含鋁炸藥造型粉流動(dòng)特性影響因素研究

王正宏，李世偉，王香菊，張桂芳，王可國(guó)，高洪海，王 碩

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含鋁炸藥造型粉流動(dòng)特性影響因素研究

王正宏，李世偉，王香菊，張桂芳，王可國(guó)，高洪海，王 碩

（遼寧慶陽(yáng)特種化工有限公司，遼寧慶陽(yáng)，111002）

以A-IX-II炸藥為參比標(biāo)準(zhǔn)，使用自行研制的流散性測(cè)量系統(tǒng)，研究了含鋁炸藥造型粉流散性的影響因素，并進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：噴霧造粒工藝制備的樣品流散性優(yōu)于直接法工藝；當(dāng)炸藥細(xì)顆粒占比在30%左右，顆粒粒度分布范圍越寬時(shí)，流散性較好；適當(dāng)?shù)臏囟瓤梢蕴岣咴煨头鄣牧魃⑿裕?dāng)造型粉處于干燥狀態(tài)時(shí)流散性較好，即濕度對(duì)造型粉流散性影響較大。此研究結(jié)果對(duì)炸藥自動(dòng)化裝藥工藝的研究具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

含鋁炸藥；造型粉；流散性；粒度；工藝；溫度；濕度

隨著工業(yè)制造水平的發(fā)展，自動(dòng)化裝藥工藝是壓制類武器彈藥裝藥的發(fā)展趨勢(shì)。這類先進(jìn)的裝藥工藝對(duì)炸藥造型粉的裝藥工藝適應(yīng)性提出了更高的要求。通常采用炸藥造型粉流散性和堆積密度兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量炸藥的裝藥工藝適應(yīng)性。流散性是反映粉狀固體是否易于流動(dòng)的一種重要的特性，它是晶體形狀、粒子表面狀態(tài)和特性的重要反映[1]。而堆積密度是反映炸藥藥粉空隙率最重要的表征參數(shù)，堆積密度越高，空隙率越小，藥粉流動(dòng)性越好，若堆積密度過(guò)低，往往需人工對(duì)藥粉進(jìn)行振動(dòng)，提高堆積密度。

國(guó)外對(duì)粉體材料的流動(dòng)特性很早就展開(kāi)了研究。G.Lumay[2]設(shè)計(jì)了3種分別用于測(cè)量粉體安息角、堆積密度、流散性的方法，并研究了粉體流動(dòng)特性與自身形貌、尺寸和粒度分布的關(guān)系；J A Ferrez[3]對(duì)含能材料的制備及應(yīng)用方面的研究也表明炸藥顆粒流散性的重要性。國(guó)內(nèi)對(duì)炸藥流動(dòng)性也開(kāi)展了一定的研究。在民爆炸藥領(lǐng)域，南京理工大學(xué)周新利等人[4]在靜止測(cè)量法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用振動(dòng)測(cè)量法，針對(duì)膨化硝銨炸藥的流散性進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)；一些民爆炸藥生產(chǎn)廠家通過(guò)研究影響膨化硝銨炸藥產(chǎn)品密度和性能配方的諸多因素，分析了影響膨化硝銨密度的真空度、硝銨濃度、膨化劑、溶液溫度、設(shè)備等關(guān)鍵因素，再結(jié)合連續(xù)化的工藝設(shè)備的特點(diǎn)，提出了一些提高膨化硝銨炸藥堆積密度等流動(dòng)特性的方法；此外，陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所盛滌倫[5]也利用安息角測(cè)量?jī)x等手段對(duì)起爆藥的流散性進(jìn)行了研究，并對(duì)常用起爆藥的流散性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。但是關(guān)于自動(dòng)裝藥所用炸藥流散性影響因素的研究報(bào)道很少。

本研究使用自行設(shè)計(jì)的造型粉流動(dòng)特性測(cè)量系統(tǒng)，研究了含鋁炸藥制備工藝、粒度及粒度分布和溫濕度對(duì)流散性和堆積密度的影響，為自動(dòng)化裝藥工藝參數(shù)的設(shè)定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

