動壓作用下乳化炸藥析晶現(xiàn)象的實驗研究

摘 要：為了研究敏化方式和乳化劑的含量對乳化炸藥析晶現(xiàn)象的影響，利用水溶法測量了乳化炸藥在動壓作用下析晶量，用析晶量的大小來表征乳化炸藥的抗動壓性能，對提高乳化炸藥的抗動壓性能起到重要的指導(dǎo)作用。實驗結(jié)果表明，在相同的動壓作用下，玻璃微球敏化的乳化炸藥的析晶量小于膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥；隨著乳化劑含量從3%增加到4%時，乳化炸藥的析晶量減小。因此，采用玻璃微球做敏化劑及適當(dāng)提高乳化劑的含量可以提高乳化炸藥的抗動壓性能。

關(guān)鍵詞：動壓；敏化方式；乳化炸藥；微觀結(jié)構(gòu)；析晶

中圖分類號：TD235.212文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1098(2010)04-0044-03

Experimental Research on Crystallization of Emulsion Explosive

under Dynamic Pressure

REN Dong-mei，U Hong-bo，YAN Shi-long

(School of Chemical Engineering， Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001， China)

Abstract:In order to study influence of sensitizing methad and emulsfier content on crystallization of emulsion explosive， crystallization quantity of emulsion explosive under dynamic pressure was measured by using water dissolved method. Anti-dynamic pressure performance of emulsion explosive was charaterized by crystallization quantity， which playes an important role in guiding to improve dynamic pressure resistance of emulsion explosive.The result showed that crystallization quantity of emulsion explosive sensitized by glass micro-balloon (GMB) less than that of sensitized by expanded perlite.Meanwhile， with emulsifier content increasing from 3% to 4%， crystallization quantity of emulsion explosive decreased.Therefore， dynamic pressure resistance of emulsion explosive could improve by using appropriate sensitizing methods and properly increasing emulsifier content.

Key words:dynamic pressure;sensitizing methods;emulsion explosive;microstructure; crystallization

乳化炸藥是以氧化劑水溶液的微細液滴為分散相，燃料油為連續(xù)相的油包水型熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。當(dāng)體系承受一個在極短時間內(nèi)發(fā)生變化的動態(tài)壓力時(比如沖擊波、應(yīng)力波、壓力脈沖等)，炸藥的爆轟感度和爆轟性能就會急劇降低^［1-2］，嚴(yán)重時就會產(chǎn)生半爆和拒爆現(xiàn)象。乳化炸藥在動壓作用下爆轟性能下降的現(xiàn)象稱為乳化炸藥的動壓減敏效應(yīng)，炸藥的減敏現(xiàn)象已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)人士的重視，國內(nèi)外進行了不同程度的研究^［3-4］。文獻［5］研究了井下煤層毫秒爆破中炮孔間距和延期時差與炸藥減敏的關(guān)系，以及靜水壓力作用下爆炸和復(fù)原情況，其研究結(jié)果顯示，炮眼間距的大小是影響炸藥壓力減敏的主要因素。文獻［6］研究了煤礦延期爆破時，乳化炸藥受壓減敏性能與炮眼間距及起爆時差的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)引起炸藥受壓減敏因素中，炮眼間距占主導(dǎo)因素。文獻［7］設(shè)計了動態(tài)壓力下測試乳化炸藥爆轟性能的方法，對乳化炸藥的壓力減敏現(xiàn)象進行了研究，認為乳化炸藥的組分中最弱的一個組分的強度決定著炸藥的耐壓性。前人主要研究了減敏現(xiàn)象出現(xiàn)的情況以及工程爆破中預(yù)防炸藥減敏的措施和方法。本實驗采用水溶法測量了乳化炸藥的析晶量，以此表征乳化炸藥的破乳程度，并分析了敏化劑的類型及乳化劑的含量對乳化炸藥破乳程度的影響。

1 實驗

1.1 實驗裝置

實驗裝置由爆炸水池、測量系統(tǒng)和藥包組成（見圖1）。測量系統(tǒng)由壓電壓力傳感器、放大器、示波器，以及電纜線組成。

1. 水池； 2. 行車； 3. 鐵架子； 4. 壓力傳感器； 5. 藥包；6. 放大器；7. 示波器；8. 電源；9. 開關(guān)

圖1 實驗裝置圖

1.2 乳化炸藥試樣的制備

被測藥包是實驗室制備的乳化炸藥藥包，其基質(zhì)組成(質(zhì)量分數(shù))如下:氧化劑、水、還原劑的含量分別為82%~84%、11%和2%~4%；采用Span80做乳化劑，乳化劑的含量分別為3%和4%。乳化炸藥是在乳化基質(zhì)冷卻50~60 ℃時外加敏化劑制得，敏化劑為玻璃微球和膨脹珍珠巖，二者含量均為2%。

