CN113912466A - 一种硼氢化钠敏化型乳化炸药 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硼氢化钠敏化型乳化炸药，涉及炸药制备技术领域，其组分包括储氢敏化剂和乳化基质；所述储氢敏化剂是纯度大于99％的硼氢化钠或其溶液形式，所述乳化炸药包括如下重量百分比的原料：储氢敏化剂0.005％‑6wt％，乳化基质94.00‑99.995wt％。所述硼氢化钠溶液是将硼氢化钠均匀溶解于水溶液或者碱性溶液中制成，碱性溶液的PH值在7‑14之间，根据所需要制成乳化炸药的密度可调整敏化剂溶液中硼氢化钠的含量在2‑800g/L之间。本发明所添加的敏化剂硼氢化钠结晶粉末或溶液在乳化基质内分布均匀，通过水解反应释放氢气并在乳化基质内扩散形成微气泡，氢气气泡在乳化炸药中既起到敏化“热点”的作用，又作为含能材料参与炸药爆轰反应，提高了乳化炸药输出能量。

Description

一种硼氢化钠敏化型乳化炸药

技术领域

本发明涉及炸药制备技术领域，具体是一种使用硼氢化钠或其溶液敏化的乳化炸药。

背景技术

我国乳化炸药发展于20世纪60年代末，泛指采用乳化技术生产的油包水(W/O)乳胶型抗水工业炸药。因为具有优良的抗水、环保、爆炸、贮存性能得到了广泛的应用，也是目前民用工业炸药中使用比例最高的一种。成分上是以氧化剂水溶液(以硝酸铵、硝酸钠、硫酸钠等溶于水制成)的微细液滴作为分散相，外包一层极薄但强度较高的油膜(即油相材料，也起到还原剂作用)，呈现较高的粘稠度，形成一种特殊的油包水型乳化体系，称之为乳化基质(也称乳胶基质)。乳化基质是未敏化的乳化炸药，不具有雷管感度，它的密度较大，需要很高的起爆能量，并且传爆非常困难。因此，制备乳化炸药的最后一个重要环节是敏化过程。通过物理或化学方法添加敏化剂将乳化基质敏化，即在乳化基质中引入大量均匀分布微小气泡，利用气泡中空气的绝热压缩和“热点”特性，产生雷管起爆感度，敏化过程结束后，乳化基质便成为了乳化炸药。传统工业乳化炸药的敏化剂分为物理敏化剂和化学敏化剂以及复合敏化剂(按比例先后加入物理与化学敏化剂两种物质)，常用的物理敏化剂有中空玻璃微球、膨胀珍珠岩，化学敏化剂有亚硝酸铵。需要指出的是，现有技术中无论是利用物理敏化剂，还是利用化学敏化中加入的发泡剂，“敏化”过程主要是引入大量均匀分布微小气泡，起到增加乳化基质内“热点”的作用，使得乳化炸药具有雷管起爆感度，传统敏化剂材料单纯起到“热点”作用，不是含能材料，对乳化炸药的爆炸、爆轰能量没有贡献。

储氢材料是一种新型含能材料，作为敏化剂加入乳化基质，在一定条件下会释放出氢气。氢气具有较高的能量密度，同液态碳氢燃料相比，是其三倍；而且它同氧气作用时，唯一产物是水，不产生任何污染。在乳化基质中敏化反应放出的氢气，既可以作为乳化炸药的敏化“热点”，同时氢气本身也是一种含能材料，在乳化炸药爆炸、爆轰过程中可以提高炸药能量。硼氢化钠是一种新型储氢材料，具有贮氢密度大、放氢动力学性能好的特点，其储氢质量比达10.57％，并且有总体质量轻、资源丰富、价格便宜的优点。

