ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ГЛОБУЛ ЭМУЛЬСИИ НА ДЕТОНАЦИОННЫЕ ПЛАСТИКОВЫМИ ПОЛИМИКРОСФЕРАМИ

УДК 662.217
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ГЛОБУЛ ЭМУЛЬСИИ НА ДЕТОНАЦИОННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭВВ ПРИ ИХ СЕНСИБИЛИЗАЦИИ
ПЛАСТИКОВЫМИ ПОЛИМИКРОСФЕРАМИ
И.Ю. Маслов
ЗАО «Спецхимпром», г.Москва
Осуществлена оценка влияния
размеров глобул эмульсии
на детонационные
характеристики ЭВВ при их сенсибилизации пластиковыми полимикросферами.
При распространении опыта применения ЭВВ сенсибилизированных
пластиковыми полимикросферами для осуществления щадящего взрывания, в
качестве базовых эмульсий предусматривается использование эмульсионных
матриц местного производства. Вследствие использования предприятиями
различных технологий и эмульгаторов, при создании ЭВВ неизбежно будет
наблюдаться использование эмульсий, имеющих глобулы различного размера.
В настоящее время отсутствуют методики учета влияния размеров глобул на
детонационные характеристики
ЭВВ сенсибилизированных
пластиковыми
полимикросферами.
Данная работа посвящена оценке влияния размеров глобул эмульсионных
матриц на детонационные параметры эмульсионных взрывчатых веществ
сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами.
Согласно [1-5] скорость детонации D и давление в т. Чепмена-Жуге P*
определяется выражением:
D2 
2(k  1)Qv
k  1 ãàç
c(1 
0 )(1    j )
k
j
P* 
где

ãàç
0
 0газ
k 1
D2

 
 0 (1    i ) 1   0  i 
i
i i 

(1)
(2)
1
(3)
 i ( j ) - коволюм i ( j ) - вещества; QV - теплота взрыва; i - массовая доля i -
твердого вещества в продуктах взрыва; i - плотность i -твердого вещества в
продуктах взрыва; c - отношение средней мольной теплоемкости продуктов
детонации при температуре взрыва к универсальной газовой постоянной.
Таким образом, для определения детонационных характеристик ВВ
необходимо знание величины o .
В случае сенсибилизации ЭВВ пластиковыми микросферами начало
развития детонационного процесса обусловлено схлопыванием поверхностных
микропор [5]. Величина o при этом определяется из уравнения [5]:
0  zýô ô  00   ýì  âî çä    ýì 1  zýô ô  ,
(4)
Где 00 – начальная плотность ВВ, эм - плотность эмульсии;  âî çä пористость ЭВВ, обусловленную воздухом, подхваченным при смешении
полимикросфер с эмульсией; эффективная пористость ЭВВ zýô ô  1 
 Ro
Rãðàí
1  z  ,
Rãðàí - радиус полимикросферы. Ro - радиус микропоры, z - относительное
уменьшение объема поверхностной поры.
Величина z для поверхностных микропор определяется из уравнения [5]:

2 Pf  1


î
  ý D*  3  z  1
T 2 ñÑñ
*  ý

zý  1 

Ro
1
2 Pf

 2 ñ   ýî D* 

2
3*


3


6
 Ro  
 .
6 
 


1


  1 

z
 ý 

(5)
где Ro - радиус микропоры,  - размер частиц эмульсии; Pf - величина
фронтального давления детонационной волны; с , с , Сс - плотность,
коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость аммиачной селитры
соответственно;  - внутренний коэффициент трения аммиачной селитры;  э плотность матрицы ЭВВ;  эо - пористость эмульсионной составляющей ВВ,
обусловленная полимикросферами; T - подъем температуры ЭВВ вследствие
трения, необходимый для начала реакции взрывного горения.
Величина T определяется, исходя из уравнения:


