Ghostscript wrapper for D:\Digitalizacja\MTS88_t26_z1_4_PDF_artykuly\01mts88_t26_zeszyt_1.pdf M EC H AN IKA TEORETYCZNA I  STOSOWANA 1,  26,  1988 ANALIZA  PARAMETRÓW  D ETON ACYJN YCH  M ATERIAŁÓW WYBUCHOWYCH   EM U LSYJN YCH   (MWE)  U CZU LAN YCH  SZKLAN YM I M IKROSF ERAM I  ZAWIERAJĄ CYMI  POWIETRZE AN D RZEJ  MARANDA  * EDWARD   WŁODARCZYK JACEK  SERAFINOWICZ W ojskowa Akademia T echniczna 1.  Wstę p Emulsyjne  materiał y wybuchowe,  ze wzglę du  na  swoje  zalety,  są   aktualnie  przedmio- tem  zainteresowania  wielu  naukowych  zespoł ów  wyspecjalizowanych  w  dziedzinie  nowo- czesnych  ś rodków  strzał owych.  Przejawem  tych  zainteresowań  jest  rosną ca  liczba  zgł o- szeń  patentowych,  przekraczają ca  aktualnie  sto  pozycji.  Jednocześ nie,  coraz  czę ś ciej zaczynają   się   pojawiać  artykuł y  w  czasopismach  naukowych  i  referaty  wygł aszane  na konferencjach  dotyczą cych  M WE  [1 -  6].  Jest  rzeczą   charakterystyczną ,  że  ich  autorzy są   gł ównie  przedstawicielami  Krajów  D alekiego  Wschodu —  kolebki  materiał ów  wybu- chowych. Ze wzglę du na niedostę pność niektórych czasopism  w naszym kraju,  jak  również barierę  lingwistyczną ,  trudno jest  definitywnie  okreś lić, jakie  badania został y już  przepro- wadzone  i  opisane. Emulsyjne  materiał y  wybuchowe  pod  wzglę dem  skł adu  chemicznego  są   saletrolami zawierają cymi  kilkanaś cie  procent  wody  oraz  dodatkowo  (w  niektórych  przypadkach) kilka  lub  kilkanaś cie  procent  udział u  masowego  krzemionki  w  postaci  baloników  lub kapilar  wypeł nionych  powietrzem.  Stosunki  masowe  podstawowych  skł adników  mają decydują cy  wpływ  n a  parametry  detonacyjne  M WE.  U zyskanie  charakterystyk  detona- cyjnych  MWE  w funkcji  zawartoś ci  gł ównych  komponentów  stwarza  moż liwość  opty- malizacji  skł adu  emulsji  wybuchowych.  Ponadto  stanowią   one  etap  prac  mają cych  na celu  wniknię cie  w  procesy  chemiczne  i  fizyczne  zachodzą ce  podczas  wybuchowej  prze- miany  MWE. W  pracy  okreś lono  wpływ  zawartoś ci  wody,  oleju,  mikrosfer  szklanych  wypeł nionych powietrzem  oraz  utleniaczy  na  prę dkość  i  ś rednicę   krytyczną   detonacji  M WE.  W  za- koń czeniu  przedstawiono  wstę pną,  jakoś ciową   interpretację   fizykochemiczną   uzyska- nych  charakterystyk  z  uwzglę dnieniem  roli  gł ównych  skł adników  w  procesie  detonacji MWE. 10 A.  M ARAN D A  I  IN N I 2.  Czę ść  doś wiadczalna W  celu  scharakteryzowania  materiał u wybuchowego  podaje  się   wartoś ci  jego  para- metrów  detonacyjnych.  W  niniejszej  pracy  okreś lono  eksperymentalnie  dwa  podstawowe parametry  M WE — prę dkość  detonacji  i  ś rednicę   krytyczną . Pomiar  prę dkoś ci  detonacji  wykonano  w  ł adunkach MWE, umieszczonych  w rurach stalowych  o  ś rednicach  36/ 42 mm, za pomocą   czujników  zwarciowych  z  wykorzystaniem czterokanał owego  mikrosekundomierza cyfrowego  T- 1510  o zdolnoś ci rozdzielczej  0,1  [t.s. Ś rednicę  krytyczną   detonacji  MWE okreś lano wstę pnie za pomocą  ł adunków stoż kowych, a  nastę pnie w  celu  sprecyzowania  wyników  pomiaru — za  pomocą  ł adunków cylindrycz- nych  o  skokowo  zmiennej  ś rednicy. D o  prób  laboratoryjnych  stosowano  oprócz  emulgatorów  produkcji  R F N  dostę pne krajowe  surowce,  kótrych  uż ycie  przewiduje  się   do  produkcji  MWE  na  skalę   pół tech- niczną ,  a  w  póź niejszym  czasie —  przemysł ową .  