低温对不同敏化方式的乳化炸药爆轰性能影响

夏珍珍，储国平，吴红波，夏曼曼



低温对不同敏化方式的乳化炸药爆轰性能影响

夏珍珍1，储国平1，吴红波2，夏曼曼2

（1. 安徽向科化工有限公司，安徽 安庆，246000；2. 安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南，232001）

为研究低温对不同敏化方式的乳化炸药爆轰性能的影响，采用化学敏化和物理敏化方式制备乳化炸药，通过测时仪法测量两种乳化炸药在常温及不同低温条件下连续冷冻24h之后的爆速。结果表明：乳化炸药的爆速随着冷冻温度的降低而下降，当冷冻温度到达某一临界值时，乳化炸药出现了拒爆的现象，失去爆轰能力；采用物理敏化的乳化炸药耐低温性能优于化学敏化的乳化炸药。

乳化炸药；低温；敏化方式；爆轰性能；爆速

乳化炸药是以硝酸铵、硝酸钠等氧化剂水溶液为内相，以复合燃料油为外相形成具有W/O型的硝铵类工业炸药。因其原料来源广泛、生产工艺简单、生产过程污染少等优点，在国内外工程爆破中得到广泛应用[1-2]。但由于传统乳化炸药耐低温性能差，在中国北方冬季施工过程中，需要对乳化炸药进行升温处理后才能使用，且乳化炸药的爆轰性能显著下降，使用极其不便[3]。因此，抗低温乳化炸药的研究受到国内外炸药领域学者的广泛关注。侯传议等[4]通过优化乳化炸药油相配方来改善其抗冻性。杨杰等[5]从乳化炸药的配方和生产工艺着手，来提高乳化炸药的耐低温性能。申夏夏[6]研究了低温对不同敏化方式、水相配方、乳化剂、油相材料制备的乳化炸药稳定性的影响。

本文从敏化方式着手，研究低温条件下不同敏化剂对乳化炸药爆轰性能，尤其对爆速的影响。乳胶基质本身没有雷管感度，它必须通过敏化剂敏化后才能被起爆，乳化炸药的敏化方式分为物理敏化和化学敏化。敏化方式对乳化炸药的性能有很大影响。程扬帆等[7]研究了敏化方式对MgH2型储氢乳化炸药爆轰性能的影响；Nie等[8]研究了化学敏化和物理敏化乳化炸药的动压减敏特性；唐学军等[9]研究了不同敏化方式的乳化炸药水下爆炸能量输出情况。

本实验研究不同敏化方式乳化炸药在低温冷冻的情况下，其爆炸性能（特别是爆速）和稳定性的变化情况，对在冬季低温进行爆破作业以及提高乳化炸药的耐低温性有一定的指导作用。

1 实验

1.1 材料及仪器

硝酸铵（AN）、硝酸钠（SN）、自来水、复合蜡、Span-80、树脂微球、亚硝酸钠、100mL量筒、加热炉、电子天平、乳化器（转速为1 230r/min）、医用低温保存箱（最低温度达到-65℃），安徽中科都菱生产、DDBS-20型多段时间隔测量仪。

1.2 乳化炸药的制备

称取材料，将水相溶解并加热至105～110℃，油相加热至95~100℃，将油相倒入恒温水浴保温的乳化器内，再加入水相搅拌，制得乳胶基质，将制备好的乳胶基质冷却到55℃时，分别进行化学敏化和物理敏化。化学敏化：先向乳胶基质中加入一定浓度的亚硝酸钠溶液，在混合器内充分搅拌，30s后再加入一定浓度的促进剂，搅拌均匀即可。物理敏化：向乳胶基质中加入0.25%～0.30%的树脂微球，搅拌均匀。敏化完成后，采用直径为32mm的纸筒装药，装药量约为150g/卷。乳胶基质配方如表1所示。

表1 乳胶基质配方 （%）

Tab.1 Composition of emulsion matrix

1.3 性能测试

通过电测法[10-12]测试乳化炸药的爆速，该方法的优点是：精度高，操作简便，测量的数值可以直接通过数字显示得到[13]。

1.4 实验结果

乳化炸药在不同温度下连续冷冻24h之后，爆速测试结果如表2所示。

表2 乳化炸药爆速及变化率

Tab.2 Detonation velocity and change rate of emulsion explosive

2 分析与讨论

根据表2数据做爆速——温度图、爆速下降率——温度图，如图1~2所示。

图1 爆速——温度曲线

图2 爆速下降率——温度曲线

由表2、图1可知，常温时采用物理敏化的乳化炸药爆速比化学敏化高出550m·s-1以上，这是因为树脂微球是以热可塑高分子为壳体，内含液状低沸点碳氢化合物的微球，在乳化炸药中除起敏化作用外，还起到了可燃剂的作用。冷冻后，两种敏化方式的乳化炸药的爆速均降低，且随着冷冻温度的降低，爆速下降地越明显，当冷冻温度为-35℃，物理敏化和化学敏化的乳化炸药均出现半爆现象，失去其爆轰性能。

