krutt

I mer enn fem hundre år var krutt et navn som utelukkende ble brukt om en spesifikk stoffblanding, svartkrutt, benyttet som drivmiddel i skytevåpen. Begrepet krutt har historisk sett derfor vært forbundet med dette bruksområdet. Fra slutten av 1800-tallet og fremover ble også de moderne røyksvake kruttypene basert på nitrocellulose omtalt som «krutt».

I Norge har krutt i tillegg blitt tatt i bruk om de stoffblandingene som benyttes som drivmiddel i rakettmotorer med fast drivstoff, såkalte faststoffmotorer. Dette var naturlig siden både svartkrutt og røyksvakt krutt har vært mye benyttet i slike faststoffmotorer, men også fordi omsetningen av ammunisjonskrutt og rakettkrutt følger de samme fysiske lovene.

For bruken i rakettmotorer er det med tiden blitt stadig vanligere å referere til kruttet som et fast rakettdrivstoff. Siden alle krutt er faste stoffblandinger, omtales ikke flytende rakettdrivstoffer (se væskemotor) som rakettkrutt.

Ordet krutt har ingen direkte engelsk motsvarighet. Fra gammelt av har «powder» vært brukt om krutt for skytevåpen, der svartkrutt kalles gunpowder eller black powder og røyksvakt krutt kalles smokeless powder. Nå brukes imidlertid ordet propellant stadig oftere på engelsk, der ammunisjonskrutt er gun propellant og rakettkrutt er solid rocket propellant.

Det er vanskelig å skille tydelig mellom krutt og pyrotekniske stoffer siden den kjemiske sammensetningen og virkemåten til disse to klassene av eksplosiver er nært beslektede. Det er først og fremst bruksområdet som her vil være avgjørende for begrepsbruken.

Mens bruk i skytevåpen og rakettmotorer er ganske entydig knyttet til betegnelsen krutt, beskrives lignende stoffblandinger som brukes til spesialiserte oppgaver som kollisjonsputer i biler og katapultseter i fly vekselsvis med begreper som krutt, pyroteknikk eller «gassgeneratorer».

Det er størrelsen og formen på kruttkornene som avgjør den tilgjengelige brennflaten. Små korn gir stor brennflate og rask deflagrasjon, mens større korn gir tregere deflagrasjon og tilhørende treg trykkoppbygning. For ammunisjonskrutt kan derfor kornenes utforming tilpasses den enkeltes våpentype. For rakettkrutt utgjøres som regel hele kruttladningen i en rakettmotor av et stort, kontinuerlig kruttkorn.

For ammunisjonskrutt er det utformingen av kruttkornene som avgjør brennflatens endring under deflagrasjonen i skytevåpenet. Hvis tilgjengelig brennflate øker under deflagrasjonen, kalles kornformen progressiv. Hvis brennflaten avtar, kalles kornformen degressiv. Deflagrasjonen foregår i parallelle lag, fra overflaten av kruttkornene og innover. Dette er kjent som Pioberts lov, oppkalt etter den franske generalen Guillaume Piobert (1793–1871).

Brennhastigheten til et gitt krutt avhenger av den kjemiske sammensetningen til kruttet og det omgivende trykknivået for deflagrasjonsprosessen, til dels også av kruttets temperatur. En økning av omgivende trykk gir en økning av brennhastigheten. Det høye trykknivået er den viktigste grunnen til at ammunisjonskrutt i skytevåpen omsettes langt hurtigere enn rakettkrutt.

Sammenhengen mellom kruttets brennhastighet og det omgivende trykket er eksponentiell. Den følger en lov kjent som Vieilles lov, oppkalt etter den franske kjemikeren Paul Marie Eugène Vieille (1854–1934). I sin enkleste form er her brennhastigheten (r) gitt ved r = a · pⁿ, der p er det omgivende trykket og a og n er konstanter for et gitt krutt.

Ved å tilsette såkalte brennhastighetskatalysatorer kan man påvirke brennhastigheten til et krutt, enten generelt eller bare innen et visst trykkområde. Bruk av slike katalysatorer er spesielt viktig innen formulering av rakettkrutt, både for sivile og militære anvendelser.

For rakettkrutt er en helt sentral størrelse for kruttet såkalt spesifikk impuls, som er et mål for omsetning av kruttets varmeenergi til kinetisk energi gjennom kruttgassenes ekspansjon i en dyse (se rakettmotorer). Størrelsen sier noe om kruttets yteevne, der høyere spesifikk impuls betyr at kruttet kan produsere mer total skyvkraft per masseenhet.

Svartkrutt er en mekanisk blanding av kaliumnitrat, trekull og svovel. På grunn av sine mangfoldige og unike egenskaper har svartkruttet vært brukt i brannvåpen, skytevåpen, rakettvåpen, granater, fyrverkeri og lunter. Det har lenge også vært brukt til bergverksdrift.

• Les mer om svartkrutt.

En kruttype som er nært beslektet med svartkrutt og som har mange av de samme bruksområdene er såkalt brunkrutt. Både svartkrutt og brunkrutt omtales som blandkrutt eller inhomogene krutt fordi de består av heterogene blandinger av brenselstoffer (ulike typer trekull og svovel) og oksidasjonsmidler i form av nitratsalter (se nitrater).

