本文是一篇工程硕士论文，本文选取高粘度油相为原材料，微晶蜡，白蜂蜡，乳化炸药专用混合油相(中石化南阳能源化工有限公司)，以及自制混合油相，将其应用与乳化炸药中，通过高原环境的模拟，观测不同油相材料所制得乳化炸药在经历高原环境前后的性质变化，以此分析高原环境对乳化炸药的影响，以及选用油相材料是否适用于高原环境。
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
乳化技术在工业炸药的应用与发展催生了一种以安全著称的炸药即乳化炸药，这些年来诞生了许多衍生种类，因为其产品具有多样性，并能适用于各种复杂环境，因此被广泛使用和推广，作为工业炸药中大量使用的一种炸药，使用方法简单、良好的爆炸性、较高的安全性是其他炸药不能同时具有的独特优势，使得其在工程爆破领域中得到日益广泛的应用[1-3]。乳化炸药是一类用乳化技术制备的油包水型乳胶炸药，由于其结构本身内部含水，因此是抗水型工业炸药，它以氧化剂(主要为工业硝酸铵等)水溶液的为分散介质，悬浮在包含许多分散的微小气泡或空心玻璃微球的似油相材料中，形成了一种油包水(W/O)型的空间结构[4, 5]。
随着西部大开发战略的进行，越来越多的矿产资源得以开发。新疆、西藏、等地区乳化炸药的使用量以及需求逐年上升，但西部部分地区常年处于冻土阶段，同时空气稀薄，这对乳化炸药安全使用提出了严重考验[6-9]。从工程实践来看，乳化炸药在高原环境下的使用过程中存在爆炸性能降低，半爆或拒爆的情况，使得工程进度缓慢，爆炸设计方案预想结果与实际之间差距较大。因此对乳化炸药在高原环境中的研究有较大的意义。
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1.2 乳化炸药组成及作用
乳化炸药由多种组分混合后经过乳化而形成，从反应原理来划分，乳化炸药由氧化剂，还原剂，敏化剂组成。其中氧化剂作为分散相，还原剂作为连续相，在乳化剂和强烈的搅拌作用下形成乳胶基质，内部呈现为高浓度油包水型的结构，这极大的增大了氧化剂与还原剂之间的接触面积，利于化学反应的进行，随后向制备好的乳胶基质中加入敏化剂，由于各式各样的微小气泡的加入，使得乳化炸药具有了雷管感度。从外观形态划分，乳化炸药由水相、油相、敏化剂组成。
1.2.1 水相
乳化炸药水相一般也可称为氧化剂水溶液主要由水、硝酸铵组成，是各种添加剂的一种溶剂，质量在乳化炸药中占比达到了90%以上，在很大程度上决定了乳胶基质的密度，同时在乳化炸药中作为分散油相的材料，承担着氧化作用，化学反应为爆炸冲击波提供主要的能量，其中析晶点是判断水相溶液的一个重要指标，析晶点是指一定形状的固体从溶液中析出时的温度，在实际生产过程中，往往以它的高或低来判断硝酸铵、硝酸钠、水溶液、等配比是否合理[10-13]。若析晶点过高则炸药爆炸性能、抗水性能以及稳定性都会恶化。因此在实际生产过程中硝酸钠、尿素等经常作为一种辅助性物质，加入到硝酸铵水溶液中，以此降低硝酸铵在水溶液的析晶点，增大溶解度，在一定程度上能提升乳化炸药的稳定性以及爆炸性能[14]。
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2 实验方案设计
2.0 实验材料的选取
由于高原的气候条件，液体油相所制得的乳化炸药在负压，低温条件下，爆速性能急剧降低，同时稳定性较差，因此此次高原环境的油相材料，需要满足高熔点，高粘度，在低温下有一定的延展性等条件[50]。选用白蜂蜡，微晶蜡，乳化炸药专用油相，以及实验室自备的复合油相。白蜂蜡是由蜂蜜分泌物的蜡经过一系列氧化，漂白，最后精制所得的一种混合物，无光泽，无结晶。外观形状为白色固定，其相对密度较低，熔点较为62~67℃。由于其产地的不同，物质组成也不相同，本次实验采用中蜂蜡，其为假塑性流体，随着剪切速率的增高而粘度变低，以短烷烃链为主。微晶蜡其结晶粒子较小，其碳原子数量在26以上，以长链烷烃为主，外观呈现白色，与其他蜡共熔后，能提高蜡的熔点，同时也常常用于改进粗性蜡的各种性能[51]。同时选用乳化炸药专用复合蜡(中石化南阳能源化工有限公司)进行对比判定自制混合蜡是否适用，其余制作乳化炸药材料如表1所示。
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2.1 高原环境乳化炸药的制作
由于高原环境为低温低压，参考耐低温乳化炸药相关文献[52-56]，本文取水的百分比为12，考虑硝酸钠作为一种低能量因子的物质，在爆轰反应中提供能量相对较少，同时需要足够的硝酸钠与硝酸铵适配[57]，因此取硝酸钠为7%，因此最终确定本文乳化炸药配方如表2所示。
实验所需仪器：Zq4116/型乳化器，电加热板，玻璃棒，烧杯，电子天平(精度0.001)，水银温度计，玻璃棒，牛角药勺，漏斗等。
水相的制作：用不锈钢杯作为容器，按表2中配方称取硝酸铵、硝酸钠以及水若干，随后将其放置于电加热板上，将加热档位调至五档，使硝酸铵、硝酸钠完全溶解，且加热至105~110℃，在加热过程中需用玻璃棒不断搅拌，以此加速溶解过程，同时防止硝酸铵底部结晶。
