低溫對不同敏化方式的乳化炸藥爆轟性能影響

夏珍珍，儲國平，吳紅波，夏曼曼

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低溫對不同敏化方式的乳化炸藥爆轟性能影響

夏珍珍1，儲國平1，吳紅波2，夏曼曼2

（1. 安徽向科化工有限公司，安徽 安慶，246000；2. 安徽理工大學化學工程學院，安徽 淮南，232001）

為研究低溫對不同敏化方式的乳化炸藥爆轟性能的影響，采用化學敏化和物理敏化方式制備乳化炸藥，通過測時儀法測量兩種乳化炸藥在常溫及不同低溫條件下連續(xù)冷凍24h之后的爆速。結果表明：乳化炸藥的爆速隨著冷凍溫度的降低而下降，當冷凍溫度到達某一臨界值時，乳化炸藥出現(xiàn)了拒爆的現(xiàn)象，失去爆轟能力；采用物理敏化的乳化炸藥耐低溫性能優(yōu)于化學敏化的乳化炸藥。

乳化炸藥；低溫；敏化方式；爆轟性能；爆速

乳化炸藥是以硝酸銨、硝酸鈉等氧化劑水溶液為內(nèi)相，以復合燃料油為外相形成具有W/O型的硝銨類工業(yè)炸藥。因其原料來源廣泛、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)過程污染少等優(yōu)點，在國內(nèi)外工程爆破中得到廣泛應用[1-2]。但由于傳統(tǒng)乳化炸藥耐低溫性能差，在中國北方冬季施工過程中，需要對乳化炸藥進行升溫處理后才能使用，且乳化炸藥的爆轟性能顯著下降，使用極其不便[3]。因此，抗低溫乳化炸藥的研究受到國內(nèi)外炸藥領域?qū)W者的廣泛關注。侯傳議等[4]通過優(yōu)化乳化炸藥油相配方來改善其抗凍性。楊杰等[5]從乳化炸藥的配方和生產(chǎn)工藝著手，來提高乳化炸藥的耐低溫性能。申夏夏[6]研究了低溫對不同敏化方式、水相配方、乳化劑、油相材料制備的乳化炸藥穩(wěn)定性的影響。

本文從敏化方式著手，研究低溫條件下不同敏化劑對乳化炸藥爆轟性能，尤其對爆速的影響。乳膠基質(zhì)本身沒有雷管感度，它必須通過敏化劑敏化后才能被起爆，乳化炸藥的敏化方式分為物理敏化和化學敏化。敏化方式對乳化炸藥的性能有很大影響。程揚帆等[7]研究了敏化方式對MgH2型儲氫乳化炸藥爆轟性能的影響；Nie等[8]研究了化學敏化和物理敏化乳化炸藥的動壓減敏特性；唐學軍等[9]研究了不同敏化方式的乳化炸藥水下爆炸能量輸出情況。

本實驗研究不同敏化方式乳化炸藥在低溫冷凍的情況下，其爆炸性能（特別是爆速）和穩(wěn)定性的變化情況，對在冬季低溫進行爆破作業(yè)以及提高乳化炸藥的耐低溫性有一定的指導作用。

1 實驗

1.1 材料及儀器

硝酸銨（AN）、硝酸鈉（SN）、自來水、復合蠟、Span-80、樹脂微球、亞硝酸鈉、100mL量筒、加熱爐、電子天平、乳化器（轉速為1 230r/min）、醫(yī)用低溫保存箱（最低溫度達到-65℃），安徽中科都菱生產(chǎn)、DDBS-20型多段時間隔測量儀。

1.2 乳化炸藥的制備

稱取材料，將水相溶解并加熱至105～110℃，油相加熱至95~100℃，將油相倒入恒溫水浴保溫的乳化器內(nèi)，再加入水相攪拌，制得乳膠基質(zhì)，將制備好的乳膠基質(zhì)冷卻到55℃時，分別進行化學敏化和物理敏化?；瘜W敏化：先向乳膠基質(zhì)中加入一定濃度的亞硝酸鈉溶液，在混合器內(nèi)充分攪拌，30s后再加入一定濃度的促進劑，攪拌均勻即可。物理敏化：向乳膠基質(zhì)中加入0.25%～0.30%的樹脂微球，攪拌均勻。敏化完成后，采用直徑為32mm的紙筒裝藥，裝藥量約為150g/卷。乳膠基質(zhì)配方如表1所示。

表1 乳膠基質(zhì)配方 （%）

Tab.1 Composition of emulsion matrix

1.3 性能測試

通過電測法[10-12]測試乳化炸藥的爆速，該方法的優(yōu)點是：精度高，操作簡便，測量的數(shù)值可以直接通過數(shù)字顯示得到[13]。

1.4 實驗結果

乳化炸藥在不同溫度下連續(xù)冷凍24h之后，爆速測試結果如表2所示。

表2 乳化炸藥爆速及變化率

Tab.2 Detonation velocity and change rate of emulsion explosive

2 分析與討論

根據(jù)表2數(shù)據(jù)做爆速——溫度圖、爆速下降率——溫度圖，如圖1~2所示。

圖1 爆速——溫度曲線

圖2 爆速下降率——溫度曲線

由表2、圖1可知，常溫時采用物理敏化的乳化炸藥爆速比化學敏化高出550m·s-1以上，這是因為樹脂微球是以熱可塑高分子為殼體，內(nèi)含液狀低沸點碳氫化合物的微球，在乳化炸藥中除起敏化作用外，還起到了可燃劑的作用。冷凍后，兩種敏化方式的乳化炸藥的爆速均降低，且隨著冷凍溫度的降低，爆速下降地越明顯，當冷凍溫度為-35℃，物理敏化和化學敏化的乳化炸藥均出現(xiàn)半爆現(xiàn)象，失去其爆轟性能。

