铝粉含量对乳化炸药热分解性能的影响.docx

铝粉含量对乳化炸药热分解性能的影响.docx

《铝粉含量对乳化炸药热分解性能的影响.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铝粉含量对乳化炸药热分解性能的影响.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

铝粉含量对乳化炸药热分解性能的影响

铝粉含量对乳化炸药热分解性能的影响

本科毕业论文

AL粉添加量对乳化炸药热分解功用的影响

ALPOWDERWITHAMOUNTOFEMULISIONESPLOSINEINFLUENCEONTHEPERFORMANCEOFTHETHERMALDECOMPOSITIONON

学院〔部〕化学工程学院

专业班级：

弹药08-3

先生姓名：

许里

指点教员：

吴红波副教授

2021年06月09日

AL粉添加量对乳化炸药热分解功用的影响

摘要

乳化炸药是当今爆破工程中广为运用的炸药，尤其是其良好的爆破功用和抗水才干。

乳化炸药中含有水，从而使炸药威力降低，为了提高乳化炸药爆炸威力，往往会在乳化炸药制造进程中参与铝粉。

乳化炸药受热会发作热分解，而铝粉的参与虽然可以添加乳化炸药爆轰机械感度和做功才干，但是同时铝粉氧化放热会加快乳化炸药热分解的速度，因此乳化炸药中铝粉的含量必需要有一定的限制，既要能提高乳化炸药的各种功用又要尽量的增加对炸药热分解的促进作用。

所以，不同铝粉含量的乳化炸药的研讨就具有了很高的适用价值。

本文运用DSC微热量热仪对铝粉含量不同的乳化炸药的热分解的状况停止对比剖析，进而得出不同铝粉含量对乳化炸药热分解的影响，从而对含铝乳化炸药的配方提供一个实际平台，对含铝乳化炸药的研讨具有一定的支持。

关键词：

乳化炸药，铝粉，热分解，DSC

ALPOWDERWITHAMOUNTOFEMULISIONESPLOSINEINFLUENCEONTHEPERFORMANCEOFTHETHERMALDECOMPOSITIONON

ABSTRACT

Emulsionexplosiveisnowwidelyappliedinengineeringblastingofexplosives,especiallyitsgoodblastingresistanceandhighwaterability.Emulsionexplosivecontainswater,sothattheexplosivepowerisreduced,inordertoimprovetheemulsionexplosivepower,ofteninemulsionexplosivemanufacturingprocesstojoinaluminumpowder.Emulsionexplosiveheatedthermaldecompositionwillhappen,andaluminumpowdertojoinalthoughcanincreasetheemulsionexplosivedetonationmechanicalsensitivityandworkability,butatthesametimealuminumoxidationexothermicchemicalwillacceleratethespeedofemulsionexplosivethermaldecomposition,thereforeinthecontentofemulsionexplosivealuminummustwanttohavecertainrestriction,cannotonlyimprovetheperformanceofemulsionexplosiveandtotrytoreducethepromotingfunctionofthermaldecompositionofexplosives.So,differentaluminumpowdercontentofemulsionexplosiveisthehighpracticalvalue.ThispaperusingDSCmicroheathotapparatusonaluminumcontentofemulsionexplosivedifferentthermaldecompositionofthecontrastanalysis,andaconclusionthatthedifferentaluminumpowdercontentontheinfluenceofemulsionexplosivethermaldecomposition,thustocontainthealuminumofemulsionexplosiveformulatedtoprovideatheoreticalplatform,includingaluminumemulsionexplosiveintheresearchofcertainsupport.