据中国专利检索，名称为“氢化钛型储氢乳化炸药”专利申请，申请号：CN201110277487.4，公告号：CN102432408A，其方法是在乳化炸药中加入质量为0.6-8％的高纯度氢化钛储氢材料，在引爆过程中，氢化钛作为敏化剂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敏化效果。名称为“氢化镁型储氢乳化炸药”专利申请，申请号：CN201110277355.1，公告号：CN102432407A，其方法是在乳化炸药中加入质量为0.2-6％的高纯度氢化镁储氢材料，氢化镁作为敏化剂与乳化基质内水发生化学反应，释放少量氢气，对乳化基质起到一定的敏化效果。名称为“一种储甲烷型玻璃微球敏化乳化炸药及制备方法”专利申请，申请号：CN201710862489.7，公告号：CN107573201A，其方法是通过连续换气装置将甲烷气体存储于玻璃微球内部，形成储甲烷型玻璃微球敏化剂，按质量比1.5～3.5加入乳化基质中进行敏化，得到乳化炸药，该敏化剂起到敏化作用又起到提高爆炸能量和爆炸产物气体含量的作用。名称为“一种储乙烷型玻璃微球敏化乳化炸药”专利申请，申请号：CN201710875003.3，公告号：CN107473915A，其方法是通过连续换气装置将乙烷气体存储于玻璃微球内部，形成储乙烷型玻璃微球敏化剂，按质量比1.5～3.5加入乳化基质中进行敏化，得到乳化炸药，该敏化剂起到敏化作用又起到提高爆炸能量和爆炸产物气体含量的作用。名称为“一种物理储氢玻璃微球敏化型乳化炸药及制备方法”专利申请，申请号：CN202011399319.8，公告号：CN112479793A，其方法是将游离态氢储存在玻璃微球内部作为乳化炸药的含能敏化剂，含能敏化剂既提供了含能热点又显著提高了炸药的爆轰性能。

从以上专利可以看出，氢化钛、氢化镁在乳化炸药中作为敏化剂，属于化学敏化方法，放氢量小，敏化效率不高，且材料本身价格昂贵，大大提高了工业乳化炸药的成本，不适合大规模应用于乳化炸药的生产及应用。玻璃微球中存储游离态氢、甲烷、乙烷后，作为物理敏化剂应用于乳化炸药，由于气体存储需要在高温高压反应釜中完成，工序较为复杂，玻璃微球本身成本较高，进行气体存储会进一步增加时间与经济成本，很难实现大规模廉价生产，该种敏化剂不能满足工业乳化炸药大批量生产的需要。硼氢化钠作为一种新型储氢敏化剂，其物质内部存储稳定的氢，放氢动力学性能好，价格便宜，可以满足乳化炸药大规模生产的需要。硼氢化钠单独以粉末或溶液的形式作为敏化剂添加至乳化基质中，通过常规的均匀搅拌，硼氢化钠在乳化基质中完成放氢过程，实现乳化炸药的敏化过程，释放出的微小氢气气泡既是乳化炸药的起爆“热点”又是炸药爆炸中的含能物质，在保证乳化炸药起爆感度的前提下，也提高乳化炸药的爆轰性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种硼氢化钠敏化型乳化炸药，该乳化炸药采用硼氢化钠作为敏化剂，硼氢化钠以粉末或溶液的形式添加至乳化基质中完成乳化炸药的敏化过程。敏化机理具体阐述如下：硼氢化钠与乳化基质内的水发生水解反应释放出微小氢气气泡，该氢气气泡起到起爆“热点”与含能工质的双重作用，使得该炸药具有优异的爆轰性能，并且该敏化剂成本低廉、单位质量炸药内用量少，大大降低了工业乳化炸药的成本。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种硼氢化钠敏化型乳化炸药，其组分包括储氢敏化剂和乳化基质；所述储氢敏化剂是硼氢化钠或其溶液形式，所述乳化炸药包括如下重量百分比的原料：储氢敏化剂0.005-6wt％，乳化基质94.00-99.995wt％。