Zawartość  skł adników  zmieniano w nas- tę pują cych  przedział ach: —  azotan  amonowy  36,3—67,9  %  udział u  masowego . —  azotan  sodowy  0—31,6  %  udział u  masowego —  woda  10,8—22,0  %  udział u  masowego —  olej  maszynowy  n r  8  3,9—10,3  %  udział u  masowego • —•   szklane  mikrosfery (frakcja  poniż ej  0,125 mm,  gę stość  usypowa 0,36—0,38  g/ cm3)  2,9—26,0  %  udział u  masowego D o  mieszaniny  wybuchowej  dodawano  emulgatora  w  iloś ci  1,8%  udział u masowego. W  dalszym  cią gu  rozważ ań  wymieniają c  procentowy  udział  danego  skł adnika w  miesza- ninie  bę dziemy  mieli  n a  uwadze  udział   masowy. Próbki  do  badań  przygotowywano  wg  metod  opisanych  w  pracy  [7]. 2.1. Wpływ  zawartoś ci  wody  na prę dkość detonacji MWE. W  pierwszej  kolejnoś ci  zbadano wpł yw  zawartoś ci  wody  na  prę dkość  detonacji.  Jak  już  wspomniano,  zawartość  wody zmieniano  w  przedziale  od  10,8 —  22%.  G ranice zawartoś ci  wody  był y zdeterminowane moż liwoś ciami  powstawania  emulsji  wodno- olejowej  (W- O).  Eksperymenty  przepro- wadzono  dla  ukł adów zawierają cych  róż ne iloś ci  szklanych  mikrosfer.  Wyniki  pomiarów przedstawiono  na  rys.  1.  Krzywe  a, b  i  c odpowiadają   róż nym  zawartoś ciom  szklanych mikrosfer,  a  mianowicie  a —4, 8%,  b —  9,1%  \   c — 13%. D(m/ s] 5 0 0 0 - 16  18  20 zawartość  H p  [%] 22 R ys.  1.  Wpł yw  wody  n a  prę dkość  detonacji  M WE  przy  zawartoś ci  szklanych  mikrosfer:  a — 4,8%,  b 6 —  9,1%,  c —  13,0%  . AN ALIZ A  PARAMETRÓW  D ETON ACYJN YCH ... 11 Z  zamieszczonych  wykresów  wynika,  że  d o d at ek  wody  m a  istotn y  wpł yw  n a  p rę d ko ść detonacji  mieszanin.  Z e  wzrostem  iloś ci  wody  począ tkowo  dość  szybko  ro ś n ie  prę dkość detonacji  i po  osią gnię ciu  m aksym aln ej  wartoś ci  —  n astę pn ie  m aleje.  P o n a d t o  z  wykresów tych  widać, że niezależ nie  od  iloś ci  zatopion ych w  m ieszaninie  szklanych  m ikrosfer,  m aksy- m aln a  wartość  prę dkoś ci  jej  deton acji  wystę puje  przy  zawartoś ci  wody  o ko ł o  16%.  Wy- nika  stą d  praktyczny  wniosek,  że  chcą c  otrzym ać  M WE  o  okreś lon ej  m aksym aln ej  prę d- koś ci  detonacji  należy  w  skł adzie  m ateriał u zapewn ić  zawartość  wody  ~  16%  P o czą t ko wa gę stość  mieszaniny  wybuchowej  wraz  ze  wzrostem  zawartoś ci  wody  od  10,8  —  22%  nie- znacznie  maleje  —  ś redn io  o  okoł o  0,1  g/ cm 3. 2 2  Wpływ  iloś ci  szklanych  mikrosfer  na  prę dkość  detonacji  i  gę stość  MWE.  P ró by  laborat o - ryjne  prowadzon o  dla  trzech  serii  ukł adów  zawierają cych  12,  16  i  22%  wody.  I lość  szkla- nych  mikrosfer  zm ien ian o  w  gran icach  od  2,9  d o  16,7%.  Wyniki  eksperym en tów  przed- stawiono  n a  rys.  2  i  3. 90ig/ cm 3l 155  10 zawartoś ć  rnikroster  1%1 Rys  2. Wpł yw mikrosfer  szklanych  wypeł nionych  powietrzem n a  począ tkową   gę stość  M WE  przy  iloś ciach wody:  a—  12%,  6 — 16%,  c —2 2 % Dlm/ sl 5000 WOO V 1 5  .  