柴-机油相的低爆速粉状乳化炸药的工艺及性能研究

2022-09-23肖厚标孙宝亮

山西化工 2022年4期

肖厚标，孙宝亮

（1.广东宏大民爆集团有限公司，广东广州 513000；2.安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南 232001）

目前低爆速炸药主要是以膨化硝铵炸药或粉状乳化炸药为主体炸药，向其中加入一定量的氯化钠、大理石粉和木粉等物质作为稀释剂，从而降低炸药的能量密度，以便用于爆炸复合或光面爆破等领域[1-3]。但往往因其伴混不均匀，使炸药表现出不稳定的低速爆轰性能，同时环境也易受部分稀释剂污染。乳化炸药是一类含水类硝铵炸药，因其具有优良的爆炸性能、抗水性能、原料来源广泛和工艺简单等优点，被广泛应用于我国工程爆破领域[4]。但乳化炸药爆速高，如何降低乳化炸药的爆速，国内外学者进行了广泛的研究。李雪交[5]通过控制乳化基质中玻璃微球的含量来调节乳化炸药的爆速。高玉刚[6]研究发现增大乳化炸药中珍珠岩的含量可以降低乳化炸药的爆速。

分散剂A 是一种呈现生物网状结构的固体颗粒，具有多孔性，化学性质稳定等特点[7]。基于此，本文采用柴机油为复合油相的乳化基质，测试基质在不同温度下与不同含量的分散剂A 制得乳化炸药的爆速变化，探讨温度和含量对低爆速乳化炸药的影响，为实际工艺中生产低爆速乳化炸药提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

试剂：硝酸铵（AN）；硝酸钠（SN）；柴油；机油；高分子乳化剂（聚异丁烯丁二酰亚胺，T-152）；分散剂A。

仪器：JFS-550 变速分散机；BSW-3A 型爆速测试仪；RVDV-1 数字黏度计；滴定管；100 mL 烧杯。

1.2 乳化基质黏度测试及炸药的制备

按照表1 配方制得乳化基质，称取制备的乳化基质60 g 于100 mL 烧杯中，加热至80 ℃后，使用数字黏度计进行测试。

表1 乳化基质的配方

将质量分数为5%、10%、15%、20%、25%、30%的分散剂A 分别加入到30、60、80 ℃的乳化基质中搅拌混合5 min，制得不同的乳化炸药。

1.3 炸药样品的爆速测试

本文采用电测法测试炸药样品的爆速，爆速试验所用PVC 管外径32 mm，内径28 mm，长度500 mm，试验时测距L 为50 mm[8]，示意图如图1 所示。

图1 爆速测试装置示意图

将雷管插入炸药15 mm 处，使爆速仪处于测试状态，起爆后记录爆速数据。

爆速的计算公式为式（1）：

式中：D 为测得爆速值，m·s-1；L 为测距，m；t 为爆速仪电信号经过测距的时间值，s。

2 试验结果及分析

2.1 乳化基质黏度及分散剂含量对炸药形貌的影响

乳化基质黏度和温度关系曲线如图2。

图2 乳化基质黏度随温度的变化

分析认为，乳化基质是由W/O 型乳胶粒子构成。当基质温度处于80 ℃时，基质黏度较小；当温度降至40 ℃～50 ℃时，基质黏度发生突跃增大。因此，不同温度下制备的乳化炸药形貌有较大差异，乳化炸药形貌（分散剂A 质量分数为5%、10%、15%、30%）如下页图3。

图3 不同温度制备的乳化炸药形貌图

分散剂A 与乳化基质混合搅拌过程中，乳化基质以机械黏附的形式附着在颗粒表面。由图3 可知，乳化基质温度高于60 ℃时，乳化基质流散性较好，当加入分散剂质量分数为5%时，炸药形貌呈现乳胶状。乳化基质温度为30 ℃时，分散剂质量分数为30%时，炸药的形貌为团聚状。

2.2 分散剂A 质量分数对不同温度乳化炸药爆速的影响

分别对每种配方炸药进行爆速测试，试验结果见表2。

表2 分散剂A 质量分数对不同温度乳化炸药爆速（m·s-1）

将表2 数据作图，得到乳化基质温度及分散剂A含量对乳化炸药爆速的关系曲线如图4。

图4 乳化基质温度及分散剂A 质量分数对乳化炸药爆速的影响

分析认为，当分散剂A 质量分数为5%和10%时，炸药形貌呈现团聚状，分散剂被乳化基质完全包覆，分散剂A 内部空隙相比中空玻璃微球和膨化珍珠岩严重不足，可形成热点数目较低，其爆炸能量绝热压缩硅藻土颗粒表面的乳化基质放热所产生的能量，不足以达到炸药的爆发点。当乳化基质温度在30 ℃、分散剂质量分数增至30%时炸药仍为团聚状，乳化基质与分散剂混合不均匀，爆轰过程无法传递；当乳化基质温度高于60 ℃、分散剂A 质量分数为15%时炸药形貌完全为粉状，乳化基质包覆分散剂A形成炸药颗粒，颗粒间作用形成热点，使得爆轰过程完成；温度由80 ℃降至60 ℃时，乳化基质黏度增大，使得相同分散剂A 质量分数的乳化炸药爆速有所下降。

分析认为，当分散剂质量分数由15%增至30%，乳化炸药的爆速随分散剂A 含量的增加而降低。这是由于，分散剂A 为惰性多孔物质，在爆炸时不参与反应，稀释了爆轰反应区的能量，降低了乳化炸药密度从而降低炸药爆速。