乳化炸药稳定性及其破乳机理研究

为研究乳化炸药储存稳定性及其破乳机理,通过乳胶基质储存试验,采用显微照相法观测乳化炸药储存过程中乳状液的变化,采用甲醛还原法测定乳胶基质析晶量随时间的变化,并对硝酸铵的结晶进行理论分析。结果表明,乳化剂是影响乳化炸药储存稳定性的关键因素,提出了炸药乳状液破乳机理;析晶量随时间的关系也表明乳化剂是影响乳胶基质存储稳定性的重要因素。认为使用高分子乳化剂增强油膜厚度和抑制硝酸铵析晶是提高乳化炸药稳定性的有效方法,同时将研究结果与工业生产实际相结合,对得到的结论进行了检验。通过本文的研究,达到了深入认识影响乳化炸药储存稳定性的因素以及破乳机理的目的。     

表面活性剂浓度对乳胶基质平均粒径的影响和机理分析

乳胶基质内相液滴的平均粒径大小直接反映了可燃剂和氧化剂的混合均匀程度,是影响乳化炸药爆炸性能和稳定性能的重要因素。主要研究了油相中表面活性剂浓度对乳胶基质内相液滴平均粒径的影响。使用5种含有不同表面活性剂浓度的外相材料制备乳胶基质,并且使用激光粒度仪测试了所有样品的平均粒径。实验结果表明:油相材料中表面活性剂的浓度越大,则制备出的乳胶基质平均粒径越小。然后通过表面张力的理论分析和外相动力粘度的实验测试,进而分析出增加表面活性剂降低乳胶基质的平均粒径的机理:表面活性剂的增加导致了外相材料的动力粘度的增大,进而使乳胶基质平均粒径变小,和表面张力无关。     

电导率法检测乳化炸药储存稳定性的实验研究

采用破乳剂Tween80,在温度70℃、搅拌速度400 r/min的条件下将乳化基质、乳化炸药在400 mL的水溶液中进行破乳。检测破乳过程中水溶液的电导率变化,绘制电导率-时间曲线,以此判断乳化基质、乳化炸药储存期间的稳定性。论述了实验原理及影响实验的因素。实际检测了乳化基质和乳化炸药在自然储存及冷冻储存条件下电导率-时间曲线的变化规律。检测结果与显微镜观察破乳情况和实际爆破性能对比表明,电导率法检测得到的结论与显微镜观察的析晶破乳状态及实际爆破性能基本一致。最终,通过大量的生产线检测数据确定了一组电导率-时间曲线作为标准曲线,以此为依据可快速判断乳化炸药的储存期。     

模拟高原环境下黏度对乳化炸药性能影响

为研究乳化基质黏度对乳化炸药在高原地区的性能影响,选取4种高黏度蜡制备乳化炸药,经过不同海拔高度的模拟储存,测试了乳化基质黏度、粒径、电导率及敏化气泡变化并对模拟后爆速与猛度进行分析。实验结果表明,在海拔高度500 m以下时,乳化炸药性能几乎不发生变化;海拔高度在2 500 m以上时,乳化炸药开始明显析晶,爆炸性能显著下降。当模拟储存环境从海拔高度0 m上升到4 500 m时,4种乳化基质的粒径没有发生显著变化,化学敏化的乳化炸药的敏化气泡扩散聚集程度与黏度呈负相关。微晶蜡、白蜂蜡、混合蜡、5#复合蜡所制备的乳化炸药的电导率增长率分别为：68.18%、18.18%、13.64%、4.55%,猛度分别下降：21.87%、8.72%、6%、13.56%,爆速分别下降：19.21%、4.43%、3.23%、10.82%。表明在高原地区乳化炸药生产时,在一定范围内提高乳化基质黏度,能够有效提升乳化炸药稳定性。     

环氧树脂/聚丙烯酸酯复合乳液的制备Ⅰ:丙烯酸酯单体及聚合对环氧树脂乳胶粒的溶胀行为

采用环氧树脂/聚乙二醇嵌段共聚物为乳化剂及相反转法制备了环氧树脂E-44水乳液,探讨了乳化剂用量对相反转点的影响,以及相反转搅拌速度对环氧树脂乳胶粒子粒径的影响.结果表明,随乳化剂用量的增加,相反转点变小;随搅拌速度的增加,乳液的平均粒径显著减小.探讨了丙烯酸酯类混合单体及聚合反应对环氧树脂乳胶粒的溶胀行为.结果表明,混合单体对环氧树脂乳胶粒子有溶胀作用,当单体与环氧树脂的质量比(Mm/MEP)达到0.8时,乳胶粒被胀破,但复合预乳液的稳定性并未下降;聚合后,环氧树脂乳胶粒的平均粒径进一步增大且分布变宽,当Mm/MEP达到0.6后,部分乳胶粒因粒径过大而发生沉降.     

