粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨.pdf

2 0 1 0 年2 月粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨倪欧琪 粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨’ 倪欧琪 南京理工大学 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要]文章探讨了粉状工业炸药微观结构与宏观性能间的关系，在此基础上比较了两类粉状工业炸药的应用 性能和安全性能，为研究性能优良的粉状工业炸药提供了理论依据。 [ 关键词] 粉状炸药微观结构性能 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 1 概述 物质微观结构的不同将引起物质宏观性能的改 变。同样，采用不同生产工艺生产的粉状工业炸药， 由于微观结构的不同，必将导致宏观性能的差异。 因此研究粉状炸药微观结构对炸药性能的影响对于 新炸药的研究、工艺条件的改进和新生产设备的开 发有着重要的指导意义。本文主要对两类不同微观 结构的典型粉状炸药进行了研究，一类是以结晶硝 酸铵为氧化剂，采用固态混合方式混制的粉状铵油 炸药，另一类是以硝酸铵为氧化剂，采用液态乳化混 合方式生产的粉状乳化炸药。 2 炸药的微观结构 所研究的两类炸药的成分中，硝酸铵占了9 0 ％ 以上的比例，硝酸铵的微观状态将对炸药性能的影 响起主导作用。因此，本文主要研究了两类粉状炸 药中的硝酸铵的微观形态和宏观性能的关系。图1 是采用固态混合的粉状铵油炸药的硝酸铵颗粒，图 2 是液态乳化混合方式生产的粉状乳化炸药的硝酸 铵颗粒。 从图1 可见粉状铵油炸药中结晶硝酸铵的颗粒 是一种密实的晶体结构，其尺寸近1 0 0 p ．m 。从图2 中可以清晰地看到粉状乳化炸药中的硝酸铵颗粒被 油膜完整地包覆，具有油包水型微观结构，颗粒直径 图1 粉状铵油炸药中硝酸铵颗粒 图2 粉状乳化炸药中的硝酸铵颗粒 约为3 1 z m ，外层为油膜，内部是形态松散的硝酸铵 晶体。在油膜与硝酸铵晶体之间以及硝酸铵的“裂 隙”间还有另外一相存在。根据分析，部分为饱和 态的硝酸铵水溶液，部分为水分蒸发后留下的微气 泡。因此，其结晶形态与图1 粉状铵油炸药中硝酸 铵的结晶形态有着明显的不同其一颗粒尺寸小；其 二氧化剂和可燃物混合均匀、结合紧密；其三硝酸铵 颗粒被油膜完整地包覆；其四油膜内存在微气泡。 3 炸药的性能 从上文可知两类炸药的微观结构存在显著的差 异，这些差异必将引起宏观性能的变化，以下将从应 用性能和安全性能两方面分别进行论述。 3 ．1 应用性能 3 ．1 ．1 爆炸性能 混合炸药中氧化剂与可燃剂的混合均匀性直接 关系到炸药爆炸性能的优劣。混合越均匀。爆轰反 应越快，反应越完全。通常，固态混合的粉状铵油炸 药由于各组分的颗粒尺寸较大，一般在几十微米至 上百微米，组分间的混合均匀性较差，因此其爆炸性 能较低。相比之下，采用液态乳化混合方式生产的 粉状乳化炸药的混合均匀性有了显著提高。图3 显 收稿日期；2 0 0 9 - 1 0 - 2 3 作者简介倪欧琪 1 9 5 3 一 ，男，硕士。研究员。主要从事工业炸药的研究及应用。E m a r l 7 0 4 0 n l q i r i p 。a i n a ．e o m 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 9 卷第1 期 图3 粉状乳化炸药颗粒的电镜照片 示的是粉状乳化炸药颗粒的电镜照片。 图3 中这些颗粒的尺寸在几十微米，但每个颗 粒中仍包含着许多直径1 3 斗m 、被油膜包覆的氧 化剂粒子。其氧化剂和可燃剂的混合均匀性达到准 分子水平。所以液态乳化混合的粉状炸药的爆轰反 应速度和反应的完全性均优于固态混合的粉状铵油 炸药。从宏观性能上体现在粉状乳化炸药的爆速 高、作功能力大，爆炸后产生的有毒气体含量少。