王 瑋，羅一鳴，楊 建，高 杰，蔣秋黎

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DNTF靜電火花感度影響因素試驗(yàn)研究

王 瑋，羅一鳴，楊 建，高 杰，蔣秋黎

（西安近代化學(xué)研究所，陜西西安，710065）

為了提高DNTF炸藥在應(yīng)用過(guò)程中的安全性，通過(guò)大型靜電火花感度測(cè)試儀，研究了不同影響因素，如粒度、炸藥狀態(tài)、含水量對(duì)DNTF單質(zhì)炸藥?kù)o電感度的影響。研究結(jié)果表明：隨著DNTF單質(zhì)炸藥粒度的增大，靜電火花感度降低；當(dāng)粉末狀DNTF單質(zhì)炸藥制成片狀或藥柱后，靜電感度大幅度降低；增加DNTF單質(zhì)炸藥含水量，其靜電火花感度顯著降低，而加入AP后，其靜電感度顯著增加。

DNTF；靜電火花感度；粒度；炸藥狀態(tài)；含水量

靜電火花感度是評(píng)價(jià)火炸藥安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)[1-3]。由于火炸藥一般是高電阻材料[4]，其電阻率多數(shù)都在1012~1016Ω/cm之間。DNTF作為一種新型高能熔鑄載體炸藥，在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程中極易與周圍介質(zhì)發(fā)生摩擦產(chǎn)生靜電，如果不采取有效措施，就可能發(fā)生著火或爆炸事故。目前，有關(guān)DNTF炸藥的靜電火花感度的研究報(bào)道很少，本文通過(guò)大型靜電火花感度測(cè)試儀研究了粒度、炸藥狀態(tài)、炸藥中水分含量等影響因素對(duì)DNTF炸藥?kù)o電感度的影響，提出了降低DNTF炸藥?kù)o電感度的技術(shù)途徑，為提高DNTF炸藥生產(chǎn)、運(yùn)輸使用、儲(chǔ)存中的安全性提供了科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品

DNTF，西安近代化學(xué)研究所自制，純度98%以上。

1.1.1不同粒度DNTF單質(zhì)炸藥制備

將DNTF單質(zhì)炸藥分別使用32目、50目標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，取50目篩下部分為試樣1，32目篩下部分為試樣2，32目篩上部分樣品為試樣3，試驗(yàn)藥量為50g。

1.1.2片狀DNTF單質(zhì)炸藥制備

稱取適量DNTF單質(zhì)炸藥熔融后倒入銅盤中，將熔融液體均勻鋪滿整個(gè)銅盤，液體厚度約為1mm，室溫下冷卻凝固后，使用銅錘將銅盤中的DNTF炸藥敲成尺寸不超過(guò)0.5cm×0.5cm薄片，制成片狀DNTF炸藥樣品，試驗(yàn)藥量為50g。

1.1.3 DNTF藥柱制備

將熔藥鍋接通蒸汽，將DNTF放入熔藥鍋，用攪拌棒攪拌，直到DNTF完全熔化，然后將DNTF炸藥藥漿倒入Φ40mm的柱形模具中，待完全冷卻凝固后取出藥柱，使用車床將藥柱加工成直徑40mm、質(zhì)量50g的DNTF藥柱樣品。

1.1.4不同含水量DNTF炸藥制備

將DNTF單質(zhì)炸藥藥粉過(guò)32目篩，取50g篩下部分DNTF炸藥加入0g、5g蒸餾水，藥粉和蒸餾水充分混合均勻后待用。

1.1.5 DNTF/AP藥柱制備

將熔藥鍋接通蒸汽，按照DNTF/AP=35/65的配方比例稱取試樣100g，先將DNTF放入熔藥鍋，用攪拌棒攪拌直到DNTF完全熔化后，再向其中加入AP，攪拌均勻后將DNTF/AP炸藥藥漿倒入Φ40mm的柱形模具中，待完全冷卻凝固后取出藥柱，使用車床將藥柱加工成直徑40mm、質(zhì)量50g的DNTF/AP藥柱樣品。

1.2 試驗(yàn)原理

炸藥試樣在一定的裝藥條件下，受到尖端放電的電火花作用，觀察試樣是否容易被引爆。

1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用ESD LS-30大型靜電火花感度測(cè)試儀，主要由3部分組成：主單元、測(cè)試容器和高壓探針，如圖1所示。

圖1 主單元示意圖

主單元是由高壓?jiǎn)卧妥詣?dòng)控制單元組成，測(cè)試容器被同軸電纜連接到主單元，高壓放電測(cè)量是使用高壓探針來(lái)實(shí)現(xiàn)的。測(cè)試容器由樹脂玻璃容器、蓋、銅棒產(chǎn)生的陽(yáng)極、銅盤產(chǎn)生的陰極組成，如圖2所示。