由圖2所示，隨著冷凍溫度的下降，兩種敏化方式的乳化炸藥爆速下降幅度增大；相同冷凍時間內(nèi)，采用物理敏化比采用化學敏化的乳化炸藥的爆速下降率要低；且冷凍溫度越低，這種現(xiàn)象越顯著。這是因為，低溫會使化學敏化氣泡內(nèi)外產(chǎn)生壓力差而大量地被擠壓破裂，氣泡內(nèi)氣體一部分聚集成大氣泡而失效，另一部分氣體從乳化炸藥逃逸出去，冷凍溫度越低，有效氣泡數(shù)量越少，導致化學敏化爆速下降速率越快，在-35℃時，失去起爆感度，從而出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。對于采用樹脂微球敏化的乳化炸藥，樹脂微球殼體是熱可塑的高分子材料，有一定的韌性，這種擠壓不會使其破壞，隨著溫度降低，壓力差越來越大，一部分微球殼體被壓破，氣體逃逸，另一部分微球殼體內(nèi)的低沸點碳氫化合物液化，導致乳化炸藥中氣泡數(shù)量減少，最終失去起爆感度。

3 結論

（1）采用樹脂微球的乳化炸藥比采用化學敏化的乳化炸藥爆速高。

（2）采用樹脂微球敏化的乳化炸藥耐低溫性能優(yōu)于化學敏化的乳化炸藥。

（3）乳化炸藥的爆速隨著冷凍溫度的降低而下降，當冷凍溫度到達某一臨界值時，乳化炸藥則出現(xiàn)拒爆的現(xiàn)象，從而失去爆轟能力。

[1] 汪旭光.乳化炸藥(第2版)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

[2] Shuang Wang, Zhi-Xiang Xu, Qian Wang. Thermal decomposition mechanism of emulsion explosives with phosphatide[J]. J Therm Anal Calorim,2016(124):1 053-1 062.

[3] 吳紅波,申夏夏,王道陽.敏化方式對乳化炸藥耐低混性能的影響[J].火炸藥學報,2014(6):58-61.

[4] 侯傳議,申夏夏,王道陽.抗凍乳化炸藥專用復合蠟的實驗研究[J].煤礦爆破,2013(3):24-27.

[5] 楊杰, 祈茂富,朱全環(huán).淺談提高乳化炸藥的抗凍性[J].煤礦爆破,2011, 94 (3):12-14.

[6] 申夏夏.低溫對乳化炸藥穩(wěn)定性影響的實驗研究[D].安徽淮南:安徽理工大學,2016.

[7] 程揚帆,汪泉,沈兆武,等.敏化方式對MgH2型儲氫乳化炸藥爆轟性能的影響[J].含能材料,2017,25(2):167-172.

[8] S.Nie. Pressure desensitization of a gassed emulsion explosive in comparison with micro-balloon sensitized emulsion explosives[C]//Proceedings of Thirteen Annual Symposium on explosives and Blasting Research.Las Vegas, Nevada,USA, 1997.

[9] 唐學軍, 吳紅波.不同敏化方式的乳化炸藥水下爆炸能量測試[J].化學工業(yè),2014(29):109-111.

[10] 吳紅波, 申夏夏,王道陽,等. 敏化方式對乳化炸藥耐低溫性能的影響[J].火炸藥學報,2014,37(6):58-61.

[11] 張永忠.水膠炸藥與乳化炸藥的使用特點[J]. 西山科技，1993(1):17-18.

[12] 張波.淺談影響乳化炸藥化學敏化效果的分析[J].科技創(chuàng)新導報, 2012 (30):146-147.

[13] 蔡敬國.乳化炸藥化學敏化效果的影響因素分析[J].煤礦爆破,2008,81(2):11-13.

Effect of Low Temperature on Detonation Performance of Emulsion Explosive Prepared by Different Sensitization Methods

XIA Zhen-zhen1, CHU Guo-ping1，WU Hong-bo2，XIA Man-man2

（1.Anhui Xiangke Chemical Co. Ltd., Anqing，246000；2. Anhui University of Science and Technology, Huainan，232001）

In order to study the effects of low temperature on the detonation performance of emulsion explosives, the emulsion explosives were prepared by chemical sensitization and physical sensitization. Based on electrical measuring method，the detonation velocity of the two kinds of emulsion explosives were measured at room temperature and after 24 hours of continuous freezing under different low temperature conditions. The experimental results show that the detonation velocity of the emulsion explosive decreases with the decreasing of the freezing temperature. When the freezing temperature reaches certain critical value, the misfire would appear, the explosive would lose detonation capability. Meanwhile, low temperature resistance of physical sensitized emulsion explosive is better than that of chemical sensitized emulsion explosive.

Emulsion explosives；Low temperature；Sensitization method；Detonation performance；Detonation velocity

1003-1480（2017）05-0020-03

TQ564

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.05.006

2017-07-31

夏珍珍（1985-），女，助理工程師，主要從事乳化炸藥性能研究。