表 1 和表2 是炸药的爆炸性能。 表1 岩石粉状炸药的爆炸性能 样品名称 粉状乳化炸药粉状铵油炸药 爆影 m 8 q 3 9 0 0 4 7 0 03 2 0 0 3 5 0 0 猛度／姗 1 6 1 91 2 1 4 作功能力／m L 3 2 0 3 6 02 9 0 - 3 3 0 殉爆距离／c m 8 一1 52 - 4 有毒气Ⅳ L k g “ 2 5 7 8 袁2 煤矿许用粉状乳化炸药的爆炸性能 级别一级二级三级 爆速 m 8 。1 3 9 6 03 8 9 03 6 4 0 猛度／m m 1 6 ．31 5 ．7 1 5 ．5 作功能力／m L 3 1 83 1 0 2 9 8 殉爆距离／c m 1 51 31 0 临界直径／m m 888 有毒气体含量／ L l 【g 。1 2 23 44 3 3 ．1 ．2 抗水性能 粉状工业炸药抗水性能与硝酸铵颗粒被抗水剂 包覆的程度有关。固态混合的粉状铵油炸药由于组 分间的混合均匀性差，必然导致抗水剂包覆得不完 整，裸露的硝酸铵多，造成抗水性能差。粉状乳化炸 药具有油包水的微观结构，每个粉体颗粒是由许多 被油膜包覆完整的分散相微粒组成，其包覆程度明 显优于固态混合的的粉状铵油炸药，因此显著提高 了粉状工业炸药的抗水性能。 表3 是硝酸铵的溶损试验结果，即将炸药浸入 水中，然后检测炸药中硝酸铵的溶损情况，用以比较 炸药的抗水性。表4 是浸水后粉状乳化炸药的爆炸 性能。从表中的数据可见，由于具有油包水的微观 结构，粉状乳化炸药在试验中硝酸铵的溶损量显著 少于固态混合的粉状铵油炸药，抗水性能优良。 表3 炸药中的硝酸铵在水中的溶损比较 ％ 表4 粉状乳化炸药抗水性能 3 ．1 ．3 储存性能 粉状乳化炸药的油包水微观结构使得裸露的硝 酸铵显著少于固态混合的粉状铵油炸药，因此大大 降低了粉状炸药的吸潮结块现象，显著提高了粉状 工业炸药的储存性能，目前已知的最长储存期可达 3 年。表5 为粉状乳化炸药储存性能。 表5 粉状乳化炸药的储存性能 3 ．1 ．4 沟槽 管道 效应 炸药的爆轰感度和冲击波感度属于炸药的使用 感度，是指炸药必须具备的感度。爆轰感度和冲击 波感度的高低影响炸药在使用时的爆轰和传爆可靠 性，与事故的引发没有关系。爆轰和传爆可靠性差 的炸药将严重影响爆破效果和爆破安全。众所周 知，形成热点是炸药发生爆炸的必要条件。炸药中 微气泡的绝热压缩是热点形成的一种途径。固态混 合的粉状铵油炸药中的硝酸铵是密实的结晶体，没 有微气泡存在，其爆轰感度和冲击波感度低，使用时 的爆轰和传爆可靠性较差。粉状乳化炸药由于制粉 过程中水的蒸发，每个粉体颗粒中形成了许多微米 级气泡，因此，粉状乳化炸药具有优异的爆轰感度和 冲击波感度。为了验证两类炸药实际使用中的传爆 可靠性，进行了模拟实际爆破的管道效应试验。 将两类炸药的药卷装入水平放置的内径 4 0 m m 、长4 m 的聚氯乙烯管内，每管共计装入2 1 个 万方数据 2 0 1 0 年2 月粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨倪欧琪 3 药卷，用8 号电雷管从一端起爆。表6 是管道效应 试验的结果。从表6 的结果可以看出，两种炸药由 于微观结构的不同，它们的爆轰感度和冲击波感度 存在显著的差异。粉状乳化炸药的应用效果明显优 于粉状铵油炸药。 表6 管道效应试验 3 ．2 安全性能 炸药在生产、运输、储存和使用过程中，可能遇 到撞击、摩擦、热、静电的作用，炸药对这些作用的敏 感程度，直接关系到炸药生产、运输、储存和使用过 程的安全，关系到事故发生可能性的大小。这些感 度称为炸药的危险感度。根据爆轰理论，形成热点 是炸药发生爆炸的必要条件。因此炸药对于撞击、 摩擦、热、静电的敏感程度，取决于受到这些作用时， 热点形成的难易程度。 粉状铵油炸药是各种固态颗粒的混合物，而粉 状乳化炸药则由油包水微观结构的乳胶颗粒组成。 当受到机械作用时，粉状铵油炸药的固态颗粒间由 于摩擦和撞击形成热点，进而发生燃烧和爆炸。