圖2 測(cè)試容器示意圖

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在爆炸塔中進(jìn)行。將測(cè)試樣品放置在35nF電容器的靜電放電范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。大型靜電火花感度測(cè)試儀的測(cè)試電壓可調(diào)節(jié)范圍為0~30kV，選擇一個(gè)測(cè)試電壓放電，5s后測(cè)試儀會(huì)重新達(dá)到該電壓值進(jìn)行放電，直到觀測(cè)到樣品爆炸。在第30次放電后，如果炸藥仍未發(fā)生爆炸，靜置15~20min，使用接地棒將測(cè)試容器放電，觀察樣品狀態(tài)。若樣品狀態(tài)未發(fā)生變化，將測(cè)試電壓提高1kV繼續(xù)試驗(yàn)，直到樣品爆炸，記錄此時(shí)電壓值及在該電壓值下放電次數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束。

2 結(jié)果與討論

2.1 炸藥粒度對(duì)DNTF單質(zhì)炸藥?kù)o電感度的影響

使用靜電火花感度儀對(duì)不同粒度DNTF炸藥試樣進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表1。試樣爆炸后，在爆炸塔內(nèi)只能收集到陽(yáng)極和破碎的陰極，如圖3所示。

表1 不同粒度DNTF靜電火花感度試驗(yàn)結(jié)果

Tab.1 Test result of electrostatic spark sensitivity of DNTF with different granularity

由表1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著DNTF單質(zhì)炸藥粒度的增大，堆積密度減小，能夠使其發(fā)生爆炸的測(cè)試電壓增大，即DNTF單質(zhì)炸藥的靜電火花感度降低。圖4為不同粒徑DNTF單質(zhì)炸藥試樣在100倍掃面電鏡下的照片。從圖4中可以看出，隨著DNTF炸藥粒徑的增大，炸藥的比表面面積減小。

圖3 試驗(yàn)現(xiàn)象

(c) DNTF-3

圖4 不同粒徑DNTF單質(zhì)炸藥試樣100倍掃描電鏡照片

Fig.4 SEM of DNTF with different granularity

靜電感度試驗(yàn)時(shí)陽(yáng)極尖端局部放大示意圖見(jiàn)圖5，陽(yáng)極尖端、空氣間隙、炸藥顆粒的尺寸基本在同一數(shù)量級(jí)。電極間有很多空氣間隙[5]，空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)小于炸藥晶體，所以電擊穿必定先在空氣縫隙發(fā)生。氣體中形成放電通道后，通道中心是等離子體，同時(shí)產(chǎn)生高頻輻射。通道中心氣體受熱膨脹引起氣體運(yùn)動(dòng)并可能形成沖擊波。炸藥顆粒越小，比表面積就越大，所接受爆轟產(chǎn)物的能量也就越大，形成活化中心的數(shù)目越多，因而容易引起爆炸反應(yīng)，且有利于爆轟的傳播，因此，隨著DNTF單質(zhì)炸藥粒度的減小，DNTF單質(zhì)炸藥的靜電火花感度增加。

圖5 靜電感度試驗(yàn)陽(yáng)極局部放大示意圖

2.2 炸藥狀態(tài)對(duì)DNTF單質(zhì)炸藥?kù)o電感度的影響

研究發(fā)現(xiàn)DNTF單質(zhì)炸藥對(duì)靜電具有敏感性，針對(duì)炸藥不同狀態(tài)，如粒狀、片狀及藥柱對(duì)DNTF的靜電感度是否會(huì)產(chǎn)生不同的影響，本文開展了研究工作。采用大型靜電火花感度測(cè)試儀測(cè)試片狀、柱狀DNTF單質(zhì)炸藥的靜電感度，并與粒狀DNTF炸藥?kù)o電感度對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同狀態(tài)DNTF的靜電火花感度試驗(yàn)結(jié)果

Tab.2 Result of electrostatic spark sensitivity test for different state of DNTF

由試驗(yàn)結(jié)果可知，片狀DNTF炸藥和DNTF藥柱在最大測(cè)試電壓29.7 kV下受到30次放電均未發(fā)生爆炸，與粒狀DNTF單質(zhì)炸藥?kù)o電感度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，當(dāng)DNTF單質(zhì)炸藥制成片狀后，靜電感度大幅度降低。這可能是由于DNTF炸藥熔融后制成片狀或藥柱后鑄裝炸藥結(jié)構(gòu)更加致密，爆轟產(chǎn)物的能量不易被其吸收，所以不容易起爆。

