乳化炸药稳定性测试方法研究.pdf

爆 破器材 E 1 p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鼹n ．1 ∞l - 8 3 5 2 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 0 9 乳化炸药稳定性测试方法研究 黄丽媛①张国虎②汤代红②李玉艳③张冉④钱华①③潘峰①③ ①南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②湖北凯龙化工集团股份有限公司 湖北荆门，4 4 8 0 3 2 ③国家民用爆破器材质量监督检验中心 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ④湘潭大学化学学院 湖南湘潭，4 1 1 0 0 5 [ 摘要]采用高低温循环试验测试样品的爆速值、电导率和硝酸铵析出量，综合分析各测试方法的结果来评估 乳化炸药的稳定性，并设计了实验原理图。实验研究表明随着高低温循环次数的增加，乳化炸药的爆炸性能逐渐 下降，电导率和A N 析出量逐渐增加，且呈现相类似的变化趋势。1 8 次高低温循环后电导率增加更显著，当循环次 数在1 8 ～3 0 次内，破乳现象加剧，且乳化炸药的爆速逐渐降低，在2 7 次循环后乳化炸药发生拒爆；将常温下爆速与 高低温循环的爆速对比，得到高低温循环次数对应的自然存储天数，如高低温循环5 次相当于自然存储7 6 ．6d 。 [ 关键词]乳化炸药稳定性高低温循环爆速电导率硝酸铵析出量 [ 分类号]T Q5 6 0 ．7 2 引言 乳化炸药的稳定性是评价其性能的一项重要指 标，它通常是指乳化炸药在一定时间内，常温存储条 件下，保持其物理状态不发生改变，爆炸性能没有明 显变化的能力4 | 。评价乳化炸药稳定性最直接、最 客观的方法是自然储存法，不同的乳化炸药在常温 下进行自然储存试验，通过对比可以评价其性能的 优劣。5J 。但是该方法受自然环境条件的影响较大， 并且试验周期较长，因此在一般的科学研究中，通常 采用显微观察法、电导率法、高低温循环法及水溶法 等方法来评价乳化炸药的稳定性∞‘7J 。 本文以高低温循环试验为基础，测量循环试验 后样品的爆速、电导率以及硝酸铵析出量，对各参量 进行系统的分析，找出各测试方法所得结果之间的 相互关系，同时综合考虑自然存储条件与高低温循 环条件下的爆速值，从而有效地对乳化炸药的稳定 性进行客观评价。 1 实验原理 对乳化炸药样品进行高低温循环试验后，测量 其爆速、电导率以及硝酸铵 A N 的析出量。然后根 据高低温循环试验周期的爆速的变化规律，电导率 与A N 析出量之间的关系，来判定乳化炸药样品的 稳定性。实验原理如图1 所示。 图1 实验原理图 F i g ．1E x p e r i m e n t a ls c h e m e 2 试样及测试方法 2 ．1 试验样品及处理 实验样品南京长山化工厂规格为9 3 2 m m 1 6 0 m m 的乳化炸药。 高低温循环条件将乳化炸药在高温5 0 ℃下保 存8 h ，再在低温一4 0 ℃保存1 6 h ，作为一个循环。 2 ．2 爆速的测量 在高低温循环条件下，对乳化炸药样品每3 次 高低温循环后，测定其爆速，每次2 组做平行实验。 测试结果见表1 。自然存储条件下，对试验样品选 } 收稿日期2 0 1 2 - 1 0 一1 3 作者简介黄丽媛 1 9 8 9 ～ ，女，硕士。主要从事粉尘爆炸等的研究。E - m a i l l i a n h 2 0 0 7 1 3 2 5 4 1 6 3 ．c o m 通信作者潘峰 1 9 7 1 ～ ，男，博士，副教授。主要从事含能材料和应用化学研究。E - m a i l p 8 n f ￡n 舀e m 1 6 3 ．c o m 万方数据 2 0 1 3 年4 月 乳化炸药稳定性测试方法研究黄丽媛等 择每1 5d 测一次爆速。将试验样品在高低温循环 后的爆速值与自然存储下的爆速值进行对比，来判 定乳化炸药自身的储存稳定性 图2 。 表1高低温循环后乳化炸药爆速 T a b ．1 T h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yo fe m u l s i o n e x p l o s i V ea f t e rt e m p e r a t u r ec y c l i n g f 驴 g 邑 型 攀 臼然存储灭数／d 高低温循王1 、次数 图2 循环次数与自然储存天数的对应关系 F i g ．2 D e t o n a t i o nv e l o c i t yt I e n dc h a n g e s w i t ht h ec y c l et i m e s 由图2 可知1 随着高低温循环次数的增加， 乳化炸药的爆速逐渐降低。说明其在热力学上属于 不稳定体系旧o 。因此环境温度的剧烈变化会导致 乳化胶体被破坏，最终结晶析出，从而使爆炸性能恶 化。2 在经过2 7 次高低温循环后，乳化炸药发生 拒爆。