乳化基質(zhì)黏度與一種乳化銨油炸藥性能關(guān)系研究

馬 平 ,葉 輝 ,譚本嶺 ,崔 剛 ,郝會娟

（1.礦冶科技集團有限公司,北京 100160;2.北礦億博（滄州）科技有限責(zé)任公司,河北 滄州 061108）

0 引言

含有高乳化基質(zhì)比例的乳化銨油炸藥是相對于傳統(tǒng)重銨油炸藥提出的新型炸藥品種[1-2],具有良好的抗水性和可泵送性能。新型的乳化銨油炸藥是通過在乳化基質(zhì)中添加多孔粒狀硝酸銨,經(jīng)敏化后制備而成,配方中多孔粒狀硝酸銨、乳化基質(zhì)、敏化劑溶液的組分重量比為30 ∶69.8 ∶0.2。它克服了傳統(tǒng)重銨油炸藥抗水能力差、儲存期短的缺點,成本較乳化炸藥低,因此,得到廣泛應(yīng)用。

乳化基質(zhì)作為新型乳化銨油炸藥的主要成分,對炸藥性能有重要的影響。乳化基質(zhì)屬非牛頓流體中的假塑性流體,黏度作為表征基質(zhì)流變性的重要參數(shù),與其穩(wěn)定性關(guān)系密切[3],但并非黏度越大越穩(wěn)定[4]。乳化基質(zhì)黏度易受配方、原料和乳化工藝的影響[5],影響著乳化剪切強度、乳化溫度、泵送、敏化、裝藥等工藝和設(shè)備的設(shè)計,關(guān)系到炸藥爆炸性能、儲存穩(wěn)定性等,是乳化基質(zhì)的重要性能指標(biāo)。但目前對于乳化基質(zhì)黏度與乳化銨油炸藥性能之間關(guān)系的研究較少。

固定乳化工藝條件時,基質(zhì)黏度主要取決于所選用油相材料的種類及其組合,在乳化劑一致時,取決于油相材料的黏度。通過固定基質(zhì)配方和乳化工藝等條件,選擇不同油相材料制備不同黏度的基質(zhì),研究一定范圍內(nèi)乳化基質(zhì)黏度對新型乳化銨油炸藥的爆炸性能、儲存穩(wěn)定性的影響。

1 試驗部分

1.1 制備乳化基質(zhì)

試驗中固定乳化基質(zhì)的水相,乳化劑組分不變,選用不同黏度的中性油制備乳化基質(zhì),基質(zhì)黏度考察范圍為11～22 Pa·s(60 ℃),基質(zhì)配方見表1。

表1 乳化基質(zhì)配方

固定乳化工藝條件和參數(shù),測試不同基質(zhì)的黏度并跟蹤考察基質(zhì)性能。

1.2 制備新型乳化銨油炸藥

按照乳化基質(zhì)∶多孔粒狀硝酸銨=7 ∶3(質(zhì)量比)添加多孔粒狀硝酸銨,制備新型乳化銨油炸藥。炸藥溫度在45 ℃時,按照質(zhì)量百分比添加0.2%敏化劑溶液,攪拌均勻裝入PVC 管中靜置,跟蹤測試30 min 炸藥密度的變化,并測試新型乳化銨油炸藥的爆速。

1.3 性能測試方法

黏度測試:選用美國博利飛RVDV-II+Pro 型布氏黏度計,采用7#轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速50 r/min,對比測試60 ℃下基質(zhì)的黏度。

密度測試:采用密度杯法跟蹤測試炸藥敏化后的密度。

爆速測試:將經(jīng)過敏化的新型乳化銨油炸藥裝入直徑為110 mm 的PVC 管中,采用山西江陽制造的起爆彈起爆,由湘西制造的五段爆速儀測試炸藥爆速。

儲存穩(wěn)定性測試:將基質(zhì)及新型乳化銨油炸藥分別裝入200 mL 的透明塑料杯中,敞口置入恒溫恒濕箱中,控制空氣相對濕度為40%,觀察自然儲存條件下乳化基質(zhì)、新型乳化銨油炸藥表觀變化及其中多孔粒狀硝酸銨沉降情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 基質(zhì)黏度對炸藥自然儲存性能的影響

評價炸藥儲存穩(wěn)定性的方法有加速離心沉降法、顯微鏡觀察法、電導(dǎo)法、高低溫循環(huán)法及水溶法等,但最直接、客觀的方法是自然儲存法[6]。試驗采用自然儲存法考察不同黏度的基質(zhì)及用其制備的新型乳化銨油炸藥的儲存穩(wěn)定性,結(jié)果見表2。

