含铝炸药造型粉流动特性影响因素研究

王正宏，李世伟，王香菊，张桂芳，王可国，高洪海，王 硕



含铝炸药造型粉流动特性影响因素研究

王正宏，李世伟，王香菊，张桂芳，王可国，高洪海，王 硕

（辽宁庆阳特种化工有限公司，辽宁庆阳，111002）

以A-IX-II炸药为参比标准，使用自行研制的流散性测量系统，研究了含铝炸药造型粉流散性的影响因素，并进行了分析。结果表明：喷雾造粒工艺制备的样品流散性优于直接法工艺；当炸药细颗粒占比在30%左右，颗粒粒度分布范围越宽时，流散性较好；适当的温度可以提高造型粉的流散性，而当造型粉处于干燥状态时流散性较好，即湿度对造型粉流散性影响较大。此研究结果对炸药自动化装药工艺的研究具有实际的指导意义。

含铝炸药；造型粉；流散性；粒度；工艺；温度；湿度

随着工业制造水平的发展，自动化装药工艺是压制类武器弹药装药的发展趋势。这类先进的装药工艺对炸药造型粉的装药工艺适应性提出了更高的要求。通常采用炸药造型粉流散性和堆积密度两个指标来衡量炸药的装药工艺适应性。流散性是反映粉状固体是否易于流动的一种重要的特性，它是晶体形状、粒子表面状态和特性的重要反映[1]。而堆积密度是反映炸药药粉空隙率最重要的表征参数，堆积密度越高，空隙率越小，药粉流动性越好，若堆积密度过低，往往需人工对药粉进行振动，提高堆积密度。

国外对粉体材料的流动特性很早就展开了研究。G.Lumay[2]设计了3种分别用于测量粉体安息角、堆积密度、流散性的方法，并研究了粉体流动特性与自身形貌、尺寸和粒度分布的关系；J A Ferrez[3]对含能材料的制备及应用方面的研究也表明炸药颗粒流散性的重要性。国内对炸药流动性也开展了一定的研究。在民爆炸药领域，南京理工大学周新利等人[4]在静止测量法的基础上进行改进，采用振动测量法，针对膨化硝铵炸药的流散性进行了相关试验；一些民爆炸药生产厂家通过研究影响膨化硝铵炸药产品密度和性能配方的诸多因素，分析了影响膨化硝铵密度的真空度、硝铵浓度、膨化剂、溶液温度、设备等关键因素，再结合连续化的工艺设备的特点，提出了一些提高膨化硝铵炸药堆积密度等流动特性的方法；此外，陕西应用物理化学研究所盛涤伦[5]也利用安息角测量仪等手段对起爆药的流散性进行了研究，并对常用起爆药的流散性进行了评价。但是关于自动装药所用炸药流散性影响因素的研究报道很少。

本研究使用自行设计的造型粉流动特性测量系统，研究了含铝炸药制备工艺、粒度及粒度分布和温湿度对流散性和堆积密度的影响，为自动化装药工艺参数的设定提供参考。

1 实验

1.1 原材料

RDX（Ⅱ类，甘肃银光化学工业公司），乙酸乙酯（分析纯），石油醚（分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂），铝粉（片状，50为45μm，活性≥94.0%，盖州市金属粉末厂），80号微晶蜡（中国石油化工股份有限公司荆门分公司，熔点80℃），高聚物A（数均相对分子质量3 500～4 500，上海化工研究院生产）。

1.2 样品制备

流散性和堆积密度试验用炸药样品(LY-1)配方为：75％RDX，20％铝粉，2％微晶蜡，3%高聚物A。炸药样品制备采用含铝炸药常用的直接法工艺[6]和新工艺喷雾造粒工艺[7]制备。

1.3 流散性测试仪器与工作原理

本研究所用测试系统由机械装置、电子天平、控制室和远程控制室组成。按Q/AY 701-2015方法进行炸药造型粉的流散性测试。

工作原理：在一定温度下，试样自一定高度自由落入规定体积的容器内，在下落的过程中实时记录下落试样的质量以及下料时间，确定时间段（1~4s），绘制出下料试样质量随时间变化的曲线，通过曲线拟合生成一条直线，这条直线的斜率即为物料质量随时间的变化率。由此用来评价含铝炸药的流散性。