Tu 
w L  w2 L2 
T   T*  1 1
 1  k   To 1  k  .
cэ
To 



где
(6)
T* = 523 К (температура начала автокаталитической реакции
разложения аммиачной селитры [1]); w1 и w2 - удельные площади пленок воды
и аммиачной селитры на поверхностях трещин сдвига соответственно; L1 и L2 удельные теплоты парообразования воды и разложение аммиачной селитры
соответственно; k - коэффициент термоактивности:
k 
1с1 1
,
эсэ  э
(7)
( 1 , с1 , 1 - коэффициент теплопроводности, теплоемкость и плотность газов в
пузырьке (в ударной волне); э , сэ ,  э - коэффициент теплопроводности,
теплоемкость и плотность эмульсии);
Tu 
8   1  1 1
2
W  U 
2
 1  1 R
(8)
где R - универсальная газовая постоянная; W - массовая скорость
вещества ВВ за фронтом ударной волны,
U- приращения массовой скорости
[2].
(  1 , 1 коэффициент адиабаты, средний молекулярный вес газов пузырька
соответственно);
величина 1 равна: 1  1о
1 1
1 1
(9)
( 1о - начальная плотность газов в пузырьке).
Система уравнений (1)-(9) позволяет учесть влияние  - размер частиц
эмульсии на значения скорости детонации и давления в т.Чепмена-Жуге.
4000
Скорость детонации, м/с
3950
3900
3850
3800
3750
3700
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
1,100
Плотность ЭВВ, г/см3
Диаметр частиц эмульсии 5 мкм
Диаметр частиц эмульсии 10 мкм
Диаметр частиц эмульсии 7,5 мкм
Рис.1. Зависимость скорости детонации от плотности ЭВВ при различных
размерах глобул эмульсии.
4,5
Давление в т.Чепмена-Жуге, ГПа
4
3,5
3
2,5
2
1,5
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
1,100
Плотность ЭВВ, г/см3
Диаметр частиц эмульсии 5 мкм
Диаметр частиц эмульсии 10 мкм
Диаметр частиц эмульсии 7,5 мкм
Рис.2. Зависимость давления в т.Чепмена-Жуге от плотности ЭВВ при
различных размерах глобул эмульсии.
2,50
Коэффициент политропы
2,40
2,30
2,20
2,10
2,00
1,90
1,80
1,70
1,60
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
Плотность ЭВВ, г/см3
Диаметр частиц эмульсии 5 мкм
Диаметр частиц эмульсии 10 мкм
Диаметр частиц эмульсии 7,5 мкм
Рис.3. Зависимость коэффициента политропы продуктов взрыва от плотности
ЭВВ при различных размерах глобул эмульсии.
На рис.1-3 приведены расчетные зависимости скорости детонации,
давления газообразных продуктов взрыва в т.Чепмена-Жуге, коэффициента
политропы продуктов взрыва – от плотности ЭВВ при различных размерах
глобул. При построении приведенных выше зависимостей рассматривалась
эмульсия следующего химического состава (NH4NO3-80,7 %, H2O – 14 %, топл.
фаза -5.3 %). Радиус полимикросферы 1,5 мм, радиус поры 60 мкм, насыпная
плотность полимикросфер 0,05 г/см3. При расчетах полагали, что объем
«подхваченного»
воздуха
при
смешении
матричной
эмульсии
с
полимикросферами пропорционален объему вводимых полимикросфер (  âî çä
изменяется от 0,18 до 0,05 при увеличении плотности ЭВВ от 0,5 г/см3 до 1,0
г/см3).
Анализ полученных зависимостей показывает:
- величина коэффициента политропы газообразных продуктов взрыва
определяется в основном плотностью ЭВВ и слабо зависит от размера глобул
эмульсии;
- для эмульсий среднего качества
(7-10 мкм) скорость детонации
существенно зависит как от плотности ЭВВ, так и от размера глобул эмульсии.
При этом скорость детонации увеличивается с ростом плотности ЭВВ и
уменьшением глобул эмульсии. Скорость детонации высококачественных
эмульсий (диаметром 5 мкм и менее) слабо зависит от плотности ЭВВ;
-
давление
газообразных
продуктов
взрыва
в
т.Чепмена-Жуге
увеличивается при уменьшении размера глобул эмульсии.
Полученные зависимости не противоречат основным физическим
представлениям
о
развитии
детонационных
процессов
в
ЭВВ
сенсибилизированных пластиковыми полимикросферами [5] и представляют
интерес при производстве и применении рассматриваемого вида ВВ.
Литература
1.
Горинов С.А., Куприн В.П., Коваленко И.Л. Оценка детонационной
способности
эмульсионных
взрывчатых
веществ//
В
кн.:
Высокоэнергетическая обработка материалов.- Днепропетровск: Артпресс, 2009.- с.18-26.
2.
Влияние химической природы окислителя на детонационные
характеристики ЭВВ. Горинов С.А., Куприн В.П., Коваленко И.Л.,
Собина Е.П.// В кн.: Развитие ресурсосберегающих технологий во
взрывном
деле.
III
Уральский
горно-промышленный
форум.-
Екатеринбург, 2010 C.191-201.
3.
Горинов С.А., Маслов И.Ю. Теоретическая оценка детонационных
параметров
гранэмитов,
сенсибилизированных
полимикросферами. // ГИАБ, 2010, №8.
пластиковыми
4.
Кутузов Б.Н., Горинов С.А. Физико-технические основы создания
эмульсионных и гранулированных ВВ и средств их инициирования. //
ГИАБ, 2011, №7.
5.
Горинов С.А., Маслов И.Ю. Оценка детонационных параметров
эмульсионных взрывчатых веществ сенсибилизированных пластиковыми
полимикросферами. // ГИАБ, 2011, №7
АВТОР
И.Ю. Маслов, генеральный директор ЗАО «Спецхимпром», г. Москва
E-Mail: [email protected] Тел(факс) +7(495) 665-00-93