KEYWORDS:

emulsionexplosives,aluminumpowder,thermaldecomposition;DSC

引言

乳化炸药〔emulsionexplosive〕是借助乳化剂的作用，使氧化剂盐类水溶液的微滴，平均分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相延续介质中，构成一种油包水型的乳胶状炸药，是20世纪70年代开展起来的新型工业炸药。

由于其平安及爆破功用优秀，被普遍运用在各类工程爆破中。

有些爆破施工需求运用大威力炸药，因此会在乳化炸药中添加一些能添加炸药爆炸威力的物质，使爆热和做工才干大幅度提高，爆炸作用时间延伸，爆炸范围扩展，破片温度提高，并有利于水中气泡的扩张和增压。

现普通参与铝粉为适宜，铝粉在炸药的热分解进程中生成了Al的氧化物,参与了热分解的反响,使乳化炸药的热力学参数都发作了变化。

乳化炸药的爆热随铝粉含量的添加而增大。

含铝乳化炸药爆轰时,C、H元素完全被氧化区分需2.66倍及7.9倍的氧,而氧化铝元素只需0.89倍的氧,但产物三氧化铝的氧化热效应却大大高于水和二氧化碳。

从取得高爆热角度动身,主体炸药中C、H元素的含量不宜过多,应提高铝的含量以便生成更多的三氧化二铝。

但是铝粉能使爆速、爆压和猛度降低，使机械感度增高，所以铝粉含量以10%~35%为宜。

乳化炸药受热会发作热分解，而铝粉的参与虽然可以添加乳化炸药爆轰机械感度和做功才干，但是同时铝粉氧化放热会加快乳化炸药热分解的速度，因此乳化炸药中铝粉的含量必需要有一定的限制，既要能提高乳化炸药的各种功用又要尽量的增加对炸药热分解的促进作用

所以，研讨含铝乳化炸药具有了很高的适用价值，可以研讨出不同铝粉含量的乳化炸药，从而提高爆破工程的效率和施工时间。

本文经过对不同铝粉含量的乳化炸药在常温下热分解特性的测量，对比测量结果得出不同铝粉含量对乳化炸药热分解功用的影响。

1研讨含铝乳化炸药

1．1研讨现状

乳化炸药在产品种类和质量方面有了长足的提高,能基本满足国际各种爆破工程的需求,虽然乳化炸药爆速都比拟高,但爆炸威力比拟低,为了可以提高乳化炸药的做功才干,近年来研制高威力的乳化炸药已成为热点课题。

国外兴旺国度十分注重高威力乳化炸药的研讨与开展,如日本化药公司的卡亚麦特,爆炸威力与代那买特相当,爆速为5300~5800m/s。

由于乳化炸药中含有10%左右的水,与传统的铵梯炸药粉状乳化炸药和膨化硝铵炸药相比做功才干偏低。

含铝炸药自1897年首先被德国Deissler发现后,就普遍运用于水中兵器、矿山爆破、地质勘察震源等许多范围。

。

在国外对含铝炸药的爆轰特性研讨较多,如,GretBjarnholt侧重于研讨化学反响前期热量从三氧化二铝传到收缩气体对外做功方面的效果;固体炸药的冲击起爆取决于炸药中的缺陷结构（例如空穴、杂质等）,热点概念在冲击起爆的实际和剖析中作为一个必要要素，殷海权等在RDX中参与铝粉能使爆热大大添加,研讨发如今铝粉参与量为40%时,爆热有极大值,而爆容一直随铝粉参与量添加而增加。

含铝炸药爆炸产物的气体主要是氮气、一氧化碳和氢气,当铝粉参与量超越20%时,二氧化碳和水等气态产物极少。

由于参与铝粉的炸药,具有高爆热、高爆温、释放化学能时间较长等特性,因此,为了提高乳化炸药做功才干,实验将在乳化炸药中外加铝粉,研讨不同含量的铝粉对乳化炸药功用的影响。

1．2研讨意义

任何物质为了适用都要有一定的贮存期，也叫货架寿命，火炸药在贮存进程中也会发作热分解，这种分解往往也改动了它们在熄灭特性和弹道性质，在火炸药加工制造进程中往往要采用较高温，在高温状况下火炸药会发作分解，这就要求我们对火炸药的热分解特性停止剖析，需求对热分解能否使得物质功用失效或许招致爆炸风险发作作出回答。

