CN106748589A - 乳化炸药用含能复合敏化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种敏化剂，更具体地说是乳化炸药含能敏化剂，尤其涉及一种使用多孔二氧化硅中空微球包覆高能金属粉末作为敏化剂及其制备方法。按重量份数主要由下述组分组成：金属粉50‑65份，包覆剂2‑10份，二氧化硅30‑45份。本发明通过四步法制备出多孔二氧化硅中空微球包覆的高能金属粉末，将其加入到乳化基质混合均匀，即制得一种高威力乳化炸药，该含能敏化剂的多孔二氧化硅中空微球外壳起到敏化剂的作用，内部的高能金属粉起到含能添加剂的作用。本发明将敏化剂和高能金属粉合为一体，可在不影响炸药感度的情况下提高乳化炸药的爆炸威力，而且原材料来源广泛，成本低廉，生产工艺简单，具有很好的市场前景。

Description

乳化炸药用含能复合敏化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种敏化剂，更具体地说是乳化炸药含能复合敏化剂，尤其涉及一种使用多孔二氧化硅中空微球包覆的高能金属粉末作为敏化剂及其制备方法。
背景技术
乳化炸药是20世纪60年代末发展起来的一种油包水型含水工业炸药。乳化炸药具有优良的抗水、安全、爆炸、贮存性能和雷管起爆感度，以及符合环保要求的良好特征，在工程爆破中得到了广泛应用。乳化炸药的主要成分是乳化基质和敏化剂，乳化基质自身没有雷管感度，它必须通过敏化剂敏化后才能被起爆。敏化剂的作用是在乳化基质中引入敏化小气泡，在乳化炸药爆轰过程中起到提供“热点”的作用。乳化炸药的敏化剂有物理敏化剂和化学敏化剂，其中玻璃微球是国内外乳化炸药最常用的物理敏化剂。然而，由于传统敏化剂的作用只是单纯的提供敏化小气泡，不能增加乳化炸药的输出能量，因此传统乳化炸药也存在着爆炸威力低的问题。
研制高威力乳化炸药一直是工业炸药领域的热点问题。在乳化炸药中加入高能金属粉末是最有效的方法之一，该方法利用金属粉末与乳化炸药的爆轰产物发生二次反应释放出大量的热量，延缓冲击波的衰减，从而提高炸药的作功能力和爆破效果。然而，作为含能添加剂的高能金属粉末也存在两个主要问题：金属粉末自身的储存稳定性和加入乳化炸药后炸药的安全性问题。高能金属粉末的粒径为微米甚至纳米量级，在空气中极易氧化甚至可能发生自燃，其自身储存稳定性和安全性无法保障；未经处理的高能金属粉末直接加入到乳化炸药中会提高炸药的感度，降低了乳化炸药的安全性。如何在保持金属化乳化炸药高能量的同时，弥补因金属粉末而导致的高感度、易氧化等缺陷，是一个亟需解决的问题。
CN102432407A和CN102432408A分别公布了两种利用储氢合金粉末敏化的乳化炸药，由于添加的储氢合金粉末在乳化基质内分布均匀，部分储氢合金粉末与乳化基质内水产生化学反应，释放少量氢气，对乳化基质起到一定的发泡效果，增加了乳化基质的雷管感度。同时，其余的储氢合金在乳化基质爆轰波作用下迅速释放氢，氢参与乳化基质的爆轰反应，因此其具有输出衰减时间长、冲量大和能量高等特点，爆轰能量优于现有普通乳化炸药。但是在这两个发明中，储氢合金在乳化基质中水解产生的氢气泡的大小不易控制，从而影响爆轰性能，更重要的是氢气泡中的氢气容易逸出，而氢气又是易燃易爆的气体，故该方法敏化的乳化炸药存在着严重的安全隐患。同时，储氢合金粉末容易和空气中的氧气发生氧化还原反应，从而降低了其反应活性。
程扬帆、颜事龙等在其发表的论文中提供了一种溶胶-凝胶法包覆储氢材料MgH2的方法，该方法根据相似相溶原理，分别利用石蜡和硬脂酸将储氢材料MgH2粉末包覆起来，并与玻璃微球混合均匀后加入到乳化炸药中，实验结果表明，包覆处理能够提高储氢合金MgH2粉末的储存稳定性，且包覆的MgH2粉末与玻璃微球复合敏化的乳化炸药猛度显著高于传统的乳化炸药。但是由于乳化基质呈弱酸性，并且油相中含有大量的有机物，因而长时间贮存时，MgH2粉末的包覆材料石蜡和硬脂酸容易溶于乳化基质，从而影响其包覆效果，进而导致MgH2粉末的水解，降低了乳化炸药的安全性；并且，该方法中的玻璃微球和包覆后的MgH2粉末是分别作为敏化剂和含能添加剂加入到乳化炸药中，玻璃微球和MgH2粉末在基质中很难均匀分布，并且在搅拌过程中，玻璃微球容易与金属粉末发生挤压和摩擦而破碎，从而影响敏化效果，降低了乳化炸药的爆炸威力。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，目的之一在于提供一种多孔二氧化硅中空微球包覆的高能金属粉末作为乳化炸药的敏化剂。
本发明的另外一个目的在于提供一种乳化炸药含能复合敏化剂的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种乳化炸药用含能复合敏化剂，主要由下述重量份数组成：金属粉末50-65份、包覆剂2-10份、二氧化硅30-45份。
优选地，按重量份数主要由下述组分组成：金属粉末55-62份、包覆剂5-8份、二氧化硅35-42份。
优选地，改性金属粉末60份、二氧化硅40份。
优选地，所述的金属粉末为铝粉、钛粉、镁粉、硼粉、储氢合金粉。
优选地，所述多孔二氧化硅中空微球包覆高能金属粉末的制备方法，具体步骤如下：
