储氢型动态敏化复合乳化炸药爆轰机理和安全性研究

Emulsion explosive is the most widely used industrial explosive in China. However, traditional emulsion explosives exists low explosion power, pressure desensitization and safety problems. In order to improve its performance, hydrogen-containing emulsion explosive was invented. This type of emulsion explosives was sensitized by hydrogen storage material which would release H2 when compressed by shockwaves. This innovative sensitizing method not only enhances anti-pressure ability of emulsion explosive effectively, but also increases its charging density and explosion power; the safety of emulsion explosives also improved by coating hydrogen storage material.Previous researches show that: hydrogen-containing emulsion explosive has advantages in work capability, brisance, detonation velocity and pressure resistance ability, and to be worth notice that shock wave energy of it increased over 30%, and its brisance (25.8mm) reached military explosives RDX criterion, so its application prospect is much promising. Primary studies found that hydrogen-containing emulsion explosives has a different detonation mechanism from classical detonation theory and traditional emulsion explosives, and needs to be further studied. In addition, basic problems such as detonation and dynamic sensitizing mechanism, hydrogen absorption and desorption kinetics,thermal decomposition reaction, safety, etc. have not been completely proved. Therefore, this project plans to further study these problems by experiments, theory analysis and numerical calculation, and expects to establish related theory of this new type of emulsion explosives, in order to lay a foundation of further study and application on it.

乳化炸药是我国目前用量最大的一类工业炸药，但存在爆炸威力低、压力减敏和安全性等问题。为了改善其性能，课题组研发了储氢型复合乳化炸药。该炸药利用储氢材料受压时分解产生氢气实现乳化基质动态敏化，有效增强乳化炸药抗压性能，提高装药密度和爆炸威力；通过包覆储氢材料，解决了乳化炸药的安全性问题。已有研究表明：储氢型乳化炸药在做功能力、猛度、爆速和抗压力减敏等方面性能优异，与传统乳化炸药相比，冲击波能增加30%以上，猛度(25.8mm)达到军用炸药(RDX)标准，具有良好的应用前景。研究发现，储氢型乳化炸药具有与经典爆轰理论和传统乳化炸药不同的爆轰机理，具有研究价值，而课题组目前对爆轰机理、动态敏化机理、吸放氢动力学、热分解效应、安全性等基础性问题尚未探明。在此背景下，本项目拟采用实验研究、理论分析、数值计算等方法对这些问题开展深入研究，以期建立这种新型炸药的相关基础理论，为其后续研究和应用奠定基础。

乳化炸药是我国目前用量最大的一类工业炸药，存在爆炸威力低、压力减敏和安全性等问题。对此，本项目研究了储氢型复合乳化炸药技术，深入研究了以TiH2和MgH2为代表的储氢材料在乳化炸药中的应用，研究内容包括爆轰机理、抗压力减敏机理以及储存稳定性，已取得的主要成果概述如下：.(1)确定了乳化炸药热点起爆模型，理论计算得到了热点半径尺寸、敏化气泡中气体温度的改变量与敏化气泡尺寸大小以及敏化气体定容比热的关系。.(2)建立了玻璃微球型乳化炸药爆轰反应物理模型和数学模型，计算得到爆压、爆热、爆速、爆轰反应时间以及爆轰反应区长度等参数，计算结果与实验值吻合度较高。.(3)研究了MgH2型水解敏化储氢乳化炸药的爆轰反应特性和爆轰机理，结果表明：与玻璃微球型乳化炸药相比，MgH2型水解敏化储氢乳化炸药水下爆炸冲击波总能量增加了32%以上，猛度达到18.58mm，爆速达到5000m/s。.(4)实验研究与理论分析发现，MgH2型水解敏化储氢乳化炸药的爆轰反应程度高于传统乳化炸药，这是其爆轰性能优于传统乳化炸药的主要原因，并且MgH2型的爆轰反应机理与传统乳化炸药不同，在乳化炸药爆轰反应过程中伴随着MgH2的放氢反应。.(5)设计了动态减敏实验装置，研究发现MgH2能够显著增强乳化炸药的抗压力减敏能力，“热点”是乳化炸药压力减敏的最主要因素，储氢材料“动态敏化”作用是使抗减敏能力增强的重要原因。.(6)确定了“石蜡和硬脂酸作为包覆材料的溶胶-凝胶包覆法”，石蜡包覆的MgH2型复合敏化储氢乳化炸药的猛度超过24mm，达到军用炸药RDX的水平；包覆的MgH2能够起到动态敏化效果，具有很好的防水性能，但抗氧化能力有待提高。.(7)稳定性试验表明，MgH2型储氢复合乳化炸药在储存5个月后爆轰性能没有太大改变，储存稳定性符合要求。.(8)在本项目资助下，课题组深入开展了储氢型高能炸药和物理储氢乳化炸药的研究工作，并将储氢型乳化炸药成功应用于爆炸复合、爆破工程等领域。.综上，本项目所研究的储氢型乳化炸药技术有效提高了乳化炸药的爆炸性能、安全性和稳定性，研究得到的有关储氢炸药的理论和试验参数有助于拓展炸药技术和非理想炸药爆轰的研究。项目负责人已完成基金申请书中的研究内容，本项目的研究成果对爆炸力学、炸药理论、实验技术都具有重要意义，具有军事和民用应用前景。