肖厚標(biāo),孫寶亮
(1.廣東宏大民爆集團(tuán)有限公司,廣東 廣州 513000;2.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)
目前低爆速炸藥主要是以膨化硝銨炸藥或粉狀乳化炸藥為主體炸藥,向其中加入一定量的氯化鈉、大理石粉和木粉等物質(zhì)作為稀釋劑,從而降低炸藥的能量密度,以便用于爆炸復(fù)合或光面爆破等領(lǐng)域[1-3]。但往往因其伴混不均勻,使炸藥表現(xiàn)出不穩(wěn)定的低速爆轟性能,同時環(huán)境也易受部分稀釋劑污染。乳化炸藥是一類含水類硝銨炸藥,因其具有優(yōu)良的爆炸性能、抗水性能、原料來源廣泛和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于我國工程爆破領(lǐng)域[4]。但乳化炸藥爆速高,如何降低乳化炸藥的爆速,國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究。李雪交[5]通過控制乳化基質(zhì)中玻璃微球的含量來調(diào)節(jié)乳化炸藥的爆速。高玉剛[6]研究發(fā)現(xiàn)增大乳化炸藥中珍珠巖的含量可以降低乳化炸藥的爆速。
分散劑A 是一種呈現(xiàn)生物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固體顆粒,具有多孔性,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)[7]。基于此,本文采用柴機(jī)油為復(fù)合油相的乳化基質(zhì),測試基質(zhì)在不同溫度下與不同含量的分散劑A 制得乳化炸藥的爆速變化,探討溫度和含量對低爆速乳化炸藥的影響,為實(shí)際工藝中生產(chǎn)低爆速乳化炸藥提供參考。
試劑:硝酸銨(AN);硝酸鈉(SN);柴油;機(jī)油;高分子乳化劑(聚異丁烯丁二酰亞胺,T-152);分散劑A。
儀器:JFS-550 變速分散機(jī);BSW-3A 型爆速測試儀;RVDV-1 數(shù)字黏度計(jì);滴定管;100 mL 燒杯。
按照表1 配方制得乳化基質(zhì),稱取制備的乳化基質(zhì)60 g 于100 mL 燒杯中,加熱至80 ℃后,使用數(shù)字黏度計(jì)進(jìn)行測試。
表1 乳化基質(zhì)的配方
將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%、25%、30%的分散劑A 分別加入到30、60、80 ℃的乳化基質(zhì)中攪拌混合5 min,制得不同的乳化炸藥。
本文采用電測法測試炸藥樣品的爆速,爆速試驗(yàn)所用PVC 管外徑32 mm,內(nèi)徑28 mm,長度500 mm,試驗(yàn)時測距L 為50 mm[8],示意圖如圖1 所示。
圖1 爆速測試裝置示意圖
將雷管插入炸藥15 mm 處,使爆速儀處于測試狀態(tài),起爆后記錄爆速數(shù)據(jù)。
爆速的計(jì)算公式為式(1):
式中:D 為測得爆速值,m·s-1;L 為測距,m;t 為爆速儀電信號經(jīng)過測距的時間值,s。
乳化基質(zhì)黏度和溫度關(guān)系曲線如圖2。
圖2 乳化基質(zhì)黏度隨溫度的變化
分析認(rèn)為,乳化基質(zhì)是由W/O 型乳膠粒子構(gòu)成。當(dāng)基質(zhì)溫度處于80 ℃時,基質(zhì)黏度較?。划?dāng)溫度降至40 ℃~50 ℃時,基質(zhì)黏度發(fā)生突躍增大。因此,不同溫度下制備的乳化炸藥形貌有較大差異,乳化炸藥形貌(分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、30%)如下頁圖3。
圖3 不同溫度制備的乳化炸藥形貌圖
分散劑A 與乳化基質(zhì)混合攪拌過程中,乳化基質(zhì)以機(jī)械黏附的形式附著在顆粒表面。由圖3 可知,乳化基質(zhì)溫度高于60 ℃時,乳化基質(zhì)流散性較好,當(dāng)加入分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時,炸藥形貌呈現(xiàn)乳膠狀。乳化基質(zhì)溫度為30 ℃時,分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時,炸藥的形貌為團(tuán)聚狀。
分別對每種配方炸藥進(jìn)行爆速測試,試驗(yàn)結(jié)果見表2。
表2 分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對不同溫度乳化炸藥爆速(m·s-1)
將表2 數(shù)據(jù)作圖,得到乳化基質(zhì)溫度及分散劑A含量對乳化炸藥爆速的關(guān)系曲線如圖4。
圖4 乳化基質(zhì)溫度及分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳化炸藥爆速的影響
分析認(rèn)為,當(dāng)分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%時,炸藥形貌呈現(xiàn)團(tuán)聚狀,分散劑被乳化基質(zhì)完全包覆,分散劑A 內(nèi)部空隙相比中空玻璃微球和膨化珍珠巖嚴(yán)重不足,可形成熱點(diǎn)數(shù)目較低,其爆炸能量絕熱壓縮硅藻土顆粒表面的乳化基質(zhì)放熱所產(chǎn)生的能量,不足以達(dá)到炸藥的爆發(fā)點(diǎn)。當(dāng)乳化基質(zhì)溫度在30 ℃、分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至30%時炸藥仍為團(tuán)聚狀,乳化基質(zhì)與分散劑混合不均勻,爆轟過程無法傳遞;當(dāng)乳化基質(zhì)溫度高于60 ℃、分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時炸藥形貌完全為粉狀,乳化基質(zhì)包覆分散劑A形成炸藥顆粒,顆粒間作用形成熱點(diǎn),使得爆轟過程完成;溫度由80 ℃降至60 ℃時,乳化基質(zhì)黏度增大,使得相同分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乳化炸藥爆速有所下降。
分析認(rèn)為,當(dāng)分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)由15%增至30%,乳化炸藥的爆速隨分散劑A 含量的增加而降低。這是由于,分散劑A 為惰性多孔物質(zhì),在爆炸時不參與反應(yīng),稀釋了爆轟反應(yīng)區(qū)的能量,降低了乳化炸藥密度從而降低炸藥爆速。
基于同一配方的乳化基質(zhì),在不同溫度下分別加入不同含量分散劑A 制得乳化炸藥,并進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:
1)乳化基質(zhì)黏度隨溫度升高而降低,當(dāng)乳化基質(zhì)溫度高于60 ℃且分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%炸藥可以分散成為粉狀形態(tài)。
2)乳化基質(zhì)溫度高于60 ℃時,分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時炸藥開始穩(wěn)定傳爆。分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~30%時,乳化炸藥的爆速隨著分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而降低。
3)乳化基質(zhì)黏度對炸藥爆速有較大影響。當(dāng)乳化基質(zhì)溫度為30 ℃時,添加不同含量的分散劑A 制備的乳化炸藥均發(fā)生拒爆。分散劑A 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~30%時,乳化基質(zhì)溫度為80 ℃時制備的乳化炸藥爆速均高于相同含量乳化基質(zhì)為60 ℃制備的乳化炸藥。