹枪火药。美国陆军评估了25种无烟火药,并选择了红宝石和佩顿作为最适合在Krag–Jørgensen制式步枪上使用的子弹推进药剂。红宝石是首选,因为需要镀锡以保护黄铜弹壳免受佩顿火药中的苦味酸的伤害。Laflin & Rand并没有为Ballistite支付所需的专利费,而是资助Leonard重组为美国无烟火药公司。美国陆军中尉惠斯勒协助美国无烟火药公司的工厂主管阿斯平沃尔研制了一种改进型的火药,命名为W.A.。从1897年到1908年,W.A.无烟火药是美国军用步枪的标准。目前美国超过90%的军用火药是通用动力属下的圣马可火药公司生产的。

作为无烟火药的基本成分,硝化纤维素最初是由棉花(作为纤维素的来源)制成的,但现代方法使用木浆中高度加工的纤维素。虽然硝化纤维素储存起来很危险,但可以通过用各种液体(如酒精)浸泡来储存,将其带来的危险降到最低。因此,从20世纪初开始使用的硝化纤维素被称为“湿棉”。硝化纤维素的威力使它适合于爆破。作为弹丸驱动器,它产生的气体大约是同等体积黑火药的六倍,产生的烟雾和热量更少。

从上述文字我们可以了解现代枪炮弹药是硝化纤维素和硝化甘油的混合物。混合物的不同比例适用于各种口径的枪弹炮弹。

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