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2 0 1 0 年8 月影响乳化炸药稳定性物理性能试验研究胡坤伦等 影响乳化炸药稳定性物理性能试验研究 胡坤伦①李光①尤奎⑦韩体飞① ①安徽理工大学化学工程学院 安徽淮南，2 3 2 0 0 1 ②北京中科力爆炸技术工程有限公司 北京，1 0 0 1 9 0 [ 摘要]文章通过测定乳化基质和乳化炸药的电导率、N H 。N O ，的析出量及溶失率，分析对比了不同受压距离 对其稳定性的影响。根据界面溶胀理论，提出乳化炸药的界面膜与其稳定性的关系，揭示了乳化炸药敏化前抗压 强度优于敏化后。该文的研究工作对勰决乳化炸药用于毫秒延时爆破作业时，遇到的炮孔装药不完全爆炸或拒爆 问题具有重要意义。 [ 关键词] 乳化炸药界面膜界面溶胀稳定性 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 3 引言 乳化炸药是基于乳化液理论发展起来的，是一 种热力学不稳定体系J ，具有强烈的聚结和沉降， 其基本问题依然是稳定性问题。稳定性是衡量乳化 炸药质量好坏的一项重要的技术指标，是提高乳化 炸药质量的关键因素之一，因而受到人们的普遍重 视。 乳化炸药抗压性能的优劣决定于油水相界面 膜，因为乳胶体系的破坏首先是从界面膜开始。乳 化炸药的破乳过程中，由于内聚力的影响，氧化剂析 晶会引起液珠油膜发生形变和收缩，这种变化是与 界面膜的强度及黏度有关的。界面膜的强度越大， 液珠聚结时所遇阻力就愈大，乳胶体系就愈稳定。 本文研究了界面溶胀，界面溶胀可以反映乳化 炸药的抗压强度及稳定性，较早通过实验研究乳化 液界面溶胀的是H o c h h a u s e r 和C u s s l e r ，他们在水相 中加入重铬酸盐 不溶于膜相 作为示踪剂，采用外 水相示踪剂量与示踪剂总量的比值作为破裂率。李 清等人采用密度法测定乳胶基质的溶胀率旧1 ，采用 微量滴定分析仪测定N H 。N O ，的溶失率来考察界面 膜的溶胀。本文是通过测试N H 。N O ，的析出量和溶 失率来研究界面膜的强度，溶失率的提高使乳化炸 药容易产生渗透溶胀。 1 试验 1 ．1 试剂、样品与仪器 试剂及样品0 ．1 m o l ／L 氢氧化钠溶液，l 1 的 甲醛溶液，l ％酚酞指示剂，主次发药包。仪器 D D S J ．3 0 8 A 型电导率仪，电导率测量范围为0 1 ．9 9 9 1 0 5 p s ／ c m ；爆炸水} 也，小型吊车；水浴锅；碱 式滴定管。 1 ．2 试验方法 本次试验是事先制作好主发药包 图1 和次发 药包，次发药包是被测乳化炸药，用4 层塑料皮包 裹，形状呈球体状，然后将其固定在铁架子中央，两 药包中心处于同一水平线上，再用吊车将安装好药 包的铁架运送到爆炸水池指定的位置，将主发药包 引爆后，取出次发药包。通过两药包之间距离的变 图1 主发药包的结构图 化，考察被测乳化炸药 的抗压能力，它们之间 距离分别设定在1 5 c m 、 2 0 c m ， 2 5c m ， 3 0 c m l ． 4 0 c m o 测量高电导率时， 一般采用大常数电导电 极，当电导率≥2 0 ．0 0 m s ／c m 时，必须采用电 极常数为5 ．0 0 或1 0 ．o o 的电极；当电导率≥ 1 0 0 ．0 0m s ／e r a 时，必须采用电极常数为1 0 ．0 0 的电 极。本文采用的电极常数为1 ．0 0 仪器出厂配套电 极的D J S 一1 C 型铂黑电极 。 往5 0 0m L 烧杯中加1 8 0m L 蒸馏水，将此烧杯 放置事先加热的恒温水浴中，温度控制在5 0 ℃左 右，保持恒温待用，然后把乳化基质装人6 0i n l n 直 径培养皿中，用钢板尺装实刮平，放人5 0m L 烧杯 中，浸泡5 0r n i n 后用镊子将培养皿取出，把浸泡液 ’收稿日期2 0 0 9 一l l 一1 0 基金项目安徽理工大学博士基金 1 1 0 9 2 作者简介胡坤伦 1 9 6 2 一 。男，博士，教授，主要从事爆破器材及爆炸技术的研究。E - m a i l k l h u 9 9 9 s i n a ．C O r n 万方数据 1 6 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4 期 冷却至室温，用移液管取2 5m L 浸泡液于烧杯中加 入I l 甲醛溶液1 0m L ，酚酞2 滴，以O ．