Wpływ temperatury na działanie amunicji.

Czy zdarzyło ci się kiedyś otworzyć butelkę z prochem z której buchnął kłąb cuchnącego brązowego dymu? Czy strzelałeś bez problemu w zimie, by w letnim upale używając tej samej amunicji zanotować problemy z pracą zamka, czy kraterowanie lub perforowanie spłonek? Czy latem wszystko wchodziło w dychę, a jesienią przestrzeliny pojawiały się poza czarnym polem? Czy zastanawiałeś się dlaczego parametry amunicji lub prochu strzelniczego zmieniają się w czasie?
Te problemy są bezpośrednio związane ze zmianami w szybkości reakcji chemicznych spowodowanych przez temperaturę składowania i ekspozycję materiału miotającego na wysokie temperatury. Stabilność chemiczna i żywotność materiału miotającego zmniejsza się nawet przy stosunkowo krótkiej ekspozycji na wysokie temperatury.

Krótkotrwały wpływ temperatury na proch strzelniczy :

Spalanie prochu strzelniczego jest procesem reakcji chemicznej. Jak większość reakcji chemicznych, na początkowe tempo reakcji ma wpływ początkowa temperatura procesu. Zmiana szybkości reakcji w funkcji temperatury jest także silnie zależna od substancji biorących udział w tej reakcji. Ogólnie rzecz biorąc, materiał miotający w amunicji będzie tracił ciśnienie i prędkość w miarę obniżania się temperatury otoczenia, a zyskiwał ciśnienie i prędkość wylotową w miarę podnoszenia. Istnieją od tego jednak pewne wyjątki.

Początkowa szybkość spalania materiału miotającego jest zależna od jego temperatury. Jeśli propelent ma temperaturę ok. 20 °C a następnie zostanie podgrzany do 50 °C , szybkość początkowego spalania wzrośnie. Wzrost szybkości spalania spowoduje wyższe ciśnienie i wzrost prędkości wylotowej. W niskiej temperaturze początkowe tempo spalania będzie wolniejsze i propelent będzie wytwarzał niższe ciśnienie i prędkość wylotową.

Składniki prochu mają wpływ na to jak bardzo jego osiągi zmieniają się wraz ze zmianą temperatury. Weźmy pod uwagę proch dwubazowy, czyli zawierający nitroglicerynę. Nitrogliceryna jest dodawana by zwiększyć dostępne wartości energii wylotowej i wydajność czynnika miotającego. Im wyższa energia, tym większą prędkość może osiągnąć materiał pędny. Wadą jest to, że szybkość reagowania nitrogliceryny jest wrażliwa na temperaturę. W przeszłości prochy dwubazowe miały znacznie większą podatność na temperaturę niż prochy jednobazowe bez nitrogliceryny.

Prochy o kulistych ziarnach znane były znane z dużych różnic w wydajności w zależności od temperatury. Niektóre typy amunicji z prochem kulistym mogły w wysokich temperaturach osiągać niebezpieczne poziomy parametrów spalania. Było tak dla WC 760 w .22-250 Remington, .220 Swift lub .243 Winchester. Powszechne jest, że w przypadku starszych prochów kulistych zmiany prędkości wylotowej dla skrajnych wartości temperatury otoczenia mogą wynosić od 150 do 200 fps. Proch typu Stick lub ekstrudowany oferuje mniejszą wrażliwość na temperaturę niż proch typu Ball.

Ostatnie postępy w chemii materiałów miotających i technikach ich produkcji przyniosły również poprawę ich parametrów. Materiały miotające ekstrudowane są obecnie dostępne zarówno w wersji jedno jak i dwubazowej, charakteryzującej się niemal idealnie stabilną wydajnością w całym zakresie temperatur. Przykładem tego jest linia Extreme firmy Hodgdon, nowe produkty Alliant Powder takie jak Reloder 16, 23, 25 i 33 oraz nowsze materiały miotające IMR takie jak 4166, 4451, 4955 i 7977. Wynika to ze składu chemicznego, a przede wszystkim z nowych technik produkcji, które pozwalają na wytworzenie perforacji w warstwie ekstrudowanej ziaren prochu i pokrycie ich cienką warstwą inhibitora spalania, zwanego “ogranicznikiem”. Porównaj wygląd starego IMR 4895 i nowszego Alliant RL-16. Ziarno IMR 4895 ma pojedynczą widoczną perforację biegnącą przez cały obwód. RL-16 posiada jedynie lekkie wgłębienie w miejscu perforacji na niektórych ziarnach. Perforacja jest zakryta przez powłokę powierzchniowo czynną, ale ona tam jest. Pokrycie perforacji zmniejsza dostępną początkową powierzchnię spalania, do czasu aż cienka warstwa ogranicznika zostanie wypalona. Powoduje to spowolnienie początkowej szybkości wytwarzania gazów prochowych przez materiał pędny i kompensuje efekty zwiększonej szybkości spalania w podwyższonych temperaturach.

