CN108997071B - 一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5‑15份、发泡剂助剂溶液30‑45份、堵孔剂1‑5份、固体发泡剂30‑50份、耐压剂外壳材料5‑15份。耐压剂内部空心微珠壳体将固体发泡剂和发泡剂助剂溶液隔离开，外部微囊将固体敏化剂与乳胶基质隔离开。当乳化炸药受到外界的动压或静压较小时，该耐压剂与乳化炸药中原有的敏化气泡一样，其内部含有部分空气的空心微珠可以充当炸药起爆的“热点”；当乳化炸药所受静压或动压超过耐压剂的压力范围时，耐压剂与乳化炸药中原有的敏化气泡结构会遭到破坏，但是耐压剂内部的固体发泡剂和发泡剂助剂溶液发生反应生成气体，并在乳化炸药中生成新的敏化气泡，从而提高乳化炸药的抗压性。

Description

一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐压剂，更具体地说是一种乳化炸药用耐压剂，尤其涉及一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂及其制备方法。

背景技术

乳化炸药具有优良的抗水、安全、贮存性能和雷管起爆感度，在工程爆破中得到了广泛应用。乳化炸药主要成分是乳胶基质和敏化剂，在未加入敏化剂之前乳胶基质不具有雷管感度。敏化剂分为物理敏化剂和化学敏化剂，它的作用是在乳胶基质中引入均匀分布的敏化气泡，从而提供炸药起爆所需的“热点”。在毫秒延时爆破作业时，如果乳化炸药的配方设计不合理，可能会出现延期起爆的炮孔内装药被“压死”或爆轰不完全等事故，即乳化炸药发生压力减敏现象；在深水或深孔爆破工程中，随着水深的增加，当静压力达到一定值时，水下的药包受到静压作用密度增大，使得爆轰性能下降或失去雷管感度；在煤矿立井冻结施工中，当采用爆破技术开挖立井时，由于低温造成乳化炸药体积增加也会产生压力减敏现象。乳化炸药受到外界动压或静压作用时，会导致其内部的敏化气泡被破坏，从而造成乳化炸药爆轰性能显著下降，甚至出现半爆或拒爆现象，给工程爆破作业带来了巨大的安全隐患。

侯志明在其论文《深水耐压型乳化炸药的配方研究》中，通过优化乳化炸药配方中的乳化剂、敏化剂，获得了一种深水抗压性能和爆轰性能优良的乳化炸药，但是该炸药的耐压范围仅在0-0.4MPa，远不能满足深水爆破对炸药耐压强度的要求。张磊等在论文《乳化炸药抗压药柱在立井冻结基岩段中的应用》中，采用封闭的硬质PVC管装填乳化炸药来起到抗压的效果，但是这种方法不仅装药非常麻烦，并且对PVC管两端的密封要求非常严格。专利(申请号：200410041824.X)公布了一种耐压型乳化炸药，该炸药通过调整乳化基质中的乳化剂含量，并采用新型化学发泡剂来提高乳化炸药的抗压性，但是由于敏化气泡的抗压强度没有变化，单纯通过改变乳胶基质的配方来提高炸药的抗压性，其抗压效果仍然欠佳。程扬帆等在论文《MgH₂对乳化炸药的压力减敏影响实验》中，将储氢材料MgH₂作为含能敏化剂加入到乳胶基质中制成乳化炸药，MgH₂微粒在受到外界压力作用时会释放出H₂，从而减弱外界压力对敏化气泡的破坏作用，使得乳化炸药的抗压性增强，但是该方法容易因为发泡后效导致敏化气泡过大，当受外界压力作用时，敏化气泡变形严重，从而影响乳化炸药的爆轰性能。

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乳化炸药用双层壳体结构耐压剂。

本发明的另外一个目的在于提供一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5-15份、发泡剂助剂溶液30-45份、堵孔剂1-5份、固体发泡剂30-50份、耐压剂外壳材料5-15份。

优选地，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠8-12份、发泡剂助剂溶液35-40份、堵孔剂1-3份、固体发泡剂40-45份、耐压剂外壳材料10-15份。

优选地，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠10份、发泡剂助剂溶液36份、堵孔剂2份、固体发泡剂42份、耐压剂外壳材料10份。

优选地，所述的空心微珠为漂珠、空心玻璃微球、空心树脂微球中的一种。

优选地，所述发泡剂助剂溶液为硫酸铝溶液、羧酸溶液、磷酸溶液中的一种。

优选地，所述堵孔剂为明胶、石蜡、硬脂酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、壳聚糖、硅酸铝镁、田箐胶中的一种。