另一方面研讨火炸药的热分解还有助于我们深入了解火炸药的熄灭机理，从而研讨新型火炸药，改动火炸药的弹道功用提供依据。

经过研讨乳化炸药中铝粉的含量可以使我们更好的应用铝粉对炸药功用的影响，也使我们可以愈加平安的运用含铝乳化炸药，增长含铝乳化炸药的运用期限和保管期限。

1．3研讨内容

研讨不同含铝乳化炸药的热分解现象对炸药功用的影响。

经过实验得出的数据和图谱来解释在不同铝含量乳化炸药发作上述现象的缘由，并试图找出最正确含量比例。

实验在乳化炸药中外加铝粉,思索到氧平衡对乳化炸药功用影响,其基础配方按正氧平衡、零氧平衡和负氧平衡设计。

拟采用控制变量法停止实验，对每个基础配方铝粉含量区分为5%、10%、15%、20%。

并在乳化炸药温度为70°C左右时参与，然后制备成含铝乳化炸药并停止相关热剖析。

2.实际局部

2.1热分解

2.1.1热分解定义

当温度高于常温，或只要在加热升温状况下才干发作的分解反响叫热分解。

2.1.2测定热分解的方法

测定物质热分解可以采用热剖析法。

所谓热剖析就是测量物质的恣意物性参数对温度依赖的一类有关技术的总称。

热剖析方法记载的曲线称为相应方法的曲线。

在恒温条件下重复的停止测量求的对温度依赖关系的方法称为静态热剖析，也称为等温热剖析。

依照一定顺序改动温度的热剖析方法称为静态热剖析，也称为非等温热剖析。

热剖析的主要方法可分为放出气体剖析法、热失重法、测热法。

放出气体剖析法可分为真空热安宁性法，布氏计实验，气相色谱法。

热失重法可分为等温失重，非等温失重。

测热法可分为差热剖析法，差示扫描量热法，减速反响量热法，微热量量热法。

除此以外还有迸发点实验，加压迸发点实验，绝热杜瓦瓶量热实验等方法。

以下是几种剖析方法对比比拟

表2-1热剖析方法

剖析方法

实验原理

优点、缺陷

真空热安宁性实验

一定量炸药在恒温真空条件下热分解，测定其一定时间放出的气体压力，并换成标况下体积，并以该体积评价试样的热安宁性。

优点仪器复杂，操作方便，能同时测量多个样品。

缺陷不适用挥发性样品。

布氏计实验

样品放置于定容恒温真空的布氏压力计中加热，依据零位原理测量分解气体，并用压力时间曲线描画热分解规律。

可防止外界要素的影响，操作平安性大，实验精度高，测量范围广。

气相色谱法

样品在定容恒温真空的条件下受热分解，用色谱仪测定分解生成物并以产物在标况下体积评价试样

等温失重

将试样放置恒温箱中，恒温加热一段时间后，取出称量

关于易升华易挥发物质会形成较大误差

不等温失重〔TG法〕

在升温或许降温的状况下，测定试样质质变化与温度或时间关系

此法复杂方便能自动记载出热重曲线，但是关于易升华易挥发物质会形成较大误差

差热剖析法〔DTA〕

在顺序的控制温度下，测量试样与参照物的温度差对温度或时间的关系，实验发作分解会招致温差发作变化

差示扫描量热法〔DSC〕

在顺序的控制温度下，测量试样和参照物的能量差与温度之间的关系，试样发作分解会招致能量差发作变化

多用途，高效，快速，灵敏

减速反响量热法〔ARC〕

先将试样加热到预设温度，等候一段时间使系统到达热平衡，然后搜索试样的温度变化速率。

微热量量热法〔MC〕

与DSC原理相反

与DSC相比试样量较大，测量热灵敏度高

炸药热分解进程与炸药爆炸进程一样是放热反响，构成气体，只是分解速度随温度不同而有快慢变化。

由于在一定条件下测量受热时炸药的温度，分质变化，气体分解产物的数量，产物的组成就可以剖析炸药热分解的变化状况。

依据这种特性，经常用T〔τ〕〔T表示炸药自身的温度，τ表示时间〕、P〔τ〕〔P表示反响容器内炸药热分解气体产物压力〕、W〔τ〕〔W表示炸药自身的质量〕等关系来表示热分解状况。