进一步的，所述硼氢化钠是粉末或块状物质，为了提高敏化速度与敏化效率，增加敏化剂与乳化基质的接触面积，将块状硼氢化钠研磨成细小粉末状效果更好。

进一步的，所述硼氢化钠溶液是将硼氢化钠均匀溶解于水溶液或者碱性溶液中制成，水溶液可以是蒸馏水或者纯化水；碱性溶液的PH值在7-14之间，由碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钾、氢氧化二氨合银、氨水(一水合氨)、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾等按一定比例溶于蒸馏水或纯化水制成。

进一步的，所述的硼氢化钠在水溶液以及碱性溶液中的质量为2-800g/L之间，根据所需要制成乳化炸药的密度可调整敏化剂溶液中硼氢化钠的含量。

进一步的，所述乳化基质的配方与现有乳化炸药中常用乳化基质的配方相同，乳化基质一般有硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硫酸钠、尿素、水、蜡、松香、山梨糖醇单油酸酯、乳化剂等组分构成。

进一步的，所述的硼氢化钠敏化型乳化炸药的制备方法与现有技术中添加物理敏化剂玻璃微球的制备方法相同，在乳化基质中加入硼氢化钠粉末或以滴定的方式添加硼氢化钠溶液后，使用搅拌器连续搅拌，使混合均匀，再放置60分钟以上即完成。

本发明的有益效果：

1、本发明所添加的硼氢化钠结晶粉末或溶液在乳化基质内分布均匀，添加的硼氢化钠与乳化基质中的少量结合水进行水解反应生成氢气，所释放的氢气被乳化基质包裹，并在乳化基质内扩散形成微气泡，从而对乳化基质起到一定的发泡效果，最后形成起爆与传爆的“热点”，使得乳化基质完成敏化作用具有了雷管感度成为乳化炸药。

2、本发明添加的硼氢化钠敏化剂在乳化基质中生成氢气气泡，由于氢气本身是一种高能气体物质，燃烧后可以释放大量的能量，水解反应生成的氢气微气泡在乳化炸药中起到敏化“热点”的作用，同时在乳化炸药爆轰反应中参与爆轰波阵面上的反应，提供能量输出。因此，硼氢化钠敏化型乳化炸药输出能量中包含了乳化基质和硼氢化钠共同释放的能量，氢气参与反应改变了乳化炸药能量输出结构，该类型炸药总输出能量会大于现有乳化炸药的输出能量。

3、本发明使用硼氢化钠粉末或其溶液作为一种新型敏化剂，相比现有技术中添加物理敏化剂玻璃微球构成的乳化炸药，本发明炸药在冲击波峰值、冲量、能量等爆炸力学参数上满足工业炸药爆炸性能标准，是一种性能优异的新型乳化炸药。并且硼氢化钠价格比玻璃微球便宜很多，从生产材料上降低了工业乳化炸药的成本，可以很好的应用于大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例1中硼氢化钠含量0.2％的储氢乳化炸药进行水下爆炸测试得到的冲击波曲线图。

图2是本发明实施例1中玻璃微球含量4％的乳化炸药进行水下爆炸测试得到的冲击波曲线图。

图3是本发明实施例2中硼氢化钠含量0.4％的储氢乳化炸药进行水下爆炸测试得到的冲击波曲线图。

图4是本发明实施例2中亚硝酸钠含量0.25％的乳化炸药进行水下爆炸测试得到的冲击波曲线图。

图5是本发明实施例3中硼氢化钠溶液含量0.8％的储氢乳化炸药进行水下爆炸测试得到的冲击波曲线图。

图6是本发明实施例3中膨胀珍珠岩含量4％的乳化炸药进行水下爆炸测试得到的冲击波曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

硼氢化钠和乳化基质总质量30g，硼氢化钠含量为总质量的0.2％(＝0.06g)。常温下向乳化基质添加硼氢化钠粉末后，使用搅拌器连续搅拌5-30分钟，放置60分钟后进行水下爆炸测试。