优选地，所述固体发泡剂为碳酸氢钠、硼氢化钠、亚硝酸钠中的一种。

优选地，所述耐压剂外壳材料为疏水性纳米二氧化硅、醋酸乙烯树脂、甲基纤维素、聚乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚十二内酰胺、聚乙烯醇中的一种。

优选地，所述乳化炸药用双层壳体结构耐压剂的制备方法，包括如下步骤：

St1：空心微珠的穿孔处理：首先配置好穿孔剂溶液，然后将空心微珠浸泡在穿孔剂溶液中并密封，采用磁力搅拌器以200～500rpm转速搅拌10～20min后，将空心微珠过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心微珠；

St2：发泡剂助剂溶液填充多孔空心微珠：将多孔空心微珠和发泡剂助剂溶液一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.3～0.8MPa，转速控制在1500～2000rpm搅拌1～2h后，过滤、晾干，使空心微珠的内腔被发泡剂助剂溶液部分填充；

St3：多孔空心微珠壳体的密封：将堵孔剂制成胶状溶液，然后加入含有发泡剂助剂溶液的空心微珠，搅拌5-10min后，过滤、干燥，从而将空心微珠壳体上的微孔堵住；

St4：固体发泡剂包覆空心微珠：将St3制备的密封后空心微珠和固体发泡剂按一定质量比，加入到行星式球磨机的球罐中，并添加一定量的酒精，将球磨机的转速控制在500-1000rpm，球磨10-20min，然后取出后晾干，制备出固体发泡剂包覆的空心微珠；

St5：耐压剂的微胶囊包覆：利用微胶囊包覆技术，用耐压剂外壳材料制成的微囊，将St4中固体发泡剂包覆的空心微珠再包覆起来，从而制备出最终的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂。

优选地，所述St1中的穿孔剂为氢氟酸溶液、浓硫酸溶液和氢氧化钠溶液中的一种。

本发明采用上述技术方案具有的有益技术效果：

1.本发明中双层壳体结构耐压剂在乳化炸药受到的外界压力较小时，其内部空心微珠可以起到敏化剂的作用。

2.本发明中双层壳体结构耐压剂在乳化炸药所受静压或动压超过其压力范围时，其双层壳体结构会遭到破坏，使得耐压剂内部的固体发泡剂和发泡剂助剂溶液发生反应并生成气体，从而在乳化炸药中生成新的敏化气泡，减弱外界压力对乳化炸药爆轰性能的影响。

3.本发明的双层壳体结构耐压剂不含有强氧化剂和爆炸性物质，与乳胶基质具有很好的相容性，并且能够显著增强乳化炸药的抗压能力，提高乳化炸药的使用安全性。

4.本发明的双层壳体结构耐压剂对乳胶基质的配方没有特殊要求，只需添加到乳化炸药中就可以提高其抗压性能，适合在不同乳化炸药企业推广和应用。

5.本发明中双层壳体结构耐压剂所需原材料来源广泛、成本低廉、生产工艺简单，具有良好的市场前景。

本发明乳化炸药用双层壳体结构耐压剂的作用机理：

本发明的乳化炸药用耐压剂具有双层壳体结构，耐压剂内部空心微珠壳体将固体发泡剂和发泡剂助剂溶液隔离开，空心微珠的内部被发泡剂助剂溶液部分填充，其余部分含有空气；外部的微囊将固体发泡剂与乳胶基质隔离开，提高了耐压剂的稳定性和相容性。将该耐压剂加入到乳化炸药后，当乳化炸药受到外界的动压或静压较小时，该耐压剂与乳化炸药中原有的敏化气泡一样，其内部含有部分空气的空心微珠可以充当炸药起爆的“热点”；当乳化炸药所受静压或动压超过耐压剂的压力范围时，耐压剂与乳化炸药中原有的敏化气泡结构会遭到破坏，但是耐压剂内部的固体发泡剂和发泡剂助剂溶液会反应生成气体，并在乳化炸药中形成新的敏化气泡，从而提高乳化炸药的抗压性。

附图说明

图1是对空心微珠进行穿孔处理，是乳化炸药用双层壳体结构耐压剂制备的第一步，图1中1是具有多孔结构的空心微珠外壳，2是空气。

图2是将发泡剂助剂溶液部分填充多孔空心微珠，是乳化炸药用双层壳体结构耐压剂制备的第二步，图2中1是具有多孔结构的空心微珠外壳，2是空气，3是发泡剂助剂溶液。

图3是在含有发泡剂助剂溶液的空心微珠外表面包覆一层堵孔剂，是乳化炸药用双层壳体结构耐压剂制备的第三步，图3中1是具有多孔结构的空心微珠外壳，2是堵孔剂，3是空气，4是发泡剂助剂溶液。

