乳化炸藥微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)性能影響研究

吳文濤

摘要：乳化炸藥是含水炸藥的一種，現(xiàn)如今在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。具體了解這種炸藥內(nèi)相微粒情況、界面膜、油膜、第三相物質(zhì)對(duì)其爆炸性能的影響，尤其是設(shè)備作用強(qiáng)度以及乳化劑的用量，能夠?qū)σ恍┏Ｒ?jiàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋說(shuō)明。文中就立足于乳化炸藥的這幾個(gè)微觀結(jié)構(gòu)，研究對(duì)其爆炸性能的影響。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥；微觀結(jié)構(gòu)；性能

中圖分類號(hào)：TQ56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—6487（2018）02—0114—02

0引言

乳化炸藥就是指用乳化技術(shù)制備的一類使氧化劑鹽類水溶液的微滴均勻地分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，形成的一種油包水型乳膠狀含水工業(yè)炸藥。顯而易見(jiàn)，乳化炸藥是含有水分的，是含水炸藥的一種。乳化炸藥是一種新型的工業(yè)產(chǎn)品，最早是在20世紀(jì)70年代才發(fā)展起來(lái)的。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展歷程，其結(jié)構(gòu)和性能都發(fā)生了很大的改變，并得到了快速的發(fā)展。目前，乳化炸藥已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，成為含水炸藥體系中的寵兒。因此，對(duì)于乳化炸藥的研究具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

由于不同的爆破工程對(duì)乳化炸藥的性能有著不同的要求，為了滿足這一需求，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)研制出不同類型的炸藥產(chǎn)品，以滿足不同的需求。隨著乳化炸藥的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)于乳化炸藥性能的研究也在不斷的深化，成為炸藥基礎(chǔ)研究的重要內(nèi)容。

1內(nèi)相粒子對(duì)乳化炸藥的性能的影響

乳化炸藥W/O結(jié)構(gòu)形成過(guò)程及其內(nèi)相粒子大小與分布有著密切的關(guān)聯(lián)，乳化炸藥W/O型結(jié)構(gòu)的形成就是一個(gè)乳化過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，由于機(jī)械作用和乳化劑的化學(xué)作用，可以將水相迅速地分隔、打散，繼而利用乳化劑把含水的液滴迅速的包圍起來(lái)，二者密切合作，最終形成乳化炸藥的乳化液。這兩者是缺一不可的，如果沒(méi)有機(jī)械作用，就無(wú)法形成微小液滴，而缺少乳化作用，微小液滴也不能長(zhǎng)時(shí)間的存在。因此，乳化炸藥內(nèi)相粒子的大小與分布的決定因素是機(jī)械作用的強(qiáng)度和乳化劑的種類和用量。

乳化炸藥性能的穩(wěn)定性與乳化炸藥內(nèi)相粒子大小及其分布有關(guān)。內(nèi)相粒子越小，分布就越均勻，其穩(wěn)定性就越好。其次，內(nèi)相粒子大小也會(huì)對(duì)乳化液的黏度產(chǎn)生影響，內(nèi)相粒子直徑越小，其乳膠液的黏度就越大，它們正好相反。爆炸性能也和內(nèi)相粒子大小、分布密切相關(guān)，內(nèi)相粒子越小，其粒徑分布就越窄，體系內(nèi)的水相和油相之間的接觸面積就越大，同時(shí)氧化劑和還原劑之間相隔的間距就會(huì)越小，這樣就非常有利于爆炸反應(yīng)的激發(fā)與傳播，炸藥的爆炸速度就會(huì)瞬間提升，爆炸的速度和威力也就提高了很多。

2界面膜的作用及對(duì)性能的影響

2.1界面膜在微觀結(jié)構(gòu)中的作用

在體系中加入乳化劑后，會(huì)使界面張力降低，同時(shí)表面活性劑還會(huì)在界面吸附形成一層界面膜，界面膜可以保護(hù)分散相液滴，使得液滴在布朗運(yùn)動(dòng)過(guò)程中雖然相互碰撞而不至于積聚。界面膜破裂會(huì)導(dǎo)致液滴的聚結(jié)，也就使得乳狀液失去了穩(wěn)定性，因此在乳化炸藥的生產(chǎn)過(guò)程中，決定乳狀液是否穩(wěn)定的主要因素之一就是界面膜的機(jī)械強(qiáng)度。表面吸附膜的情況也非常相似，當(dāng)乳化劑濃度較低的時(shí)候，吸附在界面上的分子就會(huì)較少，那么形成的界面膜的強(qiáng)度就會(huì)受到影響，其強(qiáng)度就會(huì)很低，導(dǎo)致形成的乳狀液也不穩(wěn)定；當(dāng)乳化劑濃度達(dá)到一定的程度時(shí)，界面上定向吸附的分子就較多，排列也就會(huì)緊密而有序，這樣形成的界面膜的強(qiáng)度就會(huì)很高，從而其乳化液也就非常穩(wěn)定。大量事實(shí)證明，保障乳化效果的根本因素就是要有足量的乳化劑，而且乳化劑的結(jié)構(gòu)也影響乳化效果，直鏈結(jié)構(gòu)的要比支鏈結(jié)構(gòu)的效果強(qiáng)。

