乳化炸藥微觀結(jié)構(gòu)及性能影響分析

摘 要：乳化炸藥在爆破工程中經(jīng)常會使用到的器材之一，在具體應(yīng)用時，其性能受到多種因素的制約，為了更好發(fā)揮乳化炸藥的價值作用。文章嘗試對乳化炸藥微觀結(jié)構(gòu)進行分析，探究其對性能的影響，以便更好的優(yōu)化乳化炸藥性能。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥;微觀結(jié)構(gòu);性能影響

0 引言

所謂的乳化炸藥就是借助乳化劑的作用，促使氧化劑鹽類水溶物的微滴，均勻的分散在含有分散氣泡或者是空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型的乳膠狀炸藥，該炸藥發(fā)明于20世紀(jì)70年代，其主要應(yīng)用領(lǐng)域為礦物開采、光面爆破等。

1 乳化炸藥特點和微觀結(jié)構(gòu)

乳化炸藥的微觀結(jié)構(gòu)主要指的是乳化完成后形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，一般的乳化炸藥為w/o結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是以機械作用為核心的，乳化劑與其他原料之間發(fā)生化學(xué)作用及物理形式的融合，最終生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的乳化炸藥。乳化炸藥的微觀結(jié)構(gòu)特點就是水相的變化是有限的，也就是水分子的分隔、分散，乳化劑可以借助水分子初步變化后的間隙，快速的完成對小液滴的包裹，在持續(xù)的機械作用下，水相將會不斷的分隔、分散，乳化劑的包裹行為也將會持續(xù)進行，而且在外界環(huán)境條件不變的情況下，形成的結(jié)構(gòu)得以保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)。總體來說，乳化炸藥的內(nèi)向粒子形成、分布、穩(wěn)定情況與乳化過程中的機械強度密切相關(guān)，粒子越小的情況下，乳化炸藥的微觀結(jié)構(gòu)也就越穩(wěn)定，最終呈現(xiàn)出來的爆破威力也就越大。

2 乳化炸藥微觀結(jié)構(gòu)對性能的影響

2.1 界面膜

所謂的界面膜指的是乳化炸藥內(nèi)相粒子與油膜之間的部分，以乳化炸藥中的乳化劑分子為主，界面膜除了乳化劑分子，由于制作工藝影響還可能存在有少量的空氣、水及其他不明成分，在乳化炸藥制作完成之后，界面膜的分子排列通常是整齊有序的。界面膜的核心特點在于具備自復(fù)原能力以及比較理想的致密性。界面膜的致密性越理想，乳化炸藥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也就越穩(wěn)定，內(nèi)相粒子在形成之后其活性也會受到外界因素的影響，其所形成的小液滴大小均勻、在爆破過程中，這些細(xì)小且均勻的小液滴可以更加充分的與空氣接觸，并產(chǎn)生反應(yīng)，保證爆破效果達(dá)到預(yù)期。

2.2 油膜

油膜多是以油相材料制作的，其位于界面膜和小液滴之間，一般是一個比較完整的膜狀整體，其主要作用在于能夠與親油基彼此之間互相吸附，這樣就成功實現(xiàn)了小液滴與界面膜的分離。油膜中的親油基、長鏈狀分子結(jié)構(gòu)上往往帶有一定的連續(xù)性，這種特性有效的提升了界面膜的強度，使得乳化炸藥的內(nèi)相粒子結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。同時，據(jù)相關(guān)研究表明，油膜在乳化炸藥中還能夠有效的避免氧化物消失，保證乳化炸藥流動性的穩(wěn)定，杜絕外部水分以及各類可能會對炸藥性能產(chǎn)生破壞物質(zhì)的滲透，促使乳化炸藥始終維持在相對比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3 第三相

所謂的第三相指的是存在于乳化炸藥內(nèi)部的大量連續(xù)相，因為乳化炸藥內(nèi)部的小液滴之間存在有微小的孔隙，所以小液滴的周邊往往都充滿了極小的小氣泡，這些小氣泡與小液滴之間將會以連續(xù)相的形式存在阻隔，連續(xù)相將會吸附乳化劑分子，然后在乳化炸藥內(nèi)部形成許多新的、較小的界面膜，這些小界面膜的物理強度不夠，但是卻可以廣泛的分布在乳化炸藥之中，進而起到限制小液滴流動的作用，對炸藥的表面張力產(chǎn)生約束作用，可以進一步提升氣泡的穩(wěn)定性。一般來說，乳化炸藥自身的黏度越高，那么第三相的作用價值也就越是突出，乳化炸藥成分的穩(wěn)定性也就越好，最終炸藥所能夠發(fā)揮出來的爆破強度也就越大。在不考慮其他影響因素的前提下，第三相越多，乳化炸藥的密度也就越小，但是需要注意的是如果第三相數(shù)目過多，那么則可能會導(dǎo)致乳化炸藥的爆破威力大幅度下降，針對第三相數(shù)目問題，可以采用敏化氣泡進行有效調(diào)整，保證第三相數(shù)目始終控制在合理范圍內(nèi)。

