抗靜電劑對煙火藥安全性能的影響研究

陳文興 田娟 周昌平

摘 要：利用抗靜電劑對煙火藥原料進行處理后，再配制成煙火藥，能改善其靜電性能，達到防止電荷積累，降低煙火藥靜電火花感度?？轨o電劑的加入，對煙火藥的其他安全性能指標(biāo)的影響，也是評價抗靜電劑是否可行的重要因素。文章介紹抗靜電劑在煙火藥中應(yīng)用后，對其摩擦感度、撞擊感度、75℃熱安定性等的影響程度。為有效提高煙火藥的安全性能提供依據(jù)，促進煙花爆竹生產(chǎn)系統(tǒng)安全運行。

關(guān)鍵詞：煙火藥；抗靜電劑；摩擦感度；撞擊感度；75℃熱安定性

1 概述

煙花爆竹屬于高危行業(yè)，同其它行業(yè)的根本區(qū)別在于煙火藥的易燃易爆性。靜電、撞擊、摩擦被認(rèn)為是煙花爆竹行業(yè)引發(fā)爆炸事故的三大殺手。從事煙花爆竹產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用的人們大多不了解煙火藥的燃爆性能，更可怕的是每年有不少新的非常敏感且威力強未經(jīng)安全論證的煙火藥用于產(chǎn)品。[1]

在利用抗靜電劑對煙火藥原料進行處理后，再配制成煙火藥，能改善其靜電性能，達到防止電荷積累，降低煙火藥靜電火花感度。抗靜電劑的加入，對煙火藥的其他安全性能指標(biāo)的影響，也是評價抗靜電劑是否可行的重要因素。文章介紹抗靜電劑在煙火藥中應(yīng)用后，對其摩擦感度、撞擊感度、75℃熱安定性等的影響程度。為有效提高煙火藥的安全性能提供依據(jù)，促進煙花爆竹生產(chǎn)系統(tǒng)安全運行。

2 煙火藥抗靜電處理[2，3]

從煙火藥使用原材料入手，選用液態(tài)陽離子型抗靜電劑十八烷基二甲基羥乙基季胺硝酸鹽（簡稱：SN），將其通過噴涂方法對煙火藥用原料高氯酸鉀、鋁銀粉、硫磺和珍珠粉中的一種或幾種進行表面處理，抗靜電劑用量為煙花爆竹總原料重量的0.1～0.6%。抗靜電劑對煙火藥原料中的一種或幾種分別進行包覆處理后，再采用現(xiàn)有煙花爆竹藥配制工藝配制。技術(shù)路線如下圖1。

圖1 抗靜電劑在煙火藥中應(yīng)用技術(shù)路線

本技術(shù)路線采用的抗靜電處理方案，無需加入過量的溶劑，不增加過濾、干燥等工藝過程。對煙火藥的單質(zhì)原料進行抗靜電劑包覆處理后，保持藥劑原有的物理性狀，藥劑在煙花爆竹混裝藥過程中能流暢進行，配制的煙火藥保持原有品質(zhì)。

3 煙火藥安全性能的測定

3.1 靜電火花感度的測定[4]

在靜電放電作用下，煙火藥發(fā)生燃燒或爆炸的難易程度：一是指煙火藥是否容易產(chǎn)生靜電和靜電量；二是指煙火藥對靜電放電火花是否敏感。用抗靜電劑SN處理煙火藥原料，再配制成煙火藥，煙火藥的不發(fā)生爆炸的最大靜電火花發(fā)火能量E0.01，50%爆炸所需的靜電火花發(fā)火能量E50，發(fā)生100%爆炸所需的最小靜電火花發(fā)火能量E100?？轨o電劑SN加入煙火藥原料中的量見表1，煙火藥的靜電火花感度的實驗測定值如表2，表1中樣品靜電火花感度的測定結(jié)果如表3。

表1 抗靜電劑SN加入量/%

由表2可知，在煙火藥原料中加入抗靜電劑SN后，配制成的煙火藥的導(dǎo)電性增加，實驗初始電壓均提高；由表3可知，煙火藥的靜電火花發(fā)火能量提高，靜電火花感度降低，這對提高體系的安全性非常有利。兩種原料使用抗靜電劑時，抗靜電劑用量為0.4%時，靜電火花發(fā)火能量有明顯提高；三種原料使用抗靜電劑時，抗靜電劑用量為0.2%時，靜電火花發(fā)火能量也有明顯提高。

3.2 摩擦感度的測定[5]

煙火藥劑和煙花爆竹產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸和使用過程中，經(jīng)常受到機械摩擦作用，這是導(dǎo)致煙花爆竹爆炸事故的主要原因之一。通過測定抗靜電劑處理后的煙火藥摩擦感度，對評定抗靜電劑在煙花爆竹在生產(chǎn)過程中應(yīng)用的安全性有重要意義。

