中低溫膠狀乳化炸藥敏化均勻性探討

趙方圓

（安徽江南爆破工程有限公司，安徽寧國242310）

乳化炸藥是以氧化劑水溶液的微細液滴為分散相，懸浮在含有分散氣泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油類物質構成的連續(xù)介質中，形成一種油包水型的特殊乳化體系。分散氣泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料在膠狀乳化炸藥中起到了敏化作用。在外界能量作用下，這些氣泡或多孔材料成為一個個熱點，溫度急劇上升直到引起氧化還原反應，使炸藥被引爆。

乳膠基質的敏化是個復雜混合的過程，要發(fā)生多種物力、力學、化學作用。將密度調整劑與乳膠基質混合，只能用物理運動來完成，其混合機理基本可概括為如下4點：

（1）層流剪切。乳膠基質的粘彈性導致層流運動，在層流條件下慣性產生的運動與高粘度產生的阻力相互抵消。混合器葉輪回轉表面存在很大的速度梯度。在具有高剪切率的層流區(qū)，流體單元變形，界面面積增大而層流厚度減小。流體元每通過一次高剪切率區(qū)域，就重復發(fā)生一次類似的過程。

（2）延伸流動。伴隨著層流剪切和延伸流動，由于流體速凍增加，這一效應也導致膠乳基質流體元表面機增大，厚度減小，伸長率等基質流體元體積除以增大后的表面積，乳膠基質流體元的體積不變，厚度減小而面積增大。

（3）流體再分布。乳膠基質在剪切高延伸區(qū)域產生最大的混合，而在其他區(qū)域較緩慢的運動使流體元在又一次鍵入高剪切高延伸區(qū)前重新分布。實踐證明，改變組分之方位較其單項剪切、延伸過程有效得多。

（4）分子擴散。在黏稠度極高的乳膠基質中，分子擴散極為緩慢，但在化學發(fā)泡敏化時，亞硝酸鈉與硝酸銨發(fā)生復分解，先生成不穩(wěn)定的亞硝酸銨，再分解生成氮氣，受到化學能的驅使，分子在乳膠基質混合過程中也是不可忽視的因素。

密度調整劑在乳膠基質中的混合狀態(tài)為一種隨機事件，可以用混合程度或均勻程度來衡量，判斷方法有直接法和間接法，在一般的民爆物品生產單位采用較多的是間接法來評判混合的程度?；旌铣潭然蚓鶆虺潭热Q于混合目的的質量指標，而不是一味追求達到最終程度。通過實驗證明，小直徑乳化炸藥的密度差在±0.05 g/cm3時，爆轟性能和儲存穩(wěn)定性最好。

但是實際生產過程中，敏化的好壞與很多因素有關，例如：乳膠基質的黏稠程度、敏化劑的特性、工藝溫度、敏化機的攪拌方式等。

1 研究過程

采用對比試驗的方法分別探究敏化方式、乳膠基質的性質以及敏化機結構對敏化均勻性的影響。

1.1 敏化方式的影響

目前采用較多的是純化學發(fā)泡敏化和化學發(fā)泡與物理敏化復合敏化，還有一部分采用的是純物理敏化。這三種敏化方式中，物理敏化效果最穩(wěn)定，化學敏化成本最低，因此在工業(yè)化應用過程中使用最廣泛的是純化學敏化，其次是復合敏化。

通過圖1～圖3可以看出，三種不同的敏化方式各有特點，物理敏化的密度變化較快，后期穩(wěn)定性好，比較適合較長距離運輸或水下裝藥使用；純化學敏化過程密度變化較平緩，在儲存期間后續(xù)密度仍然會發(fā)生變化，此種方法受外界環(huán)境溫度影響較大；復合敏化過程，前段密度變化較大（主要是物理敏化起作用），后段變化較為平緩（化學敏化起作用），在儲存期間保持較好的后效，在使用效果上最佳。

圖1 純物理敏化過程密度與時間變化示意圖

圖2 純化學敏化過程密度與時間變化示意圖

圖3 復合敏化過程密度與時間變化示意圖

這三種敏化方式敏化后的基質均勻性受到乳膠基質本身性質和敏化設備特性的共同影響。

1.2 乳膠基質的影響

為了探究乳膠基質特性的影響，采用相同配方和工藝溫度下生產的基質采用物理敏化方式（因為化學敏化過程受溫度影響較明顯，不能較好地反映混合效果），在不同溫度下進行敏化，檢測敏化后的密度均一性。

表1 試驗樣品分組

表2 樣品密度分布情況

通過表2可以看出，在物理敏化劑加入量相同的情況下，最終的平均密度都為1.15 g/cm3,但是極差和標準差出現(xiàn)了較大的差異,樣品均勻性從高到低依次為A02>A01>A03。

敏化機敏化均勻性與乳膠基質的溫度有較大關系，溫度過低（A03樣品）時乳膠基質的流動性差，敏化劑在乳膠基質難以均勻分布，容易形成敏化劑的集中區(qū)域和無敏化劑區(qū)域，從而造成密度分布不均勻的現(xiàn)象。敏化溫度過高時（A01樣品），乳膠基質的流動性較好，敏化劑在加入后，由于基質的流動性較好，導致在敏化機中停留時間縮短，攪拌不夠充分。

在合適的溫度下（樣品A02），能夠保持一定的流動性，使敏化劑能夠在其內部進行分布，同時保證了混合時間，使敏化劑能夠盡可能地均勻分布在乳膠基質中。

1.3 敏化機結構的影響

目前使用較為廣泛的敏化機主要是單螺旋式和敞開式，單螺旋式敏化機的敏化路徑長，敏化效果較為穩(wěn)定，但是在線存藥量較大，存在安全風險；敞開式敏化機攪拌速度快，在線存藥量少，但是敏化的效果還有待驗證。

本次試驗共有六個樣品，通過采用相同工藝生產的乳膠基質在同一溫度下使用不同敏化方式和敏化機進行敏化，檢測其密度分布情況。由于敏化劑加入量相同，其最終密度應為1.15 g/cm3，通過檢測其生產24 h后的密度來確定敏化過程的均勻性。

從表4可以看出，在相同的敏化方式下（樣品編號B1-或B2-）單螺旋式的敏化機敏化效果要好于敞開式敏化機。敞開式敏化機由于其結構存在不可克服的缺點，導致由于重力作用通過敏化機時速度過快，局部攪拌時間過短，使其存在攪拌不到的區(qū)域。

表3 試驗樣品分組

表4 樣品密度分布情況

2 結論

（1）在實際生產過程中，單螺旋式敏化機較敞開式敏化機有著更好的敏化均勻性，生產出的膠狀乳化炸藥的性能更加均一。

（2）敞開式敏化機在使用過程中，應注意避免基質直接由敏化機中央落下，這樣會導致敏化的嚴重不均勻，從而使產品出現(xiàn)個性差異，甚至半爆或拒爆。

（3）在使用單螺旋式敏化機時，應選擇合適的敏化溫度，以保證敏化效果達到最佳，溫度過高或過低都會影響敏化效果。