3 在同一爆速下，对应一个高低温循环次数 和自然存储天数。以某一爆速值为基点，划一条平 行于横坐标的直线。如图2 所示交于A 和B 两点， 分别找出对应的存储天数，即可确定循环次数与自 然存储天数的对应关系，部分数据如表2 所示。 表2 循环次数与自然储存天数的对应关系 T a b ．2T h er e l a t i o n s h i po fc y c l e s a n dn a t u r a ls t o m g ed a y s 2 ．3 电导率和A N 析出量的测量 试样预处理将乳化炸药放入D 6 0 m m 的培养 皿中，压实，并把表面刮平，将处理完毕的4 0 个样 品，放入托盘中，并密封防水，进行高低温循环。 通过高低温循环和电导率法及A N 析出量相结 合，经过循环试验后，对乳化炸药样品电导率和A N 析出量进行分析，来检测乳化炸药样品的稳定性。 每3 次高低温循环后，将试验样品放置在2 5 ℃下浸 泡】h ，分别测试乳化炸药的电导率和A N 析出量。 观察电导率和A N 析出量随着高低温循环次数的变 化趋势 图3 ，以及乳化炸药物理状态的变化情况。 铀邛次数 图3 硝酸铵析出量和电导率随循环次数的 变化对比趋势 F 培．3C y c l en u m b e rd e p e n d e n c eo fa m m o n i u mn i t r a t e p r e c i p i t a t i o na m o u n ta n dc o n d u c “V a y 对图3 进行分析1 乳化炸药试样的电导率随 着高低温循环次数的增加而不断增加。循环次数在 1 8 次以内时，电导率基本不变；当循环次数在1 8 ～ 3 0 次内，破乳现象加剧，电导率也明显增加，在此范 围内，乳化炸药逐渐丧失爆炸性能，并最终彻底破 乳。2 乳化炸药试样的A N 析出量随着高低温循环 次数的增加而不断增加。循环次数在1 5 次以内时， 硝酸铵的析出量基本保持不变；循环次数在1 5 次 后，A N 的析出量开始增加，说明随着温度的变化， 乳化炸药试样的油膜出现了加速老化的现象；循环 次数1 8 次后，A N 析出量增加显著，说明乳化炸药试 样的油膜已经破裂，有大量的内相溶液析出。3 电 导率的变化情况和硝酸铵析出量的变化相类似，也 验证了这两种检测方法的可靠性。电导率法和A N 万方数据 ．3 6 ．爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第2 期 析出量法同高低温循环方法相结合，可从整体上衡 量乳化炸药在经过恶劣环境变化后的性能变化，为 以后判定乳化炸药的稳定性提供了较好的方法。 3 结论 对几种常见的表征乳化炸药稳定性的测试方法 进行了研究。 1 乳化炸药的爆速随着高低温循环次数的增 加而逐渐降低，在2 7 次循环后乳化炸药发生拒爆。 说明乳化炸药是一种热力学不稳定体系，环境温度 的剧烈变化导致乳化胶体被破坏，最终结晶析出，使 爆炸性能恶化。再将常温下的爆速与高低温循环的 爆速对比，可得高低温循环次数对应的自然存储天 数。 2 电导率和硝酸铵析出量随高低温循环次数 的变化相类似，也验证了这两种检测方法的可靠性。 循环次数在1 8 次以内时，乳化炸药破乳不明显；循 环次数在1 8 ～3 0 次范围内，破乳现象加剧，所测数 值也明显增加。在此范围内，乳化炸药逐渐丧失爆 炸性能，并最终彻底破乳。 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] 李冰．乳化炸药的稳定性及其表征方法的研究[ D ] ． 淮南安徽理工大学，2 0 0 8 ． L iB i n g ． S t u d vo nt h es t a b i l i t vo ft h ee m u l s i o ne x p l o s i v e a n dt h em e t h o do fc h a m c t e r i z a t i o n s [ D ] ． H u a i n a n A n h u iU n j 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 ，2 0 0 8 ． 陈丽花．浅谈如何提高乳化炸药稳定性[ J ] ．能源与 环境，2 0 1 2 4 1 3 5 1 3 6 ． [ 8 ] C h e nL i h u a ．D i s c u s s i o no nh o wt oi m p r o v et h es t a b i l i t yo f e m u l s i o ne x p l o s i v e s [ J ] ． E n e r g ya n dE n v i I D n m e n t ，2 0 1 2 4 1 3 5 1 3 6 ． W i l s o nLJ ，P i e n a a rA． E m u l s i o n e x p l o s i v e s E P ， 2 3 6 0 1 3 3 A 2 [ P ] ．2 0 l l 旬8 2 4 ． 宋锦泉，汪旭光．乳化炸药的稳定性探讨[ J ] ．