抗静电剂对烟火药安全性能的影响研究

陈文兴 田娟 周昌平

摘 要：利用抗静电剂对烟火药原料进行处理后，再配制成烟火药，能改善其静电性能，达到防止电荷积累，降低烟火药静电火花感度。抗静电剂的加入，对烟火药的其他安全性能指标的影响，也是评价抗静电剂是否可行的重要因素。文章介绍抗静电剂在烟火药中应用后，对其摩擦感度、撞击感度、75℃热安定性等的影响程度。为有效提高烟火药的安全性能提供依据，促进烟花爆竹生产系统安全运行。

关键词：烟火药；抗静电剂；摩擦感度；撞击感度；75℃热安定性

1 概述

烟花爆竹属于高危行业，同其它行业的根本区别在于烟火药的易燃易爆性。静电、撞击、摩擦被认为是烟花爆竹行业引发爆炸事故的三大杀手。从事烟花爆竹产品生产和应用的人们大多不了解烟火药的燃爆性能，更可怕的是每年有不少新的非常敏感且威力强未经安全论证的烟火药用于产品。[1]

在利用抗静电剂对烟火药原料进行处理后，再配制成烟火药，能改善其静电性能，达到防止电荷积累，降低烟火药静电火花感度。抗静电剂的加入，对烟火药的其他安全性能指标的影响，也是评价抗静电剂是否可行的重要因素。文章介绍抗静电剂在烟火药中应用后，对其摩擦感度、撞击感度、75℃热安定性等的影响程度。为有效提高烟火药的安全性能提供依据，促进烟花爆竹生产系统安全运行。

2 烟火药抗静电处理[2，3]

从烟火药使用原材料入手，选用液态阳离子型抗静电剂十八烷基二甲基羟乙基季胺硝酸盐（简称：SN），将其通过喷涂方法对烟火药用原料高氯酸钾、铝银粉、硫磺和珍珠粉中的一种或几种进行表面处理，抗静电剂用量为烟花爆竹总原料重量的0.1～0.6%。抗静电剂对烟火药原料中的一种或几种分别进行包覆处理后，再采用现有烟花爆竹药配制工艺配制。技术路线如下图1。

图1 抗静电剂在烟火药中应用技术路线

本技术路线采用的抗静电处理方案，无需加入过量的溶剂，不增加过滤、干燥等工艺过程。对烟火药的单质原料进行抗静电剂包覆处理后，保持药剂原有的物理性状，药剂在烟花爆竹混装药过程中能流畅进行，配制的烟火药保持原有品质。

3 烟火药安全性能的测定

3.1 静电火花感度的测定[4]

在静电放电作用下，烟火药发生燃烧或爆炸的难易程度：一是指烟火药是否容易产生静电和静电量；二是指烟火药对静电放电火花是否敏感。用抗静电剂SN处理烟火药原料，再配制成烟火药，烟火药的不发生爆炸的最大静电火花发火能量E0.01，50%爆炸所需的静电火花发火能量E50，发生100%爆炸所需的最小静电火花发火能量E100。抗静电剂SN加入烟火药原料中的量见表1，烟火药的静电火花感度的实验测定值如表2，表1中样品静电火花感度的测定结果如表3。

表1 抗静电剂SN加入量/%

由表2可知，在烟火药原料中加入抗静电剂SN后，配制成的烟火药的导电性增加，实验初始电压均提高；由表3可知，烟火药的静电火花发火能量提高，静电火花感度降低，这对提高体系的安全性非常有利。两种原料使用抗静电剂时，抗静电剂用量为0.4%时，静电火花发火能量有明显提高；三种原料使用抗静电剂时，抗静电剂用量为0.2%时，静电火花发火能量也有明显提高。

3.2 摩擦感度的测定[5]

烟火药剂和烟花爆竹产品在生产、运输和使用过程中，经常受到机械摩擦作用，这是导致烟花爆竹爆炸事故的主要原因之一。通过测定抗静电剂处理后的烟火药摩擦感度，对评定抗静电剂在烟花爆竹在生产过程中应用的安全性有重要意义。

