乳化炸药微观结构及性能影响分析

摘 要：乳化炸药在爆破工程中经常会使用到的器材之一，在具体应用时，其性能受到多种因素的制约，为了更好发挥乳化炸药的价值作用。文章尝试对乳化炸药微观结构进行分析，探究其对性能的影响，以便更好的优化乳化炸药性能。

关键词：乳化炸药;微观结构;性能影响

0 引言

所谓的乳化炸药就是借助乳化剂的作用，促使氧化剂盐类水溶物的微滴，均匀的分散在含有分散气泡或者是空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中，形成一种油包水型的乳胶状炸药，该炸药发明于20世纪70年代，其主要应用领域为矿物开采、光面爆破等。

1 乳化炸药特点和微观结构

乳化炸药的微观结构主要指的是乳化完成后形成的稳定结构，一般的乳化炸药为w/o结构，该结构是以机械作用为核心的，乳化剂与其他原料之间发生化学作用及物理形式的融合，最终生成结构稳定的乳化炸药。乳化炸药的微观结构特点就是水相的变化是有限的，也就是水分子的分隔、分散，乳化剂可以借助水分子初步变化后的间隙，快速的完成对小液滴的包裹，在持续的机械作用下，水相将会不断的分隔、分散，乳化剂的包裹行为也将会持续进行，而且在外界环境条件不变的情况下，形成的结构得以保持比较稳定的状态。总体来说，乳化炸药的内向粒子形成、分布、稳定情况与乳化过程中的机械强度密切相关，粒子越小的情况下，乳化炸药的微观结构也就越稳定，最终呈现出来的爆破威力也就越大。

2 乳化炸药微观结构对性能的影响

2.1 界面膜

所谓的界面膜指的是乳化炸药内相粒子与油膜之间的部分，以乳化炸药中的乳化剂分子为主，界面膜除了乳化剂分子，由于制作工艺影响还可能存在有少量的空气、水及其他不明成分，在乳化炸药制作完成之后，界面膜的分子排列通常是整齐有序的。界面膜的核心特点在于具备自复原能力以及比较理想的致密性。界面膜的致密性越理想，乳化炸药的内部结构也就越稳定，内相粒子在形成之后其活性也会受到外界因素的影响，其所形成的小液滴大小均匀、在爆破过程中，这些细小且均匀的小液滴可以更加充分的与空气接触，并产生反应，保证爆破效果达到预期。

2.2 油膜

油膜多是以油相材料制作的，其位于界面膜和小液滴之间，一般是一个比较完整的膜状整体，其主要作用在于能够与亲油基彼此之间互相吸附，这样就成功实现了小液滴与界面膜的分离。油膜中的亲油基、长链状分子结构上往往带有一定的连续性，这种特性有效的提升了界面膜的强度，使得乳化炸药的内相粒子结构变得更加稳定。同时，据相关研究表明，油膜在乳化炸藥中还能够有效的避免氧化物消失，保证乳化炸药流动性的稳定，杜绝外部水分以及各类可能会对炸药性能产生破坏物质的渗透，促使乳化炸药始终维持在相对比较稳定的状态。

2.3 第三相

所谓的第三相指的是存在于乳化炸药内部的大量连续相，因为乳化炸药内部的小液滴之间存在有微小的孔隙，所以小液滴的周边往往都充满了极小的小气泡，这些小气泡与小液滴之间将会以连续相的形式存在阻隔，连续相将会吸附乳化剂分子，然后在乳化炸药内部形成许多新的、较小的界面膜，这些小界面膜的物理强度不够，但是却可以广泛的分布在乳化炸药之中，进而起到限制小液滴流动的作用，对炸药的表面张力产生约束作用，可以进一步提升气泡的稳定性。一般来说，乳化炸药自身的黏度越高，那么第三相的作用价值也就越是突出，乳化炸药成分的稳定性也就越好，最终炸药所能够发挥出来的爆破强度也就越大。在不考虑其他影响因素的前提下，第三相越多，乳化炸药的密度也就越小，但是需要注意的是如果第三相数目过多，那么则可能会导致乳化炸药的爆破威力大幅度下降，针对第三相数目问题，可以采用敏化气泡进行有效调整，保证第三相数目始终控制在合理范围内。

此外，第三相还将会对乳化炸药的黏度产生影响。相同的乳胶基质中如果分别添加化学发泡剂、空心玻璃微球、膨胀珍珠岩制成的乳化炸药，其黏度存在的差异明显，化学发泡的乳化炸药黏度是最小，空心玻璃球次之，膨胀珍珠岩则最大。化学发泡的乳化炸药黏度之所以小，与敏化气泡容易变形存在有一定的关联性，气泡在炸药内可以随着外力作用而出现不同程度的变形，这样就会导致气泡周围的乳胶基质出现位移，因此降低乳化炸药的黏度。

3 模拟实验分析

3.1 实验过程

本次实验主要是借助计算机建模相应的模型系统进行分析，主要是对界面膜、油膜和第三相乳化炸药性能的影响作为调查研究对象，进行详细分析和论述。为了更好的进行对比分析，本次将建立三组实验，即界面膜组、油膜组和第三相组，运用参数调整法进行实验，分别调整各自组内的参数值，然后结合乳化炸药的起爆时间及强度作为观察指标进行分析。

界面膜组实验进行30次，不断对界面膜的黏度进行调整，主要可以分为标准、50%、200%，实验期间油膜参数和第三相参数保持不变。油膜组也需要进行30次，油膜黏度调整也为标准、50%、200%，界面膜参数与第三相参数则保持不变。第三相组也需实施30次实验，分别对第三相的数目进行调整，其可以分为标准、50%、200%，界面膜参数与油膜参数则保持不变。三组实验均需要对数据进行收集、记录，主要是记录乳化炸药的起爆时间和强度，并求取平均值。

3.2 实验结果

经过多次试验分析，最终得到的实验结果数据如以下三个表格所示：

结合上面三个表格的实验数据对比分析来看，当界面膜、油膜的黏度以及第三相的数目低于或者是高于标准值的情况下，爆破的速度和强度都将会出现明显的变化，而且不论是低于还是高于标准值，这种变化都没有标准值理想。由此可见，影响乳化炸药性能的三个核心要素就是界面膜以及油膜的黏度、第三相数目，而结合权重系数情况分析来看，界面膜对于乳化炸药性能影响是最为突出的，其次则是油膜，而第三相的影响相对来说比较小，基于这样的愿意在对乳化炸药性能进行调整时，可以重点从界面膜的优化入手，然后是对油膜的优化，最后则是对第三相数目的优化。

总之，在现代工业生产建设中，乳化炸药的使用范围将会不断增大，但是结合上文的分析可以发现乳化炸药的性能将会受到多种因素的制约，从其微观结构的角度来看，影响乳化炸药的关键在于机械作用，只有对机械作用不断优化，才能提升乳化炸药的性能。

参考文献：

[1]孟子纯，仲倩，徐森，刘大斌，田曜恺，李文海.乳化炸药最小自持燃烧压力的影响因素研究[J].爆破器材，2018（02）.

[2]吴红波，朱可可，夏曼曼，张洪.乳化炸药热分解研究进展[J].安徽化工，2018（03）.

作者简介：

张庆华（1976- ），女，汉族，籍贯山西平遥人，1996年7月毕业于辽宁阜新煤校，工程师，从事于化学工程工作。