RDX（Ⅱ類，甘肅銀光化學(xué)工業(yè)公司），乙酸乙酯（分析純），石油醚（分析純，天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠），鋁粉（片狀，50為45μm，活性≥94.0%，蓋州市金屬粉末廠），80號(hào)微晶蠟（中國(guó)石油化工股份有限公司荊門(mén)分公司，熔點(diǎn)80℃），高聚物A（數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量3 500～4 500，上海化工研究院生產(chǎn)）。

1.2 樣品制備

流散性和堆積密度試驗(yàn)用炸藥樣品(LY-1)配方為：75％RDX，20％鋁粉，2％微晶蠟，3%高聚物A。炸藥樣品制備采用含鋁炸藥常用的直接法工藝[6]和新工藝噴霧造粒工藝[7]制備。

1.3 流散性測(cè)試儀器與工作原理

本研究所用測(cè)試系統(tǒng)由機(jī)械裝置、電子天平、控制室和遠(yuǎn)程控制室組成。按Q/AY 701-2015方法進(jìn)行炸藥造型粉的流散性測(cè)試。

工作原理：在一定溫度下，試樣自一定高度自由落入規(guī)定體積的容器內(nèi)，在下落的過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄下落試樣的質(zhì)量以及下料時(shí)間，確定時(shí)間段（1~4s），繪制出下料試樣質(zhì)量隨時(shí)間變化的曲線，通過(guò)曲線擬合生成一條直線，這條直線的斜率即為物料質(zhì)量隨時(shí)間的變化率。由此用來(lái)評(píng)價(jià)含鋁炸藥的流散性。

造型粉流散性測(cè)量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)包括：藥品下料時(shí)間0～10s，精度0.001 s；試樣質(zhì)量：0～200g，精度0.01g。流散性采用擬合曲線斜率來(lái)表征。

1.4 堆積密度測(cè)試

采用GJB 772A-97方法402.3 堆積密度標(biāo)準(zhǔn)容器法進(jìn)行樣品堆積密度測(cè)量。

1.5 粒度及粒度分布測(cè)試儀器及表征

激光粒度儀：型號(hào)MS2000，英國(guó)馬爾文，選取分散介質(zhì)蒸餾水，使A-IX-II炸藥樣品能均勻分散于分散介質(zhì)中，然后直接實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)。

利用Span法表示被測(cè)造型粉顆粒的粒度分布寬度，Span值越大，粒度分布范圍越寬。

Span=（90-10）/50（1）

式（1）中：90為粒度累積分布圖上累積百分?jǐn)?shù)90%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑；10為粒度累積分布圖上累積百分?jǐn)?shù)10%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑；50為粒度累積分布圖上累積百分?jǐn)?shù)50%所對(duì)應(yīng)的顆粒直徑。Span值越大，表明粒度分布寬度越大。

2 結(jié)果與討論

2.1 炸藥制備工藝對(duì)炸藥流動(dòng)特性的影響

采用噴霧造粒工藝和直接法工藝分別制備了實(shí)驗(yàn)用炸藥樣品LY-1，兩種不同工藝樣品的流散性和堆積密度如表1所示，取少量樣品進(jìn)行掃描電鏡（SEM）分析，如圖1所示。

（a） 直接法工藝???（b） 噴霧造粒工藝

表1 樣品的的流散速度和堆積密度

Tab.1 The flow velocity and the bulk density of the sample

表1中不同制備工藝制備的樣品的堆積密度和流散性存在很大的差異，即噴霧造粒工藝制備的樣品流散性較好，直接法工藝較差。從樣品的掃描電鏡照片來(lái)分析：觀察圖1（b）可以看出，噴霧造粒工藝制備的LY-1炸藥顆粒均勻分散，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，炸藥顆粒表面類似球形形狀，且粘結(jié)劑包覆RDX后的顆粒形貌規(guī)整，顆粒密實(shí)且均勻，導(dǎo)致樣品粒度均一，粒度分布較窄，從而使得樣品的堆積密度高，流散性（）好；相比而下，由圖1（a）可以看出，粘結(jié)劑包覆炸藥RDX存在一定的缺陷，顆粒形貌不規(guī)整，表面有少量的棱角，還存在少量的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而堆積密度較低，則流散性（）較差。因此，不同的制備工藝對(duì)樣品的流散性影響較大。

