敏化方式对乳化炸药性能的影响

一、引言

要使乳化炸药获得合适的感度、好的爆轰性能, 就需要对乳胶基质进行敏化。敏化技术是乳化炸药生产技术的重要研究内容, 是通过在乳胶基质中加入适量的气泡载体从而达到“敏化”目的。乳化炸药并不是均质炸药, 其爆炸机理是热点理论, 使用时这些气泡或空穴受到撞击时会发生绝热压缩, 形成“热点”并由最初的燃烧反应转化为爆轰[1]。目前采用的敏化技术包括药剂敏化及机械敏化方式。敏化剂的加入量和类型对乳化炸药性能会产生重要的影响。下面就通过目前常用的不同敏化方式作简浅分析。

乳化炸药的敏化一般说来有物理敏化和化学敏化两种方式 (也有采用物理——化学复合敏化方式) 。所谓物理敏化法, 是指在乳化基质中添加一定量的低密度物质, 完全可以稳定的存在其中, 如空心玻璃微球、塑料微球、膨胀珍珠岩等, 他们在加入炸药中仍可以保持自身的空穴起到热点的作用;化学发泡敏化法是指利用一些物质在特定的条件发生分解反应产生微小气泡, 来调节乳胶基质密度从而提高炸药感度的方法;复合敏化法是指敏化方式采用多种方法, 目前使用较多的包括膨胀珍珠岩与亚硝酸钠溶液复合、膨胀珍珠岩与H型发泡剂的复合等。

二、空心玻璃微球敏化方式

玻璃微球是由钠硼硅酸盐经特殊工艺制成的薄壁、封闭的微小球体, 内部包裹有一定量的气体, 其具有密度低、化学稳定性好等特点。非常适合做乳化炸药的敏化剂, 在国内外生产线均有使用, 在国外生产线使用空心玻璃微球敏化乳化炸药更多一些。用其所作的乳化炸药爆轰性能、储存稳定性均好。但国内国外所产的玻璃微球质量有较大的区别, 主要表现在:在显微镜下观看国产玻璃微球球体外观光滑, 有时会有一些黑色絮状杂质, 球径的大小差别较大, 有破碎现象, 这样会划破乳胶基质的油膜, 使用量会较正常使用量上升;国外产玻璃微球光亮透明, 球径大小均匀一致, 几乎无破裂现象, 不会对油膜造成任何影响, 加入量小。因此使用单位的检验部门应对所采购的玻璃微球应进行严格检验, 检验项目应有外观、密度、水分、粒径参数等。在生产中掌握合适的用量。那么选择国内还是国外的产品?我认为应从产品的爆炸性能、储存期稳定性、产品成本等综合考虑。生产线输送玻璃微球的管路要严密封闭, 所做目的在于阻止玻璃微球飞出污染环境和玻璃微球在湿度大的环境吸湿而影响其流散性, 从而影响流量的准确性, 使用前要做好流量计的标定工作。玻璃微球对乳胶基质的温度要求不严, 适合中高温敏化, 在基质中能稳定保持一定的气体, 与油结合牢固且不吸油, 受外界作用影响小, 能长期使炸药保持稳定。玻璃微球的球体光滑易于均匀分散在乳胶基质中, 使炸药质量具有良好的一致性, 因而炸药能保持均匀稳定。

三、膨胀珍珠岩颗粒

膨胀珍珠岩是一种白色多微孔的松散颗粒状物料, 一般有普通型珍珠岩和封闭型珍珠岩两种, 封闭型珍珠岩又称憎水珍珠岩, 普通型珍珠岩对乳化炸药的储存期有较大的影响, 采用憎水型珍珠岩可提高乳化炸药的储存期。粒径以200um~300um为主, 外观不规则, 表面有一层玻璃质。内有蜂窝状空隙, 由酸性火山玻璃质岩矿石经过破碎、预裂、焙烧而制成, 与玻璃微球相比各空洞的外壁不规则, 有利在乳胶周围固定, 有利于炸药的稳定及热点的生成, 至使其在外力作用下受力不均匀, 用其敏化的药药体硬度大成形好, 易装药, 已被用户接受, 产品质量较稳定。敏化温度、搅拌时间对敏化结果有较大的影响, 在敏化过程中应严格控制温度, 过高的温度会使乳胶基质粘度降低以类似油的形式渗入其中, 从而降低或失去敏化作用;温度过低使得乳胶基质粘度升高, 这样珍珠岩在相同搅拌时间作用下有可能分布不均匀出现敏化作用降低, 因此, 应严格控制敏化温度和拌混时间, 提高敏化有效率, 一般有较好的敏化效果, 可以制得较为理想的炸药。在使用前应对以下参数进行测定:堆积密度、粒度等。但存在下面的缺点:珍珠岩自身体积大易吸水、破碎;对搅拌设备的耐损强度要求严格;对环境有粉尘污染, 会对操作者的身体造成危害。较玻璃微球敏化的乳化炸药性能稍差, 最大的优点是较玻璃微球成本大幅度降低。