2.2界面膜對(duì)性能的影響

界面膜的特性決定了乳化劑對(duì)于乳化炸藥的影響，只有形成高質(zhì)量的界面膜，生產(chǎn)出來(lái)的乳化炸藥質(zhì)量才能好，才能保持內(nèi)相粒子細(xì)小而均勻，從而使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，爆炸效果也更理想。乳化液流變性還和乳化劑及界面膜的組織結(jié)構(gòu)有著很大的關(guān)系，油水界面膜中的乳化分子排列足夠緊密，同時(shí)其機(jī)械強(qiáng)度要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才可以確保乳化液穩(wěn)定。所以要想提高乳化液的穩(wěn)定性，就要提高界面膜強(qiáng)度和厚度。

3油膜的作用及其對(duì)性能的影響

油膜由油相結(jié)構(gòu)構(gòu)成，存在于界面膜與界面膜之間，其在整個(gè)乳化體系中是相互貫通的，而且還可以相互流動(dòng)，是一個(gè)外在的、連續(xù)的整體，在微觀結(jié)構(gòu)中起著相當(dāng)重要的作用。首先，油膜可以與乳化劑分子中的親油基一側(cè)相互吸附，它是形成界面膜的重要條件之一。要想增加界面膜的強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)把油膜與乳化劑親油基相互作用充分利用，油膜中的長(zhǎng)鏈分子與乳化劑親油部分可以形成一種特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架，能夠有效地阻止內(nèi)相析晶，保護(hù)內(nèi)相粒子。油膜的作用，不僅可以阻止外部水液的侵蝕、瀝濾，而且還可以有效阻止內(nèi)相氧化劑鹽向外界水液散失和自身水分流失。乳化炸藥的黏度還和油膜的黏度密切相關(guān)，它們呈高度的正相關(guān)，油膜的流動(dòng)性可以促使內(nèi)相粒子作滑動(dòng)接觸，并使其韌性增大，相關(guān)阻力減少，使得乳化炸藥的摩擦和撞擊硬度大幅度降低。其次，油膜的厚度問(wèn)題也對(duì)爆炸強(qiáng)度有影響，每個(gè)內(nèi)相粒子都有一個(gè)最佳的油膜厚度，如果油膜的厚度低于最佳厚度，當(dāng)內(nèi)相氣化爆炸后，其形成的微小液滴就不會(huì)很緊密，這直接導(dǎo)致炸藥燃燒不足或者氧化過(guò)量，而在爆炸的同時(shí)，過(guò)量的氧化定會(huì)吸納炸藥前期反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量，因此炸藥的速度和猛度都會(huì)大大降低。

4第三相對(duì)于炸藥性能的影響

在一定的密度范圍內(nèi)，乳化炸藥的密度越小，該炸藥爆炸感度就越高。但是在使用過(guò)程中，有時(shí)相應(yīng)的炸藥密度降低，也會(huì)導(dǎo)致降低炸藥威力，爆破效果不能達(dá)到預(yù)期的目的。因此，對(duì)于敏化氣泡的密度，或者使用敏化劑的用量，需要在一個(gè)合理的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

空心玻璃微球?qū)θ榛ㄋ庌Z炸性能影響與微球粒徑和數(shù)量有關(guān)。在沒(méi)有任何約束的狀態(tài)下，如果保持密度相同，爆炸速度與微球粒徑成負(fù)相關(guān)。但是，如果想辦法將藥卷增粗到不受側(cè)向稀疏波影響時(shí)，那么爆炸的速度將不會(huì)隨著玻璃微球粒徑的改變而變化，而且這時(shí)爆炸速度還要比無(wú)任何約束狀態(tài)下的爆炸速度高。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，對(duì)于乳化炸藥的研究也在不斷地深化，研究技術(shù)也逐漸轉(zhuǎn)向?qū)ξ⒂^因素的研究。通過(guò)研究表明，乳化炸藥中的內(nèi)相粒子、界面膜、油膜、第三相等微觀因素都會(huì)對(duì)乳化炸藥的爆炸性能產(chǎn)生很大的影響。內(nèi)相粒子的分布多少，界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，油膜的厚度以及第三相的黏度都能影響到炸藥的爆炸速度與爆炸的強(qiáng)度，幾個(gè)因素都對(duì)乳化炸藥的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響。所以，要想使乳化炸藥的爆炸速度和強(qiáng)度都增強(qiáng)，就要在微觀角度進(jìn)行改變。通過(guò)對(duì)乳化炸藥的微觀研究，可以為對(duì)炸藥的配方尋找新的突破點(diǎn)，有利于我國(guó)炸藥事業(yè)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。