由图2所示，随着冷冻温度的下降，两种敏化方式的乳化炸药爆速下降幅度增大；相同冷冻时间内，采用物理敏化比采用化学敏化的乳化炸药的爆速下降率要低；且冷冻温度越低，这种现象越显著。这是因为，低温会使化学敏化气泡内外产生压力差而大量地被挤压破裂，气泡内气体一部分聚集成大气泡而失效，另一部分气体从乳化炸药逃逸出去，冷冻温度越低，有效气泡数量越少，导致化学敏化爆速下降速率越快，在-35℃时，失去起爆感度，从而出现拒爆现象。对于采用树脂微球敏化的乳化炸药，树脂微球壳体是热可塑的高分子材料，有一定的韧性，这种挤压不会使其破坏，随着温度降低，压力差越来越大，一部分微球壳体被压破，气体逃逸，另一部分微球壳体内的低沸点碳氢化合物液化，导致乳化炸药中气泡数量减少，最终失去起爆感度。

3 结论

（1）采用树脂微球的乳化炸药比采用化学敏化的乳化炸药爆速高。

（2）采用树脂微球敏化的乳化炸药耐低温性能优于化学敏化的乳化炸药。

（3）乳化炸药的爆速随着冷冻温度的降低而下降，当冷冻温度到达某一临界值时，乳化炸药则出现拒爆的现象，从而失去爆轰能力。

[1] 汪旭光.乳化炸药(第2版)[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[2] Shuang Wang, Zhi-Xiang Xu, Qian Wang. Thermal decomposition mechanism of emulsion explosives with phosphatide[J]. J Therm Anal Calorim,2016(124):1 053-1 062.

[3] 吴红波,申夏夏,王道阳.敏化方式对乳化炸药耐低混性能的影响[J].火炸药学报,2014(6):58-61.

[4] 侯传议,申夏夏,王道阳.抗冻乳化炸药专用复合蜡的实验研究[J].煤矿爆破,2013(3):24-27.

[5] 杨杰, 祈茂富,朱全环.浅谈提高乳化炸药的抗冻性[J].煤矿爆破,2011, 94 (3):12-14.

[6] 申夏夏.低温对乳化炸药稳定性影响的实验研究[D].安徽淮南:安徽理工大学,2016.

[7] 程扬帆,汪泉,沈兆武,等.敏化方式对MgH2型储氢乳化炸药爆轰性能的影响[J].含能材料,2017,25(2):167-172.

[8] S.Nie. Pressure desensitization of a gassed emulsion explosive in comparison with micro-balloon sensitized emulsion explosives[C]//Proceedings of Thirteen Annual Symposium on explosives and Blasting Research.Las Vegas, Nevada,USA, 1997.

[9] 唐学军, 吴红波.不同敏化方式的乳化炸药水下爆炸能量测试[J].化学工业,2014(29):109-111.

[10] 吴红波, 申夏夏,王道阳,等. 敏化方式对乳化炸药耐低温性能的影响[J].火炸药学报,2014,37(6):58-61.

[11] 张永忠.水胶炸药与乳化炸药的使用特点[J]. 西山科技，1993(1):17-18.

[12] 张波.浅谈影响乳化炸药化学敏化效果的分析[J].科技创新导报, 2012 (30):146-147.

[13] 蔡敬国.乳化炸药化学敏化效果的影响因素分析[J].煤矿爆破,2008,81(2):11-13.

Effect of Low Temperature on Detonation Performance of Emulsion Explosive Prepared by Different Sensitization Methods

XIA Zhen-zhen1, CHU Guo-ping1，WU Hong-bo2，XIA Man-man2

（1.Anhui Xiangke Chemical Co. Ltd., Anqing，246000；2. Anhui University of Science and Technology, Huainan，232001）

In order to study the effects of low temperature on the detonation performance of emulsion explosives, the emulsion explosives were prepared by chemical sensitization and physical sensitization. Based on electrical measuring method，the detonation velocity of the two kinds of emulsion explosives were measured at room temperature and after 24 hours of continuous freezing under different low temperature conditions. The experimental results show that the detonation velocity of the emulsion explosive decreases with the decreasing of the freezing temperature. When the freezing temperature reaches certain critical value, the misfire would appear, the explosive would lose detonation capability. Meanwhile, low temperature resistance of physical sensitized emulsion explosive is better than that of chemical sensitized emulsion explosive.

Emulsion explosives；Low temperature；Sensitization method；Detonation performance；Detonation velocity

1003-1480（2017）05-0020-03

TQ564

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.05.006

2017-07-31

夏珍珍（1985-），女，助理工程师，主要从事乳化炸药性能研究。