關(guān)于多孔粒狀銨油炸藥性能的研究

楊文軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)化工廠，山西 大同 037001）

0 引言

多孔粒狀銨油炸藥目前在爆破作業(yè)中有著較高的應(yīng)用率，隨著應(yīng)用量逐漸增多，其主要組成成分柴油的消耗量也在不斷提高，可以借助超聲波柴油乳化技術(shù)，降低油相析出，節(jié)省柴油利用量。同時(shí)，在超聲波乳化技術(shù)的支持下，還能借助改變柴油的黏度，提高多孔粒狀銨油炸藥的儲(chǔ)存期，增強(qiáng)爆破效果。不過在多方面因素的干擾下，還需要具體對(duì)超聲波功率、水含量、處理時(shí)間和乳化劑量等參數(shù)進(jìn)行研究，最終確保改性乳化柴油可以改善多孔粒狀銨油炸藥性能，在發(fā)揮銨油炸藥的價(jià)值下，促進(jìn)城市化建設(shè)。

1 柴油超聲波乳化的概述

對(duì)于超聲乳化技術(shù)而言，將水進(jìn)行乳化并加入柴油中后，可以使乳化柴油達(dá)到8%～10%的節(jié)油率，利于降低能源的損耗。一般對(duì)柴油乳化工作的影響參數(shù)較多，有乳化溫度、乳化方式、時(shí)間和復(fù)合乳化劑配方等。其次，經(jīng)過超聲波的作用，可以對(duì)乳化液體產(chǎn)生幾萬次/s 的高頻振蕩、膨脹和壓縮，利于使混合液體不斷生成微小的氣泡并破裂，形成超聲空化效應(yīng)。最后，對(duì)于多孔粒狀銨油炸藥中的柴油消耗而言，空化中存在較大的重力加速度沖擊波與直進(jìn)流，利于使油分子與水分子更加微化細(xì)小，利于在銨油炸藥的爆炸中，基于熱膨脹的作用，微珠內(nèi)的水在極短時(shí)間內(nèi)氣化，進(jìn)而在體積急速增大提高與硝酸銨的接觸面積后，使油膜充分破碎霧化，起到助燃作用，提高爆炸效果[1]。

2 多孔粒狀銨油炸藥的性能提高方案

2.1 方案目標(biāo)

由超聲波乳化產(chǎn)生的微小水珠會(huì)被油所包裹，進(jìn)而生成改性乳化柴油，可以將其與多孔粒狀硝酸銨緊密融合，不斷提高多孔粒裝銨油炸藥的整體性能。下面將進(jìn)行超聲波乳化應(yīng)用的具體分析，在優(yōu)化柴油超聲波乳化各參數(shù)后，發(fā)揮乳化柴油的價(jià)值，以提高多孔粒狀銨油炸藥的穩(wěn)定性能及爆炸性能。

2.2 儀器與原料的準(zhǔn)備工作

首先，在儀器設(shè)備準(zhǔn)備中，需要應(yīng)用到超聲波處理儀（H061）和生物光學(xué)顯微攝影儀（XSS-2）。其次，原材料柴油的應(yīng)用中，具體有以下要求：硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.2%、酸度≤0.07 mg/mL、閃點(diǎn)（閉口）≥55 ℃，且要求滿足GB 252—2015 的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需求并具有良好的流動(dòng)性和透明度。具體的超聲波乳化試驗(yàn)可參考圖1。

圖1 超聲波乳化試驗(yàn)

2.3 復(fù)合乳化劑的配制

為了提高改性油相的制造效果，需要在乳化劑的選擇上確保其HLB 數(shù)值可以跟柴油相近，具體乳化劑要結(jié)合HLB 數(shù)值表將Span-80、十二烷基苯磺酸鈉和亞甲基纖維素鈉（柴油乳化液穩(wěn)定劑）作為混合乳化劑。結(jié)合柴油的基準(zhǔn)量為200 mL，經(jīng)過試驗(yàn)，其復(fù)合乳化劑的最佳體積配比為V（Span-80）∶V（十二烷基苯磺酸鈉）∶V（亞甲基纖維素鈉）=0.45∶0.15∶0.3。其次，結(jié)合固定超聲波發(fā)生器的參數(shù)而言，其電功率為700 W、頻率為20±1kHz。最后，采用劑在油中法進(jìn)行乳化劑的加入[2]。