1m o l ／L 氢 氧化钠标准液滴定至微红色，3 0s 内不消失为滴定 终点。平行测定2 个结果，2 次滴定计算数据误差 不超过O ．0 1 9 。 A N 析出量盟坠雩掣 “ ‘ 式中c _ 氢氧化钠标准液浓度，0 ．1m o V I J ； 卜滴定时消耗的氢氧化钠量，m L ； 0 ．0 8 0 0 4 - - 与1 ．0 0m L 标准滴定液相当的以 克表示的硝酸铵质量。 N H 。N O ，溶于外界的量，即溶失率可以用下式 来计算 占， 0 ．0 8 0 0 。4 V C x 3 0 ／5 1 0 0 0 勘m 硒 O ．i 4 8 0 2 4 V C l o o L 抽m 鼬 式中占N H ．N O ，的溶失率，无量纲； C 抽内相N H ．N 0 3 的质量浓度，％； ／ ／ ／ ／a a 所取乳胶基质的质量数，g 。 2 试验结果与讨论 2 ．1 电导率的测定 带电胶粒在电场中定向运动，产生一可测微电 流经过乳化炸药胶体，在宏观上表现为体系的电导 性质。在不同储存期电导率的大小，与其爆炸性能 相对应，因此其值反应了乳化炸药的储存稳定性。 本文是研究通过改变乳化炸药不同的受压距离，对 受压后乳化炸药电导率测定，考察其抗压能力，结果 见表1 。表1 中l 。指乳化基质，2 ’指膨胀珍珠岩敏 化的乳化炸药。图2 是不同受压距离时的电导率。 由图2 得知，乳化基质和膨胀珍珠岩敏化的乳 化炸药的电导率先随着受压距离的增大而增大，当 受压距离大于1 5 c m 时，电导率值都迅速下降；膨胀 珍珠岩敏化的乳化炸药的电导率始终要比乳化基质 的大，并且当受压距离大于2 0 c m 时，乳化基质的下 降曲线的斜率逐渐减小。由此可见，随着受压距离 的增加，l ‘和2 ‘样品受动压的作用影响逐渐减小，但 是通过纵向比较可知，2 ’样品的抗压性能优于1 ’。 2 ．2 界面膜的溶胀 乳化炸药的抗动压强度，事实上也是其油水相 表l 不同受压距离时的电导率 m 8 锄。1 图2 不同受压距离时的电导率 界面膜抵抗破坏作用的强度，所以说衡量乳化炸药 的稳定性的其中一个关键因素就在于乳化剂均匀地 吸附排列在油水界面，形成一层牢固的、稳定的界面 膜。本文是通过测试N H 。N O ，的析出量和溶失率来 研究界面膜的强度，溶失率的提高使乳化炸药容易 产生渗透溶胀，结果见表2 、图3 、表3 、图4 。 表2 硝酸铵析出量 1 0 ’3 g 受压距离／c m 1 52 02 53 04 0 1 ’ 2 。 4 ．8 8 7 00 ．8 4 4 00 ．5 4 9 00 ．4 6 9 70 ．3 7 7 6 8 ．5 6 0 06 ．6 4 0 04 ．7 9 0 04 ．3 5 0 03 ．3 7 0 0 图3 不同受压距离时的硝酸铵析出量 表3 不同受压距离时的溶失率 1 0 ．3 ％ 受压距离／c m 1 52 02 53 04 0 I ’ 2 。 4 9 ．7 0 08 ．5 8 75 ．5 8 64 ．7 8 03 ．8 4 0 8 7 ．0 0 06 7 ．5 0 04 8 ．7 0 04 4 ．2 0 03 4 ．3 0 0 从图3 和图4 可以看出，随着受压距离的增加， l ‘和2 ’样品的N H 。N O ，的析出量和溶失率在小于或 等于1 5 c m 时，迅速递增；而在大于1 5 c m 小于2 0 e r a 时，下降曲线斜率较大；当大于2 5 e r a 时，下降曲线 趋于平缓。由此，把2 5 c m 作为一个临界点，当受压 距离大于2 5 e m 时，1 ’和2 。样品受距离的影响逐渐 减小。图3 和图4 曲线的变化表明，受压距离相同， 万方数据 2 0 1 0 年8 月影响乳化炸药稳定性物理性能试验研究胡坤伦等 1 7 萎 粪 受压距离／m l 图4 不同受压距离时的溶失率 l ’样品的N H 。N O ，的析出量和溶失率都较2 ’小，这 主要是因为被膨胀珍珠岩敏化的乳化基质界面膜强 度较差，其主要原因是由于敏化剂膨胀珍珠岩自身 体积较大⋯，抗压强度低，当其被破碎时，会导致界 面膜的的破坏，使内相的N H 。N O ，晶体通过界面膜 析出，打破原来的乳胶体系。 3 结论 通过对两种不同样品的测试可发现，乳化炸药 的物理性能受抗压距离的影响，且l ’样品的抗压性 能较2 ’样品好，是由于膨胀珍珠岩在动压作用下易 破碎，棱角对界面膜的破坏作用，容易造成乳化炸药 的破乳；但是由于乳化基质的起爆感度很低，膨胀珍 珠岩和玻璃微球的运输和保管费用较高，所以工业 生产中化学发泡敏化的乳化炸药较普遍。