所使用的乳化基质配方见表1：

表1实施例1所使用的乳化基质配方

为了进行对比实验，对照组采用添加传统物理敏化剂玻璃微球至乳化基质内进行敏化。已有实验表明：当玻璃微球含量为4％时，该类型乳化炸药输出能量最大。因此本实施例制作时，乳化基质和玻璃微球总质量为30g，玻璃微球含量为总质量的4％(＝1.2g)。其使用的乳化基质种类与表1相同。向乳化基质添加玻璃微球后，使用搅拌器连续搅拌45分钟，放置3小时后进行水下爆炸测试。

水下爆炸测试中，硼氢化钠含量为乳化炸药总质量0.2％的冲击波曲线见图1，玻璃微球含量为乳化炸药总质量4％的冲击波曲线见图2。图中：横坐标表示时间(单位：us)，纵坐标表示压力(单位：MPa)，水下爆炸冲击波曲线由示波器记录。各种测试参数见表2，表2中数据均从冲击波曲线上读取。

表2实施例1水下爆炸冲击波爆轰参数

从表2可见，本发明的硼氢化钠型储氢乳化炸药的峰值压力小于玻璃微球的乳化炸药，但冲量与能量密度均大于后者，其能量密度为每千克乳化炸药爆炸后释放的爆热，在水下爆炸实验测试中，通过比冲击波能与比气泡能进行计算所得。也就是说，硼氢化钠虽然降低了乳化炸药水下爆炸的冲击波峰值压力，但是敏化热点氢气气泡参与爆轰波阵面反应，可以提高爆炸场的温度及持续时间，对提高乳化炸药毁伤效应具有积极作用。

实施例2：

硼氢化钠和乳化基质总质量30g，硼氢化钠含量为总质量的0.4％(＝0.12g)。常温下向乳化基质添加硼氢化钠粉末后，使用搅拌器连续搅拌5-30分钟，放置60分钟后进行水下爆炸测试。

所使用的乳化基质配方见表3：

表3实施例2所使用的乳化基质配方

为了进行对比实验，对照组采用添加传统化学敏化剂亚硝酸钠至乳化基质内进行敏化。已有实验表明：当亚硝酸钠含量为0.15-0.4％时，该类型乳化炸药输出能量最大。因此本实施例制作时，乳化基质和亚硝酸钠总质量为30g，亚硝酸钠含量为总质量的0.25％(＝0.075g)。其使用的乳化基质种类与表1相同。向乳化基质添加亚硝酸钠后，使用搅拌器连续搅拌30分钟，放置50℃恒温箱3小时后进行水下爆炸测试。

水下爆炸测试中，硼氢化钠含量为乳化炸药总质量0.4％的冲击波曲线见图3，亚硝酸钠含量为乳化炸药总质量0.25％的冲击波曲线见图4。图中：横坐标表示时间(单位：us)，纵坐标表示压力(单位：MPa)，水下爆炸冲击波曲线由示波器记录。各种测试参数见表4，表4中数据均从冲击波曲线上读取。

表4实施例2水下爆炸冲击波爆轰参数

从表4可见，本发明的硼氢化钠型储氢乳化炸药的峰值压力、冲量与能量密度均大于后者，其能量密度为每千克乳化炸药爆炸后释放的爆热，在水下爆炸实验测试中，通过比冲击波能与比气泡能进行计算所得。硼氢化钠型乳化炸药中敏化热点氢气气泡参与爆轰波阵面反应，而亚硝酸钠敏化的乳化炸药释放气体是惰性气体氮气，相比较而言，氢气热点既可以作为敏化气泡又可以作为含能工质参与爆炸爆轰反应，所以硼氢化钠敏化的乳化炸药比亚硝酸钠敏化的乳化炸药爆炸性能参数都有所提升。