支链化结构高分子乳化剂的合成机理和应用

针对聚异丁烯顺丁烯二酸酐（PIBSA）和醇胺类产品为原料氯化催化合成的支链化结构的新型高分子乳化剂（以下简称氯化法高分子乳化剂）,进行了合成机理的研究、谱图分析和实验室储存性能的测试。该乳化剂制备的基质性能良好,添加量(质量分数）分别为1.5%和1.2%时,经过9个高低温循环,和进口高分子乳化剂添加量1.5%（质量分数）生产的基质析晶程度无差别。3组工业试验结果表明,氯化法高分子乳化剂（质量分数1.2%）生产的乳胶基质,初始爆速达3 787 m/s以上,与进口高分子乳化剂生产的乳胶基质性能相当;在矿山颠簸500 km和储存30 d的条件下,氯化法高分子乳化剂制备的乳胶基质性能衰减最小。因此,氯化法高分子乳化剂应用在现场混装乳化炸药中,可以降低乳化剂的添加量,从而达到降低成本的目的,也可以替代国外进口的高分子乳化剂,具有良好的爆破效果和储存性能。     

Span-80和T-152对乳化炸药低温稳定性的影响

分别以Span-80、T-152为乳化剂制备乳胶基质和乳化炸药,在-30℃冷冻10天后通过水溶法测定它们的析晶率,并用显微镜观察两种乳胶基质。结果表明:用T-152制备的乳化炸药冷冻后的析晶率是用Span-80制备乳化炸药的3.57倍,前者的破乳程度高于后者。采用Chem3D软件的MM2分子动力学模块对Span-80和T-152分子进行Molecular Dynamics计算,模拟低温对乳化剂分子结构的影响,分析两种乳化剂制备的乳化炸药在低温下稳定性产生差异的原因。计算结果显示:-30℃时T-152分子失去立体结构,可能是用T-152制备的乳化炸药低温稳定性较差的主要原因。     

Span-80和T-152对乳化炸药低温稳定性的影响

分别以Span-80、T-152为乳化剂制备乳胶基质和乳化炸药,在-30℃冷冻10天后通过水溶法测定它们的析晶率,并用显微镜观察两种乳胶基质。结果表明:用T-152制备的乳化炸药冷冻后的析晶率是用Span-80制备乳化炸药的3.57倍,前者的破乳程度高于后者。采用Chem3D软件的MM2分子动力学模块对Span-80和T-152分子进行Molecular Dynamics计算,模拟低温对乳化剂分子结构的影响,分析两种乳化剂制备的乳化炸药在低温下稳定性产生差异的原因。计算结果显示:-30℃时T-152分子失去立体结构,可能是用T-152制备的乳化炸药低温稳定性较差的主要原因。     

耐低温乳化炸药的研究进展

传统乳化炸药在低温下由于乳胶基质中氧化物溶解度降低、水相凝固、有机相变硬等原因,存在破乳析晶、结冻等现象,致使其爆炸性能降低,不能完全爆轰,甚至拒爆,影响高纬度地区低温条件下的工程爆破作业效果。综合近年来国内外对耐低温乳化炸药的研究,对乳化剂类型、油相材料、氧化剂水溶液的析晶点、敏化方式等影响乳化炸药耐低温性能的主要因素分别进行了概述及分析,综述了耐低温乳化炸药的研究进展。     

油水相界面张力对乳化炸药性能的影响

采用白金环法测定了乳化炸药复合油相与硝酸铵水溶液的界面张力,并研究了乳化剂质量分数、温度、分子结构和热值对油水相界面张力的影响以及界面张力对乳胶基质微观结构和储存稳定性的影响。结果表明,随着乳化剂质量分数的升高,界面张力先下降后保持恒定;随着温度升高,界面张力呈线性下降趋势;复合蜡组分的异构化烷烃含量越高,环状化合物越少,热值越低,油水相界面张力越低。随着界面张力和临界质量分数的降低,乳胶基质的粒径减小。乳胶基质的储存稳定性随着油相材料界面张力的降低而增强。     

Review of Surfactant Evaluation Methods and Perturbations of Components in Phases to Predict Onset of Emulsion Instability

Emulsions are a class of formulations used from paints to drug delivery in dilute to concentrated form, made by mixing two immiscible phases with an emulsifier. This presentation is divided into two parts. The first part is a review of methods adopted to evaluate surfactants/emulsifiers and the inadequacies existing to explain the role of impurities in flocculation, coalescence, and Ostwald ripening, leading to emulsion instability. In the second part, emulsion instability is predicted in a novel approach, wherein the purity of the components in oil and water phases, presented in two individual matrices, is perturbed. The addition of the perturbed matrices and the solution of its determinant is construed as the onset of emulsion instability.     

