中低温胶状乳化炸药敏化均匀性探讨

赵方圆

（安徽江南爆破工程有限公司，安徽宁国242310）

乳化炸药是以氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油类物质构成的连续介质中，形成一种油包水型的特殊乳化体系。分散气泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料在胶状乳化炸药中起到了敏化作用。在外界能量作用下，这些气泡或多孔材料成为一个个热点，温度急剧上升直到引起氧化还原反应，使炸药被引爆。

乳胶基质的敏化是个复杂混合的过程，要发生多种物力、力学、化学作用。将密度调整剂与乳胶基质混合，只能用物理运动来完成，其混合机理基本可概括为如下4点：

（1）层流剪切。乳胶基质的粘弹性导致层流运动，在层流条件下惯性产生的运动与高粘度产生的阻力相互抵消。混合器叶轮回转表面存在很大的速度梯度。在具有高剪切率的层流区，流体单元变形，界面面积增大而层流厚度减小。流体元每通过一次高剪切率区域，就重复发生一次类似的过程。

（2）延伸流动。伴随着层流剪切和延伸流动，由于流体速冻增加，这一效应也导致胶乳基质流体元表面机增大，厚度减小，伸长率等基质流体元体积除以增大后的表面积，乳胶基质流体元的体积不变，厚度减小而面积增大。

（3）流体再分布。乳胶基质在剪切高延伸区域产生最大的混合，而在其他区域较缓慢的运动使流体元在又一次键入高剪切高延伸区前重新分布。实践证明，改变组分之方位较其单项剪切、延伸过程有效得多。

（4）分子扩散。在黏稠度极高的乳胶基质中，分子扩散极为缓慢，但在化学发泡敏化时，亚硝酸钠与硝酸铵发生复分解，先生成不稳定的亚硝酸铵，再分解生成氮气，受到化学能的驱使，分子在乳胶基质混合过程中也是不可忽视的因素。

密度调整剂在乳胶基质中的混合状态为一种随机事件，可以用混合程度或均匀程度来衡量，判断方法有直接法和间接法，在一般的民爆物品生产单位采用较多的是间接法来评判混合的程度。混合程度或均匀程度取决于混合目的的质量指标，而不是一味追求达到最终程度。通过实验证明，小直径乳化炸药的密度差在±0.05 g/cm3时，爆轰性能和储存稳定性最好。

但是实际生产过程中，敏化的好坏与很多因素有关，例如：乳胶基质的黏稠程度、敏化剂的特性、工艺温度、敏化机的搅拌方式等。

1 研究过程

采用对比试验的方法分别探究敏化方式、乳胶基质的性质以及敏化机结构对敏化均匀性的影响。

1.1 敏化方式的影响

目前采用较多的是纯化学发泡敏化和化学发泡与物理敏化复合敏化，还有一部分采用的是纯物理敏化。这三种敏化方式中，物理敏化效果最稳定，化学敏化成本最低，因此在工业化应用过程中使用最广泛的是纯化学敏化，其次是复合敏化。

通过图1～图3可以看出，三种不同的敏化方式各有特点，物理敏化的密度变化较快，后期稳定性好，比较适合较长距离运输或水下装药使用；纯化学敏化过程密度变化较平缓，在储存期间后续密度仍然会发生变化，此种方法受外界环境温度影响较大；复合敏化过程，前段密度变化较大（主要是物理敏化起作用），后段变化较为平缓（化学敏化起作用），在储存期间保持较好的后效，在使用效果上最佳。

图1 纯物理敏化过程密度与时间变化示意图

图2 纯化学敏化过程密度与时间变化示意图

图3 复合敏化过程密度与时间变化示意图

这三种敏化方式敏化后的基质均匀性受到乳胶基质本身性质和敏化设备特性的共同影响。

1.2 乳胶基质的影响

为了探究乳胶基质特性的影响，采用相同配方和工艺温度下生产的基质采用物理敏化方式（因为化学敏化过程受温度影响较明显，不能较好地反映混合效果），在不同温度下进行敏化，检测敏化后的密度均一性。

表1 试验样品分组

表2 样品密度分布情况

通过表2可以看出，在物理敏化剂加入量相同的情况下，最终的平均密度都为1.15 g/cm3,但是极差和标准差出现了较大的差异,样品均匀性从高到低依次为A02>A01>A03。

敏化机敏化均匀性与乳胶基质的温度有较大关系，温度过低（A03样品）时乳胶基质的流动性差，敏化剂在乳胶基质难以均匀分布，容易形成敏化剂的集中区域和无敏化剂区域，从而造成密度分布不均匀的现象。敏化温度过高时（A01样品），乳胶基质的流动性较好，敏化剂在加入后，由于基质的流动性较好，导致在敏化机中停留时间缩短，搅拌不够充分。

在合适的温度下（样品A02），能够保持一定的流动性，使敏化剂能够在其内部进行分布，同时保证了混合时间，使敏化剂能够尽可能地均匀分布在乳胶基质中。

1.3 敏化机结构的影响

目前使用较为广泛的敏化机主要是单螺旋式和敞开式，单螺旋式敏化机的敏化路径长，敏化效果较为稳定，但是在线存药量较大，存在安全风险；敞开式敏化机搅拌速度快，在线存药量少，但是敏化的效果还有待验证。

本次试验共有六个样品，通过采用相同工艺生产的乳胶基质在同一温度下使用不同敏化方式和敏化机进行敏化，检测其密度分布情况。由于敏化剂加入量相同，其最终密度应为1.15 g/cm3，通过检测其生产24 h后的密度来确定敏化过程的均匀性。

从表4可以看出，在相同的敏化方式下（样品编号B1-或B2-）单螺旋式的敏化机敏化效果要好于敞开式敏化机。敞开式敏化机由于其结构存在不可克服的缺点，导致由于重力作用通过敏化机时速度过快，局部搅拌时间过短，使其存在搅拌不到的区域。

表3 试验样品分组

表4 样品密度分布情况

2 结论

（1）在实际生产过程中，单螺旋式敏化机较敞开式敏化机有着更好的敏化均匀性，生产出的胶状乳化炸药的性能更加均一。

（2）敞开式敏化机在使用过程中，应注意避免基质直接由敏化机中央落下，这样会导致敏化的严重不均匀，从而使产品出现个性差异，甚至半爆或拒爆。

（3）在使用单螺旋式敏化机时，应选择合适的敏化温度，以保证敏化效果达到最佳，温度过高或过低都会影响敏化效果。