Bruken av svartkrutt i skytevåpen er forbundet med flere ulemper, først og fremst dannelsen av mye røyk og korroderende slaggprodukter. Dessuten er ytelsen begrenset fordi kun om lag halvparten av kruttmassen omdannes til gassformige produkter under deflagrasjonen.

Fra 1880-tallet ble svartkrutt ganske raskt erstattet for bruk i ammunisjon til skytevåpen av røyksvake krutt basert på nitrocellulose, med eller uten nitroglyserin. Nitrocellulose er basismaterialet for nesten alle moderne ammunisjonskrutt. I motsetning til svartkrutt er krutt basert på nitrocellulose mindre fuktighetstiltrekkende.

• Les mer om nitrocellulose.
• Les mer om nitroglyserin.

Det finnes to hovedtyper røyksvakt ammunisjonskrutt basert på nitrocellulose, kjent som henholdsvis nitrocellulosekrutt (single-base powder) og ballistitt (double-base powder). I tillegg finnes to kruttyper som er nært beslektet med ballistitt, kjent som korditt og trippelbasekrutt.

• Les mer om nitrocellulosekrutt.
• Les mer om ballistitt (inkludert trippelbasekrutt).
• Les mer om korditt.

De fleste av de røyksvake kruttypene over kan omtales som gelkrutt eller homogene krutt fordi oksygenet i dem er bundet i form av nitrogrupper i organiske nitratestere (se nitrater).

Det høye energiinnholdet til ballistitt, sammen med dette kruttets røykfrie eksosgasser, gjorde det godt egnet som rakettkrutt. Fordi produksjonen av ballistitt, i motsetning til nitrocellulosekrutt, heller ikke var avhengig av løsemidler, kan det brukes til å lage forholdsvis store kruttladninger egnet for bruk i ballistiske missiler.

• Les mer om rakettkrutt basert på ballistitt.

Like etter innføringen av ballistitt i rakettvåpen, ble det utviklet en spesiell type blandkrutt som nesten kun brukes som rakettkrutt. Denne kruttypen består av to distinkte faser, en partikkelfase og en gummiaktig bindemiddelfase, og er kjent under navnet komposittkrutt (siden det er en form for komposittmateriale).

I et komposittkrutt utgjøres brensel og bindemiddel av en polymer, som regel en polymer som kombinerer egenskapene til polybutadien og polyuretaner. Oksidasjonsmiddelet i komposittkruttet utgjøres av et nitratsalt eller perkloratsalt, som regel ammoniumperklorat. Polymeren danner en elastisk bindemiddelmatrise som omslutter de oksiderende saltene.

Komposittkrutt fremstilles i store blandemaskiner («miksere»), nesten som en tykk kakerøre eller brøddeig. Det støpes deretter i rakettmotoren i en spesifisert geometri, avhengig av hvordan man ønsker at rakettmotoren skal utvikle skyvkraft. Etter støpingen vil kruttet stivne til et gummiaktig materiale som kan motstå termiske og mekaniske påkjenninger.

• Les mer om komposittkrutt med ammoniumperklorat.

I Norge foregår det produksjon av komposittkrutt på Raufoss ved anlegget til bedriften Nammo, tidligere Raufoss Ammunisjonsfabrikker. Denne fabrikken ble anlagt i 1979 og er senere blitt utvidet i flere omganger. Her lages det komposittkrutt for flere sentrale militære missilsystemer, blant annet AMRAAM, ESSM og IRIS-T.

Hvis et komposittkrutt modifiseres gjennom å bruke et energetisk bindemiddelsystem som ligner det i ballistittkrutt, fås spesielt energirike rakettkrutt. Det er to hovedtyper, kjent som XLDB-krutt (crosslinked double-base) og NEPE-krutt (nitrate ester plasticized polyether). Disse kruttypene benyttes både i taktiske og strategiske missilsystemer.

XLDB-krutt består typisk av krystaller av RDX (heksogen) bundet med et bindemiddel av polyester tilsatt nitroglyserin som energetisk mykner og en liten mengde nitrocellulose som kryssbinder. Dette er en røyksvak og energirik type rakettkrutt som er viktige for taktiske missilsystemer som TOW, Javelin og Hellfire.

NEPE-krutt er høyenergetiske rakettkrutt som er viktige for SLBM (submarine-launched ballistic missile). De består typisk av HMX (oktogen), ammoniumperklorat, finfordelt aluminium og et bindemiddel av polyeter tilsatt nitroglyserin (eller andre nitratestere) som energetisk mykner. NEPE-krutt brukes i strategiske missilsystemer som Trident.

• Les mer om XLDB-krutt i artikler om nitroglyserin og RDX (heksogen).
• Les mer om NEPE-krutt i artikler om nitroglyserin og HMX (oktogen).

I motsetning til vanlige komposittkrutt, som vanskelig lar seg detonere under noe forhold, er kombinasjonskrutt som XLDB og NEPE ofte høyeksplosive komposisjoner som ved tilstrekkelig kraftig initiering også kan oppføre seg som kraftige sprengstoffer.