乳化炸藥微觀結構及其對性能影響研究

吳文濤

摘要：乳化炸藥是含水炸藥的一種，現如今在全世界得到了廣泛的應用。具體了解這種炸藥內相微粒情況、界面膜、油膜、第三相物質對其爆炸性能的影響，尤其是設備作用強度以及乳化劑的用量，能夠對一些常見現象進行解釋說明。文中就立足于乳化炸藥的這幾個微觀結構，研究對其爆炸性能的影響。

關鍵詞：乳化炸藥；微觀結構；性能

中圖分類號：TQ56 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0114—02

0引言

乳化炸藥就是指用乳化技術制備的一類使氧化劑鹽類水溶液的微滴均勻地分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質的油相連續介質中，形成的一種油包水型乳膠狀含水工業炸藥。顯而易見，乳化炸藥是含有水分的，是含水炸藥的一種。乳化炸藥是一種新型的工業產品，最早是在20世紀70年代才發展起來的。經過30多年的發展歷程，其結構和性能都發生了很大的改變，并得到了快速的發展。目前，乳化炸藥已經得到了廣泛的應用，成為含水炸藥體系中的寵兒。因此，對于乳化炸藥的研究具有很重要的現實意義。

由于不同的爆破工程對乳化炸藥的性能有著不同的要求，為了滿足這一需求，國內生產企業和研發機構研制出不同類型的炸藥產品，以滿足不同的需求。隨著乳化炸藥的不斷發展，我國對于乳化炸藥性能的研究也在不斷的深化，成為炸藥基礎研究的重要內容。

1內相粒子對乳化炸藥的性能的影響

乳化炸藥W/O結構形成過程及其內相粒子大小與分布有著密切的關聯，乳化炸藥W/O型結構的形成就是一個乳化過程。在這個過程中，由于機械作用和乳化劑的化學作用，可以將水相迅速地分隔、打散，繼而利用乳化劑把含水的液滴迅速的包圍起來，二者密切合作，最終形成乳化炸藥的乳化液。這兩者是缺一不可的，如果沒有機械作用，就無法形成微小液滴，而缺少乳化作用，微小液滴也不能長時間的存在。因此，乳化炸藥內相粒子的大小與分布的決定因素是機械作用的強度和乳化劑的種類和用量。

乳化炸藥性能的穩定性與乳化炸藥內相粒子大小及其分布有關。內相粒子越小，分布就越均勻，其穩定性就越好。其次，內相粒子大小也會對乳化液的黏度產生影響，內相粒子直徑越小，其乳膠液的黏度就越大，它們正好相反。爆炸性能也和內相粒子大小、分布密切相關，內相粒子越小，其粒徑分布就越窄，體系內的水相和油相之間的接觸面積就越大，同時氧化劑和還原劑之間相隔的間距就會越小，這樣就非常有利于爆炸反應的激發與傳播，炸藥的爆炸速度就會瞬間提升，爆炸的速度和威力也就提高了很多。

2界面膜的作用及對性能的影響

2.1界面膜在微觀結構中的作用

在體系中加入乳化劑后，會使界面張力降低，同時表面活性劑還會在界面吸附形成一層界面膜，界面膜可以保護分散相液滴，使得液滴在布朗運動過程中雖然相互碰撞而不至于積聚。界面膜破裂會導致液滴的聚結，也就使得乳狀液失去了穩定性，因此在乳化炸藥的生產過程中，決定乳狀液是否穩定的主要因素之一就是界面膜的機械強度。表面吸附膜的情況也非常相似，當乳化劑濃度較低的時候，吸附在界面上的分子就會較少，那么形成的界面膜的強度就會受到影響，其強度就會很低，導致形成的乳狀液也不穩定；當乳化劑濃度達到一定的程度時，界面上定向吸附的分子就較多，排列也就會緊密而有序，這樣形成的界面膜的強度就會很高，從而其乳化液也就非常穩定。大量事實證明，保障乳化效果的根本因素就是要有足量的乳化劑，而且乳化劑的結構也影響乳化效果，直鏈結構的要比支鏈結構的效果強。