造型粉流散性测量系统的主要技术指标包括：药品下料时间0～10s，精度0.001 s；试样质量：0～200g，精度0.01g。流散性采用拟合曲线斜率来表征。

1.4 堆积密度测试

采用GJB 772A-97方法402.3 堆积密度标准容器法进行样品堆积密度测量。

1.5 粒度及粒度分布测试仪器及表征

激光粒度仪：型号MS2000，英国马尔文，选取分散介质蒸馏水，使A-IX-II炸药样品能均匀分散于分散介质中，然后直接实验采集数据。

利用Span法表示被测造型粉颗粒的粒度分布宽度，Span值越大，粒度分布范围越宽。

Span=（90-10）/50（1）

式（1）中：90为粒度累积分布图上累积百分数90%所对应的颗粒直径；10为粒度累积分布图上累积百分数10%所对应的颗粒直径；50为粒度累积分布图上累积百分数50%所对应的颗粒直径。Span值越大，表明粒度分布宽度越大。

2 结果与讨论

2.1 炸药制备工艺对炸药流动特性的影响

采用喷雾造粒工艺和直接法工艺分别制备了实验用炸药样品LY-1，两种不同工艺样品的流散性和堆积密度如表1所示，取少量样品进行扫描电镜（SEM）分析，如图1所示。

（a） 直接法工艺   （b） 喷雾造粒工艺

表1 样品的的流散速度和堆积密度

Tab.1 The flow velocity and the bulk density of the sample

表1中不同制备工艺制备的样品的堆积密度和流散性存在很大的差异，即喷雾造粒工艺制备的样品流散性较好，直接法工艺较差。从样品的扫描电镜照片来分析：观察图1（b）可以看出，喷雾造粒工艺制备的LY-1炸药颗粒均匀分散，无明显团聚现象，炸药颗粒表面类似球形形状，且粘结剂包覆RDX后的颗粒形貌规整，颗粒密实且均匀，导致样品粒度均一，粒度分布较窄，从而使得样品的堆积密度高，流散性（）好；相比而下，由图1（a）可以看出，粘结剂包覆炸药RDX存在一定的缺陷，颗粒形貌不规整，表面有少量的棱角，还存在少量的团聚现象，从而堆积密度较低，则流散性（）较差。因此，不同的制备工艺对样品的流散性影响较大。

2.2 粒度及粒度分布对炸药造型粉流动特性的影响

2.2.1 粒度对炸药造型粉流动特性的影响

采用喷雾造粒工艺制备一定量的LY-1炸药，选取6目、8目和60目3个标准筛对其进行筛分。将6目到8目间的筛间物及60目的筛下物作为样品进行测试，其平均粒径分别为0.300mm、0.050mm。采用双级配模型，即采用大小两种尺寸的颗粒进行级配，分别测试其样品的堆积密度及流散性（），变化趋势如图2所示。

图2 不同比例细颗粒下炸药的流散性和堆积密度

从图2可知，随细颗粒所占百分比的增加，A-IX-II炸药的流散性（）和堆积密度变化趋势是一致的，当炸药的细颗粒百分比为30%左右时，堆积密度最高，流散性最好。说明在该颗粒级配条件下，颗粒的流散性好，小颗粒可以充分地填充到大颗粒间空隙中去，颗粒排列更紧密，表现为堆积密度高；而当炸药的细颗粒在体系中占绝大多数时，炸药造型粉的流散性极差，堆积密度最低。这是因为当炸药造型粉的颗粒粒度越小，颗粒的比表面积增加，颗粒相互之间的摩擦力增加，造型粉颗粒的流动和滑移能力降低，从而导致流散性差，同时，颗粒粒度越小，单位体积内颗粒质量越小，因此，堆积密度低。以上研究结果表明，流散性（）和堆积密度之间有着密切的内在联系，相对于同一种炸药而言，炸药颗粒流散性对炸药的堆积密度有一定的影响，炸药的流散性越好，炸药的堆积密度越高。

2.2.2 炸药粒度分布范围对流散性的影响

利用激光粒度仪测量了50为0.350mm的3个A-IX-II炸药造型粉样品的粒度分布，计算了流散性参数(Span值)，并测量了以上3个样品的堆积密度和流散性。数据如表2所示。

表2 不同粒度分布范围下造型粉的流散性数据

从表2流散性实验结果可以看出，3个A-IX-II炸药造型粉样品的粒度分布不同，流散性（）和堆积密度也不同。随着炸药造型粉的Span值减少，流散性（）和堆积密度也在降低。分析认为，炸药造型粉的粒度分布范围越宽，物料颗粒的流散速率越高，导致物料可以在自由状态下下落，更接近于造型粉的实际流动状态；较宽的粒度分布范围也有利于颗粒间的填缝，减少颗粒之间的空隙率，从而得到较高的堆积密度。

2.3 外界条件（温湿度）对炸药流散性的影响

2.3.1 温度

保持实验室湿度为30%～40%RH，将样品分别在20℃、30℃、40℃和70℃温度下放置1h后取出，立刻测试以上4个不同温度条件下样品的流散性（）和堆积密度，数据如表3所示。