图4是微胶囊对固体发泡剂包覆的空心微珠进行再包覆，是乳化炸药用双层壳体结构耐压剂制备的最后一步，图4中1是耐压剂外壳，2是空气，3是固体发泡剂，4是堵孔剂，5是具有多孔结构的空心微珠外壳，6是发泡剂助剂溶液。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明，但并不构成对本发明的任何限制。

实施例1

乳化炸药用双层壳体结构耐压剂：该耐压剂按重量份数含漂珠10份、硫酸铝溶液38份、明胶2份、碳酸氢钠40份、疏水性纳米二氧化硅10份。

所述乳化炸药用双层壳体结构耐压剂的制备方法，包括如下步骤：

St1：漂珠的穿孔处理：首先配置浓度为0.6mol/L的氢氟酸溶液，将漂珠浸泡在氢氟酸溶液中并密封，采用磁力搅拌器以500rpm转速搅拌20min后，将漂珠过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔漂珠；

St2：硫酸铝溶液填充多孔漂珠：将多孔漂珠和硫酸铝溶液一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.5MPa，转速控制在1600rpm搅拌1.5h后，过滤、晾干，使多孔漂珠的内腔被硫酸铝溶液部分填充；

St3：多孔漂珠壳体的密封：将明胶粉制成胶状溶液，然后加入含有硫酸铝溶液的多孔漂珠，搅拌8min后过滤、干燥，从而将多孔漂珠壳体上的微孔堵住；

St4：碳酸氢钠包覆空心漂珠：将St3制备的密封后空心漂珠和固体碳酸氢钠加入到行星式球磨机的球罐中，并添加一定量的酒精，将球磨机的转速控制在600rpm，球磨15min，然后取出后晾干，制备出碳酸氢钠包覆的空心漂珠；

St5：耐压剂的微胶囊包覆：利用微胶囊包覆技术，用疏水性纳米二氧化硅制成的微囊，将St4中碳酸氢钠包覆的空心漂珠再包覆起来，从而制备出最终的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂。

为了测试该新型耐压剂对乳化炸药抗动压性能的影响，实验将分别添加耐压剂和不添加耐压剂乳化炸药受动加载压后的爆轰性能进行了比较。利用10g柱状黑索金爆炸产生动态压力对乳化炸药进行动态加载，乳化炸药样品质量50g，距离黑索金药柱75cm；然后利用水下爆炸测试系统测试受压乳化炸药的爆轰性能，并与未受压乳化炸药进行比较，乳化炸药样品距离水下压力传感器120cm。实验中初始乳化炸药样品中乳胶基质和亚硝酸钠的质量比为99.4:0.6，添加耐压剂的乳化炸药样品含有耐压剂质量比为4％，水下爆炸试验结果见表1。由表1可知，与初始乳化炸药样品相比，初始乳化炸药样品受压后的压力峰值、比冲量和总能量分别下降了32.7％、26.1％和19.9％，而含耐压剂乳化炸药受压样品分别只下降了6.4％、3.3％和4.4％，说明该乳化炸药用双层壳体结构耐压剂能够显著提高乳化炸药的抗动压性能。

表1不同配方乳化炸药水下爆炸性能对比

实施例2

乳化炸药用双层壳体结构耐压剂：该耐压剂按重量份数含空心玻璃微球12份、羧酸溶液35份、壳聚糖3份、硼氢化钠38份、聚甲基丙烯酸酯12份。

优选地，所述乳化炸药用双层壳体结构耐压剂的制备方法，包括如下步骤：

St1：空心玻璃微球的穿孔处理：将空心玻璃微球浸泡在热的浓硫酸溶液中并密封，采用磁力搅拌器以400rpm转速搅拌20min后，将空心玻璃微球过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心玻璃微球；

St2：羧酸溶液填充多孔空心玻璃微球：将多孔空心玻璃微球和羧酸溶液一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.6MPa，转速控制在1800rpm搅拌1h后，过滤、晾干，使多孔空心玻璃微球的内腔被羧酸溶液部分填充；

St3：多孔空心玻璃微球壳体的密封：将壳聚糖制成胶状溶液，然后加入含有羧酸溶液的多孔空心玻璃微球，搅拌6min后，过滤、干燥，从而将空心玻璃微球壳体上的微孔堵住；

