CC BY
157
УДК 622.235.213
Ю. В. Жданов, С. Р. Андержанов, В. А. Соснин,
А. В. Соснин
ПОЛИМЕРНЫЕ МИКРОСФЕРЫ В ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВАХ
Ключевые слова: полимерные микросферы, сенсибилизатор, микросферы Expancel DET, скорость детонации, плотность,
эмульсионные взрывчатые вещества, патрон аммонита 6ЖВ.
Предлагаются к использованию в качестве сенсибилизатора во взрывчатых смесях про-мышленного назначения полимерные микросферы ExpancelDET. Проведенные сравнительные испытания на работоспособность патронов показали, что работоспособность патронов на микро-сферах МС-В находится на уровне стандартного патрона аммонита 6ЖВ, а эмульсионные гази-фицированные патроны значительно уступают им по данной характеристике. Результаты испыта-ний на морозоустойчивость показали, что все образцы патронов ЭВВ диаметром 60 мм надежно инициируются капсюлем детонатором №8 до температуры минус 20ОС, а при минус 40 ОС от дополнительного детонатора. При понижении температуры наблюдается некоторое снижение скорости детонации в пределах 5-10
Key words: polymeric microspheres, sensitizer, Expancel DET microspheres, detonation velocity, density, emulsion explosives, 6 ZhV
ammonite cartridge.
It is proposed to use thermostatic polymeric microspheres ExpancelDET as sensitizers in commercial explosive mixtures. The conducted comparative tests on the performance of cartridges showed that the cartridges with microspheres MS-B in the operation is at the level of the standard cartridge ammonite 6ZhV and emulsion gasified cartridges significantly inferior to them in a given characteristic. The frost resistance test results showed that all the samples of emulsion explosives 60 mm diameter cartridges reliably initiated with detonator capsule №8 to minus 20 ° C and at minus 40 with additional detonator. As the temperature decreases there is a decrease in the detonation velocity in the range of 5-10.
Термопластичные полимерные микросферы очень хорошо зарекомендовали себя в качестве сенсибилизатора во взрывчатых веществах. Они создают равномерную контролируемую ячеистую структуру.
По сравнению со стеклянными использо-вание полимерных микросфер экономически более выгодно.
Рис. 1 - Нерасширенные микросферы
Для большинства случаев применения во взрывчатых веществам рекомендуется использовать предварительно расширенные и сухие микросферы диаметром от 50 до 80 мкм и истинной плотностью 25 кг/м3.
Рис. 2 - Расширенные полимерные микро-сферы, заполненные изобутаном
Полимерные микросферы Expancel DET - это
сыпучий порошок белого цвета из сферических расширенных частиц, содержащих газ изобутан. Оболочка толщиной всего в долю микрона состоит из термопластичного сополимера.
Рис. 3 - Патроны различного диаметра
Влияние микросфер Expancel DET
на свойства эмульсионных взрывчатых веществ
Скорость детонации (VOD)
Данные испытаний показывают, что микросферы Ехрапсе1 DET создают высокую скорость детонации, которая может быть необходима при практическом применении взрывчатых веществ.
Плотность
Типичный состав эмульсионной матрицы имеет плотность от 1400 до 1500 кг/м3. Для получения надлежащих свойств эмульсионного взрывчатого вещества его плотность следует сни-зить до 10001300 кг/м3, что может быть достигнуто при добавлении около 0,4 % микросфер Ехрапсе1 DET.
Стабильность при хранении
При хранении эмульсионных взрывчатых веществ в патронах, где Ехрапсе1 DET используются в качестве активатора, стабильность ЭВВ сохраняется, даже при воздействии на 461 DET температуры до 90 °С в течение нескольких часов.
Предварительное сжатие
При добавлении Expancel DET в эмульсионное взрывчатое вещество никаких проблем с предварительным сжатием не отмечено.
Горение Expancel DET
Будучи органическим веществом Expancel DET во время детонации действует как топливо. Энергия сгорания DET составляет около 23 кДж/г DET.
Операция смешивания
Оборудование, применяемое при смешивании эмульсионной матрицы, так же можно использовать и для добавления микросфер Expancel DET. В этом случае для получения надлежащей дисперсии сфер в матрице, возможно, придется установить чуть более высокую скорость перемешивания.
Благодаря эластичности микросфер Expancel они практически не разрушаются во время смешивания. Если говорить о твердых сферах, то с ними часто возникает проблема, так как во время смешивания достаточно высокий процент сфер разрушается.
Для демонстрации вязкой прочности микросфер Expancel DET в условиях высокого давления и сдвига водная дисперсия сфер была закачана под высоким давлением через узкое отверстие в гомогенизатор Manton Gaulin. При давлениях в 140 и 230 бар не разрушилась ни одна сфера. При давлении в 400 бар разрушилось лишь около 2 % сфер.