2.2 粒度及粒度分布對(duì)炸藥造型粉流動(dòng)特性的影響

2.2.1 粒度對(duì)炸藥造型粉流動(dòng)特性的影響

采用噴霧造粒工藝制備一定量的LY-1炸藥，選取6目、8目和60目3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)其進(jìn)行篩分。將6目到8目間的篩間物及60目的篩下物作為樣品進(jìn)行測(cè)試，其平均粒徑分別為0.300mm、0.050mm。采用雙級(jí)配模型，即采用大小兩種尺寸的顆粒進(jìn)行級(jí)配，分別測(cè)試其樣品的堆積密度及流散性（），變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 不同比例細(xì)顆粒下炸藥的流散性和堆積密度

從圖2可知，隨細(xì)顆粒所占百分比的增加，A-IX-II炸藥的流散性（）和堆積密度變化趨勢(shì)是一致的，當(dāng)炸藥的細(xì)顆粒百分比為30%左右時(shí)，堆積密度最高，流散性最好。說(shuō)明在該顆粒級(jí)配條件下，顆粒的流散性好，小顆?？梢猿浞值靥畛涞酱箢w粒間空隙中去，顆粒排列更緊密，表現(xiàn)為堆積密度高；而當(dāng)炸藥的細(xì)顆粒在體系中占絕大多數(shù)時(shí)，炸藥造型粉的流散性極差，堆積密度最低。這是因?yàn)楫?dāng)炸藥造型粉的顆粒粒度越小，顆粒的比表面積增加，顆粒相互之間的摩擦力增加，造型粉顆粒的流動(dòng)和滑移能力降低，從而導(dǎo)致流散性差，同時(shí)，顆粒粒度越小，單位體積內(nèi)顆粒質(zhì)量越小，因此，堆積密度低。以上研究結(jié)果表明，流散性（）和堆積密度之間有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，相對(duì)于同一種炸藥而言，炸藥顆粒流散性對(duì)炸藥的堆積密度有一定的影響，炸藥的流散性越好，炸藥的堆積密度越高。

2.2.2 炸藥粒度分布范圍對(duì)流散性的影響

利用激光粒度儀測(cè)量了50為0.350mm的3個(gè)A-IX-II炸藥造型粉樣品的粒度分布，計(jì)算了流散性參數(shù)(Span值)，并測(cè)量了以上3個(gè)樣品的堆積密度和流散性。數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同粒度分布范圍下造型粉的流散性數(shù)據(jù)

從表2流散性實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，3個(gè)A-IX-II炸藥造型粉樣品的粒度分布不同，流散性（）和堆積密度也不同。隨著炸藥造型粉的Span值減少，流散性（）和堆積密度也在降低。分析認(rèn)為，炸藥造型粉的粒度分布范圍越寬，物料顆粒的流散速率越高，導(dǎo)致物料可以在自由狀態(tài)下下落，更接近于造型粉的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)；較寬的粒度分布范圍也有利于顆粒間的填縫，減少顆粒之間的空隙率，從而得到較高的堆積密度。

2.3 外界條件（溫濕度）對(duì)炸藥流散性的影響

2.3.1 溫度

保持實(shí)驗(yàn)室濕度為30%～40%RH，將樣品分別在20℃、30℃、40℃和70℃溫度下放置1h后取出，立刻測(cè)試以上4個(gè)不同溫度條件下樣品的流散性（）和堆積密度，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同溫度下造型粉流散性數(shù)據(jù)