St1：改性金属粉的制备：先将包覆剂在常温下溶于易挥发的有机溶剂中，然后加入金属粉末混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的金属粉末，所述金属粉末的粒径30—100μm，纯度大于99％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺10-15份和37％的甲醛溶液(含甲醛10-15份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至8-10，在温度60-80℃条件下搅拌20-30分钟后制得预聚液，随后加入改性后的金属粉末70-85份并加入乙酸溶液调节PH值至5-6，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性金属粉末。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性金属粉末70-80份与正硅酸乙脂30-40份混合，制孔剂0.1-1份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性金属粉末。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性金属粉末，搅拌20-50分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性金属粉末。
优选地，所述St1中，所述包覆剂为石蜡、硬脂酸、氟橡胶中的一种。
优选地，所述St1中，所述有机溶剂为汽油、酒精、乙酸乙酯中的一种。
本发明采用上述技术方案具有的有益技术效果：
1.利用多孔二氧化硅中空微球包覆高能金属粉末的方法制得的含能敏化剂，使得敏化剂玻璃微球与高能金属粉末合二为一，起到了敏化剂和含能添加剂的双重作用。
2.本发明含能敏化剂是利用玻璃微球的内部空腔容纳改性的金属粉末，体积较相同质量的敏化剂玻璃微球和高能金属粉末显著减小，从而可以增加高威力乳化炸药的装药密度，增强爆破效果。
3.改性的高能金属粉末的外壳为多孔二氧化硅中空微球，不仅可以起到敏化剂的作用，还可以起到降低金属粉末感度的作用。
4.金属粉末在常温下经过包覆处理，不仅可以避免空气的氧化，提高金属粉末的储存稳定性，而且在合成金属粉末外壳的过程中起到了防水的功能，还可以起到降低感度的作用，提高了高威力乳化炸药的安全性。
5.本发明的含能复合敏化剂可以在不影响炸药感度的情况下提高乳化炸药的爆炸威力，而且原材料来源广泛，成本低廉，生产工艺简单，具有很好的市场前景。
本发明乳化炸药用含能复合敏化剂的作用机理：
本发明的含能复合敏化剂是多孔二氧化硅中空微球包覆的高能金属粉末，该含能敏化剂的多孔二氧化硅中空微球外壳起到敏化剂的作用，内部的高能金属粉末起到含能添加剂的作用。将该含能添加剂加入到乳化基质混合均匀，即制得一种高威力乳化炸药。在乳化炸药的爆轰过程中，冲击波先压缩多孔二氧化硅中空微球形成一个个热点，并最终使乳化炸药发生爆轰，而含能敏化剂中的改性金属粉末主要参与C-J面以后的后燃反应，通过与爆轰产物的二次反应放出大量的能量，从而延缓了冲击波的衰减，增强炸药的作功能力。
附图说明
图1是改性金属粉末的制备，是含能复合敏化剂制备的第一步，图1中1是包覆剂，2是金属粉末。
图2是三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性金属粉末，是含能复合敏化剂制备的第二步，图2中1是包覆剂，2是金属粉末，3是三聚氰胺甲醛树脂包覆层。
图3是多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性金属粉末，是含能复合敏化剂制备的第三步，图3中1是包覆剂，2是金属粉末，3是三聚氰胺甲醛树脂包覆层，4是多孔二氧化硅包覆层。
图4是多孔二氧化硅中空微球包覆的改性金属粉末，是含能复合敏化剂制备的最后一步，图4中1是包覆剂，2是金属粉末，3是多孔二氧化硅中空微球包覆层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1
含铝粉的含能复合敏化剂：该含能敏化剂中铝粉的质量比为58％，包覆剂石蜡的质量比为5％，二氧化硅的的质量比为37％。
含铝粉的复合含能敏化剂的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：改性铝粉的制备：先将石蜡在常温下溶于汽油中，然后加入铝粉混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的铝粉，所述铝粉的粒径40μm，纯度大于99％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺12份和37％的甲醛溶液(含甲醛10份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至9，在温度65℃条件下搅拌25分钟后制得预聚液，随后加入改性后的铝粉78份并加入乙酸溶液调节PH值至5，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性铝粉。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性铝粉63份与可生成37份二氧化硅的正硅酸乙脂混合，外加制孔剂0.2份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性铝粉。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性铝粉，搅拌35分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性铝粉，即含铝粉的复合含能敏化剂。