1200 кг/м3
V_у
Рис. 4 — Схема получения ЭВВ
Безоболочковые (наливные) эмульсионные взрывчатые вещества
При использовании безоболочковых
эмульсионных взрывчатых веществ в глубоких скважинах давление внизу может достигать больших значений. Если же в таком случае в качестве активатора применяются микросферы Expancel DET, то сферы могут быть сжаты до такой степени, что часть чувствительности может быть потеряна. Некоторые производители взрывчатых веществ утверждают, что это действительно имеет место, тогда как другие не отмечали какого-либо уменьшения чувствительности.
Установлено, что в узких скважинах давление в нижней части намного меньше, чем может быть рассчитано, исходя из глубины скважины и
плотности взрывчатого вещества. В таких случаях трудностей со сжатием микросфер DET не наблюдается.
Специалисты полагают, что объяснением низкого давления является динамическое сопротивление сдвигу у этого взрывчатого вещества в сочетании с его хорошим "прилеганием" к стенке скважины.
Обращение и дозировка микросфер Expancel DET
Поскольку микросферы Expancel DET являются материалом с низкой плотностью, важно правильно с ним обращаться. Фирма «Лега», имея опыт работы с рассматриваемыми микросферами, может помочь другим организациям обращаться с продуктом простым и безопасным способом.
Фирма «Expancel» разработала систему непрерывной подачи микросфер Expancel DET в процесс приготовления взрывчатого вещества. Бункер для Expancel DET подключен к перистальтическому насосу, который подает микросферы в этот процесс с постоянной скоростью (рис. 5).
Рис. 5 — Установка дозирования микросфер
Проведение сравнительных испытаний патронированных ЭВВ с различными видами сенсибилизаторов на работоспособность
Для испытаний на определение работоспособности изготавливались патроны из полиэтиленовой пленки диаметром 32 мм и длиной 230 мм. Полученная эмульсия сенсибилизировалась стеклянными и полимерными микросферами и с помощью газообразователей. Для сравнения был использован стандартный патрон аммонита 6ЖВ, содержащий 21 % тротила и 79 % аммиачной селитры ЖВГ в бумажной упаковке диаметром 32 мм.
Сенсибилизация составов порэмита проводилась следующими методами:
- полимерными микросферами Expancel DET 80 d25 по ТУ 2291-012-25665344-2013 в количестве 0,4 % вес., выпускаемые в России фирмой «Лега»;
- стеклянными микросферами МСВ, группа Л1 ;
- газогенерирующей добавкой раствором нитрита натрия.
Характеристики сенсибилизирующих добавок приведены в табл. 1.
Работоспособность патронов определялась по оттиску на подложке при воздействии патрона на алюминиевую пластину и глубине пробития в стальной пластине. Для сравнения был использован стандартный патрон аммонита 6ЖВ.
Одновременно при проведении испытаний на работоспособность определялась скорость детонации. Инициирование зарядов производилось с помощью электродетонатора № 8. Испытания проводилось на территории испытательной площадки при температуре воздуха от минус 2 °С до минус 15 °С.
Скорость определяли ионизационным методом. Сущность метода, разработанного в соответствии с ГОСТ В3250-75, заключается в измерении в условиях стационарной детонации времени прохождения фронтом детонационной волны фиксированной базы измерения между двумя датчиками. Используются проволочные, фольговые или игольчатые датчики. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
установке.
Таблица2 - Результаты испытаний на работоспособность
Пластина (свидетель) Наименование показателя Сенсибилизатор
0,4 % полимерных микросфер ООО «Лега» Pi = 1,130 г/см3 р2 = 1,140 г/см3 4 % стеклянных микросфер МС-В р1 = 1,181 г/см3 р2 = 1,204 г/см3 1,5 % ГГД р1 = 1,146 г/см3 р2=1,149 г/см3 0,3 % полимерных микросфер ООО «Лега» без Са^03)2 Р1 = 1,177 г/см3 р2 = 1,184 г/см3
Алюминиевая Скорость детона-ции, км/с 4,980 4,76±0,03 3,14 ± 0,05 5,20 ± 0,02
Оттиск (ширина), мм 61 - 62 60 - 61 58 - 59 61 - 63
Стальная Полнота детонации полная полная полная полная
Оттиск и глубина: - ширина, мм - глубина, мм 36 - 37 1,9 32 - 34,5 1,0 3,9 0,4 36 - 37 1,9
При испытании аммонита № 6ЖВ на пластине-свидетеле (алюминий) диаметр оттиска составил 54 мм, а на стальном столбике глубина пробития составила 0,4 мм.
На рис. 6 ниже представлены фото образцов и результаты испытаний.