本文的研 究工作主要是考察乳化炸药的抗压性能，在工程爆 破中，采用毫秒延时爆破作业时，经常会遇到乳化炸 药不完全爆炸或拒爆情况，其中一个重要的原因就 是乳化炸药的抗压性能不高，容易被较强的冲击波 压力压死，这种爆炸威力下降或发生拒爆也被称为 “压力减敏”【3 J ，此项工作的研究对于提高工程爆破 效果具有重要意义。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 8 1 0 8 ，5 9 9 ． [ 2 ] 李清，杨仁树，田运生，等．乳化炸药溶胀过程的稳定 性研究[ J ] ．中国矿业大学学报，1 9 9 7 ，2 6 3 5 4 - 5 7 ． [ 3 ] 王尹军，汪旭光，宋锦泉．敏化方式对乳化炸药压力减 敏作用的影响[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 5 ，2 s 3 4 1 - 4 4 ． E x p e r i m e n t a lS t u d yo nP h y s i c a lP r o p e r t i e sA f f e 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 H UK u n l u n q 。L IG u 龃一，Y O UK n i o ，H A NT i f e i ① ①S c h o o lo fC h e m i s t r ya n dE n g i n e e r i n g ，A n h n iU m v e m i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y A n h u iH u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ②z K LB T EC o ．，h d ． B e i j i n g ，1 0 0 1 9 0 [ A B S T R A C T ] A n a l y 8 i 8a n dc o m p a r i s o ni sm a d ea b o u tt h ei m p a c to fd i f f e r e n tp r e s s u r ed i s t a n c eo ni t ss t a b i l i t yi nt h i sp a - p e r ，b ym e a s u r i n gt h ec o n d u c t i v i t y ，N H 4 N 0 3p r e c i p i t a t i o na m o u n ta n ds o l u b i l i t yo fe m u l s i o nm a t r i xa n de m u l s i o ne x p l o - s i r e ．B a s e do ns w e l l i n gi n t e r f a c et h e o r y ，t h er e l a t i o n s h i po ft h ei n t e r f a c i a lf i l ma n dt h es t a b i l i t yi sp r o p o u n d e d ，a n dt h e c o m p r e s s i v es t r e n g t ho fe m u l s i o ne x p l o s i v eb e f o r et h es e n s i t i z a t i o ni sr e v e a l e dt ob es u p e r i o rt ot h a to fa f t e rs e n s i t i z a t i o n ． S t u d i e si nt h i sp a p e rw i l lb ev e r yi m p o r t a n tf o rs o l v i n gt h ep r o b l e mo fi n c o m p l e t eb l a s t i n go rm i s f i r ew h e ne m u l s i o ne x p l o s i v e u s e di nm i l l i s e c o n dd e l a yb l a s t i n g ． [ K E YW O R D S ]e m u l s i o ne x p l o s i v e ，i n t e r f a c i a lf i l m ，s w e H i n gi n t e r f a c e ，s t a b i l i t y 上接第1 4 页 [ 9 ]吕春绪．