乳化剂对乳化炸药爆炸性能影响的研究

钱 海，黄 麟

（1.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160；2.北京北矿亿博科技有限责任公司，北京 100160）

1 引言

乳化炸药自问世以来就凭借着优良的爆炸性能、简单的生产工艺、广泛的原料来源等优势，迅速发展成最主要的工业炸药品种之一[1]。有数据显示，近年来乳化炸药的生产和使用量均已占到工业炸药的一半以上[2]，广泛应用于各类工程爆破作业中。

乳化炸药是一种特殊的热力学不稳定体系，从组成结构上主要分为以硝酸铵、硝酸钠等过饱和溶液组成的分散相，以可燃类油类物质组成的连续相，和改善油水界面张力、使水相包覆于油相内的乳化剂。适用于乳化炸药油包水（W/O）体系的乳化剂，是一类HLB 值在3～6 之间的表面活性剂[3]，乳化剂种类繁多，性能各异，乳化剂的质量直接影响着乳化炸药中油水界面的稳定性，进而影响乳化炸药的爆炸性能。本文着重从乳化剂的种类出发，研究了不同乳化剂对乳化炸药爆炸性能的影响。

2 实验

2.1 材料及仪器

材料：硝酸铵、硝酸钠，工业级，安徽淮化集团有限公司；Span-80、陆博润乳化剂、江南化工乳化剂，工业级；新型树脂微球敏化剂，四川雅化有限公司；复合蜡。

仪器：测时仪，开封精密仪器有限公司；漆包线、PVC 管；钢片、铅柱、刚底座；游标卡尺，上海乐琪量具有限公司；8 号工业雷管；JCS-600 电子天平，凯丰集团有限公司；实验室电动数显乳化器。

2.2 乳化炸药的制备

硝酸铵、硝酸钠、水构成氧化剂水溶液，加热至115℃左右，乳化剂加入油相，加热至95℃；两相混合后，在乳化器内以1500r/min 转速进行乳化，成型后继续乳化3min，制得乳胶基质，冷却乳胶基质至55℃时加入敏化剂充分搅拌得到乳化炸药。

2.3 实验方法

2.3.1 爆速实验

国家标准中对乳化炸药的爆速测试有着明确的要求和规定，标准号为GB/T13228。爆速测试原理如图1 所示。

将制备好的乳化炸药装入药卷中，药卷的顶端插入一发8 号工业雷管，在距药卷底部约3～5cm 处沿药卷径向打孔，距该孔5cm 处打第二个孔，使用缠紧的漆包线做探针穿过两孔，并与测时仪的接线柱相连。当引爆雷管起爆炸药时，爆轰波向右传递，当达到第一个探针时，测时仪开始计时，传递到第二个探针时计时停止，根据公式即可计算出乳化炸药的爆速[4]。

图1 乳化炸药爆速测试原理图Fig.1 Emulsion explosive deceleration test schematic

2.3.2 猛度实验

猛度是指炸药爆炸时粉碎与其接触介质的能力，是表征乳化炸药爆炸性能的重要参数[5]。国家标准GB/T12440 对乳化炸药的猛度测试做出了规定。目前最常用的猛度测试方法是压缩铅柱法。（国标只有一种方法）

测试时，按装置结构依次安装铅柱、钢片、炸药并与雷管连接，将整个实验装置放入爆炸碉堡内，起爆炸药，压缩铅柱，测量铅柱在压缩前后的长度变化值，即是乳化炸药的猛度。

3 结果与分析

按上述2.3.1 实验方法，测试各组乳化炸药的爆速，结果见表1。

根据上述2.3.2 的实验方法，猛度测试结果见表2。

表1 各组炸药试样爆速测试结果Table 1 Explosive speed test results of each group of explosives

表2 乳化炸药的猛度测试结果Table 2 Violent test results of emulsion explosives

由表1 和表2 可看出，乳化炸药的配方、组分含量相同时，使用不同的乳化剂制备的乳化炸药，爆炸性能存在一定的差异。其中Span-80 制得的乳化炸药爆速和猛度在三者中均最小，其爆速为4384.38m·s-1，猛度为17.20mm；采用江南化工乳化剂制得的乳化炸药，无论是爆速还是猛度，均为三种乳化炸药中的最大值，爆速达到4729.25m·s-1，猛度达到18.29mm。

陆博润乳化剂和江南化工乳化剂是复合型乳化剂，能更有效的改善油水界面的表明张力，使油水两相能够更好的结合。一定程度上，增大油相材料的黏度有利于提高乳化炸药的爆炸性能[6]。油相的黏度大，表明油相内所含烷烃较多，分子直链结构多、碳链长，不易发生碳链的弯折或断裂，形成油膜框架较坚固，所含短链分子能填补框架之间空隙，因而耐受外界环境影响更强，但是这也对乳化剂的性能提出了更高的要求，不仅要满足油相中长链分子的乳化条件，还要改善复合油相中的短链、支链分子与水相的界面张力，而复合乳化剂能满足以上要求，故采用复合乳化剂制备的乳化炸药爆炸性能要优于单一的Span-80 乳化剂。

4 结论

1）不同乳化剂制备的乳化炸药爆炸性能存在差异。其中江南化工乳化剂制得的乳化炸药，爆炸性能最好，爆速达到4729.25m·s-1，猛度达到18.29mm；陆博润乳化剂制得的乳化炸药爆炸性能次之，Span-80 乳化剂制得的乳化炸药爆炸性能最差，爆速为4384.38m·s-1，猛度为17.20mm。

2）复合油相中成分复杂，组分性能各异，单一的乳化剂不能达到最好的乳化效果，复合乳化剂能改善乳化效果，一定程度上提高乳化炸药的爆炸性能。