陈江涛，吴红波，朱可可，张 洪

（1.江西威源民爆器材有限责任公司661厂，江西萍乡337000；2.安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001)

乳化炸药是上世纪六、七十年代发展起来的新型含水炸药，具有比其他工业炸药更优良爆轰性能和抗水性强的特点[1]。敏化技术是制约乳化炸药技术发展的重要因素之一，敏化效果的好坏直接影响炸药的爆炸性能。目前常用的敏化方式包括物理敏化、化学发泡敏化及复合敏化[2]。所谓物理敏化法，是指在乳化基质中添加一定量的完全可以稳定的存在其中的低密度物质，如空心玻璃微球、树脂微球、膨胀珍珠岩等，它们在炸药中仍可以保持自身的空穴，起到热点的作用；化学发泡敏化法是指利用一些化学物质在特定的条件下分解产生微小气泡，来调节乳胶基质密度，从而提高炸药感度的方法；复合敏化法是采用多种敏化方法，目前使用较多的包括膨胀珍珠岩与亚硝酸钠溶液复合、膨胀珍珠岩与H型发泡剂的复合等。

徐更光等人对不同方式敏化的炸药水下爆炸冲击波的传播进行了近似计算[3]；李澎研究了非理想炸药水下爆炸能量输出结构[4]；俞统昌等人研究了不同方式敏化的炸药水下爆炸冲击波的特性[5]。

本文通过实验，分别对树脂微球、膨胀珍珠岩、化学发泡剂敏化的乳化炸药的爆速和水下爆炸能量进行了测试，并初步探讨了不同敏化方式对乳化炸药作用的机理，对研究敏化材料、提高乳化炸药的爆轰性能以及乳化炸药的更广泛推广具有重要意义。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

硝酸铵（AN）、硝酸钠（SN）（均为工业级，安徽淮化集团有限公司）；水（自来水）；复合蜡；Span-80（化学纯，石家庄成达科技有限公司）；敏化剂分别为树脂微球（雅化集团三台化工有限公司）、膨胀珍珠岩、亚硝酸钠（均为石家庄成达科技有限公司）。

JCS-600电子天平（凯丰集团有限公司）；实验室电动数显乳化器；电加热炉；温度计；玻璃棒；DDBS-20型多段时间隔测量仪（开封市精工仪表厂）。

1.2 乳化基质的制备

乳化基质各组分质量分数见表1。

表1 乳化炸药的组分与配比Tab.1 Composition and ratio of emulsion explo sive

硝酸铵、硝酸钠、水构成水相，复合蜡、Span-80构成油相，将水相加热至110℃左右，油相加热至95℃；两相混合后，在1300 r/min转速下乳化3 min，制得乳胶基质。自然冷却至55℃左右，分别加入0.25%树脂微球、3%膨胀珍珠岩、0.4%亚硝酸钠，搅拌充分得到三组不同敏化方式敏化的乳化炸药。

1.3 实验方法

1.3.1 爆速测试

裁剪牛皮纸制作圆筒形药卷，规格为Φ（32±1）mm，h（250±15）mm。

将敏化完成后的乳化炸药用薄膜包裹，然后装入直径为32 mm的纸筒中，装药量约为180 g/卷。

用实验室提供的漆包线做探针，将漆包线拧成麻花状，将探针插入药卷，首尾折向试样的尾端，并用绝缘胶布固定在乳化炸药药卷上。两只探针在药卷走向上的间距为5 cm。

采用电测法[6]测试各组乳化炸药的爆速。将三根引出线与测量仪的信号传输线相连，对整个测试系统进行测试检查；然后将8号雷管插入试样，插入深度约为雷管的1/3～1/2；让测量仪处于待测状态，起爆，记下仪器测得的数据，然后计算平均爆速值。

图1 DDBS-20型多段时间隔测量仪和爆速测试原理图Fig.1 Time interval measuring instrument and explosive speed test schematic

测试系统组成的框图如图1所示。当爆轰波沿药卷传播至A点时，爆轰波阵面上的产物处于高温状态，电离为正、负离子，具有很好的导电性，因而使A点处互相绝缘的一对探针接通，并转变为电信号，爆轰波到达B点的情形与A点相同。用电子测时仪测出爆轰波经达A、B两点间的时间间隔t，便可求得炸药AB段中的平均爆速。

其计算公式为:

式中:D—被测乳化炸药的爆速，m·s-1；L—两个探针之间的距离，m；t—爆轰波通过两探针间所用的时间，s。

1.3.2 水下爆炸实验

乳化炸药水下爆炸测试系统由爆炸水池、药包和测量系统组成[7]，实验系统示意图如图2所示。实验时,通过横梁上的行车，将药包放入水池中心水深2/3处，因为此位置来自水面和水池底部的反射波可以相互抵消，满足冲击波能和气泡能测试要求[8-9]。药包为10 g乳化炸药，测试系统由压电式压力传感器、信号传输电缆、电荷放大器、数据存储示波器等组成。实验时,首先将实验仪器安装调试好,然后将药包固定在铁架子上，通过横梁上的行车把药包送到水中的预定位置，传感器距离中心0.5 m和0.35 m，然后使数据采集系统处于等待采集状态后,引爆炸药采集数据。