四、化学敏化

化学敏化方式是目前最常用的敏化方法之一, 首先应考虑的问题是气泡在乳化基质中的稳定性, 它包括物理稳定性和化学稳定性。这点非常重要, 从物理状态方面, 它要求气泡在乳化炸药运动或受挤压既不能逸出也不能合并聚集, 在温度变化时, 膨胀或收缩不明显;从化学行为角度, 要求气泡在药体中不溶解消失, 不因析晶而破坏, 不发生二次分解, 不与乳化炸药其它组分反应。其所起作用是使乳化炸药具有好的爆轰感度和爆炸性能。

亚硝酸钠是目前最普遍应用的化学发泡剂之一, 外观白色或微带淡黄色结晶, 亚硝酸钠有毒, 使用过程要注意防护。亚硝酸钠作为一种快速发泡剂是因为:能较迅速地与助剂或乳化机质中游离态硝酸铵或表面油膜有缺陷的硝酸铵基团发生反应, 产生一定量的气体。对反应条件无特殊要求, 较易均匀地分散于乳胶基质当中。亚硝酸钠的加入量要由所期望的炸药密度值来决定, 密度的大小在一定条件下又决定着炸药爆轰感度与爆炸性能。从爆轰感度来说, 在一定的密度范围内, 密度越小, 则爆轰感度越大。因为为小气泡被绝热压缩时能产生热点, 增加起爆感度。但是从爆破能量观点来说, 密度降低则炸药的能量密度也相应下降, 对爆破做功不利[2]。亚硝酸钠的加入量应首先确定合理的密度期望值, 再通过经验理论计算和试验相结合来确定。确定加入量以后, 亚硝酸钠及助剂的加入质量相对于乳化炸药的质量较少, 通常加入量仅有炸药质量的0.1%~0.2%。要把较少的亚硝酸钠加入到较多的乳胶基质中, 想要混合均匀是很困难的, 这需要充分的混合, 但过量搅拌对乳胶基质结构非常不利。因此, 可以通过降低浓度的方法来增加亚硝酸钠及助剂的量, 搅和效果会好得多。亚硝酸钠及助剂通过化学反应产生气泡使乳胶基质得到敏化且具有雷管感度, 但这一过程, 由于自身的酸碱性, 会对乳化结构起到一定的破坏作用, 即或多或少的造成乳胶基质破乳, 这会影响到产品的爆炸性能和储存性能[3]。为把这一负面作用减小到最低限度, 可以采取调整乳化剂的用量、选择适当的乳化机转速、调整敏化温度等。

敏化后效现象是指敏化工序转入包装工序后, 敏化反应仍在继续进行的现象, 这时炸药的密度会继续降低。敏化的目的还反映在爆速、猛度、做功能力、殉爆距离等爆炸性能指标是否稳定, (储存期内性能是否衰减) , 无论是爆炸性能还是使用效果和乳化炸药的后效都有着不可分割的关系。前面已说过密度与爆轰感度和爆炸性能的关系。事实上后效问题只要采取合适的措施, 对其充分利用或克服是完全可以做到, 目前大多数的生产线已是连续自动线, 很多包装采用的是塑膜包装, 充分利用塑膜伸缩的优点, 只要根据装药质量与装药密度计算好需用的容积作预留并采用其他控制措施, 装药后是不会出现包装膜破裂或装药不饱满现象。对于仍采用蜡筒包装者应严格控制后效。

对于目前常用的高温敏化工艺, 装药温度的控制应根据实际情况做出相应的调整, 夏季装药温度稍低一些, 而冬季则相反, 对冷却水来说在必要的情况下也应做相应的降低或升高。在生产中还应注意实际生产能力与额定生产能力应相匹配, 实际生产能力高于额定生产能力则会产生敏化剂在乳胶基质中分布不均匀的情况, 导致大气泡的产生从而降低炸药的爆炸性能和稳定性;实际生产能力过低同样会出现炸药的爆炸性能和稳定性降低, 是因为过多的搅拌炸药会破乳。另外针对不同的工艺, 应对油相材料的组成做合理的选择。将上述的对象控制好就一定能做出爆炸性能和稳定性较好的炸药。