Tab.3 The flowability data of molding powder in different temperatures

從表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，造型粉流散性表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，而堆積密度在20℃、30℃和40℃時(shí)基本不變。20℃和30℃時(shí)，炸藥造型粉的流散性和堆積密度相當(dāng)；40℃時(shí)，炸藥造型粉的堆積密度無(wú)變化，而流散性有較明顯的增加；70℃時(shí)，造型粉顆粒的流散性大幅降低，而堆積密度升高約1%。顯然，除了炸藥的制備工藝、粒度及粒度分布能夠影響炸藥的流動(dòng)特性和堆積密度，外界條件溫度也能顯著地影響炸藥造型粉的流散性和堆積密度。一般來(lái)講，隨著溫度的升高，材料的物理表面會(huì)發(fā)生一定的變化，比如摩擦系數(shù)和表面致密性。分析認(rèn)為，溫度從20℃升至40℃時(shí)，微晶蠟和高聚物A動(dòng)摩擦系數(shù)有所降低，但對(duì)造型粉的表面不產(chǎn)生修復(fù)作用，炸藥表面致密性沒(méi)有變化，因此，炸藥造型粉的流散性增大而堆積密度變化很小。在溫度達(dá)到70℃時(shí)，由于接近高聚物A的樣品表面出現(xiàn)明顯的粘滑現(xiàn)象，出現(xiàn)不平穩(wěn)，滯留等流動(dòng)現(xiàn)象，使得流散性降低，堆積密度變大。

2.3.2 濕度

以A-IX-II炸藥造型粉為實(shí)驗(yàn)樣品，設(shè)計(jì)了4個(gè)不同濕度條件下樣品的流散性實(shí)驗(yàn)，分析濕度對(duì)造型粉流散性的影響，數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同濕度下造型粉流散性數(shù)據(jù)

Tab.4 The flowability data of molding powder at different humidity

從表4可以看出，在濕度小于30%RH條件下，A-IX-II炸藥造型粉流散性較好，濕度90%RH條件下流散性最低。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象是因?yàn)椋寒?dāng)濕度較低時(shí)，造型粉可能含有少量水分，水分被吸附在顆粒表面以表面吸附水的形式存在，對(duì)造型粉流散性影響不是很大；但當(dāng)濕度較高時(shí)，水分繼續(xù)增加，在顆粒吸附水的周圍形成水膜，顆粒間相對(duì)移動(dòng)的阻力變大，導(dǎo)致流散性下降。

3 結(jié)論

（1）噴霧造粒工藝制備的樣品LY-1堆積密度大，曲線斜率高，流散性較好；（2） A-IX-II炸藥粒度級(jí)配和粒度分布范圍對(duì)炸藥流散性影響很大。當(dāng)炸藥造型粉的細(xì)顆粒占比在30%左右時(shí)，流散性最好，堆積密度最高；炸藥粒度分布范圍較寬時(shí)，流散性最好，堆積密度最高；外界條件對(duì)A-IX-II炸藥造型粉的流散性具有一定的影響。適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸瓤梢栽谝欢ǔ潭壬咸岣哳w粒的流散性和堆積密度；（3）通過(guò)對(duì)金屬炸藥造型粉流散性影響因素的研究，對(duì)未來(lái)武器彈藥自動(dòng)化裝藥工藝的研究具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

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Study on the Influence Factors of Flowability of Aluminized Explosive Moulding Powders

WANG Zheng-hong, LI Shi-wei, WANG Xiang-ju, ZHANG Gui-fang, WANG Ke-guo, GAO Hong-hai, WANG Shuo

（Qingyang Chemical Industry Co.Ltd.，Liaoyang，111002）

Taking A-IX-II explosives as

tandard, the influence factors of flowability of aluminized explosive moulding powders was studied, using the flowability measuring system developed by oneself. The results show that, the flowability of the sample prepared by the spray granulation process was better than that of the direct synthesis, the flowability of moulding powders was better when the fine explosive particles was about 30% and particle size distribution was a broad range. Meanwhile, the proper temperature might improve the flowability of moulding powders, and the flowability was better while moulding powders were on dryness. These results have actual significant guidance to the study of automatic cosmetic medicine process.

Aluminized explosive；Moulding powder；Flowability；Size；Process；Temperature；Humidity

1003-1480（2017）03-0030-04

TQ564

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.03.008

2017-05-10

王正宏（1974 -），男，高級(jí)工程師，主要從事金屬炸藥工藝研究。

國(guó)家重大專項(xiàng)項(xiàng)目。