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膨化硝酸铵自敏化理论及其炸药的物理性能和改性研究

【作者】 周新利

【导师】 吕春绪; 刘祖亮;

【作者基本信息】 南京理工大学, 应用化学, 2003, 博士

【摘要】 本文对不同粒径的膨化硝酸铵和普通粉状硝酸铵的孔径分布、孔容、累积孔面积和孔体积、扩展表面积和吸附能力等表面特性参数进行了系统测定,测试结果可以从微观上解释了膨化硝酸铵比普通粉状硝酸铵具有较高的吸油率和较低渗油性的根本原因在于膨化硝酸铵的多微孔结构特征。测试表明粉碎并不会破坏膨化硝酸铵的微细孔,也在一定程度上验证了自敏化理论的正确性。在分析热点理论和热爆炸理论的基础上,结合表面特性参数测试结果和膨化工艺的影响,提出了膨化硝酸铵及其炸药在热点形成时具有随机性;对膨化铵油炸药的冲击波感度进行了测试,表明膨化硝酸铵具有较高的冲击波感度,较大的比表面积和孔隙率完全符合冲击起爆的条件,从冲击波感度方面验证了自敏化理论的正确性。 利用双谱线测温技术建立了一套光纤测温系统,对膨化硝铵炸药、铵梯类炸药、乳化炸药和粉状乳化炸药的爆炸瞬态温度进行了实时连续测量,获得了几类炸药的爆温随时间的变化结果,测试结果表明膨化硝铵炸药具有较高的爆温,根据爆温测试结果,利用人工神经网络法优选了岩石和煤矿膨化硝铵炸药的配方。利用绝热法测试数种膨化硝铵炸药的爆热,结果表明膨化硝铵炸药具有较高的爆热。从爆温和爆热两个能量指标上证明了自敏化理论的正确性。 采用加速量仪研究了膨化硝酸铵及其炸药、普通硝酸铵、铵梯类炸药、乳化炸药和粉状乳化炸药的绝热分解过程;利用速率常数法和机理函数法计算了绝热分解的活化能、指前因子、反应级数等动力学参数和反应热等热力学参数。从绝热分解过程的温度、压力和温升速率随时间的变化,对膨化硝酸铵及其炸药和其它几类炸药的热安定性进行了安全性评价。测试表明膨化硝酸铵及其炸药和其它几类炸药具有良好的热安全性。 针对膨化硝铵炸药的流散性问题,采用添加流散性好的非爆炸性固体粉末、调整油相组成和配比以及用具有较高燃热值的固体可燃剂代替柴油的方法来改进膨化硝铵炸药的流散性,取得了丰富的实验结果,并提出了判断流散性的方法。针对装药密度问题,采用了在膨化过程中添加膨化结晶改性剂的方法和用部分微细粉状硝酸铵代替膨化硝酸铵的方法来改善装药密度的问题,实验表明两种方法是可行的,可提高装药密度。 本文采用纤维化、氧化剂盐浸泡法和包覆催化法对木粉进行了改性研究,并研究了改性木粉对炸药爆炸性能的影响,三种改性方法都能使膨化硝铵炸药的爆炸性能得到提高。对纤维化木粉、氧化剂盐改性木粉和不同粒度的普通木粉的表面特性参数进行了测试,表明两种改性木粉提高炸药爆炸性能的机理不同。不同粒度的普通木粉的表面特性参数相差不大,不再是决定炸药性能的关键因素,而粒度成为决定性因素。测试结果为木粉具有敏化、疏松作用提供了直接的证据。

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