2.4 改性油相的乳化制備

2.4.1 超聲波功率的優(yōu)化

在確定復(fù)合乳化劑的配制后，需要研究不同超聲波功率對(duì)乳化液水滴平均粒徑的影響。要準(zhǔn)備好柴油和水各200、10 mL，然后加入配制好的復(fù)合乳化劑，這時(shí)要借助超聲波乳化技術(shù)完混合乳液的制作。其次，需要將超聲波處理儀的功率范圍設(shè)在500～900 W之間處理混合乳液10 min，最后用顯微攝影儀進(jìn)行粒徑的觀測(cè)。在做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)好分析后，基于油水比的固定，在超聲波作用功率不斷提高下，乳化液中的粒徑均值降低，代表乳化效果逐漸提高。結(jié)合固定超聲波發(fā)生器的電功率參數(shù)，最終將最優(yōu)參數(shù)定位700 W功率。

2.4.2 超聲波作用時(shí)間的優(yōu)化

在明確700 W 功率后，要改變超聲波作用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液滴粒徑的影響分析，具體可以參考圖2。結(jié)合圖2，可以看出在油水比、超聲波功率不變下，增加超聲波的作用時(shí)間，其乳化液滴粒徑有著先降低后增高的趨勢(shì)，在10 min 時(shí)平均粒徑最低，此時(shí)乳化效果最好，因此可以將超聲波的作用時(shí)間定為10 min。

圖2 超聲波作用時(shí)間對(duì)液滴粒徑的影響

2.4.3 乳化液含水量對(duì)整體性能的影響

通過控制柴油和水的不同配比，并由超聲波進(jìn)行乳化后，可以對(duì)平均粒徑進(jìn)行測(cè)定，在有效的數(shù)據(jù)收集后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超聲波功率、作用時(shí)間和乳化劑等參數(shù)固定下，乳化液含水量在從10 mL 逐漸增至15 mL中，在＜12.5 mL 時(shí)穩(wěn)定時(shí)間大于60 d，即60 d 內(nèi)無油水分層現(xiàn)象，＞12.5 mL 后穩(wěn)定時(shí)間小于60 d。其次，乳化液含水量也會(huì)對(duì)粒徑大小有所影響，在含水量不斷增加下，平均粒徑逐漸增大，乳化效果降低。最后，不同的乳化液含水量也會(huì)對(duì)平均混合滲油率造成影響，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)的稱重中，隨著含水量的增加，平均混合滲油率也逐漸提高，需要對(duì)含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制[3]。

2.4.4 乳化制備參數(shù)總結(jié)

結(jié)合上述改性油相的乳化制備，可以明確超聲波作用功率（700 W）、最佳作用（10 min），同時(shí)也能對(duì)乳化液的極限含水量（0.0125 mL/mL 柴油）進(jìn)行確定，為了檢測(cè)柴油乳化準(zhǔn)備的效果和價(jià)值，需要進(jìn)行檢測(cè)。此外，需要注意的是，對(duì)于乳化液靜置時(shí)間對(duì)液滴平均粒徑的影響而言，會(huì)不斷降低并趨于平穩(wěn)，一般在40 min 歸于平穩(wěn)，平均粒徑為2 μm。

3 柴油乳化對(duì)銨油炸藥性能的影響

首先，借助NDJ-1 旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)可對(duì)柴油液體的粘性阻力進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)也能對(duì)液體的動(dòng)力黏度進(jìn)行檢測(cè)。具體在檢測(cè)中，同步電機(jī)需要以固定速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)連接刻度圓盤確保數(shù)據(jù)有效呈現(xiàn)。這時(shí)借助轉(zhuǎn)軸和游絲可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子受到液體黏滯阻力的影響時(shí)，游絲會(huì)所產(chǎn)生扭矩和粘滯阻力達(dá)到平衡，這時(shí)記錄刻度盤指針的讀數(shù)再乘以對(duì)應(yīng)的系數(shù)，便可以得到實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)黏度（cst）。柴油乳化前的運(yùn)動(dòng)黏度在3～8 cst（20℃）之間，改性后的運(yùn)動(dòng)黏度為4.4～10.9 cst（20℃）。其次，對(duì)于銨油炸藥而言，基于柴油乳化的價(jià)值，改性前后的炸藥性能可以參考表1。結(jié)合表1，在柴油超聲波乳化后，改性銨油炸藥無論是存儲(chǔ)期、爆速，還是猛度與作功能力，都有著一定的性能提高，整體價(jià)值較大。

表1 改性前后的銨油炸藥性能

4 結(jié)語

為了提高柴油的乳化效果，滿足多孔粒狀銨油炸藥的性能提高需要，應(yīng)對(duì)乳化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過試驗(yàn)得出乳化穩(wěn)定劑的基本組成和比例，明確超聲波作用功率、最佳作用時(shí)間和乳化液中的含水量極限值，通過柴油黏度檢測(cè)和銨油炸藥性能檢測(cè)驗(yàn)證炸藥整體性能的提升效果，滿足用戶需要。