粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨

２０１０年２月　粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨倪欧琪　粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨’　倪欧琪　南京理工大学（江苏南京，２１００９４）　［摘要］　文章探讨了粉状工业炸药微观结构与宏观性能间的关系，在此基础上比较了两类粉状工业炸药的应用　性能和安全性能，为研究性能优良的粉状工业炸药提供了理论依据。　［关键词］粉状炸药微观结构性能　［分类号］ＴＤ２３５．２１　１　概述　物质微观结构的不同将引起物质宏观性能的改　变。同样，采用不同生产工艺生产的粉状工业炸药，　由于微观结构的不同，必将导致宏观性能的差异。　因此研究粉状炸药微观结构对炸药性能的影响对于　新炸药的研究、工艺条件的改进和新生产设备的开　发有着重要的指导意义。本文主要对两类不同微观　结构的典型粉状炸药进行了研究，一类是以结晶硝　酸铵为氧化剂，采用固态混合方式混制的粉状铵油　图２粉状乳化炸药中的硝酸铵颗粒　炸药，另一类是以硝酸铵为氧化剂，采用液态乳化混　合方式生产的粉状乳化炸药。　约为３　ｍ，外层为油膜，内部是形态松散的硝酸铵　晶体。在油膜与硝酸铵晶体之问以及硝酸铵的“裂　２炸药的微观结构　所研究的两类炸药的成分中，硝酸铵占了９０％　隙”间还有另外一相存在。根据分析，部分为饱和　以上的比例，硝酸铵的微观状态将对炸药性能的影　态的硝酸铵水溶液，部分为水分蒸发后留下的微气　响起主导作用。因此，本文主要研究了两类粉状炸　泡。因此，其结晶形态与图１粉状铵油炸药中硝酸　药中的硝酸铵的微观形态和宏观性能的关系。图１　铵的结晶形态有着明显的不同：其一颗粒尺寸小；其　是采用固态混合的粉状铵油炸药的硝酸铵颗粒，图　二氧化剂和可燃物混合均匀、结合紧密；其三硝酸铵　２是液态乳化混合方式生产的粉状乳化炸药的硝酸　颗粒被油膜完整地包覆；其四油膜内存在微气泡。　铵颗粒。　３炸药的性能　从图１可见粉状铵油炸药中结晶硝酸铵的颗粒　从上文可知两类炸药的微观结构存在显著的差　是一种密实的晶体结构，其尺寸近１００￣ｍ。从图２　异，这些差异必将引起宏观性能的变化，以下将从应　中可以清晰地看到粉状乳化炸药中的硝酸铵颗粒被　用性能和安全性能两方面分别进行论述。　油膜完整地包覆，具有油包水型微观结构，颗粒直径　３．１应用性能　３．１．１爆炸性能　混合炸药中氧化剂与可燃剂的混合均匀性直接　关系到炸药爆炸性能的优劣。混合越均匀，爆轰反　应越快，反应越完全。通常，固态混合的粉状铵油炸　药由于各组分的颗粒尺寸较大，一般在几十微米至　上百微米，组分间的混合均匀性较差，因此其爆炸性　能较低。相比之下，采用液态乳化混合方式生产的　图１粉状铵油炸药中硝酸铵颗粒　粉状乳化炸药的混合均匀性有了显著提高。图３显　・收稿日期：２００９－１Ｏ之３　作者简介：倪欧琪（１９５３一），男，硕士，研究员，主要从事工业炸药的研究及应用。Ｅ—ｍａｉｌ：７０４０ｎｉｑｉ＠ｔｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ　爆破器材Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　第３９卷第１期　性能。从表中的数据可见，由于具有油包水的微观　结构，粉状乳化炸药在试验中硝酸铵的溶损量显著　少于固态混合的粉状铵油炸药，抗水性能优良。　表３炸药中的硝酸铵在水中的溶损比较（％）　图３粉状乳化炸药颗粒的电镜照片　示的是粉状乳化炸药颗粒的电镜照片。　图３中这些颗粒的尺寸在几十微米，但每个颗　粒中仍包含着许多直径１～３　ｍ、被油膜包覆的氧　化剂粒子。其氧化剂和可燃剂的混合均匀性达到准　分子水平。所以液态乳化混合的粉状炸药的爆轰反　应速度和反应的完全性均优于固态混合的粉状铵油　炸药。从宏观性能上体现在粉状乳化炸药的爆速　高、作功能力大，爆炸后产生的有毒气体含量少。表　１和表２是炸药的爆炸性能。　表１岩石粉状炸药的爆炸性能　样品名称　粉状乳化炸药粉状铵油炸药　表２煤矿许用粉状乳化炸药的爆炸性能　３．１．２抗水性能　粉状工业炸药抗水性能与硝酸铵颗粒被抗水剂　包覆的程度有关。固态混合的粉状铵油炸药由于组　分间的混合均匀性差，必然导致抗水剂包覆得不完　整，裸露的硝酸铵多，造成抗水性能差。粉状乳化炸　药具有油包水的微观结构，每个粉体颗粒是由许多　被油膜包覆完整的分散相微粒组成，其包覆程度明　显优于固态混合的的粉状铵油炸药，因此显著提高　了粉状工业炸药的抗水性能。　表３是硝酸铵的溶损试验结果，即将炸药浸入　水中，然后检测炸药中硝酸铵的溶损情况，用以比较　炸药的抗水性。表４是浸水后粉状乳化炸药的爆炸　表４粉状乳化炸药抗水性能　３．１．３储存性能　粉状乳化炸药的油包水微观结构使得裸露的硝　酸铵显著少于固态混合的粉状铵油炸药，因此大大　降低了粉状炸药的吸潮结块现象，显著提高了粉状　工业炸药的储存性能，目前已知的最长储存期可达　３年。表５为粉状乳化炸药储存性能。　表５粉状乳化炸药的储存性能　３．１．４沟槽（管道）效应　炸药的爆轰感度和冲击波感度属于炸药的使用　感度，是指炸药必须具备的感度。爆轰感度和冲击　波感度的高低影响炸药在使用时的爆轰和传爆可靠　性，与事故的引发没有关系。爆轰和传爆可靠性差　的炸药将严重影响爆破效果和爆破安全。众所周　知，形成热点是炸药发生爆炸的必要条件。炸药中　微气泡的绝热压缩是热点形成的一种途径。