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，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存期，增強爆破效果。不過在多方面因素的干擾下，還需要具體對超聲波功率、水含量、處理時間和乳化劑量等參數(shù)進行研究，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)揮銨油炸藥的價值下，促進城市化建設(shè)。

1 柴油超聲波乳化的概述

對于超聲乳化技術(shù)而言，將水進行乳化并加入柴油中后，可以使乳化柴油達到8%～10%的節(jié)油率，利于降低能源的損耗。一般對柴油乳化工作的影響參數(shù)較多，有乳化溫度、乳化方式、時間和復(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流，利于使油分子與水分子更加微化細小，利于在銨油炸藥的爆炸中，基于熱膨脹的作用，微珠內(nèi)的水在極短時間內(nèi)氣化，進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

由超聲波乳化產(chǎn)生的微小水珠會被油所包裹，進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 儀器與原料的準備工作

首先，在儀器設(shè)備準備中，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)量分數(shù)≤0.2%、酸度≤0.07 mg/mL、閃點（閉口）≥55 ℃，且要求滿足GB 252—2015 的質(zhì)量標準需求并具有良好的流動性和透明度。具體的超聲波乳化試驗可參考圖1。

圖1 超聲波乳化試驗

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)合柴油的基準量為200 mL，經(jīng)過試驗，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乳化液水滴平均粒徑的影響。要準備好柴油和水各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行粒徑的觀測。在做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計好分析后，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 超聲波作用時間的優(yōu)化

在明確700 W 功率后，要改變超聲波作用時間，實現(xiàn)對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間，其乳化液滴粒徑有著先降低后增高的趨勢，在10 min 時平均粒徑最低，此時乳化效果最好，因此可以將超聲波的作用時間定為10 min。

圖2 超聲波作用時間對液滴粒徑的影響

2.4.3 乳化液含水量對整體性能的影響

通過控制柴油和水的不同配比，并由超聲波進行乳化后，可以對平均粒徑進行測定，在有效的數(shù)據(jù)收集后可以發(fā)現(xiàn)，當超聲波功率、作用時間和乳化劑等參數(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 時穩(wěn)定時間大于60 d，即60 d 內(nèi)無油水分層現(xiàn)象，＞12.5 mL 后穩(wěn)定時間小于60 d。其次，乳化液含水量也會對粒徑大小有所影響，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對平均混合滲油率造成影響，在對比實驗的稱重中，隨著含水量的增加，平均混合滲油率也逐漸提高，需要對含水量進行嚴格控制[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），同時也能對乳化液的極限含水量（0.0125 mL/mL 柴油）進行確定，為了檢測柴油乳化準備的效果和價值，需要進行檢測。此外，需要注意的是，對于乳化液靜置時間對液滴平均粒徑的影響而言，會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 柴油乳化對銨油炸藥性能的影響

首先，借助NDJ-1 旋轉(zhuǎn)式粘度計可對柴油液體的粘性阻力進行測量，同時也能對液體的動力黏度進行檢測。具體在檢測中，同步電機需要以固定速度進行旋轉(zhuǎn)，同時連接刻度圓盤確保數(shù)據(jù)有效呈現(xiàn)。這時借助轉(zhuǎn)軸和游絲可以帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)子受到液體黏滯阻力的影響時，游絲會所產(chǎn)生扭矩和粘滯阻力達到平衡，這時記錄刻度盤指針的讀數(shù)再乘以對應(yīng)的系數(shù)，便可以得到實際液體的運動黏度（cst）。柴油乳化前的運動黏度在3～8 cst（20℃）之間，改性后的運動黏度為4.4～10.9 cst（20℃）。其次，對于銨油炸藥而言，基于柴油乳化的價值，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)對乳化參數(shù)進行優(yōu)化。經(jīng)過試驗得出乳化穩(wěn)定劑的基本組成和比例，明確超聲波作用功率、最佳作用時間和乳化液中的含水量極限值，通過柴油黏度檢測和銨油炸藥性能檢測驗證炸藥整體性能的提升效果，滿足用戶需要。