表3 不同温度下造型粉流散性数据

Tab.3 The flowability data of molding powder in different temperatures

从表3实验数据可以看出，造型粉流散性表现出先升高后降低的趋势，而堆积密度在20℃、30℃和40℃时基本不变。20℃和30℃时，炸药造型粉的流散性和堆积密度相当；40℃时，炸药造型粉的堆积密度无变化，而流散性有较明显的增加；70℃时，造型粉颗粒的流散性大幅降低，而堆积密度升高约1%。显然，除了炸药的制备工艺、粒度及粒度分布能够影响炸药的流动特性和堆积密度，外界条件温度也能显著地影响炸药造型粉的流散性和堆积密度。一般来讲，随着温度的升高，材料的物理表面会发生一定的变化，比如摩擦系数和表面致密性。分析认为，温度从20℃升至40℃时，微晶蜡和高聚物A动摩擦系数有所降低，但对造型粉的表面不产生修复作用，炸药表面致密性没有变化，因此，炸药造型粉的流散性增大而堆积密度变化很小。在温度达到70℃时，由于接近高聚物A的样品表面出现明显的粘滑现象，出现不平稳，滞留等流动现象，使得流散性降低，堆积密度变大。

2.3.2 湿度

以A-IX-II炸药造型粉为实验样品，设计了4个不同湿度条件下样品的流散性实验，分析湿度对造型粉流散性的影响，数据如表4所示。

表4 不同湿度下造型粉流散性数据

Tab.4 The flowability data of molding powder at different humidity

从表4可以看出，在湿度小于30%RH条件下，A-IX-II炸药造型粉流散性较好，湿度90%RH条件下流散性最低。出现这样的现象是因为：当湿度较低时，造型粉可能含有少量水分，水分被吸附在颗粒表面以表面吸附水的形式存在，对造型粉流散性影响不是很大；但当湿度较高时，水分继续增加，在颗粒吸附水的周围形成水膜，颗粒间相对移动的阻力变大，导致流散性下降。

3 结论

（1）喷雾造粒工艺制备的样品LY-1堆积密度大，曲线斜率高，流散性较好；（2） A-IX-II炸药粒度级配和粒度分布范围对炸药流散性影响很大。当炸药造型粉的细颗粒占比在30%左右时，流散性最好，堆积密度最高；炸药粒度分布范围较宽时，流散性最好，堆积密度最高；外界条件对A-IX-II炸药造型粉的流散性具有一定的影响。适当的温度和湿度可以在一定程度上提高颗粒的流散性和堆积密度；（3）通过对金属炸药造型粉流散性影响因素的研究，对未来武器弹药自动化装药工艺的研究具有一定的指导意义和参考价值。

[1] 邵甲宇,张书华.改善膨化硝铵炸药流散性的技术途径[J].煤矿爆破,2007(4):20-22.

[2] G. Lumay, F. Boschini, K. Traina, et al. Measuring the flowing properties of powders and grains [J]. Powder Technology, 2012(224): 19-27.

[3] Ferrez J A, Pournin L, Liebling, et al. Simulation of grain behavior for explosive formulations[C]//33th Int Annu Conf of ICT.Karlsruhe: ICT,2002.

[4] 周新利,刘祖亮,吕春绪.有机酸类固体可燃剂改进膨化硝铵炸药流散性的实验研究[J].火炸药学报,2005,28(1):58-60.

[5] 盛涤伦,徐厚宝,马凤娥.起爆药流散性的研究[J].火工品, 2003(2):25-28.

[6] 孙业斌,惠君明,曹新茂,编著.军用混合炸药[M].北京:科学出版社,1989.

[7] 孙国祥.混合炸药及其发展[M].西安:西安近代化学研究所,2008.

Study on the Influence Factors of Flowability of Aluminized Explosive Moulding Powders

WANG Zheng-hong, LI Shi-wei, WANG Xiang-ju, ZHANG Gui-fang, WANG Ke-guo, GAO Hong-hai, WANG Shuo

（Qingyang Chemical Industry Co.Ltd.，Liaoyang，111002）

Taking A-IX-II explosives as

tandard, the influence factors of flowability of aluminized explosive moulding powders was studied, using the flowability measuring system developed by oneself. The results show that, the flowability of the sample prepared by the spray granulation process was better than that of the direct synthesis, the flowability of moulding powders was better when the fine explosive particles was about 30% and particle size distribution was a broad range. Meanwhile, the proper temperature might improve the flowability of moulding powders, and the flowability was better while moulding powders were on dryness. These results have actual significant guidance to the study of automatic cosmetic medicine process.

Aluminized explosive；Moulding powder；Flowability；Size；Process；Temperature；Humidity

1003-1480（2017）03-0030-04

TQ564

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.03.008

2017-05-10

王正宏（1974 -），男，高级工程师，主要从事金属炸药工艺研究。

国家重大专项项目。