而 粉状乳化炸药由于硝酸铵微粒间油膜的存在，大大 降低了微粒问的摩擦阻力，缓解了撞击作用，显著减 少了热点的产生；同时由于粉状乳化炸药含水量明 显大于粉状铵油炸药，在受到热的作用时，由于水的 蒸发耗损了部分热量，提高了炸药的热容，降低了炸 药的温升。所以粉状乳化炸药的机械感度和热感度 明显低于粉状铵油炸药。表7 是炸药的危险感度。 表7 炸药的危险感度 粉状乳化炸药较高的含水量增加了炸药导电 性，降低了炸药的静电积累，减少了静电引发事故的 可能性。试验数据见表8 。 表8 静电积累测试 从以上检测数据可见，当生产、运输、储存和使 用过程中遇到撞击、摩擦、热、静电的作用时，由于粉 状乳化炸药的乳化微观结构和较高的含水量均不利 于热点的生成，粉状乳化炸药的危险感度明显低于 粉状铵油炸药。 4 结论 通过对两种典型粉状炸药的微观结构和宏观性 能的研究可以看出炸药的微观结构与宏观性能有 着密切的关系。与固态混合的粉状铵油炸药相比， 液态乳化混合的粉状乳化炸药的微观结构更符合粉 状工业炸药爆炸性能和安全性能的要求。 S t u d yo ft h eR e l a t i o n s h i pb e t w e e nM i c r o s t r u c t u r ea n dM a c r o e f f e c to f P o w d e r yI n d u s t r i a lE x p l o s i v e N 10 I l q i N a n j i l l gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o s t r u c t u r ea n dm a c r e e f f e c to fp o w d e r yi n d u s t r i a le x p l o s i v ei ss t u d i e d ．B a s e d o nt h es t u d yt h ec o m p a r i s o no fp e r f o r m a n c ea n ds a f e t yo ft w op o w d e r ye x p l o s i v e sw h i c hh a v ed i f f e r e n tm i c r o s t r u c t u r eh a s b e e nd o n e ．T h es t u d yi su s e f u lf o rt h ed e v e l o p m e n to fh i g hq u a l i t yp o w d e r yi n d u s t r i a le x p l o s i v e ． [ K E YW O R D S ] p o w d e r ye x p l o s i v e ，m i c r o s t r u c t u r e ，p r o p e r t y 中国兵工学会第七次全国会员代表大会在北京召开 2 0 0 9 年1 1 月4 6 日，中国兵工学会第七次全国会员代表大会在北京召开。开幕式由第六届常务副理事长、大会执行主 席王德臣主持。中国科协书记处书记冯长根出席会议并讲话。中国兵工学会3 0 0 余位会员代表、各相关上级机关领导、兄弟 学会嘉宾参加了大会。马之庚理事长代表六届理事会做了 全面贯彻落实科学发展观，发挥学会优势，促进兵器科技学科繁 荣进步} 的工作报告，对新一届理事会的工作提出新的要求，以兵器学科建设为抓手，全面提升兵器科技自主创新能力；以开 好第2 5 届国际弹道大会为抓手，全面带动学会学术交流上水平；以创建先进学会文化为抓手，全面推进学会改革与发展。大 会还听取了 和 中国兵工学会第六届理事会财务工作报告等。 大会以无记名投票的方式选举产生了由1 6 9 名理事组成的第七届理事会，选举产生了新一届学会负责人和4 8 位常务理 事及秘书长。马之庚当选为理事长，才鸿年、胡海岩、焦开河、龚艳德、聂晓夫、王晓峰、姜会林、张文栋当选为副理事长，王智忠 当选为秘书长。 中国兵工学会 万方数据