实施例2
含镁粉的含能复合敏化剂：该含能敏化剂中镁粉的质量比为61％，包覆剂氟橡胶的质量比为6％，二氧化硅的的质量比为33％。
含镁粉的复合含能敏化剂的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：改性镁粉的制备：先将氟橡胶在常温下溶于乙酸乙酯中，然后加入镁粉混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的镁粉，所述镁粉的粒径48μm，纯度大于99％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺14份和37％的甲醛溶液(含甲醛12份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至10，在温度70℃条件下搅拌25分钟后制得预聚液，随后加入改性后的镁粉74份并加入乙酸溶液调节PH值至6，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性镁粉。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性镁65份与可生成35份二氧化硅的正硅酸乙脂混合，外加制孔剂0.5份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性镁粉。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性镁粉，搅拌35分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性镁粉，即含镁粉的复合含能敏化剂。
实施例3
含钛粉的含能复合敏化剂：该含能敏化剂中钛粉的质量比为55％，包覆剂硬脂酸的质量比为6％，二氧化硅的的质量比为39％。
含钛粉的复合含能敏化剂的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：改性钛粉的制备：先将硬脂酸在常温下溶于酒精中，然后加入钛粉混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的钛粉，所述钛粉的粒径45μm，纯度大于99％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺15份和37％的甲醛溶液(含甲醛12份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至8，在温度80℃条件下搅拌30分钟后制得预聚液，随后加入改性后的钛粉83份并加入乙酸溶液调节PH值至5，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性钛粉。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性钛粉61份与可生成39份二氧化硅的正硅酸乙脂混合，外加制孔剂0.5份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性钛粉。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性钛粉，搅拌50分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性钛粉，即含钛粉的复合含能敏化剂。
实施例4
含硼粉的含能复合敏化剂：该含能敏化剂中硼粉的质量比为62％，包覆剂氟橡胶的质量比为4％，二氧化硅的的质量比为34％。
含硼粉的复合含能敏化剂的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：改性硼粉的制备：先将氟橡胶在常温下溶于乙酸乙酯中，然后加入硼粉混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的硼粉，所述硼粉的粒径55μm，纯度大于99％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺13份和37％的甲醛溶液(含甲醛11份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至10，在温度70℃条件下搅拌25分钟后制得预聚液，随后加入改性后的硼粉76份并加入乙酸溶液调节PH值至5，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性硼粉。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性硼粉66份与可生成34份二氧化硅的正硅酸乙脂混合，外加制孔剂0.7份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性硼粉。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性硼粉，搅拌40分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性硼粉，即含硼粉的复合含能敏化剂。