表2 乳化基質(zhì)及新型乳化銨油炸藥自然儲存結(jié)果

結(jié)果表明,基質(zhì)的儲存穩(wěn)定性普遍優(yōu)于新型乳化銨油炸藥。這是由于混合過程中多孔粒狀硝酸銨顆粒對基質(zhì)造成了破壞,誘發(fā)基質(zhì)中的過飽和硝酸銨溶液析晶。增大油相黏度對乳化炸藥的穩(wěn)定性是有益的,但增加油相黏度的同時應(yīng)適當(dāng)提高乳化所需要的HLB 值[7]。在跟蹤考察過程中發(fā)現(xiàn),乳化基質(zhì)及用其制備的新型乳化銨油炸藥的穩(wěn)定性并未隨著基質(zhì)黏度的變化而發(fā)生規(guī)律性變化,說明基質(zhì)黏度對穩(wěn)定性有影響,但不是黏度越大越好。

2.2 基質(zhì)黏度對新型乳化銨油炸藥物理穩(wěn)定性影響

采用儲存穩(wěn)定性測試方法,對比考察不同黏度基質(zhì)制備的新型乳化銨油炸藥中多孔粒狀硝酸銨沉降、分離現(xiàn)象。結(jié)果表明,不同黏度基質(zhì)制備的新型乳化銨油炸藥自然儲存21 d 均未發(fā)現(xiàn)明顯沉降、分離現(xiàn)象。根據(jù)斯托克司定律提出的顆粒沉降速度公式(1)分析。

其中:g為重力加速度,9.8 m/s2;d為多孔AN 顆粒直徑,m;μ為基質(zhì)黏度,Pa·s;ρs-ρ為多孔粒狀硝酸銨與基質(zhì)的密度差,kg/m3。

由式(1)可知,密度差是決定沉降速度的關(guān)鍵因素。而多孔粒狀硝酸銨表觀密度為1.29×103kg/m3、基質(zhì)表觀密度為(1.28～1.30)×103kg/m3,兩者密度基本一致,因此,在實際自然儲存過程中幾乎觀察不到新型乳化銨油炸藥的沉降、分離現(xiàn)象。

2.3 基質(zhì)黏度對新型乳化銨油炸藥爆炸性能影響

2.3.1 基質(zhì)黏度與炸藥初始爆速的關(guān)系

按照規(guī)定方法制備新型乳化銨油炸藥并測試炸藥的爆速。敏化后的新型乳化銨油炸藥密度為1.06～1.10 g/cm3,在密度基本一致的情況下考察了基質(zhì)黏度對炸藥初始爆速的影響,結(jié)果如圖1 所示。

圖1 新型乳化銨油炸藥初始爆速隨基質(zhì)黏度變化

測試結(jié)果表明,基質(zhì)絕對黏度在11.2～22 Pa·s 變化時,新型乳化銨油炸藥的爆速在4 200～4 400 m/s 變化,說明基質(zhì)黏度在一定范圍內(nèi)的變化對于炸藥初始爆炸性能影響不顯著,總體有黏度大、爆速偏高的趨勢。這是由于炸藥的組成、結(jié)構(gòu)決定其能量和能量釋放速度及釋放完全程度。在炸藥配方、密度等條件一定的情況下,乳化效果才是影響炸藥爆速的首要因素,乳化效果越佳,爆速越高。

2.3.2 儲存過程中基質(zhì)黏度對炸藥爆速的影響

新型乳化銨油炸藥同乳化炸藥一樣,需要經(jīng)過敏化后才具有良好的爆炸性能。其中的敏化氣泡破壞若超前于膠體的析晶,即使乳膠體狀態(tài)良好,也難以起爆或正常爆轟。敏化氣泡作為新型乳化銨油炸藥的重要組成部分,其減少或消失將影響炸藥的爆炸性能,而傳統(tǒng)觀點認(rèn)為表面黏度對氣泡穩(wěn)定性有直接影響[8]。研究中跟蹤測試了不同黏度基質(zhì)制備的新型乳化銨油炸藥在儲存過程中爆速的變化,以考察一定范圍內(nèi)黏度的變化對敏化氣泡穩(wěn)定性的影響,結(jié)果如圖2 所示。

圖2 儲存過程中新型乳化銨油炸藥爆速的變化

由圖2 可以看出,黏度變化與儲存期內(nèi)爆速變化規(guī)律不明顯,并且在21 d 時炸藥爆速均大于3 800 m/s。試驗結(jié)果表明,在試驗的黏度范圍內(nèi)制備的新型乳化銨油炸藥在儲存過程中油包水結(jié)構(gòu)、敏化氣泡均可保持良好。

3 結(jié)論

自然儲存及爆炸性能測試結(jié)果證明,一定范圍內(nèi)新型乳化銨油炸藥的爆炸性能、儲存穩(wěn)定性不取決于基質(zhì)黏度,研究結(jié)果對新型乳化銨油炸藥的生產(chǎn)、制造具有實際指導(dǎo)意義,生產(chǎn)時可結(jié)合實際情況在滿足炸藥性能要求的前提下靈活確定合適的基質(zhì)黏度指標(biāo),以增強炸藥生產(chǎn)、運輸、使用過程中的安全性。