St4：硼氢化钠包覆空心玻璃微球：将St3制备的密封后空心玻璃微球和硼氢化钠按一定质量比，加入到行星式球磨机的球罐中，并添加一定量的酒精，将球磨机的转速控制在700rpm，球磨10min，然后取出后晾干，制备出硼氢化钠包覆的空心玻璃微球；

St5：耐压剂的微胶囊包覆：利用微胶囊包覆技术，用聚甲基丙烯酸酯制成的微囊，将St4中硼氢化钠包覆的空心玻璃微球再包覆起来，从而制备出最终的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂。

为了测试该新型耐压剂对乳化炸药抗深水静压性能的影响，实验将分别添加耐压剂和不添加耐压剂乳化炸药受静压加载后的爆轰性能进行了比较。试验将乳化炸药样品加入高压反应釜中并加满水，将高压反应釜的内部压力设为2.0MPa，模拟乳化炸药在水深为200m时乳化炸药受到的静压压缩作用。然后利用水下爆炸测试系统测试受压乳化炸药的爆轰性能，并与未受压乳化炸药进行比较，乳化炸药样品距离水下压力传感器120cm。实验中初始乳化炸药样品中乳胶基质和亚硝酸钠的质量比为99.4:0.6，添加耐压剂的乳化炸药样品含有耐压剂质量比为4％，水下爆炸试验结果见表2。由表2可知，与初始乳化炸药样品相比，初始乳化炸药样品受压后的爆速和猛度分别下降了35.1％和43.6％，而含耐压剂乳化炸药受压样品分别只下降了3.8％和3.1％，说明该乳化炸药用双层壳体结构耐压剂能够显著提高乳化炸药的抗深水静压性能。

表2不同配方乳化炸药爆炸性能对比

Claims (6)

1.一种乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，其特征在于，按重量份数由下述组分组成：空心微珠5-15份、发泡剂助剂溶液30-45份、堵孔剂1-5份、固体发泡剂30-50份、耐压剂外壳材料5-15份；

所述发泡剂助剂溶液为硫酸铝溶液、羧酸溶液、磷酸溶液中的一种；

所述固体发泡剂为碳酸氢钠、硼氢化钠、亚硝酸钠中的一种；

所述乳化炸药用双层壳体结构耐压剂的制备方法，包括如下步骤：

St1：空心微珠的穿孔处理：首先配置好穿孔剂溶液，然后将空心微珠浸泡在穿孔剂溶液中并密封，采用磁力搅拌器以200～500rpm转速搅拌10～20min后，将空心微珠过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心微珠；

St2：发泡剂助剂溶液填充多孔空心微珠：将多孔空心微珠和发泡剂助剂溶液一起加入高压反应釜，反应压力控制在0.3～0.8MPa，转速控制在1500～2000rpm搅拌1～2h后，过滤、晾干，使空心微珠的内腔被发泡剂助剂溶液部分填充；

St3：多孔空心微珠壳体的密封：将堵孔剂制成胶状溶液，然后加入含有发泡剂助剂溶液的空心微珠，搅拌5-10min后，过滤、干燥，从而将空心微珠壳体上的微孔堵住；

St4：固体发泡剂包覆空心微珠：将St3制备的密封后空心微珠和固体发泡剂按一定质量比，加入到行星式球磨机的球罐中，并添加一定量的酒精，将球磨机的转速控制在500-1000rpm，球磨10-20min，然后取出后晾干，制备出固体发泡剂包覆的空心微珠；

St5：耐压剂的微胶囊包覆：利用微胶囊包覆技术，用耐压剂外壳材料制成的微囊，将St4中固体发泡剂包覆的空心微珠再包覆起来，从而制备出最终的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂。

2.根据权利要求1所述的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，其特征在于，按重量份数由下述组分组成：空心微珠8-12份、发泡剂助剂溶液35-40份、堵孔剂1-3份、固体发泡剂40-45份、耐压剂外壳材料10-15份。

3.根据权利要求1或2所述的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，其特征在于，所述的空心微珠为漂珠、空心玻璃微球、空心树脂微球中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，其特征在于，所述的堵孔剂为明胶、石蜡、硬脂酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、壳聚糖、硅酸铝镁、田箐胶中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，其特征在于，所述的耐压剂外壳材料为疏水性纳米二氧化硅、醋酸乙烯树脂、甲基纤维素、聚乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚十二内酰胺、聚乙烯醇中的一种。

6.根据权利要求1所述的乳化炸药用双层壳体结构耐压剂，其特征在于，所述的穿孔剂为氢氟酸溶液、浓硫酸溶液和氢氧化钠溶液中的一种。

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