Проведенные сравнительные испытания на работоспособность патронов показали, что эмульсионные патроны порэмита 1 на полимерных микросферах Expancel DET 80d25 значительно превосходят по работоспособности стандартный патрон аммонита 6ЖВ, эмульсионные патроны с микросферами МС-В и газифицированные составы. Работоспособность патронов на микросферах МСВ находится на уровне стандартного патрона аммонита 6ЖВ, а эмульсионные газифицированные патроны значительно уступают им по данной характеристике.
Таблица 1 - Характеристики
сенсибилизирующих добавок
Наименование Микросферы Раствор
показателя МС-В Expancel нитрита
группа 1Л DET 80d25 натрия
Цвет белый белый бесцветный
порошок порошок раствор
Размер содержание
частиц, мкм 30-160 50-80 нитрита натрия 10 % вес.
Насыпная плотность
плотность, кг/м3 100-140 40 раствора 1050
Истинная количество
плотность, 1,5 % вес.
кг/м3 180-220 25 в эмульсии
Материал оболочки стекло термопластичный полимер без оболочки
Получение матричной эмульсии производили на
в
Рис. 6 - Образцы аммонита 6ЖВ и порэмита (а) и отпечатки на свидетелях из дюраля (б), (в)
Испытания детонационной способности патронированных эмульсионных ВВ при отрицательных температурах
Детонационную способность в патронах диаметром 60 мм при отрицательных температурах исследовали в следующей последовательности.
Образцы патронов ЭВВ термировали в морозильной камере в интервале температур от плюс 20°С до минус 40°С в течение 6-12 ч до полного промораживания составов, затем в термосе переносили на испытательную площадку и испытывали на полноту детонации с замером температуры в образцах перед испытанием. Разница между температурой термирования и температурой в образце после погружения в состав термометра составляла 0-5°С в сторону ее повышения. Сенсибилизация полимерными микросферами Ехрапсе1 DET 80d25 по ТУ 2291-012-25665344-2013 в количестве 0,4% вес., выпускаемыми в России фирмой «Лега», плотность зарядов порэмита составляла 1,13-1,14 г/см3. Результаты испытаний приведены в табл.3.
Таблица 3 - Результаты испытаний патронов ЭВВ 0 60 мм, длиной 40 см
Температура, 0С Скорость детонации, км/с
Образец 1 Образец 2
+ 20 5,401 от ЭД 5,402 от ЭД
- 10 5,32 от ЭД 5,33 от ЭД
- 20 5,01 от ЭД 5,04 от ЭД
- 40 Отказ в инициировании от ЭД 4,87 от доп. заряда 10г пластита
Результаты испытаний показали, что все образцы надежно инициируются капсюлем детонатором № 8 до температуры минус 20ОС, а при минус 40 ОС от дополнительного детонатора. При понижении температуры наблюдается некоторое снижение скорости детонации в пределах 5-10%.
Выводы
1. Проведенные сравнительные испытания на работоспособность патронов ЭВВ диаметром 32 мм показали, что эмульсионные патроны порэмита 1 на полимерных микросферах Expancel DET 80d25 значительно превосходят по работоспособности стандартный патрон аммонита 6ЖВ, эмульсионные патроны с микросферами МС-В и газифицированные составы. Работоспособность патронов на микросферах МСВ находится на уровне стандартного патрона аммонита 6ЖВ, а эмульсионные газифицированные патроны значительно уступают им по данной характеристике.
2. Результаты испытаний на морозоустойчивость показали, что все образцы патронов ЭВВ диаметром 60 мм надежно инициируются капсюлем детонатором №8 до температуры минус 20ОС, а при минус 40 ОС от дополнительного детонатора. При понижении температуры наблюдается некоторое снижение скорости детонации в пределах 5-10%.
© Ю. В. Жданов - директор ООО «Лега», Lega-dz@yandex.ru; С. Р. Андержанов - заместитель директора ООО «Лега», руководитель проекта Expance, Lega-dz@yandex.ru, В. А. Соснин - д-р техн. наук, главный конструктор по направлению ПВВ - начальник отдела АО ГосНИИ «Кристалл», kristall@niikristall.ru; А. В. Соснин - эксперт-исследователь АО «Взрывиспытания», zaovir@rambler.ru.
© Ju. B. Zhdanov - director of Company with Limited Responsibility "LEGA"(OOO"LEGA"); Lega-dz@yandex.ru; S. R. Anderzhanov- deputy director of OOO"LEGA", Lega-dz@yandex.ru; V A. Sosnin - head of department in Joint Stock Company "GosNII "Kristall (JSC "GosNII "Kristall"), kristall@niikristall.ru; A. V Sosnin - expert - researcher of JSC "Vzryvispytaniya", Moscow), zaovir@rambler.ru.