1.3 實驗測量方法

由乳化炸藥制成的被測藥包在受到主發(fā)藥包施加的動壓作用后會因破乳導(dǎo)致析晶，乳化炸藥藥包受到的動壓不同，其析晶量的大小也不相同。本實驗主要是利用水溶法來測定出乳化炸藥破乳后析出的硝酸銨質(zhì)量，用析出硝酸銨的質(zhì)量大小來表征乳化炸藥的破乳程度。實驗中使用的試劑有25%（質(zhì)量分數(shù)）甲醛溶液、0.1 mol/L的NaOH溶液和酚酞指示劑。其滴定原理的反應(yīng)方程式如下：

4NH4NO3+6HCHO→（CH2）6N4＋4HNO3+6H2O

HNO3+NaOH→NaNO3+H2O

析出硝酸銨質(zhì)量M的計算公式為

M=80.08×C×V

式中：C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol#8226;L-1；V為滴定時消耗氫氧化鈉的體積，L；80.08為硝酸銨的相對分子質(zhì)量，g#8226;mol-1。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 敏化劑對乳化炸藥析晶量的影響

根據(jù)上述實驗原理，測得受動壓作用后不同敏化劑對乳化炸藥析晶量的變化曲線如圖2~圖3所示。

d/cm

1.膨脹珍珠巖2%；2. 玻璃微球2%

圖2 Span80為3%時每克炸藥析晶量隨受壓距離變化的曲線

d/cm

1.膨脹珍珠巖2%；2. 玻璃微球2%

圖3 Span80為4%時每克炸藥析晶量隨受壓距離變化的曲線

由圖2和圖3可以看出，用膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥的析晶量大于用玻璃微球敏化的乳化炸藥。首先膨脹珍珠巖不規(guī)則，具有較多棱角的外形，對乳化炸藥粒子界面膜的損壞極大，由于其棱角的作用，使得乳化炸藥的兩相界面膜很容易被破壞，水相粒子發(fā)生聚結(jié)變大，油膜被擠出，導(dǎo)致硝酸銨晶體析出。其次玻璃微球的球壁強度較大，在動壓作用下破碎的幾率小，硝酸銨晶體析出量就少，兩者共同作用導(dǎo)致了膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥在較低壓力的作用下就會析晶。因而，用膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥的析晶量大于用玻璃微球敏化的乳化炸藥，抗動壓性能就會相應(yīng)的降低。

2.2 乳化劑含量對乳化炸藥析晶量的影響

根據(jù)上述實驗原理，測得受動壓作用后不同乳化劑含量對乳化炸藥析晶量的變化曲如圖4和圖5所示。

d/cm

1. Span80 3%；2. Spam80 4%

圖4 玻璃微球2℅每克炸藥析晶量隨受壓距離變化的曲線

d/cm

1. Span80 3%；2. Spam80 4%

圖5膨脹珍珠巖2℅每克炸藥析晶量隨受壓距離變化的曲線

由圖4和圖5可以看出，在一定范圍內(nèi)，乳化劑的含量越高，炸藥析晶量越小。這是由于油包水型乳化劑是乳化炸藥的關(guān)鍵組分，其含量對乳化體系的質(zhì)量、穩(wěn)定性等都有顯著的影響。乳化劑的含量增大，不僅可以適當(dāng)提高界面膜的厚度，還會使炸藥的乳化效果更好，炸藥本身的結(jié)構(gòu)就會相對穩(wěn)定，不易被破壞。因此，當(dāng)炸藥在動壓作用下，含乳化劑較多的炸藥破乳程度越小，析晶量也就越少。也就是說，在保證炸藥爆轟性能的前提下，適當(dāng)提高乳化劑的含量可以提高乳化炸藥的抗動壓性能。

3 結(jié)論

(1)在動壓作用下，乳化炸藥發(fā)生了析晶。油包水(Ｗ/Ｏ)型結(jié)構(gòu)本身不易遭沖擊波破壞，但敏化劑在強大的沖擊波作用下容易發(fā)生破裂及碎片的運動，促進了炸藥析晶的進行。

(2) 與玻璃微球相比，膨脹珍珠巖氣孔的外壁不規(guī)則，強度低，在外力作用下受力容易破碎，使得珍珠巖敏化的乳化炸藥容易發(fā)生析晶，因此，其抗動壓性能小于玻璃微球敏化的乳化炸藥。

(3) 在一定范圍內(nèi)，乳化劑的含量越高，炸藥的界面膜厚度就會越大，乳化的效果也會越好，因此在外力作用時，不易析晶，抗動壓性能提高。

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(責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅)