乳化基質黏度與一種乳化銨油炸藥性能關系研究

馬 平 ,葉 輝 ,譚本嶺 ,崔 剛 ,郝會娟

（1.礦冶科技集團有限公司,北京 100160;2.北礦億博（滄州）科技有限責任公司,河北 滄州 061108）

0 引言

含有高乳化基質比例的乳化銨油炸藥是相對于傳統重銨油炸藥提出的新型炸藥品種[1-2],具有良好的抗水性和可泵送性能。新型的乳化銨油炸藥是通過在乳化基質中添加多孔粒狀硝酸銨,經敏化后制備而成,配方中多孔粒狀硝酸銨、乳化基質、敏化劑溶液的組分重量比為30 ∶69.8 ∶0.2。它克服了傳統重銨油炸藥抗水能力差、儲存期短的缺點,成本較乳化炸藥低,因此,得到廣泛應用。

乳化基質作為新型乳化銨油炸藥的主要成分,對炸藥性能有重要的影響。乳化基質屬非牛頓流體中的假塑性流體,黏度作為表征基質流變性的重要參數,與其穩定性關系密切[3],但并非黏度越大越穩定[4]。乳化基質黏度易受配方、原料和乳化工藝的影響[5],影響著乳化剪切強度、乳化溫度、泵送、敏化、裝藥等工藝和設備的設計,關系到炸藥爆炸性能、儲存穩定性等,是乳化基質的重要性能指標。但目前對于乳化基質黏度與乳化銨油炸藥性能之間關系的研究較少。

固定乳化工藝條件時,基質黏度主要取決于所選用油相材料的種類及其組合,在乳化劑一致時,取決于油相材料的黏度。通過固定基質配方和乳化工藝等條件,選擇不同油相材料制備不同黏度的基質,研究一定范圍內乳化基質黏度對新型乳化銨油炸藥的爆炸性能、儲存穩定性的影響。

1 試驗部分

1.1 制備乳化基質

試驗中固定乳化基質的水相,乳化劑組分不變,選用不同黏度的中性油制備乳化基質,基質黏度考察范圍為11～22 Pa·s(60 ℃),基質配方見表1。

表1 乳化基質配方

固定乳化工藝條件和參數,測試不同基質的黏度并跟蹤考察基質性能。

1.2 制備新型乳化銨油炸藥

按照乳化基質∶多孔粒狀硝酸銨=7 ∶3(質量比)添加多孔粒狀硝酸銨,制備新型乳化銨油炸藥。炸藥溫度在45 ℃時,按照質量百分比添加0.2%敏化劑溶液,攪拌均勻裝入PVC 管中靜置,跟蹤測試30 min 炸藥密度的變化,并測試新型乳化銨油炸藥的爆速。

1.3 性能測試方法

黏度測試:選用美國博利飛RVDV-II+Pro 型布氏黏度計,采用7#轉子,轉速50 r/min,對比測試60 ℃下基質的黏度。

密度測試:采用密度杯法跟蹤測試炸藥敏化后的密度。

爆速測試:將經過敏化的新型乳化銨油炸藥裝入直徑為110 mm 的PVC 管中,采用山西江陽制造的起爆彈起爆,由湘西制造的五段爆速儀測試炸藥爆速。

儲存穩定性測試:將基質及新型乳化銨油炸藥分別裝入200 mL 的透明塑料杯中,敞口置入恒溫恒濕箱中,控制空氣相對濕度為40%,觀察自然儲存條件下乳化基質、新型乳化銨油炸藥表觀變化及其中多孔粒狀硝酸銨沉降情況。

2 結果與討論

2.1 基質黏度對炸藥自然儲存性能的影響

評價炸藥儲存穩定性的方法有加速離心沉降法、顯微鏡觀察法、電導法、高低溫循環法及水溶法等,但最直接、客觀的方法是自然儲存法[6]。試驗采用自然儲存法考察不同黏度的基質及用其制備的新型乳化銨油炸藥的儲存穩定性,結果見表2。