硝酸铵膨化理论研究[ J ] ．中国工程科学， 2 0 0 1 ，3 9 5 8 - 6 3 ． [ 1 0 ]吕春绪，刘祖亮，惠君明．膨化硝酸铵自敏化理论形 成与发展[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 0 ， 4 1 4 ． [ 1 1 ] 刘祖亮．硝酸铵自敏化的基本原理和技术途径[ J ] ． 爆破器材，2 0 0 3 ，3 2 6 4 - 7 ． [ 1 2 ] 惠君明，苏洪文，解立峰．粉状工业炸药的敏化方法 [ J ] ．火炸药学报，1 9 9 7 ， 1 1 0 - 1 2 ． [ 1 3 ]曾贵玉，黄辉，高大元．添加剂对A N F O 雷管起爆感 度及作功能力的影响[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 0 8 ，2 8 5 4 6 7 - 4 7 0 ． D i s c u s s i o no nF a c t o r sA f f e c t i n gD e t o n a t i o nP e r f o r m a n c eo fE x p a n d e dA N F o M E IZ h e n h u a ①国，Z E N GG u i y u o ，Q I A NH 聃①，L DC h u n x u d ①N 蚰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 ②N 蛐j i n gP o l i c eS e c u r i t yB u r e a u J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 0 5 I n s t i t u t eo fC h e m i c a lm a t e r i a l s ，C h i n aA c a d e m y0 fE n g i n e e r i n gP h y s i c s S i c h u a nM i a n y a n g ，6 2 1 9 0 0 [ A B S T R A C T ] ‰e f f e c to fd i f f e r e n te x p a n d e dA N F Oc h a r g ec o n d i t i o no nd e t o n a t i o np e r f o r m a n c ew a ss t u d i e db yp l a t e t r a c et e s t ．R e s u l t ss h o w e dt h ec r i t i c a ld i m n e t e ro fe x p a n d e dA N F Ow a sb e t w e e n1 2t o1 5r a i n ；t h ed e a d p r e s s e dd e n s i t y W 8 8b e t w e e n1 ．2 5t o1 ．4 0g 锄一a n dt h ec o n t e n to fw a t e rm u s tb el e s st h a n2 ．O ％f o rd e t o n a t i o n ．I t sd e t o n a t i o np e r ． f o r m a n c ei n c r e a s e da l o n gw i t ht h ec h a r s ed i a m e t e ra u g m e n t ，c h a r g eh e i g h te n h a n c e m e n t ，c h a r g ed e n s i t yi n c r e a s e ，w a t e r c o n t e n tr e d u c t i o na n dp a r t i c l e ss i z ed e c r e a s e ． [ K E YW O R D S ] e x p a n d e dA N F O ，d e t o n a t i o n ，p l a t et r a c et e s t ，e x p l o s i v e 万方数据