2.3 炸藥中含水量對(duì)靜電感度的影響

將不同含水量的DNTF試樣進(jìn)行靜電感度測(cè)試和水分含量測(cè)試，得到不同水分含量下的靜電感度，研究炸藥中含水量對(duì)DNTF單質(zhì)炸藥?kù)o電感度的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同含水量DNTF靜電火花感度試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 Result of electrostatic spark sensitivity test for DNTF with different content of water

由表3試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)DNTF單質(zhì)炸藥藥粉中含水量達(dá)到一定值后，其靜電火花感度顯著降低。

2.4 AP對(duì)DNTF靜電感度的影響

高氯酸銨是一種密度大、有效氧含量高的固體氧化劑，具有高的熱安定性、低的吸濕性、優(yōu)良的化學(xué)安定性和低的感度，原料易得、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，因此在導(dǎo)彈、宇航及煙火工業(yè)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。另外它又是一種不敏感的正氧平衡炸藥，用于混合炸藥可改善氧平衡和爆轟性能，并且可以根據(jù)配方不同進(jìn)行壓裝或鑄裝。AP對(duì)DNTF靜電火花感度影響的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 含AP的DNTF靜電火花感度試驗(yàn)結(jié)果

由表4試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)在DNTF中加入AP后，DNTF藥柱由不發(fā)生反應(yīng)到施加17.0kV電壓后第1次就發(fā)生爆炸反應(yīng)，可見(jiàn)，AP的加入提高了DNTF炸藥的靜電感度。首先，這可能是由于AP是一種強(qiáng)氧化組分，其分子中含有爆炸性基團(tuán)-OClO3，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，感度高；其次，AP是一種微米級(jí)假體電阻≥1017Q的高絕緣粉粒[6]，具有極大的比表面，易產(chǎn)生靜電積累。當(dāng)DNTF/AP藥柱受到高壓靜電刺激后，AP首先發(fā)生劇烈分解反應(yīng)，產(chǎn)生熱積累，從而引起DNTF發(fā)生反應(yīng)。

3 結(jié)論

（1）隨著DNTF單質(zhì)炸藥粒度的增大，堆積密度減小，其靜電火花感度降低；當(dāng)粉末狀DNTF單質(zhì)炸藥制成片狀或藥柱后，靜電感度大幅度降低；當(dāng)DNTF單質(zhì)炸藥藥粉中含水量達(dá)到一定值后，其靜電火花感度顯著降低；當(dāng)在DNTF炸藥中加入AP后，其靜電感度顯著增加。

（2）DNTF作為一種新型高能炸藥，在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程中極易與周圍介質(zhì)發(fā)生摩擦產(chǎn)生靜電，為了消除DNTF由于靜電產(chǎn)生的危害，在生產(chǎn)時(shí)可以將DNTF炸藥制備成片狀或者增加DNTF藥粉的粒度和含水量，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)增加DNTF炸藥周圍環(huán)境濕度，從而降低DNTF炸藥的靜電感度，增加其安全性。

[1] 陳加興.火工制品靜電感度分布研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1993,13(1):44-48.

[2] 陳政新,黃久生,李敬魁,劉芳.火工品靜電感度試驗(yàn)方法研究[J].火工品,2001(4):40-42.

[3] 曹海峰,王國(guó)立.火炸藥?kù)o電感度研究進(jìn)展[J].礦冶,2002, 11(1):17-20.

[4] 林大澤,徐天瑞.工業(yè)粉塵防爆與治理[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,1990.

[5] C.R. Westgate. Electrical and photographic characterization of low-intensity capacitor spark discharges[R].AD:A008356, 1975.

[6] 孟憲東,丁敦輝，崔瑞禧.高氯酸銨防靜電結(jié)構(gòu)材料技術(shù)研究[J].化學(xué)推進(jìn)劑及高分子材料,2002(1):8-11.

Experimental Research on Factors Influencing the Electrostatic Spark Sensitivity of DNTF

WANG Wei，LUO Yi-ming，YANG Jian，GAO Jie，JIANG Qiu-li

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an,710065)

For improving the safety of DNTF in application, the effect of granularity, explosive state and water content on electrostatic spark sensitivity of DNTF was studied, by large scale electric static spark sensitivity testing device. The study shows that the electrostatic spark sensitivity of DNTF reduces with the increase of the explosive granularity, when the farinose DNTF is made to sheet explosive or explosives grain, the electrostatic spark sensitivity of DNTF reduces evidently. When the water content of DNTF increases, the electrostatic spark sensitivity reduces obviously, however, the electrostatic spark sensitivity increases as adding the ammonium perchlorate to DNTF.

DNTF；Electrostatic spark sensitivity; Granularity；Explosive state；Water content

1003-1480（2015）03-0042-04

TQ564

A

2015-01-26

王瑋（1985-），女，助理研究員，從事混合炸藥配方設(shè)計(jì)及工藝技術(shù)研究。