实施例3：

硼氢化钠和乳化基质总质量30g，硼氢化钠含量为总质量的0.8％(＝0.24g)。5℃环境下向乳化基质添加硼氢化钠粉末后，使用搅拌器连续搅拌5-30分钟，放置60分钟后进行水下爆炸测试。

所使用的乳化基质配方见表5：

表5实施例3所使用的乳化基质配方

为了进行对比实验，对照组采用添加传统物理敏化剂膨胀珍珠岩至乳化基质内进行敏化。已有实验表明：当膨胀珍珠岩含量为4％时，该类型乳化炸药输出能量最大。因此本实施例制作时，乳化基质和膨胀珍珠岩总质量为30g，膨胀珍珠岩含量为总质量的4％(＝1.2g)，其使用的乳化基质种类与表5相同。向乳化基质添加膨胀珍珠岩后，使用搅拌器连续搅拌40分钟，放置3小时后进行水下爆炸测试。

水下爆炸测试中，硼氢化钠含量为乳化炸药总质量0.8％的冲击波曲线见图5，膨胀珍珠岩含量为乳化炸药总质量4％的冲击波曲线见图6。图中：横坐标表示时间(单位：us)，纵坐标表示压力(单位：MPa)，水下爆炸冲击波曲线由示波器记录。各种测试参数见表6，表6中数据均从冲击波曲线上读取。

表6实施例3水下爆炸冲击波爆轰参数

从表6可见，本发明的硼氢化钠型储氢乳化炸药的峰值压力小于膨胀珍珠岩的乳化炸药，但冲量与能量密度均大于后者，其能量密度为每千克乳化炸药爆炸后释放的爆热，在水下爆炸实验测试中，通过比冲击波能与比气泡能进行计算所得。也就是说，硼氢化钠虽然降低了乳化炸药水下爆炸的冲击波峰值压力，但是敏化热点氢气气泡参与爆轰波阵面反应，可以提高爆炸场的温度及持续时间，对提高乳化炸药毁伤效应具有积极作用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明/实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明/实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明/实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明/实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种硼氢化钠敏化型乳化炸药，其特征在于，其组分包括储氢敏化剂和乳化基质，所述储氢敏化剂是硼氢化钠或其溶液形式，所述乳化炸药包括如下重量百分比的原料：储氢敏化剂0.005％-6wt％，乳化基质94.00-99.995wt％。

2.根据权利要求1所述的储氢敏化剂硼氢化钠，其特征在于，所述硼氢化钠是粉末或块状物质，为了提高敏化速度与敏化效率，增加敏化剂与乳化基质的接触面积，将块状硼氢化钠研磨成细小粉末状效果更好。

3.根据权利要求1所述的储氢敏化剂硼氢化钠溶液，其特征在于，所述硼氢化钠溶液是将硼氢化钠均匀溶解于水溶液或者碱性溶液中制成，水溶液可以是蒸馏水或者纯化水；碱性溶液的PH值在7-14之间，由碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钾、氢氧化二氨合银、氨水(一水合氨)、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾等按一定比例溶于蒸馏水或纯化水制成。

4.根据权利要求1所述的储氢敏化剂硼氢化钠溶液，其特征在于，所述的硼氢化钠在水溶液以及碱性溶液中的质量为2-800g/L之间，根据所需要制成乳化炸药的密度可调整敏化剂溶液中硼氢化钠的含量。

5.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，所述乳化基质的配方与现有乳化炸药中常用乳化基质的配方相同，乳化基质一般有硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硫酸钠、尿素、水、蜡、松香、山梨糖醇单油酸酯、乳化剂等组分构成。

6.根据权利要求1所述的硼氢化钠敏化型乳化炸药，其特征在于，所述的硼氢化钠敏化型乳化炸药的制备方法与现有技术中添加物理敏化剂玻璃微球的制备方法相同，在乳化基质中加入硼氢化钠粉末或以滴定的方式添加硼氢化钠溶液后，使用搅拌器连续搅拌，使混合均匀，再放置60分钟以上即完成。

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