1 | 3  15 - zawartość  mikrosfer [%] Rys.  3. Wpł yw  mikrosfer  szklanych  wypeł nionych  powietrzem n a  prę dkość  detonacji  M WE  przy  iloś ciach wody:  «—16%,  6 - 2 2 %,  c—  12% Z m ian a  gę stoś ci  począ tkowej  M WE - e»  w  funkcji  zawartoś ci  szklanych  m ikrosfer m a  w  przybliż eniu  ch arakt er  prostolin iowy  (rys.  2) ;  ja k  n ależ ało  o c ze kiwa ć —je st  t o funkcja  maleją ca. Z awarte  w  m ikrosferach  powietrze  w  sposób  istotn y  wpł ywa  n a  p rę d ko ść  deton acji M WE  (rys.  3).  Jak  widać  z  wykresów  zam ieszczonych  n a  rys.  3,  wszystkie  t rzy  krzywe 12 A.  M ARAN D A  I  IN N I charakteryzują ce  zwią zek  £ > = / ( %  szklanych  mikrosfer)  mają  podobny  przebieg  nie- zależ nie  od  zawartoś ci  wody.  Maksymalne  wartoś ci  prę dkoś ci  detonacji  wystę pują  przy okoł o  4,8%  zawartoś ci  szklanych  mikrosfer.  Obserwuje  się  tutaj  również  (podobnie jak dla  H 2O )  intensywne  zmiany  prę dkoś ci  detonacji  D  w  funkcji  wzrostu  zawartoś ci  szkla- nych  mikrosfer.  Zatem dla  uzyskania  maksymalnej  prę dkoś ci  detonacji, zawartość  szkla- nych  mikrosfer  w  mieszaninie nie może zbytnio  róż nić się  od wartoś ci  optymalnej (4,8%), 2.3.  Wpł yw  zawartoś ci  oleju  na prę dkość detonacji MWE.  Zwię kszenie  zawartoś ci  oleju w  mieszaninie  (przy  stał ych  stosunkach  masowych  pozostał ych  skł adników)  zmniejsza lepkość  ukł adu.  Jednocześ nie  bilans  tlenowy  mieszanin  ze  wzrostem  zawartoś ci  oleju maleje  i  może  przyjmować  ujemne  wartoś ci.  N a  tej  podstawie  należ ało  przypuszczać, że  zmiana  iloś ci  oleju  bę dzie  oddział ywać* bezpoś rednio  na  wartość  parametrów detona- cyjnych  M WE. W  celu  wyjaś nienia  wpł ywu  iloś ci  oleju  zawartego  w  M WE  na  prę dkość  detonacji mieszanin  przeprowadzono  odpowiednie  pomiary.  Próby  laboratoryjne  prowadzono  dla wybranego  skł adu podstawowego,  zawierają cego  stał e  iloś ci  wody  (16%)  i  szklanych mi- krosfer  (9,1%).  Wyniki  badań  przedstawiono  na  rys.  4. o  [ g/ cm 3!  Dlm/ s! 1.18 -   5300  - 1.16 1.14 -   5100- -   4900 - 1.12| -  Ł700 - 5  10" zawartość  oleju [%] R ys.  4.  Wpł yw  oleju  n a  prę dkość  detonacji  i  gę stość  począ tkową  M WE  zawierają cych  stał e  iloś ci  wody (16%)  i  szklanych  mikrosfer  (9,1%) Z  przebiegu  zmian  prę dkoś ci  detonacji  pokazanych  na  rys.  4  widać  wyraź nie,  że zwię kszenie  iloś ci  oleju  w  zakresie  do  okoł o  5% powoduje  istotne  zwię kszenie  prę dkoś ci detonacji  M WE.  Po  przekroczeniu tej  wartoś ci, prę dkość detonacji  monotonicznie maleje, aż  do  zawartoś ci  oleju  okoł o  12%,  powyż ej  której  detonacja  zanika.  MWE  zawierają ce powyż ej  12%  oleju  nie  detonował y  w  warunkach  przeprowadzonych  doś wiadczeń  (rów- nież przy  inicjowaniu  detonatorem  HT- 14).  Charakter  przebiegu  krzywej  D  dowodzi, że  w  począ tkowej  fazie  przyrost  iloś ci  oleju  w  mieszaninie powoduje  istotne zmiany  war- toś ci  prę dkoś ci  detonacji  M WE. N a  rys.  4  przedstawiono  także  wpł yw  zawartoś ci  oleju  na  gę stość  MWE.  