固态混　合的粉状铵油炸药中的硝酸铵是密实的结晶体，没　有微气泡存在，其爆轰感度和冲击波感度低，使用时　的爆轰和传爆可靠性较差。粉状乳化炸药由于制粉　过程中水的蒸发，每个粉体颗粒中形成了许多微米　级气泡，因此，粉状乳化炸药具有优异的爆轰感度和　冲击波感度。为了验证两类炸药实际使用中的传爆　可靠性，进行了模拟实际爆破的管道效应试验。　将两类炸药的药卷装入水平放置的内径　４０ｍｍ、长４ｍ的聚氯乙烯管内，每管共计装人２１个　２０１０年２月　粉状工业炸药微观结构与性能关系的探讨倪欧琪　药卷，用８号电雷管从一端起爆。表６是管道效应　药的温升。所以粉状乳化炸药的机械感度和热感度　试验的结果。从表６的结果可以看出，两种炸药由　明显低于粉状铵油炸药。表７是炸药的危险感度。　于微观结构的不同，它们的爆轰感度和冲击波感度　表７炸药的危险感度　存在显著的差异。粉状乳化炸药的应用效果明显优　于粉状铵油炸药。　表６管道效应试验　粉状乳化炸药较高的含水量增加了炸药导电　性，降低了炸药的静电积累，减少了静电引发事故的　３．２安全性能　可能性。试验数据见表８。　炸药在生产、运输、储存和使用过程中，可能遇　表８静电积累测试　到撞击、摩擦、热、静电的作用，炸药对这些作用的敏　感程度，直接关系到炸药生产、运输、储存和使用过　程的安全，关系到事故发生可能性的大小。这些感　度称为炸药的危险感度。根据爆轰理论，形成热点　是炸药发生爆炸的必要条件。因此炸药对于撞击、　从以上检测数据可见，当生产、运输、储存和使　摩擦、热、静电的敏感程度，取决于受到这些作用时，　用过程中遇到撞击、摩擦、热、静电的作用时，由于粉　热点形成的难易程度。　状乳化炸药的乳化微观结构和较高的含水量均不利　粉状铵油炸药是各种固态颗粒的混合物，而粉　于热点的生成，粉状乳化炸药的危险感度明显低于　状乳化炸药则由油包水微观结构的乳胶颗粒组成。　粉状铵油炸药。　当受到机械作用时，粉状铵油炸药的固态颗粒间由　４结论　于摩擦和撞击形成热点，进而发生燃烧和爆炸。而　通过对两种典型粉状炸药的微观结构和宏观性　粉状乳化炸药由于硝酸铵微粒间油膜的存在，大大　能的研究可以看出：炸药的微观结构与宏观性能有　降低了微粒间的摩擦阻力，缓解了撞击作用，显著减　着密切的关系。与固态混合的粉状铵油炸药相比，　少了热点的产生；同时由于粉状乳化炸药含水量明　液态乳化混合的粉状乳化炸药的微观结构更符合粉　显大于粉状铵油炸药，在受到热的作用时，由于水的　状工业炸药爆炸性能和安全性能的要求。　蒸发耗损了部分热量，提高了炸药的热容，降低了炸　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｍａｃｒｏｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐｏｗｄｅｒｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ　ＮＩ　Ｏｕｑｉ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００９４）　［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍａｅｒｏｅｆｆｅｅｔ　ｆｏ　ｐｏｗｄｅｒｙ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂａｓｅｄ　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｐｏｗｄｅｒｙ　ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｓ　ｕｓｅｆｕｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｓｈ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｐｏｗｄｅｒｙ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ．　［ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ］ｐｏｗｄｅｒｙ　ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ，ｍｉｃｍｓｔｒｕｅｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｙ　中国兵工学会第七次全国会员代表大会在北京召开　２００９年１１月４～６日，中国兵工学会第七次全国会员代表大会在北京召开。开幕式由第六届常务副理事长、大会执行主　席王德臣主持。中国科协书记处书记冯长根出席会议并讲话。中国兵工学会３００余位会员代表、各相关上级机关领导、兄弟　学会嘉宾参加了大会。马之庚理事长代表六届理事会做了《全面贯彻落实科学发展观，发挥学会优势，促进兵器科技学科繁　荣进步》的工作报告，对新一届理事会的工作提出新的要求，以兵器学科建设为抓手，全面提升兵器科技自主创新能力；以开　好第２５届国际弹道大会为抓手，全面带动学会学术交流上水平；以创建先进学会文化为抓手，全面推进学会改革与发展。大　会还听取了《中国兵工学会章程修改工作报告》和《中国兵工学会第六届理事会财务工作报告》等。　大会以无记名投票的方式选举产生了由１６９名理事组成的第七届理事会，选举产生了新一届学会负责人和４８位常务理　事及秘书长。马之庚当选为理事长，才鸿年、胡海岩、焦开河、龚艳德、聂晓夫、王晓峰、姜会林、张文栋当选为副理事长，王智忠　当选为秘书长。　（中国兵工学会）