图2 水下爆炸能量测试示意图Fig.2 Underwater explosion energy test schematic

2 结果与分析

按上述1.3.1实验方法，测试各组乳化炸药的爆速，每个试样测量三次后取平均值，结果见图3所示。

图3 各组试样爆速测试结果Fig.3 Detonation speed test results of each group of sample

球形装药在无限水介质中瞬时爆轰，在等容条件下转变为高温高压的爆轰产物，炸药能转变为爆轰产物的内能，高速向外膨胀，压缩水介质形成水中冲击波。水下爆炸法测定炸药输出能量是对炸药做工能力试验的改进和完善，具有试验结果重现性好，数据简单等优点。水下爆炸能分别测出比冲击波能和比气泡能[8]。比冲击波能计算公式如下：

式中：ES—测点处的比冲击波能，MJ·kg-1；ρw－水的密度，取 1 000 kg·m-3；Cw—水中声速，取 1 460 m·s-1；W—标定药包的重量，kg;R—传感器至药包中心的距离，m；θ—冲击波指数衰减的时间常数，即由Pm衰减到Pm/e所需的时间，s；P—积分区间内的冲击波压力，MPa。

从装药爆轰到出现气泡第一次收缩的气泡振荡周期为气泡脉动周期，对于一般测试条件，气泡能由下式求出：

当池壁离得很远，仅有水面和池底“边界效应”时，在一定的静水压力下，气泡脉动周期T相对于装药W可用下式表达：

由于气泡能与装药量成正比，可推出：

式中：Eb—测点处的比气泡能，MJ·kg-1；Tb—修正后的气泡脉动周期，s；a、b—使用水池和一定静水压力试验条件下的固有常数；K1、K2—由给定水池、装药量和位置确定的常数；Ph—装药深度处的静水压力，Pa；C—在给定水池和装药位置等测试条件下由a、b确定的固有常数。

由上述方法可得各组乳化炸药水下爆炸性能结果如表2。

表2 乳化炸药水下爆炸测试结果Tab.2 Emulsion explosive underwater explosion test results

由表2可看出，不同敏化方式的乳化炸药的爆速不同，其中树脂微球敏化的乳化炸药平均爆速最大，达到5287.4 m·s-1；膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药平均爆速次之，其值为5030 m·s-1；化学敏化的乳化炸药平均爆速最小，其值为 3633 m·s-1。

结合表3、表4可看出，在相同的条件下，树脂微球敏化的乳化炸药的水下爆炸能量最大，达到3.5 MJ·kg-1；亚硝酸钠敏化的乳化炸药的水下爆炸能量最小，其平均值为2.475 MJ·kg-1；膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药水下爆炸能量介于两者之间，平均值为2.765 MJ·kg-1。

造成这种现象的主要原因是由于膨胀珍珠岩的颗粒尺寸大于树脂微球，且其微观结构[9-10]多为不规则的空洞，强度相对较低，而树脂微球的微观结构是规则的圆球形，平均粒径较小，粒度大小均匀，且具有封闭的微孔、高强度的有机塑壳，外壳和其内包覆的可燃气体在炸药爆炸时能参与反应，因而能提高乳化炸药的爆速和爆炸能量，因此对于相同的添加量而言，单位体积炸药中树脂微球的有效气泡量相对较多，相应地，其热点数目也较多；另一方面，由于膨胀珍珠岩粒径比树脂微球的大，粒度大小不均匀，相对树脂微球而言，膨胀珍珠岩的温升相对低些，因此，膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药爆速和水下爆炸能量均低于树脂微球敏化的乳化炸药。而亚硝酸钠敏化的乳化炸药的水下爆炸能量最低，究其原因，可能是由于化学敏化质量受到的影响因素非常多，如敏化剂的含量、发泡时pH值、温度等，其稳定性和均匀性相对于物理而言，相对差一些，且产生的气泡粒径差距大，气泡强度低，导致有效气泡热点少，因此化学敏化的乳化炸药爆速和水下爆炸能量都较低。

3 结论

树脂微球做为一种新型物理敏化剂，敏化效果优于膨胀珍珠岩和化学敏化剂。在相同条件下，树脂微球敏化的乳化炸药的爆速和水下爆炸能量值都最大，膨胀珍珠岩敏化的乳化炸药次之，化学敏化的最小。因此，树脂微球作为一种新型乳化炸药敏化剂，在一定的条件下，具有一定的推广和应用前景。