研讨上述关系就可以失掉一定条件下炸药热分解的性质，而炸药热分解的方式动力学曲线那么直观的表示了炸药的热分解进程。

如以下图所示

图2-1炸药分解动力学曲线

而目前国际测量热分解的方法主要是C80微热量热仪测定法和TG-DSC剖析法。

TG-DSC剖析法,即是差热-热重剖析，其实验原理如下：

〔1〕DTA〔差热〕

物质在受热或冷却进程中，当到达某一温度时，往往会发作熔化、凝结、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并随同着有焓的改动，因此发生热效应，其表现为体系与环境〔样品与参比物〕之间有温度差。

差热剖析〔differentialthermalanalysis.简称DTA〕就是经过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热剖析方法。

〔2〕TG〔热重法〕

物质受热时，发作化学反响，质量也就随之改动，测定物质质量的变化就可研讨其变化进程。

热重法〔TG〕是在顺序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。

热重法实验失掉的曲线称为热重曲线〔TG曲线〕。

DTA是DSC的前身，存在一下两个缺陷：

〔1〕试样在发生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数K值变化，难以停止定量。

〔2〕试样发生热效应时，由于与参比物、环境的温度有较大的差异，三者之间会发作热交流，降低了对热效应测量的灵敏度和准确度。

这就使得差热技术难以停止定量剖析，只能停止定性或半定性的剖析任务。

为了克制热差缺陷，开展了DSC。

该法对试样发生的热效应应能及时失掉应有的补偿，使得试样与参比物之间无温差、物热交流，试样升温速度一直跟随炉温线性升温，保证了校正系数K值恒定。

测量灵敏度和精度大有提高。

C80微热量热仪测定法：

C80微热量热仪：

微量量热仪C80是法国SETARAM公司消费的CALVET式量热器，该仪器应用差热测量法直接测量样品的吸、放热状况，输入数据为样品发作物理化学变化时的热流率。

其主要特点是：

全球独一CALVET〔卡尔维〕原理的量热计，是迄今为止最动摇、最牢靠的量热计；具有极高的灵敏度、可以对两种组分的混合研讨且研讨所用的样品量大。

另外运用附加的带压力传感器的样品池，微量量热仪C80

还可以测得样品在发作物理化学变化进程中的压力变化。

图2-2C80微量量热仪

微量量热仪C80是80年代初开发的新一代热剖析仪器。

在此之前，直接测量样品物理化学变化进程中热流率的仪器主要是DSC,DSC在运用进程中测试药量小（普通在mg级单位），测试精度不够等缺乏。

微量量热仪C80的出现补偿了这一缺陷，它的主要技术目的如下：

样质量量：

-10g

可测温度范围：

室温to300℃

升温速率：

0.01~2.00℃/min

热量测量感度：

2to5W

热量测量精度：

0.10W

温度精度：

≤0.01℃

微量量热仪C80的感度十分高，比DSC高两个数量级以上，运用范围十分普遍。

它不只适用于普通化学反响的发热及反响进程的压力特性的测定，而且能测定诸如蛋白质的变性、物理吸附等热现象的十分微弱的物理化学进程的热效应，还能测定物质的比热、热传导率等物理特性。

并且可以测定爆炸风险性物质的热特性。

该仪器功用动摇，缺点率低，便于维护，目前在化学化工、动力、医药、食品工业等范围失掉了普遍的运用。

结合学校条件本次实验采用DSC示扫描量热法停止相关验证性实验。

在在操作中，经过独自的加热器补偿样品在加热进程中发作的热质变化，以坚持样品和参比物的温差为零。

这种补偿能量（即样品吸收或放出的热量）所得的曲线称DSC曲线。

是以样品吸热或放热的速率，即热流量dQ／dt（单位mJ／s）为纵坐标，以时间t或温度T为横坐标。

曲线中的峰或谷所包围的面积，代表热量的变化。

可测定多种热力学和动力学参数，如比热容、焓变、反响热、相图、反响速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品线度等。