Jak  widać, zależ ność  Q 0   =   %  (oleju)  ma  w  przybliż eniu  charakter  prostoliniowy  za  wyją tkiem  po- czą tkowego  odcinka.  Ze  wzrostem  iloś ci  oleju  do  12%,  gę stość  maleje  od  1,2  g/ cm2 do  1,1  g/ cm 3. AN ALIZ A  PARAMETRÓW  D KTON ACYJN YCH ... 13 2.4.  Wpływ  zmiany  zawartoś ci  azotanu  amonowego  i  azotanu  sodowego  na  prę dkość  detonacji  M WE oraz  począ tkową   jego gę stoś ć.  Ze  wzglę du  na  dużą   róż nicę   w  rozpuszczalnoś ci  azotanu amonowego  i  sodowego  w  wodzie  wzajemny  stosunek  tych  txtleniaczy  w  M WE  decyduje o  stopniu  trudnoś ci  otrzymywania  emulsji  W- O.  Również  należ ało  przypuszczać,  że odmienne  bilanse  tlenowe  wymienionych  saletr  bę dą   determinował y wartość  parametrów detonacyjnych  MWE.  Eksperymenty  przeprowadzono  dla  wytypowanych  skł adów  mie- szanin  o  stał ych  zawartoś ciach  wody  (16%)  i  szklanych  mikrosfer  (10%).  Zawartość azotanu  sodowego  zmieniano  w  przedziale  0- 31,6%.  G órna  granica  zawartoś ci  saletry sodowej  był a  uwarunkowana  moż liwoś ciami  powstawania  emulsji  W- O.  Wyniki  ekspe- rymentów  przedstawiono  na  rys.  5. 1.15 " TO  '  20 zawortość  azo.łanu  sodowego [ %] Rys.  5.  Wpł yw  azotanu  sodowego  n a  prę dkość  detonacji  i  gę stość  począ tkową   emulsyjnych  materiał ów wybuchowych  zawierają cych  stał e  iloś ci  wody  (16%),  oleju  (4,3%)  i  szklanych  mikrosfer  (10%) Z wyników badań przedstawionych  na rys.  5 wynika,  że  zawartość  azotanu  sodowego ma  istotny  wpływ  na  gę stość  począ tkową   i  prę dkość  detonacji  MWE. Ze  wzrostem  stę ż enia  azotanu sodowego  prę dkość  detonacji  począ tkowo  roś nie,  a  po osią gnię ciu maksimum maleje aż do zaniku detonacji. N atomiast gę stość począ tkowa  M WE monotonicznie  roś nie. 2.5. Wpływ zawartoś ci  niektórych składników  na  ś rednicę   krytyczną   MWE.  M ateriał y  wybu- chowe  emulsyjne,  jako  specyficzna  mieszanina  saletroli  i  wody,  nie  posiadają   w  swoim skł adzie  substancji  wysokoenergetycznych  (klasycznych  materiał ów  wybuchowych). D latego  o  wartoś ci  parametrów  detonacyjnych  decyduje  jakoś ciowy  i  iloś ciowy  skł ad mieszanin.  W  celu  wyjaś nienia  wpł ywu  niektórych  skł adników  MWE  n a  ich  ś rednicę krytyczną   detonacji  przeprowadzono  próby  jej  pomiaru  w  funkcji: •—  iloś ci mikrosfer  szklanych  dla mieszanin o stał ej zawartoś ci  wody  (16%) i oleju  (4,3%); —  iloś ci  oleju  dla mieszanin o  stał ej zawartoś ci  wody  (16%) i szklanych  mikrosfer  (9,1%); —  iloś ci  wody  przy  stał ej  zawartoś ci  oleju  (4,1%)  i  szklanych  mikrosfer  (15%). Wyniki  badań  laboratoryjnych  przedstawiono  n a  rys.  6- 8. Z otrzymanych rezultatów widać, że ś rednice krytyczne  detonacji M WE są   stosunkowo mał e, jak  na  materiał y wybuchowe  nie  zawierają ce  w  swoim  skł adzie  wysokoenergetycz- nych  skł adników.  D la  badanych  zawartoś ci  skł adników  mieszczą   się   one  w  przedziale 14- 46  mm. Charakter zmian  ś rednic  krytycznych  detonacji jest  zróż nicowany  w  funkcji zawartoś ci  poszczególnych  skł adników.  I  tak  z  wykresów  zamieszczonych  na  rys.  8, charakteryzują cych  wpływ  zmiany  iloś ci  mikrosfer  szklanych  na  ś rednicę   krytyczną , 14 A.  