油相的制作：用不锈钢杯作为容器，按表2中配方称取适量油相，乳化剂，随后将其放置于电加热板上，将加热档位调制至五档，使其完全溶化，需注意当温度升至90-95℃时应立即停止加热，以免温度过高，使得乳化剂老化，乳化性能降低。
制得90-100℃热水，将其倒入至乳化器保温层，形成水浴加热，将制备好的油相倒入搅拌器内，打开乳化器，转速调整至1200r/min，同时在1min内将水相倒入使之与油相混合。此次实验乳化搅拌过程持续3min，最后得到乳胶基质。
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3 高原环境乳化炸药物理性质研究 .................................15
3.1 乳化炸药敏化气泡显微观测 ...........................15
3.2 乳化炸药密度的测试 .............................15
3.3 乳胶基质粒径测试 ...................................17
4 乳化炸药性能研究 ....................................23
4.1 爆速测试 .................................23
4.1.1 常温常压下爆速测量 ......................................23
4.1.2 高原环境爆速测量 ............................24
5 乳化炸药热安定性影响 .............................33
5.1 炸药热分解简析 ..............................................33
5.1.1 炸药热分解的过程及特点 ......................33
5.1.2 炸药热分析现状 ................................35
5 乳化炸药热安定性影响
5.1 炸药热分解简析
5.1.1 炸药热分解的过程及特点
工程硕士论文参考
炸药的热分解反应就是当温度达到一定值时，炸药内部会进行分解反应，在相当短的时间内，炸药化学键进行了断裂，放出大量能量，生成许多低分子的物质。高能炸药的热分解行为往往伴随着其相的改变，在储存时，防止其发生危险事故以及安全的使用过程中，其热分解行为也会表现在温度变化，质量变化的等，并且对炸药进行热分析，在很大程度上能更加清晰的了解到其化学反应过程，以及反应机理。因此，对炸药的进行热分解是有重要意义且必要的。
根据以前学者的分析研究，总结出炸药的热分解过程主要分为以下三步[74-77];
(1)初期:在这一阶段炸药内部处于稳定阶段，几乎不发生热分解，并且观察不到明显的分解现象，即放热、气体产物等接近于零。
(2)加速期:热分解速率慢慢地增大，气体产物，以及产热量明显增加，在某一时刻热分解速率达到最大。
(3)减速期:达到最大分解速率后，由于剩余炸药质量少，分解速率会持续衰减，随后完全反应结束，速率最终减低至0。
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6 结论与展望
6.1 结论
本文选取高粘度油相为原材料，微晶蜡，白蜂蜡，乳化炸药专用混合油相(中石化南阳能源化工有限公司)，以及自制混合油相，将其应用与乳化炸药中，通过高原环境的模拟，观测不同油相材料所制得乳化炸药在经历高原环境前后的性质变化，以此分析高原环境对乳化炸药的影响，以及选用油相材料是否适用于高原环境。结果表明：
(1)对四种乳化炸药进行粘度测试，发现乳化炸药粘度值随温度的降低而升高，微晶蜡所制的乳化炸药粘度最高，同时自制混合油相粘度与白蜂蜡相似，乳化炸药专用混合油相粘度最低，且其随温度的降低，粘度升高并不明显。
(2)在高原环境前后对乳化炸药进行密度测试，显微观测法，粒度测试，以及电导率测试，发现乳化炸药在经过高原环境后其密度会有所降低，敏化气泡数量减少，同时直径增大，形状变得较不规则，粘度较高的油相，影响越小。而乳化炸药的乳胶基质粒径变化较小。在经历高原环境后部分油相其析晶率会显著升高。
(3)对乳化炸药进行爆速测试，得出四种油相所制乳化炸药在常温常压下其爆速均超过4000m·s-1，当经过模拟高原环境放置24h，并在真空爆炸罐中起爆，得出乳化炸药爆速均有所降低，其中自制混合油相所制乳化炸药爆速降低较小，满足高原环境。微晶蜡爆速降低主要原因是由于电导率升高发生一定析晶导致的，而乳化炸药专用油相是由于密度以及敏化气泡导致的。通过爆热实验，以及高低温循环实验，研究所制乳化炸药的爆热以及储存稳定性，结果得出，自制混合油相乳化炸药，爆热达到4053KJ·kg-1，自制混合油相乳化炸药在高低温循环15天后有一定析晶。
参考文献（略）