試驗使用MGY-1型摩擦感度儀為測試設(shè)備，摩擦感度試驗條件：樣品藥重20mg，壓力1.23MPa，擺角70°，試驗溫度21℃，濕度68%；置信水平為0.95的置信區(qū)間（Pi，Pu）=100%，86%，平均：p=100%.用爆炸概率法統(tǒng)計，每個樣品進行兩組試驗，每組進行了25次系統(tǒng)運行。通過試驗，所有樣品的每個批次均發(fā)生了爆炸，撞擊感度有爆炸概率表征結(jié)果見表4。

表4 靜電劑處理后各種煙火藥的摩擦感度

由表4可知，在煙火藥原料中加入抗靜電劑SN后，配制的成的煙火藥的摩擦感度與未處理的煙火藥的摩擦感度均無明顯區(qū)別增加，提高體系的煙花爆竹生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性，降低摩擦感度是一個重要指標(biāo)。

3.3 撞擊感度的測定[6]

文章中采用落錘撞擊感度儀測試抗靜電劑處理后的煙火藥的落錘撞擊感度。模擬產(chǎn)品在工藝過程中受到撞擊引發(fā)爆炸的難易程度，同時也可模擬產(chǎn)品由高處墜落時發(fā)生燃爆的難易程度。試驗使用裝有此控制系統(tǒng)的撞擊感度儀，10kg的重錘于落高250mm，用表1中抗靜電處理后的原料配置的煙火藥作為試驗樣品，每次試驗樣品40mg，試驗溫度20℃，濕度68%。使用符合國標(biāo)撞擊裝置，每個樣品進行兩組試驗，每組進行了25次系統(tǒng)運行。通過試驗，樣品1和樣品2每組試驗均有兩次試驗發(fā)生爆炸，樣品3和樣品4每組試驗只有一次試驗發(fā)生爆炸，撞擊感度有爆炸概率表征結(jié)果見表5。

表5 靜電劑處理后各種煙火藥的撞擊感度

由表5可知，在煙火藥原料中加入抗靜電劑SN后，配制成的煙火藥的撞擊感度降低；煙火藥的撞擊感度降低，這對提高體系的安全性非常有利。兩種原料使用抗靜電劑時，抗靜電劑用量為0.4%時，抗撞擊感度有明顯提高；三種原料使用抗靜電劑時，抗靜電劑用量為0.2%時，抗撞擊感度也有明顯提高。

3.4 75℃熱安定性的測定[7]

75℃熱安定性是煙火藥藥劑安全性能檢測的重要項目之一，是衡量煙花爆竹藥劑熱感度大小的一個重要指標(biāo)。作者通過75℃熱安定性試驗，可以了解被抗靜電劑處理后的煙火藥劑和煙花爆竹在生產(chǎn)、儲存、運輸過程中是否對熱不安定，在受試狀態(tài)下運輸是否太危險以及使用是否安全。未經(jīng)處理的煙火藥和經(jīng)過抗靜電劑處理后的煙火藥，在75℃、48h的條件下，均無肉眼可見分解現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

經(jīng)抗靜電處理后的煙火藥其靜電火花感度E0.01、E50、E100均得到不同程度的提升。摩擦感度、撞擊感度、75℃熱安定性等未受到不良影響，其中撞擊感度比未處理的樣品的抗撞擊能力提高了。但影響摩擦感度指標(biāo)的因素還需繼續(xù)探索研究，才能更好地保障煙花爆竹行業(yè)的安全生產(chǎn)。

參考文獻

[1]炸藥理論編寫組.炸藥理論[M].北京：國防工業(yè)出版社，1982.

[2]陸明.表面活性劑及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2007.

[3]陸明，趙月兵.RDX與Al混合體系的靜電火花感度研究[J].兵工學(xué)報，2009，30（12）：1062-1066.

[4]陳文興，田娟，張筑南，等.抗靜電劑在煙火藥中的應(yīng)用研究[J].貴州化工，2012，6：10-11+14.

[5]譚愛喜，張光輝，劉勁彪.煙花爆竹用煙火藥機械感度影響因素分析[J].火工品，2004，25（4）：49-51.

[6]劉濤，徐恩陽.撞擊感度儀危險因素分析及安全控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機電安全，2012（10）：19-20.

[7]桂家祥，邱曉雨，李厚生，等.煙花爆竹藥劑75℃熱安定性試驗的研究[J].檢驗檢疫科學(xué)，2002，12（6）：32-34.

作者簡介：陳文興（1981-），男，學(xué)士，貴州省化工研究院工程師，貴州大學(xué)在職研究生，主要從事資源化工技術(shù)開發(fā)研究，煙花爆竹安全評價和安全技術(shù)研究。