试验使用MGY-1型摩擦感度仪为测试设备，摩擦感度试验条件：样品药重20mg，压力1.23MPa，摆角70°，试验温度21℃，湿度68%；置信水平为0.95的置信区间（Pi，Pu）=100%，86%，平均：p=100%.用爆炸概率法统计，每个样品进行两组试验，每组进行了25次系统运行。通过试验，所有样品的每个批次均发生了爆炸，撞击感度有爆炸概率表征结果见表4。

表4 静电剂处理后各种烟火药的摩擦感度

由表4可知，在烟火药原料中加入抗静电剂SN后，配制的成的烟火药的摩擦感度与未处理的烟火药的摩擦感度均无明显区别增加，提高体系的烟花爆竹生产系统的安全性，降低摩擦感度是一个重要指标。

3.3 撞击感度的测定[6]

文章中采用落锤撞击感度仪测试抗静电剂处理后的烟火药的落锤撞击感度。模拟产品在工艺过程中受到撞击引发爆炸的难易程度，同时也可模拟产品由高处坠落时发生燃爆的难易程度。试验使用装有此控制系统的撞击感度仪，10kg的重锤于落高250mm，用表1中抗静电处理后的原料配置的烟火药作为试验样品，每次试验样品40mg，试验温度20℃，湿度68%。使用符合国标撞击装置，每个样品进行两组试验，每组进行了25次系统运行。通过试验，样品1和样品2每组试验均有两次试验发生爆炸，样品3和样品4每组试验只有一次试验发生爆炸，撞击感度有爆炸概率表征结果见表5。

表5 静电剂处理后各种烟火药的撞击感度

由表5可知，在烟火药原料中加入抗静电剂SN后，配制成的烟火药的撞击感度降低；烟火药的撞击感度降低，这对提高体系的安全性非常有利。两种原料使用抗静电剂时，抗静电剂用量为0.4%时，抗撞击感度有明显提高；三种原料使用抗静电剂时，抗静电剂用量为0.2%时，抗撞击感度也有明显提高。

3.4 75℃热安定性的测定[7]

75℃热安定性是烟火药药剂安全性能检测的重要项目之一，是衡量烟花爆竹药剂热感度大小的一个重要指标。作者通过75℃热安定性试验，可以了解被抗静电剂处理后的烟火药剂和烟花爆竹在生产、储存、运输过程中是否对热不安定，在受试状态下运输是否太危险以及使用是否安全。未经处理的烟火药和经过抗静电剂处理后的烟火药，在75℃、48h的条件下，均无肉眼可见分解现象。

4 结束语

经抗静电处理后的烟火药其静电火花感度E0.01、E50、E100均得到不同程度的提升。摩擦感度、撞击感度、75℃热安定性等未受到不良影响，其中撞击感度比未处理的样品的抗撞击能力提高了。但影响摩擦感度指标的因素还需继续探索研究，才能更好地保障烟花爆竹行业的安全生产。

参考文献

[1]炸药理论编写组.炸药理论[M].北京：国防工业出版社，1982.

[2]陆明.表面活性剂及其应用技术[M].北京：兵器工业出版社，2007.

[3]陆明，赵月兵.RDX与Al混合体系的静电火花感度研究[J].兵工学报，2009，30（12）：1062-1066.

[4]陈文兴，田娟，张筑南，等.抗静电剂在烟火药中的应用研究[J].贵州化工，2012，6：10-11+14.

[5]谭爱喜，张光辉，刘劲彪.烟花爆竹用烟火药机械感度影响因素分析[J].火工品，2004，25（4）：49-51.

[6]刘涛，徐恩阳.撞击感度仪危险因素分析及安全控制系统设计[J].机电安全，2012（10）：19-20.

[7]桂家祥，邱晓雨，李厚生，等.烟花爆竹药剂75℃熱安定性试验的研究[J].检验检疫科学，2002，12（6）：32-34.

作者简介：陈文兴（1981-），男，学士，贵州省化工研究院工程师，贵州大学在职研究生，主要从事资源化工技术开发研究，烟花爆竹安全评价和安全技术研究。