实施例5
含储氢合金粉的含能复合敏化剂：该含能敏化剂中储氢合金粉的质量比为60％，包覆剂石蜡的质量比为7％，二氧化硅的的质量比为33％。
含储氢合金粉的复合含能敏化剂的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：改性储氢合金粉的制备：先将石蜡在常温下溶于汽油中，然后加入储氢合金粉混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的储氢合金粉，所述储氢合金粉的粒径35μm，纯度大于98％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺14份和37％的甲醛溶液(含甲醛12份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至9，在温度60℃条件下搅拌30分钟后制得预聚液，随后加入改性后的硼粉74份并加入乙酸溶液调节PH值至6，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性储氢合金粉。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性储氢合金粉67份与可生成33份二氧化硅的正硅酸乙脂混合，外加制孔剂0.3份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性储氢合金粉。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性储氢合金粉，搅拌35分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性储氢合金粉，即含储氢合金粉的复合含能敏化剂。
实施例6
添加含能复合敏化剂的乳化炸药：将含能复合敏化剂加入到乳化基质中，并加热至60℃，然后搅拌混合均匀，即可制得含能复合敏化剂敏化的乳化炸药。
利用水下爆炸实验，对添加含能复合敏化剂的乳化炸药和单纯添加玻璃微球的乳化炸药的爆轰性能进行了测试。实验中，所有乳化炸药样品所含乳化基质的质量都是10g，乳化炸药样品距离压力传感器的距离为120cm，利用数字示波器记录信号，实验结果见表1。由表1可知，含能复合敏化剂能够显著提高乳化炸药的比冲量、比冲击波能和比气泡能。
表1不同配方乳化炸药水下爆炸性能对比

Claims (4)

1.一种乳化炸药用含能复合敏化剂，其特征在于，主要由下述重量份数组分组成：金属粉末50-65份、包覆剂2-10份、二氧化硅30-45份。
2.根据权利要求1所述的乳化炸药用含能复合敏化剂，其特征在于，按重量份数主要由下述组分组成：金属粉末55-62份、包覆剂5-8份、二氧化硅35-42份。
3.根据权利要求1或2所述的乳化炸药用含能复合敏化剂，其特征在于，所述的金属粉末为钛粉、铝粉、镁粉、硼粉、储氢合金粉中的一种。
4.如权利要求1所述乳化炸药用含能复合敏化剂的制备方法，其特征在于用多孔二氧化硅中空微球包覆高能金属粉末，具体方法步骤如下：
St1：改性金属粉的制备：先将包覆剂在常温下溶于易挥发的有机溶剂中，然后加入金属粉末混合搅拌均匀，并在充满氩气的真空干燥箱中烘干，制得改性后的金属粉末，所述金属粉末的粒径30—100μm，纯度大于97％，真空干燥箱的温度控制在室温-80℃。
St2：三聚氰胺甲醛树脂包覆：采用原位聚合法，取三聚氰胺10-15份和37％的甲醛溶液(含甲醛10-15份)混合，然后加入碳酸钠溶液调节PH值至8-10，在温度60-80℃条件下搅拌20-30分钟后制得预聚液，随后加入改性后的金属粉末70-85份并加入乙酸溶液调节PH值至5-6，混合搅拌2小时后，抽滤、洗涤、干燥，最终制得三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性金属粉末。
St3：多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆：取三聚氰胺甲醛树脂包覆的改性金属粉末70-80份与正硅酸乙脂30-40份混合，制孔剂0.1-1份，并加入适量去离子水和无水乙醇后，在充满氩气的真空干燥箱中搅拌并烘干，制得多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性金属粉末。
St4：多孔二氧化硅中空微球包覆：首先配制PH值小于1.7的稀盐酸溶液，然后加入多孔二氧化硅-三聚氰胺甲醛树脂双重包覆的改性金属粉末，搅拌20-50分钟，待三聚氰胺甲醛树脂降解并从二氧化硅膜孔洞中排出，然后抽滤、洗涤并烘干，最终得到多孔二氧化硅中空微球包覆的改性金属粉末。
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