火炸药 学报，2 0 0 2 ，2 1 3 6 _ 4 0 ． S o n gJ i n q u a n ，W a n gX u g u a n g ． D i s c u s s i o no ns t a b i l i t yo f e m u l s i o ne x p l o s i v e s [ J ] ．c h i n e s eJ o u m a lo fE x p l o s i v e s P r o p e l l a n t s ，2 0 0 2 ，2 1 3 6 4 0 ． 杨仁树，胡坤伦．几种表征乳化炸药稳定性方法的实 验研究[ J ] ．煤矿爆破，2 0 0 7 2 l _ 4 ． Y a n gR e n s h u ，H uK u n l u n ．E x p e 而m e n t a lr e s e a r c ho ns e v e r a lm e t h o d so fc h a r a c t e r i z i n gt h es t a b i l i t yo fe m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．c o a lM i n eB l a s t i “g ，2 0 0 7 2 1 4 ． 胡坤伦，李光，尤奎，等．影响乳化炸药稳定性物理性 能试验研究[ J ] ．爆破器材，2 0 l o ，3 9 4 1 5 1 7 ． H uK u n l u n ，L i G u a n g ，Y o u K u i ， e ta 1 ． E x p e r i m e n t a l s t u d yo np h y s i e a lp r o p e r t i e sa f l 毫c t i n gt h es t a b i l i t yo fe m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 1 0 ，3 9 4 1 5 1 7 ． S a t o n k i n aNP ，P m u e lER ，E r s h o vAP ，e ta 1 ．E 1 e c t r i c a l c o n d u c t i o no fe m u l s i o ne x p l o s i v e s [ J ] ． J o u m a lo fE n g i n e e r i n gT h e 瑚o p h y s i c s ，2 0 1 l ，2 0 3 3 1 5 3 1 9 ． 罗宁，胡坤伦，徐国财．乳化基质的合成及其稳定性的 初步研究[ J ] ．中国矿业，2 0 0 6 ，1 5 3 6 7 _ 6 9 ． L u oN i n g ，H uK u n l u n ，X uG u o c a i ．E m u l s i o ne x p l o s i v e s u b s t r a t ec o m p o u n da n dt h ea n a l y s i so fi t ’sp r o p e r t i e s [ J ] ．C h i n aM i n i n gM a g a z i n e ，2 0 0 6 ，1 5 3 6 7 _ 6 9 ． T e s t i n gM e t h o dS t u d yo nt h eS t a b n i t yo fE m u I s i o nE x p l o s i v e s H u A N GL i y u a n ①，z H A N GG u o h u ②，T A N GD a i h o n g ②，L IY u y a n ③，z H A N GR a n ④，Q I A NH u a ①圆，P A NF e n 季￡7 ③ ④S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，N a n j i n 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 g ，2 1 0 0 9 4 2 H u b e iK a i l o n gC h e m i c a lG m u pC o ．，L t d ． H u b e iJ i n g m e n ，4 4 8 0 3 2 ⑧N a t i o n a lQ u a l i t ys u p e n r i s i o na n dI n s p e c t i o nC e n t e rf o rI n d u s t r i a lE x p l o s i v eM a t e r i a l s J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 ④S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，X i a n 殍a nu n i v e r s i t y H u ’n a nX i a n 舒a n ，4 1 1 0 0 