通过乳化基质流变性变化预测、评估乳化炸药稳定性研究

Stability is one of the important properties of emulsion explosive. It affects the normal use of emulsion explosive, the choice of equipment and the setting of process parameters in production. However, how to predict and assess the stability of emulsion explosive accurately and effectively is a difficult problem. The rheological property reflects the flow and deformation of materials under the action of external force. It shows the change of microstructure by the variation of macroscopic properties. It is a link between the microstructure and macroscopic properties. This project plans to use the variation of the rheological properties of emulsion explosive matrix to predict and assess the long-term stability of emulsion explosive and its stability under the action of external force. Firstly, the method that the application of structure recovery capability to assessment the stability of emulsion explosive matrix under the action of external force was established by studying the relationship between structure recovery capability and the intensity of external force. Secondly, the method that the application of the variation of rheological properties of emulsion explosive matrix to prediction the long-term stability of emulsion explosive was established by studying the variation of structure strength, creeping property and structure recovery capability with time. Finally, how to improve the stability of emulsion explosive through selecting suitable raw materials was studied by establishing the correlation between rheological properties and stability.

乳化炸药的稳定性直接关系到乳化炸药能否正常使用以及乳化炸药生产中设备的选择和工艺参数的设定，是乳化炸药最重要的性质之一。但是如何准确且有效的预测、评估乳化炸药的稳定性是一个研究难点。流变性反应了物质在外力作用下的形变和流动，它将物质结构的变化在宏观性质上进行了体现，是联系物质微观结构与其宏观性质的纽带。本项目拟采用乳化基质流变性的变化预测、评估乳化炸药在外力作用下和长期储存时的稳定性。首先，通过研究结构恢复能力与外力作用强度之间的相关性，建立采用结构恢复能力来评估乳化基质外力作用下稳定性的方法。其次，通过研究长期储存过程中乳化炸药及其基质结构强度、蠕变性质、结构恢复能力与时间的相关性，建立采用乳化基质流变性的变化来预测乳化炸药长期储存过程中稳定性的方法。最后，采用流变性和稳定性的相关性来研究如何筛选合适的原材料以提高乳化炸药稳定性。

本项目通过系统研究乳化炸药及其基质在外力作用下和长期储存过程中的稳定性，建立了通过乳化基质流变性变化预测、评估乳化炸药稳定性的方法，并采用此方法分析了原材料性质对乳化炸药稳定性的影响。该项目的研究可为准确、有效的评估和预测乳化炸药稳定性提供可靠的技术支撑。所获成果的总体情况如下：.（1）通过研究外力作用下乳化基质流变性和结构的变化发现，外力较大时，乳化基质流动曲线中出现第二牛顿区，乳化基质结构受到较大的破坏，出现较多的硝酸铵析晶现象。当分散相液滴尺寸降低，这种结构破坏的程度会显著减小。乳化基质的结构回复能力也随分散相液滴尺寸的减小而提高。.（2）通过研究发现，乳化炸药及其基质储存中的不稳定性主要源于分散相中硝酸铵析晶，硝酸铵析晶越多，乳化炸药稳定性越差。而乳化炸药/基质储存过程中线性粘弹区储能模量的变化和硝酸铵析晶现象有密切的关联，硝酸铵析晶越多，乳化炸药/基质线性粘弹区储能模量越高，稳定性越差。此外，由于乳化基质和乳化炸药储存过程结构变化原理相似、流变性现象变化一致，因此，我们建立了采用乳化基质线性粘弹区储能模量变化预测、评估乳化炸药长期储存稳定性的方法。.（3）采用乳化基质流变性变化研究了原材料性质对乳化炸药长期储存和外力作用下稳定性的影响。首先，当表面活性剂与硝酸铵结合能力上升，所形成乳化炸药的稳定性有所提高。得益于小分子表面活性剂较强的乳化效率，由其和聚异丁烯表面活性剂形成的乳化炸药初始粘度有所上升，但是，小分子表面活性剂形成的界面膜较弱，乳化炸药的稳定性大幅下降。其次，对于确定的乳化体系而言，油相粘度必须在一定的适宜范围内，才能形成稳定性优良的乳化炸药。当采用生物柴油作为油相材料，乳化炸药的稳定性快速下降。第三，加入柠檬酸调控分散相的pH值并不改变乳化炸药的稳定性。硝酸铵含量下降和添加一部分氯化钠、硝酸钙、硝酸钠等无机盐使得乳化基质储能模量略有升高，但并未明显改善乳化炸药的稳定性。