李鳳麟 倪剛 胡炳超(中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽 621900)

0 引言

由于具有較低的機(jī)械刺激感度，更快的能量釋放速度，較小的臨界直徑等優(yōu)異性能，納米炸藥在多種領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[1-7]。為實(shí)現(xiàn)炸藥的納米化，研究者們采用了多種制備方法，包括氣流粉碎法、球磨法、重結(jié)晶法、溶膠凝膠法等。其中，噴射結(jié)晶法由于具有操作簡單、制備量大、尺寸可調(diào)等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。噴射結(jié)晶法的原理是將熱的炸藥飽和溶液噴射至低溫非溶劑中，使炸藥溶液小液滴迅速過飽和并析出的方式實(shí)現(xiàn)納米炸藥的大規(guī)模制備。在這個過程中，大量非溶劑的應(yīng)用是獲得納米炸藥的必備條件，但也導(dǎo)致了最終產(chǎn)生大量納米炸藥結(jié)晶液待處理的難題。高速離心可實(shí)現(xiàn)納米炸藥的有效分離，但納米炸藥濕藥團(tuán)較大的黏性使得其從離心瓶中收集的過程較為困難。如何快速、高效地收集粘附于離心瓶壁上的納米炸藥成為制約噴射結(jié)晶法制備納米炸藥效率的重要因素，也因此越來越受到人們重視。

1 傳統(tǒng)收集方式

傳統(tǒng)收集所用藥勺與綢布如圖1所示。傳統(tǒng)收集納米炸藥濕藥團(tuán)的方法為：用藥勺摳取后，采用藥勺推動綢布反復(fù)擦洗離心瓶壁來實(shí)現(xiàn)納米炸藥的收集。該方式雖然能實(shí)現(xiàn)納米炸藥的絕大多數(shù)收集，但綢布沾染納米炸藥造成的些許產(chǎn)品重量損失無法避免。而且因離心瓶容積有限(約1L)，操作空間狹小，用藥勺推動綢布反復(fù)擦洗不僅效率較低，還會給操作人員帶來很大的工作強(qiáng)度和手腕關(guān)節(jié)勞損。

圖1 傳統(tǒng)收集所用藥勺與綢布

另外，綢布質(zhì)地松軟，多次使用后，易磨爛破損(如圖2(a)所示)。綢布的磨損會導(dǎo)致毛絮、布料纖維的掉入，最終影響產(chǎn)品純度指標(biāo)。如圖2(b)所示，當(dāng)我們采用掃描電子顯微鏡對納米炸藥產(chǎn)品進(jìn)行表征時，可以觀察到樣品中長度達(dá)20多毫米的綢布纖維的存在，證實(shí)了綢布擦洗方法易引入毛絮雜質(zhì)的缺點(diǎn)。

圖2 綢布破損及其纖維的掃描電子情況

2 高壓水射流槍

如圖3(a)所示，高壓水射流槍主要由高壓水發(fā)生系統(tǒng)(高壓水泵)、輸送系統(tǒng)(膠管)、執(zhí)行工作機(jī)構(gòu)(噴射槍具)和控制系統(tǒng)(控制閥)等四大部件組成。如圖3(b)所示，在本實(shí)驗(yàn)中，采用空氣壓縮機(jī)作為高壓水泵為高壓水射流槍提供壓力，在開啟控制柄體上的閥門時，超純水通過噴槍噴嘴將此壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樗淞鞯母咚賱幽?，從而?shí)現(xiàn)對離心瓶壁上濕藥團(tuán)的沖洗和收集。

圖3 高壓水射流槍原理及實(shí)物

3 高壓水射流槍在納米炸藥制備中的應(yīng)用

如圖4(a)所示，高壓水射流槍的槍體細(xì)長，便于深入瘦窄的離心瓶中對瓶底和瓶壁進(jìn)行全角度的沖洗。且水射流的沖擊力可通過改變空壓機(jī)輸出壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保實(shí)現(xiàn)瓶壁上所有納米炸藥產(chǎn)品的完全沖洗和收集。另外，在實(shí)際操作時，只需食指按壓控制閥即可進(jìn)行沖洗和收集作業(yè)，大大減輕了因藥勺摳取和推動綢布擦洗給操作人員帶來的手腕疲勞。

從沖洗和收集效果來看(圖4(b))，高壓水射流槍可實(shí)離心瓶壁的完全沖洗和納米炸藥的全部收集，且可避免因綢布沾染造成的產(chǎn)品質(zhì)量損失和綢布破損導(dǎo)致的雜質(zhì)引入，納米炸藥質(zhì)量和生產(chǎn)效率都達(dá)到極大提升。

圖4 高壓水射流槍沖洗離心瓶壁效果圖

為驗(yàn)證高壓水射流槍對納米炸藥產(chǎn)品的質(zhì)量提升作用，我們在某納米炸藥3個生產(chǎn)批次樣品中，分別取半采用傳統(tǒng)藥勺摳取、綢布擦洗的方式和高壓水射流槍沖洗的方式進(jìn)行收集，并對最終產(chǎn)品純度進(jìn)行表征。如圖5所示，相較于傳統(tǒng)方式，采用高壓水射流槍進(jìn)行納米炸藥離心后的沖洗、收集后，納米炸藥的純度平均可由98.6%提高至99.3%左右。而其所消耗時間可由約10min縮短至1min左右。

圖5 采用綢布擦洗和高壓水射流槍沖洗所得3批次納米炸藥產(chǎn)品純度對比

4 結(jié)語

高壓水射流槍利用高壓水的高速動能實(shí)現(xiàn)離心瓶壁上納米炸藥濕藥團(tuán)的沖洗和收集，操作簡便、過程安全高效，可顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為納米炸藥及其他納米材料的大規(guī)模制備尤其是沖洗和收集提供了有效的解決途徑。