运用温度范围为－175～725℃。

图2-3DSC差示量热仪

差示扫描量热法（DSC）是在顺序控制温度下，测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。

DSC和DTA仪器装置相似，所不同的是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝，当试样在加热进程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，经过差热缩小电路和差动热量补偿缩小器，使流入补偿电热丝的电流发作变化，当试样吸热时，补偿缩小器使试样一边的电流立刻增大；反之，当试样放热时那么使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消逝为止。

换句话说，试样在热反响时发作的热质变化，由于及时输入电功率而失掉补偿，所以实践记载的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化关系。

假设升温速率恒定，记载的也就是热功率之差随温度T的变化关系。

到目前为止的大局部差热剖析技术还不能停止定量剖析任务，只能停止定性或半定量的剖析任务，难以取得变化进程中的试样温度和反响动力学的数据。

DSC剖析与差热剖析相比，可以对热量作出更为准确的定量测量测试，具有比拟敏感和需求样品量少等特点。

2.2含铝乳化炸药热分解功用测定

DSC量热仪功用目的如下：

温度范围：

-175~725℃

样品量：

0.5到30mg

量热灵敏度：

0.2微瓦

温度精度：

±0.01℃

加热速率：

0.1~500℃/min

加热精度：

±0.1%

针对DSC曲线：

纵坐标：

热流率。

横坐标：

温度T（或时间t）峰向上表示吸热向下表示放热在整个表观上，除纵坐标轴的单位之外，DSC曲线看上去十分像DTA曲线。

像在DTA的情形一样，DSC曲线峰包围的面积正比于热焓的变化。

图2-4引荐DSC形式图

而关于峰面积确定，普通来讲，确定DSC峰界限有以下四种方法：

（1）假定峰前后基线在不时线上，那么取基线连线作为峰底线（a）。

（2）当峰前后基线不分歧时，取前、后基线延伸线与峰前、后沿交点的连线作为峰底线（b）。

（3）当峰前后基线不分歧时，也可以过峰顶作为纵坐标平行线．与峰前、后基线延伸线相交，以此台阶形折线作为峰底线（c）。

（4）当峰前后基线不分歧时，还可以作峰前、后沿最大斜率点切线，区分交于前、后基线延伸线，连结两交点组成峰底线（d）。

此法是ICTA所引荐的方法。

图2-5DSC峰面积确定

依据动力学基本方程原理，关于以下类型的反响：

A（固）+B（固）+C（气）

用等温法进举动力学研讨时，其动力学方程为：

dα/dt=kf（α）

（1）

和G（α）=kt

（2）

式中k—反响速率常数，s¯¹；

α—t时辰物质A已反响的百分数；

t——时间，s；

f（α）、G（α）—反响机理函数的微分方式和积分方式。

假定在很小的时问距离内，非等温反响可近似为等温反响，那么反响速率也可表示成方程

（1）的方式。

在某固定温度下，炸药的起始热分解反响速率常数k是定值，且可用著名的阿累尼乌斯方程（3）表示：

k=Aexp（一E／RT）〔3〕

在顺序升温条件下，有以下方程式成立：

T=To+βt〔4〕

式中To—DsC曲线偏离基线的始点温度，K；β—恒定升温速率，K／min。

联立方程

（1）、（3）、（4）可得:

dα/dT=A/βf（α））exp（一E／RT）（5）

对方程（5）按不同方法停止处置，可失掉不同的数学表达式。

2.3含铝乳化炸药爆轰速度的测定

爆速是爆轰在炸药中传达的速度，炸药爆速的上下与很多要素有关，首先取决于炸药自身的性质，其次与装药直径，装药密度以及颗粒度，外壳，附加物有关。

炸药的爆轰是一种很共同的现象，它触及复杂的物理、化学和流体力学效果。

经过少量研讨说明爆轰波沿炸药一层一层的停止传达的进程，爆轰波十亿个带有高速化反响去的强冲击波。

在爆轰波的计算参数中，爆速是目前独一用复杂方法可以准确测定的参数。

实验研讨爆速与爆炸条件和装药性质之间的关系就可以为爆轰机理、爆炸产物形状方程以及炸药产质量量等方面的研讨提供重要的依据。

爆速是炸药的重要参数之一。

常用猛炸药的爆速为3000m/s～9000m/s,工业炸药爆速通常为3000m/s～5000m/s,爆速可以经过阅历公式计算也可以经过实验测定。

测定爆速的方法有：

电测法、导爆索法、延续示波法、埋入式压力探针法、高速摄影法。

而目前,测定炸药爆速的方法主要有光测法和电测法。

光测法采用高速摄影机拍摄炸药爆轰进程,虽可测得爆速延续变化状况,但由于设备昂贵、测试条件要求较高而未能普遍运用电测法那么采用电子探针计时法,它是目前普遍采用的爆速测定方法,但它只能测出两测点间的爆速平均值这对惯例检测某种炸药的爆速是适用的,但只要电测法可以作为仲裁方法。

炸药爆轰是一种极端猛烈和迅速的化学反响,在爆轰反响区中存在化学电离现象,从而出现等离子体,并且在爆轰阵面上离子浓度很高,因此具有良好的导电性。

等离子体的导电性是自在电子赋予的,导电率与自在电子的密度成正比,自在电子的密度又与爆轰反响的强弱有关测试结果说明爆轰反响剧烈时,爆轰波的电子密度高达1020个/立方厘米,普通正常爆轰时,电子密度在1017～1018个/立方厘米,爆轰反响较弱（或不完全）时,电子密度那么更低。

显然,不但可以应用爆轰阵面的导电性来记载爆轰传达进程,而且可以依据其导电性的差异水平来判别爆轰反响的强弱等状况。

测试系统由电阻探针和直流恒流源构成的传感器局部,具有瞬态波形存贮和A/D变换功用的记载局部、处置测定数据的计算机解析处置局部组成。

电阻探针有绝缘漆包线组成，然后一边短路，另一端引出两个接线头。

以便与直流恒流源引出的同轴信号电缆衔接。

测试系统组成图见图四，当爆轰波沿药卷传达至A点时，爆轰波阵面上的产物处于高温高压形状，电离为正、负离子，电离子具有很好的导电性，因此使A点相互绝缘的一对探针接通，并转换为电信号，爆轰波抵达B点的情形与A点相反。

用电子侧时仪测出爆轰波经过A、B两点间的时间距离t，

便可以求得炸药AB段中的平均爆速

1、雷管2、炸药试样3、探针、4启动信号5、中止信号6、倒相整形

7、控制器8、技数门9、晶体振荡器10、计数译码显示

图2-6测试系统

电测法的主要仪器设备有：

测时仪：

测时精度不低于0.1微秒，可运用爆速仪、数字式测时仪或许存储示波器

图2-7爆速仪

传感元件：

采用丝式探针做传感元件，普通采用断—通式，特殊状况可采用通—断式，用直径¢0.1mm～0.15mm范围内的铜芯漆包线制造。

游标卡尺：

分度值0.02mm

架盘天平：

感量0.5g

钢板尺：

300mm,分度值1mm

起爆器材：

8号工业雷管

针对相关数据处置那么由公式D=L/t〔2-3-1〕计算出各段爆速，其中D为各段爆速值，L为测距，t为仪器测的各段时间距离值。

再由式D=∑D/n〔2-3-2〕计算出平均值。

最后算出方差S。

当平均值D到达产品规范规则的目的，并且S≤150m/s〔粉状炸药〕，S≤200m/s（含水炸药）时，那么为合格，否