乳化劑對(duì)乳化炸藥爆炸性能影響的研究

錢 海，黃 麟

（1.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.北京北礦億博科技有限責(zé)任公司，北京 100160）

1 引言

乳化炸藥自問世以來就憑借著優(yōu)良的爆炸性能、簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝、廣泛的原料來源等優(yōu)勢(shì)，迅速發(fā)展成最主要的工業(yè)炸藥品種之一[1]。有數(shù)據(jù)顯示，近年來乳化炸藥的生產(chǎn)和使用量均已占到工業(yè)炸藥的一半以上[2]，廣泛應(yīng)用于各類工程爆破作業(yè)中。

乳化炸藥是一種特殊的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，從組成結(jié)構(gòu)上主要分為以硝酸銨、硝酸鈉等過飽和溶液組成的分散相，以可燃類油類物質(zhì)組成的連續(xù)相，和改善油水界面張力、使水相包覆于油相內(nèi)的乳化劑。適用于乳化炸藥油包水（W/O）體系的乳化劑，是一類HLB 值在3～6 之間的表面活性劑[3]，乳化劑種類繁多，性能各異，乳化劑的質(zhì)量直接影響著乳化炸藥中油水界面的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響乳化炸藥的爆炸性能。本文著重從乳化劑的種類出發(fā)，研究了不同乳化劑對(duì)乳化炸藥爆炸性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 材料及儀器

材料：硝酸銨、硝酸鈉，工業(yè)級(jí)，安徽淮化集團(tuán)有限公司；Span-80、陸博潤(rùn)乳化劑、江南化工乳化劑，工業(yè)級(jí)；新型樹脂微球敏化劑，四川雅化有限公司；復(fù)合蠟。

儀器：測(cè)時(shí)儀，開封精密儀器有限公司；漆包線、PVC 管；鋼片、鉛柱、剛底座；游標(biāo)卡尺，上海樂琪量具有限公司；8 號(hào)工業(yè)雷管；JCS-600 電子天平，凱豐集團(tuán)有限公司；實(shí)驗(yàn)室電動(dòng)數(shù)顯乳化器。

2.2 乳化炸藥的制備

硝酸銨、硝酸鈉、水構(gòu)成氧化劑水溶液，加熱至115℃左右，乳化劑加入油相，加熱至95℃；兩相混合后，在乳化器內(nèi)以1500r/min 轉(zhuǎn)速進(jìn)行乳化，成型后繼續(xù)乳化3min，制得乳膠基質(zhì)，冷卻乳膠基質(zhì)至55℃時(shí)加入敏化劑充分?jǐn)嚢璧玫饺榛ㄋ帯?/p>

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 爆速實(shí)驗(yàn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)乳化炸藥的爆速測(cè)試有著明確的要求和規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T13228。爆速測(cè)試原理如圖1 所示。

將制備好的乳化炸藥裝入藥卷中，藥卷的頂端插入一發(fā)8 號(hào)工業(yè)雷管，在距藥卷底部約3～5cm 處沿藥卷徑向打孔，距該孔5cm 處打第二個(gè)孔，使用纏緊的漆包線做探針穿過兩孔，并與測(cè)時(shí)儀的接線柱相連。當(dāng)引爆雷管起爆炸藥時(shí)，爆轟波向右傳遞，當(dāng)達(dá)到第一個(gè)探針時(shí)，測(cè)時(shí)儀開始計(jì)時(shí)，傳遞到第二個(gè)探針時(shí)計(jì)時(shí)停止，根據(jù)公式即可計(jì)算出乳化炸藥的爆速[4]。

圖1 乳化炸藥爆速測(cè)試原理圖Fig.1 Emulsion explosive deceleration test schematic

2.3.2 猛度實(shí)驗(yàn)

猛度是指炸藥爆炸時(shí)粉碎與其接觸介質(zhì)的能力，是表征乳化炸藥爆炸性能的重要參數(shù)[5]。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12440 對(duì)乳化炸藥的猛度測(cè)試做出了規(guī)定。目前最常用的猛度測(cè)試方法是壓縮鉛柱法。（國(guó)標(biāo)只有一種方法）

測(cè)試時(shí)，按裝置結(jié)構(gòu)依次安裝鉛柱、鋼片、炸藥并與雷管連接，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置放入爆炸碉堡內(nèi)，起爆炸藥，壓縮鉛柱，測(cè)量鉛柱在壓縮前后的長(zhǎng)度變化值，即是乳化炸藥的猛度。

3 結(jié)果與分析

按上述2.3.1 實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)試各組乳化炸藥的爆速，結(jié)果見表1。

根據(jù)上述2.3.2 的實(shí)驗(yàn)方法，猛度測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 各組炸藥試樣爆速測(cè)試結(jié)果Table 1 Explosive speed test results of each group of explosives

表2 乳化炸藥的猛度測(cè)試結(jié)果Table 2 Violent test results of emulsion explosives

由表1 和表2 可看出，乳化炸藥的配方、組分含量相同時(shí)，使用不同的乳化劑制備的乳化炸藥，爆炸性能存在一定的差異。其中Span-80 制得的乳化炸藥爆速和猛度在三者中均最小，其爆速為4384.38m·s-1，猛度為17.20mm；采用江南化工乳化劑制得的乳化炸藥，無論是爆速還是猛度，均為三種乳化炸藥中的最大值，爆速達(dá)到4729.25m·s-1，猛度達(dá)到18.29mm。

陸博潤(rùn)乳化劑和江南化工乳化劑是復(fù)合型乳化劑，能更有效的改善油水界面的表明張力，使油水兩相能夠更好的結(jié)合。一定程度上，增大油相材料的黏度有利于提高乳化炸藥的爆炸性能[6]。油相的黏度大，表明油相內(nèi)所含烷烴較多，分子直鏈結(jié)構(gòu)多、碳鏈長(zhǎng)，不易發(fā)生碳鏈的彎折或斷裂，形成油膜框架較堅(jiān)固，所含短鏈分子能填補(bǔ)框架之間空隙，因而耐受外界環(huán)境影響更強(qiáng)，但是這也對(duì)乳化劑的性能提出了更高的要求，不僅要滿足油相中長(zhǎng)鏈分子的乳化條件，還要改善復(fù)合油相中的短鏈、支鏈分子與水相的界面張力，而復(fù)合乳化劑能滿足以上要求，故采用復(fù)合乳化劑制備的乳化炸藥爆炸性能要優(yōu)于單一的Span-80 乳化劑。

4 結(jié)論

1）不同乳化劑制備的乳化炸藥爆炸性能存在差異。其中江南化工乳化劑制得的乳化炸藥，爆炸性能最好，爆速達(dá)到4729.25m·s-1，猛度達(dá)到18.29mm；陸博潤(rùn)乳化劑制得的乳化炸藥爆炸性能次之，Span-80 乳化劑制得的乳化炸藥爆炸性能最差，爆速為4384.38m·s-1，猛度為17.20mm。

2）復(fù)合油相中成分復(fù)雜，組分性能各異，單一的乳化劑不能達(dá)到最好的乳化效果，復(fù)合乳化劑能改善乳化效果，一定程度上提高乳化炸藥的爆炸性能。