Najnowsze warianty prochu kulistego, takie jak prochy Hornady Superformance, wykorzystują różne rodzaje powłok powierzchniowych, które działają zarówno jako ogranicznik płomienia jak i inhibitor początkowej prędkości spalania w podwyższonych temperaturach. Kształt przestrzenny ziaren tych prochów jest starannie kontrolowany, tak aby wytworzyć ich lekkie naprężenie. Poprawia to osiągi prochów typu Ball w niskich temperaturach. Naprężone ziarna w niskich temperaturach mają tendencję do pękania, co zwiększa nieco powierzchnię spalania, zwiększając szybkość wytwarzania gazu i zmniejszając spadek ciśnienia i prędkości początkowej w niskich temperaturach. Istnieje jednak cienka granica. Jeśli ziarna propelentu są zbytnio spłaszczone, ciśnienie w niskich temperaturach może znacznie wzrosnąć. Materiały miotające Superformance redukują zmiany osiągów prochu kulistego związane z temperaturą o 50 do 65% w stosunku do tego co oferowały starsze receptury. Jednak i te typy prochów nie mogą dorównać stabilności temperaturowej nowszym propelentom ekstrudowanym, takim jak linia Extreme firmy Hodgdon. Kompromisem jest tutaj to, że prochy kuliste produkują wyższe ciśnienia w bezpieczniejszy sposób niż propelenty ekstrudowane.

W przypadku prochów do strzelb, ich skład chemiczny często prowadzi do kruszenia się ziaren materiału miotającego w niskich temperaturach. Ziarna takie mają tendencję do pękania, co w rzeczywistości może nieznacznie zwiększyć ciśnienie w niskich temperaturach, ma to na celu kompensacje zmian krzywej balistycznej i punktu trafienia. Prochowe materiały miotające mogą być dodatkowo spłaszczane w celu wytworzenia lekkich pęknięć i naprężeń ziaren i utrzymania parametrów w niskich temperaturach. Tabela 1 pokazuje zmiany prędkości niektórych popularnych materiałów miotających w kalibrze .300 Winchester Magnum w temperaturach -18, 21 i 38 °C.

Jeśli bierze się udział w polowaniach lub strzelaniach, które odbywają się w zmiennych temperaturach, należy rozważyć użycie propelentów, które wykazują stabilne działanie w całym zakresie temperatur. Dla myśliwych czy strzelców długodystansowych jest to bardzo ważna kwestia.


Efekty długofalowe :

Powszechnie uważa się, że materiały miotające będą miały okres przydatności do użycia wynoszący wiele dekad. Podstawowe składniki takich substancji nie przetrwają jednak tak długo bez pogorszenia swoich parametrów, chyba że zastosowano w nich chemiczne stabilizatory. Stabilizatory te z czasem powoli się zużywają, a szybkość ich zużycia jest zależna od temperatury przechowywania prochu. Im wyższa temperatura, tym szybciej stabilizatory się degradują. Kiedy stabilizatory zostaną zużyte, propelent może osiągnąć punkt w którym nastąpi jego spontaniczny zapłon, znany również jako “cook-off”. Tabela poniżej pokazuje czas wystąpienia efektu “cook-off” dla dwubazowego prochu strzelniczego w funkcji temperatury.


Zdarzały się przypadki przechowywania materiałów pędnych z negatywnymi skutkami w środowiskach o wysokiej temperaturze zaledwie przez okres kilku miesięcy. Dobrym sposobem oceny stanu prochu jest powąchanie go. Jeśli ma słodkawy zapach, jak aceton, etanol lub inne rozpuszczalniki, to znaczy że jest w porządku. Jeśli otwarty pojemnik z propelentem pachnie paskudnie (jak sole trzeźwiące), jego zawartość zmieniła kolor na czerwono-brązowy lub wytwarza czerwono-brązowy pył, nie wolno go używać.

Mieszanka wybuchowa w spłonkach ulega tym samym efektom co sam materiał miotający. W celu skutecznego długotrwałego przechowywania zawsze należy przechowywać materiał miotający, spłonki i amunicję w maksymalnie chłodnym i suchym miejscu. Kilkumiesięczne wystawienie na działanie wysokich temperatur (powyżej 40°C) może znacznie skrócić żywotność i oczekiwaną wydajność materiału miotającego. Niskie temperatury z drugiej strony mają niewielki wpływ na materiał pędny. W rzeczywistości, najlepszym możliwym miejscem do przechowywania prochu jest zamrażarka.

Inny efekt tygodniowego wystawienia materiału miotającego na działanie wysokich temperatur nazywany jest “migracją środka ograniczającego”. W podwyższonych temperaturach, powyżej 40°C, środek ograniczający znajdujący się na ziarnach pędnika może przenikać dalej w ich głąb. Ta zmiana przestrzennej koncentracji środka ograniczającego w ziarnach materiału pędnego zmniejsza jego ilość w pobliżu powierzchni ziarna. Wnikanie środka ograniczającego w ziarno powoduje zwiększenie szybkości spalania materiału miotającego, co skutkuje wytwarzaniem wyższego ciśnienia. Na ten efekt szczególnie podatne są starsze receptury prochu kulistego. Amunicja pozostawiona w gorącym samochodzie nie musi się zdestabilizować, ale użycie jej może się wiązać z wytworzeniem wysokiego i niebezpiecznego ciśnienia spalania.

Nie należy oczywiście popadać w paranoję na punkcie przechowywania i użytkowania zarówno amunicji jak i prochu strzelniczego. Po prostu trzeba znać ograniczenia i potencjalne zagrożenia. Przestrzeganie podstawowych zasad zaowocuje tym, że zarówno używana amunicja jak i proch nie będą sprawiały żadnych problemów i niemiłych zaskoczeń na strzelnicy.

Dave Emary. (www.gunsandammo.com)

tłumaczył MR

Tags: ,