5 [ A B s T R A c T ] T h ec i r c u l a t i o no fh i g ha n d l o wt e m p e r a t u r ec o m b i n e dw i t h d e t o n a t i o nv e l o c i t y ， c o n d u c t i v i t ya n dt h e a m o u n t p o t a s s i u mn i t r a t ep r e e i p i t a t i o nw a sc a r r i e do u tt oe v a l u a t et h es t a b i l i t yo fe m u l s i o ne x p l o s i v e ． T h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h e s es t a b i l i t yc h a r a c t e r i z a “o nm e t h o d sw a sd i s c u s s e da n de x p e r i m e n t a ls c h e m a t i cw a sd e s i g n e d ．T h er e s u l t ss h o w t h a tw i t ht h ei n c r e a s eo fh i g ha n dl o wt e m p e m t u r ec y c l e s ，t h ee x p l o s i o np e r f b m l a n c eo fe m u l s i o ne x p l o s j v e sd e c r e a s e s g r a d u a l l y ， w h i l et h ec o n d u c t i v i t ya n dA Np r e c i p i t a t i o ni n c I ℃a s eg r a d u a l l y ， p r e s e n t i n gas i m i l a rc h a n g et r e n d ．T h e c o n d u c t i v i t yi n c r e a s e sm o r es i g n i f i c a n t l ya f t e rl8h i g ha n d 1 0 wt e m p e r a t u r ec y c l e s ， a n dd e m u l s i f i c a t i o ne x a c e r b a t e si nt h e m n g eo f18t o3 0c y c l ed a y s ． I n a d d i “o n ，e m u l s i o ne x p l o s i v ed e t o n a “o nv e l o c i t yd e c r e a s e sg m d u a I l ya n dt h em i s f i r e h a p p e n sa f t e r2 7c y c l e s ．T h en a t u r a Ic o n s e n r a t i V ed a y sc o r r e s p o n d i n gt ot h ec y c l i cd a y sb e t w e e nh i g ha n d l o wt e m p e r a t u r e c a nb ed e d u c e dt h r o u g ht h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yc o m p a r i s o nu n d e rt w od i f f e I ℃n tt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s ．F o re x a m p l e ， p r e s e n ，a t i o na th i 曲a n dl o wt e m p e m t u r ec y c l e5d a y si se q u i v a l e n tt oan a t u m ls t o m g ef o r7 6 ．6d a y s ． [ K E Yw 0 R D s ] e 瑚u l s i o ne x p l o s i v e ， s t a b i l i t y ， t h ec i r c u I a t i o no fh i g ha n d l o w t e m p e r a t u r e ， d e t o n a t i o nv e l o c i t y ， c o n d u c t i v i t y ，t h ea m o u n to fA Np r e c i p i t a t i o n 1J]lJ 1 j ] J 1 J 3 4 5 6 7 r L r l r l r l r l 万方数据