此外，第三相還將會對乳化炸藥的黏度產(chǎn)生影響。相同的乳膠基質(zhì)中如果分別添加化學(xué)發(fā)泡劑、空心玻璃微球、膨脹珍珠巖制成的乳化炸藥，其黏度存在的差異明顯，化學(xué)發(fā)泡的乳化炸藥黏度是最小，空心玻璃球次之，膨脹珍珠巖則最大?；瘜W(xué)發(fā)泡的乳化炸藥黏度之所以小，與敏化氣泡容易變形存在有一定的關(guān)聯(lián)性，氣泡在炸藥內(nèi)可以隨著外力作用而出現(xiàn)不同程度的變形，這樣就會導(dǎo)致氣泡周圍的乳膠基質(zhì)出現(xiàn)位移，因此降低乳化炸藥的黏度。

3 模擬實驗分析

3.1 實驗過程

本次實驗主要是借助計算機建模相應(yīng)的模型系統(tǒng)進行分析，主要是對界面膜、油膜和第三相乳化炸藥性能的影響作為調(diào)查研究對象，進行詳細(xì)分析和論述。為了更好的進行對比分析，本次將建立三組實驗，即界面膜組、油膜組和第三相組，運用參數(shù)調(diào)整法進行實驗，分別調(diào)整各自組內(nèi)的參數(shù)值，然后結(jié)合乳化炸藥的起爆時間及強度作為觀察指標(biāo)進行分析。

界面膜組實驗進行30次，不斷對界面膜的黏度進行調(diào)整，主要可以分為標(biāo)準(zhǔn)、50%、200%，實驗期間油膜參數(shù)和第三相參數(shù)保持不變。油膜組也需要進行30次，油膜黏度調(diào)整也為標(biāo)準(zhǔn)、50%、200%，界面膜參數(shù)與第三相參數(shù)則保持不變。第三相組也需實施30次實驗，分別對第三相的數(shù)目進行調(diào)整，其可以分為標(biāo)準(zhǔn)、50%、200%，界面膜參數(shù)與油膜參數(shù)則保持不變。三組實驗均需要對數(shù)據(jù)進行收集、記錄，主要是記錄乳化炸藥的起爆時間和強度，并求取平均值。

3.2 實驗結(jié)果

經(jīng)過多次試驗分析，最終得到的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如以下三個表格所示：

結(jié)合上面三個表格的實驗數(shù)據(jù)對比分析來看，當(dāng)界面膜、油膜的黏度以及第三相的數(shù)目低于或者是高于標(biāo)準(zhǔn)值的情況下，爆破的速度和強度都將會出現(xiàn)明顯的變化，而且不論是低于還是高于標(biāo)準(zhǔn)值，這種變化都沒有標(biāo)準(zhǔn)值理想。由此可見，影響乳化炸藥性能的三個核心要素就是界面膜以及油膜的黏度、第三相數(shù)目，而結(jié)合權(quán)重系數(shù)情況分析來看，界面膜對于乳化炸藥性能影響是最為突出的，其次則是油膜，而第三相的影響相對來說比較小，基于這樣的愿意在對乳化炸藥性能進行調(diào)整時，可以重點從界面膜的優(yōu)化入手，然后是對油膜的優(yōu)化，最后則是對第三相數(shù)目的優(yōu)化。

總之，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中，乳化炸藥的使用范圍將會不斷增大，但是結(jié)合上文的分析可以發(fā)現(xiàn)乳化炸藥的性能將會受到多種因素的制約，從其微觀結(jié)構(gòu)的角度來看，影響乳化炸藥的關(guān)鍵在于機械作用，只有對機械作用不斷優(yōu)化，才能提升乳化炸藥的性能。

參考文獻：

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[2]吳紅波，朱可可，夏曼曼，張洪.乳化炸藥熱分解研究進展[J].安徽化工，2018（03）.

作者簡介：

張慶華（1976- ），女，漢族，籍貫山西平遙人，1996年7月畢業(yè)于遼寧阜新煤校，工程師，從事于化學(xué)工程工作。