表2 乳化基質及新型乳化銨油炸藥自然儲存結果

結果表明,基質的儲存穩定性普遍優于新型乳化銨油炸藥。這是由于混合過程中多孔粒狀硝酸銨顆粒對基質造成了破壞,誘發基質中的過飽和硝酸銨溶液析晶。增大油相黏度對乳化炸藥的穩定性是有益的,但增加油相黏度的同時應適當提高乳化所需要的HLB 值[7]。在跟蹤考察過程中發現,乳化基質及用其制備的新型乳化銨油炸藥的穩定性并未隨著基質黏度的變化而發生規律性變化,說明基質黏度對穩定性有影響,但不是黏度越大越好。

2.2 基質黏度對新型乳化銨油炸藥物理穩定性影響

采用儲存穩定性測試方法,對比考察不同黏度基質制備的新型乳化銨油炸藥中多孔粒狀硝酸銨沉降、分離現象。結果表明,不同黏度基質制備的新型乳化銨油炸藥自然儲存21 d 均未發現明顯沉降、分離現象。根據斯托克司定律提出的顆粒沉降速度公式(1)分析。

其中:g為重力加速度,9.8 m/s2;d為多孔AN 顆粒直徑,m;μ為基質黏度,Pa·s;ρs-ρ為多孔粒狀硝酸銨與基質的密度差,kg/m3。

由式(1)可知,密度差是決定沉降速度的關鍵因素。而多孔粒狀硝酸銨表觀密度為1.29×103kg/m3、基質表觀密度為(1.28～1.30)×103kg/m3,兩者密度基本一致,因此,在實際自然儲存過程中幾乎觀察不到新型乳化銨油炸藥的沉降、分離現象。

2.3 基質黏度對新型乳化銨油炸藥爆炸性能影響

2.3.1 基質黏度與炸藥初始爆速的關系

按照規定方法制備新型乳化銨油炸藥并測試炸藥的爆速。敏化后的新型乳化銨油炸藥密度為1.06～1.10 g/cm3,在密度基本一致的情況下考察了基質黏度對炸藥初始爆速的影響,結果如圖1 所示。

圖1 新型乳化銨油炸藥初始爆速隨基質黏度變化

測試結果表明,基質絕對黏度在11.2～22 Pa·s 變化時,新型乳化銨油炸藥的爆速在4 200～4 400 m/s 變化,說明基質黏度在一定范圍內的變化對于炸藥初始爆炸性能影響不顯著,總體有黏度大、爆速偏高的趨勢。這是由于炸藥的組成、結構決定其能量和能量釋放速度及釋放完全程度。在炸藥配方、密度等條件一定的情況下,乳化效果才是影響炸藥爆速的首要因素,乳化效果越佳,爆速越高。

2.3.2 儲存過程中基質黏度對炸藥爆速的影響

新型乳化銨油炸藥同乳化炸藥一樣,需要經過敏化后才具有良好的爆炸性能。其中的敏化氣泡破壞若超前于膠體的析晶,即使乳膠體狀態良好,也難以起爆或正常爆轟。敏化氣泡作為新型乳化銨油炸藥的重要組成部分,其減少或消失將影響炸藥的爆炸性能,而傳統觀點認為表面黏度對氣泡穩定性有直接影響[8]。研究中跟蹤測試了不同黏度基質制備的新型乳化銨油炸藥在儲存過程中爆速的變化,以考察一定范圍內黏度的變化對敏化氣泡穩定性的影響,結果如圖2 所示。

圖2 儲存過程中新型乳化銨油炸藥爆速的變化

由圖2 可以看出,黏度變化與儲存期內爆速變化規律不明顯,并且在21 d 時炸藥爆速均大于3 800 m/s。試驗結果表明,在試驗的黏度范圍內制備的新型乳化銨油炸藥在儲存過程中油包水結構、敏化氣泡均可保持良好。

3 結論

自然儲存及爆炸性能測試結果證明,一定范圍內新型乳化銨油炸藥的爆炸性能、儲存穩定性不取決于基質黏度,研究結果對新型乳化銨油炸藥的生產、制造具有實際指導意義,生產時可結合實際情況在滿足炸藥性能要求的前提下靈活確定合適的基質黏度指標,以增強炸藥生產、運輸、使用過程中的安全性。