Liesegang Banding for Controlled Size and Growth of Zeolitic‐Imidazolate Frameworks

Here, the formation of periodic precipitation (Liesegang bands) from hybrid (organic–inorganic) components is reported, namely ZIF‐8, ZIF‐67, and their mixed metal derivatives. The spacing and width laws that characterize the Liesegang system are determined and the resulting pattern is exploited to crystal engineer various sizes and doping of the ZIF material. Several key parameters that govern the crystallization process of ZIF‐8 are investigated in each band and the growth of the particles in each band is found to follow an Ostwald ripening mechanism.     

胶状乳化炸药油溶性破乳研究

通过分析胶状乳化炸药接触机油后产生油水分离的原因,探讨胶状乳化炸药油溶性破乳机理。结合破乳案例进行原因分析,运用相似相溶原理、湿润增溶机理、模拟实验与化学分析相结合的方法,对油溶性破乳进行了研究。研究发现,油溶性破乳实际是一种溶解现象,油包水型乳化炸药基质的胶体具有亲油性,机油与胶体充分接触形成润湿现象,接触部位的界面膜遭到了破坏,相邻的内相粒子聚集形成大液滴并析晶,胶体的水、油相破乳分离,放出热量加速破乳进程,贮存环境条件不良时破乳析晶扩散。结果表明,油溶性破乳本质是相似相溶,防止乳化炸药油溶性破乳的有效方法是切断破乳路径。     

Ostwald ripening of silver in glass

The Ostwald ripening theory developed in metals and ceramics was applied to a silver-glass system. Experimental results showed that growth kinetics of silver particles obey the Ostwald ripening mechanism. The particle size distribution, however, was inconsistent with the theory, probably because of other factors not included in the Ostwald ripening theory. Modified equations failed to explain the experimental results. Values for the interfacial energy were obtained using the modified theory and sessile drop method.     

Shape accommodation during grain growth in the presence of a liquid phase

The shape change of large tungsten spheres in a matrix of small tungsten particles and nickel-rich melt was studied. The formation of polyhedral particle shapes, which require less interspace to be filled with melt or pores may be caused by shape accommodation or contact flattening. Calculations support that shape accommodation during Ostwald ripening occurs, due to the small cross sections for diffusion in the melt of the neck areas of the large growing particles. It was shown that shape changes caused by shape accommodation may occur even at low stresses in flat neck areas in contrast to the contact flattening mechanism which require high stresses in these regions.     

Phase field simulation of morphology evolution and coarsening of γ′ intermetallic phase in Ni–Al alloy

Abstract

The morphology evolution and coarsening behaviour of γ′ (Ni₃Al) phase in Ni–Al alloys were investigated by using the Cahn–Hilliard and Ginzberg–Laudan phase field equations, and the composition, order parameter and average particles size evolution coupling with the internal elastic strain were studied. Cubic γ′ phase was presented firstly and then the rectangle particles were formed by means of coarsening; the mechanisms of γ′ phase coarsening are Ostwald ripening or coalescence of neighbouring particles. The average particle size of γ′ phase increases rapidly at the initial stage, and it slows down at the coarsening dominated stage. The average particle size follows a cubic law of ‘Lifshitz–Slyozov’ encounter modified theory in the coarsening regime.     

二元互不溶体系中第二相颗粒的Ostwald熟化

二元互不溶体系是具有重要工程技术价值的材料。综述了近年来二元互不溶体系中第二相颗粒的Ostwald熟化的研究进展,简述了Ostwald熟化的经典理论——LSW理论和现代Ostwald熟化理论,着重介绍了二元互不溶体系中第二相颗粒的Ostwald熟化以及第二相体积分数、颗粒形状和合金元素的影响。     

二氧化硅基质包埋硅纳米晶的微观结构和发光性能

利用离子注入和后续高温退火的方法制备了包埋在二氧化硅(Si02)基质中的硅纳米晶,研究了不同离子注入浓度试样的微观结构和发光性能,以及硅纳米晶的生长机理和发光机制.结果表明:较小的硅纳米晶(<5 nm)其生长机理符合Ostwald熟化机理,较大的纳米晶(>10 nm)则是由多个小纳米晶粒通过孪晶组合或融合而成的;离子注入浓度为8×1016cm-2的样品其发光强度是离子注入浓度为3×1017cm-2样品发光强度的5倍;硅纳米晶内部的微观结构缺陷(如孪晶和层错)对其荧光强度有很大的影响.