2.2界面膜對性能的影響

界面膜的特性決定了乳化劑對于乳化炸藥的影響，只有形成高質量的界面膜，生產出來的乳化炸藥質量才能好，才能保持內相粒子細小而均勻，從而使得內部結構更加穩定，爆炸效果也更理想。乳化液流變性還和乳化劑及界面膜的組織結構有著很大的關系，油水界面膜中的乳化分子排列足夠緊密，同時其機械強度要達到一定的標準，這樣才可以確保乳化液穩定。所以要想提高乳化液的穩定性，就要提高界面膜強度和厚度。

3油膜的作用及其對性能的影響

油膜由油相結構構成，存在于界面膜與界面膜之間，其在整個乳化體系中是相互貫通的，而且還可以相互流動，是一個外在的、連續的整體，在微觀結構中起著相當重要的作用。首先，油膜可以與乳化劑分子中的親油基一側相互吸附，它是形成界面膜的重要條件之一。要想增加界面膜的強度，應當把油膜與乳化劑親油基相互作用充分利用，油膜中的長鏈分子與乳化劑親油部分可以形成一種特殊的網狀結構骨架，能夠有效地阻止內相析晶，保護內相粒子。油膜的作用，不僅可以阻止外部水液的侵蝕、瀝濾，而且還可以有效阻止內相氧化劑鹽向外界水液散失和自身水分流失。乳化炸藥的黏度還和油膜的黏度密切相關，它們呈高度的正相關，油膜的流動性可以促使內相粒子作滑動接觸，并使其韌性增大，相關阻力減少，使得乳化炸藥的摩擦和撞擊硬度大幅度降低。其次，油膜的厚度問題也對爆炸強度有影響，每個內相粒子都有一個最佳的油膜厚度，如果油膜的厚度低于最佳厚度，當內相氣化爆炸后，其形成的微小液滴就不會很緊密，這直接導致炸藥燃燒不足或者氧化過量，而在爆炸的同時，過量的氧化定會吸納炸藥前期反應中產生的熱量，因此炸藥的速度和猛度都會大大降低。

4第三相對于炸藥性能的影響

在一定的密度范圍內，乳化炸藥的密度越小，該炸藥爆炸感度就越高。但是在使用過程中，有時相應的炸藥密度降低，也會導致降低炸藥威力，爆破效果不能達到預期的目的。因此，對于敏化氣泡的密度，或者使用敏化劑的用量，需要在一個合理的范圍內進行調整。

空心玻璃微球對乳化炸藥轟炸性能影響與微球粒徑和數量有關。在沒有任何約束的狀態下，如果保持密度相同，爆炸速度與微球粒徑成負相關。但是，如果想辦法將藥卷增粗到不受側向稀疏波影響時，那么爆炸的速度將不會隨著玻璃微球粒徑的改變而變化，而且這時爆炸速度還要比無任何約束狀態下的爆炸速度高。

5結束語

隨著我國科學技術水平的不斷提高，對于乳化炸藥的研究也在不斷地深化，研究技術也逐漸轉向對微觀因素的研究。通過研究表明，乳化炸藥中的內相粒子、界面膜、油膜、第三相等微觀因素都會對乳化炸藥的爆炸性能產生很大的影響。內相粒子的分布多少，界面膜的機械強度，油膜的厚度以及第三相的黏度都能影響到炸藥的爆炸速度與爆炸的強度，幾個因素都對乳化炸藥的穩定性產生很大的影響。所以，要想使乳化炸藥的爆炸速度和強度都增強，就要在微觀角度進行改變。通過對乳化炸藥的微觀研究，可以為對炸藥的配方尋找新的突破點，有利于我國炸藥事業更長遠的發展。