M ARAN D A  I  IN N I darnin] 16 U 12 1 - 1 17 I I 17 I - - I 22 zawartość  wody[ %] R ys.  6.  Wpł yw  wody  n a  ś rednicę   krytyczną   M WE  zawierają cych  stał e  iloś ci  oleju  (4,1%)  i  szklanych mikrosfer  (15%) zawartość  oleju 1%) R ys.  7.  Wpł yw  oleju  n a  ś rednicę   krytyczną   M WE  zawierają cych  stał e  iloś ci  wody  (16%)  i  szklanych mikrosfer  (9,1%) dkr[m rp] 30  - 14  15 W zawartość  mikrosfer  szklanych [ %] R ys.  8.  Wpł yw  mikrosfer  szklanych  n a  ś rednicę   krytyczną   M WE  zawierają cych  stał e  iloś ci  wody  (16%) i  oleju  (4,3%) wynika,  że  funkcja  d kr   =  /   (%  szklariych  mikrosfer)  posiada  minimum  przy  zawartoś ci szklanych  mikrosfer  ~  18%. N atomiast  zależ noś ci  d kr   = /   (%  oleju) — rys.  7  i  d kr   = / (%  wody) — rys.  6  w  badanych zakresach iloś ci  oleju  (5 -  9%)  i  wody  (12 -  22%),  mają charakter  wzrastają cy. AN ALIZA  PARAMETRÓW  D ETON ACYJN YCH ...  15 3.  D yskusja  uzyskanych  wyników D etonacja  skondensowanych  materiał ów  wybuchowych  jest  procesem  skomplikowa- nym.  O  jej  mechanizmie  decydują   reakcje  chemiczne  i  zjawiska  falowe.  W  przypadku materiał ów  emulsyjnych  wł aś ciwa  interpretacja  procesów  zachodzą cych  podczas  wybu- chowych  przemian jest  bardzo  utrudniona  multifazowoś cią   wieloskł adnikowego  ukł adu. Już  samo  sprecyzowanie  iloś ci  faz  nastrę cza  duże  trudnoś ci.  Z  pewnoś cią   w  M WE  nie zawierają cych  szklanych  mikrosfer  wystę pują   dwie  podstawowe  fazy:  ciekł a  i  gazowa, które są   zasadniczymi  elementami tekstury  materiał u. N atomiast nie moż na jednoznacznie stwierdzić,  czy  w  takich  MWE  wystę puje  faza  stał a. Jak  wykazał y  badania  opisane  w  pracy  [6], wielkość  mikrokropelek  emulsji  zawarta jest  w  przedziale  0,2  -  2  y.m. Jeż eli  zatem  znajdują   się   w  niej  kryształ y  nieorganicznych utleniaczy,  to  mają   one  niewielkie  rozmiary.  D latego  przy  interpretacji  uzyskanych  wy- ników  eksperymentalnych  zał oż ono,  że  faza  stał a  w  postaci  utleniaczy  nie  wystę puje. Analiza  uzyskanych  rezultatów  doś wiadczeń  pozwala  na  wstę pne, jakoś ciowe  okreś le- nie  roli  poszczególnych  skł adników  w  wybuchowych  procesach  badanych  mieszanin, co  może  być  pomocne  przy  rozważ aniach  nad  mechanizmem  detonacji  M WE. Woda  podobnie jak  w  przypadku  materiał ów  wybuchowych  zawiesinowych  (MWZ) jest  nieodł ą cznym  skł adnikiem  mieszanin  emulsyjnych.  Zwię kszanie  jej  iloś ci  w  miesza- ninie  wybuchowej  kosztem  azotanu  amonu  powoduje  zwię kszanie  odległ oś ci  pomię dzy czą steczkami  utleniacza  oraz, zgodnie  z postulatem Arrheniusa  i  prawem  granicznym  dla przewodnictwa  równoważ nikowego,  wzrost  iloś ci  zdysocjowanych  czą stek  utleniacza. Odległ ość  pomię dzy  czą steczkami  azotanu  amonu  determinuje  moż liwość  i  szybkość propagacji  procesu wybuchowego  rozkł adu tego  utleniacza.  Im  odległ ość  ta jest  wię ksza, a  pomię dzy  czą steczkami  azotanu  amonu znajdują   się   czą stki  niezdolne  do  samodzielnej wybuchowej  przemiany  lub  w  trakcie  ich  pirolityć znej  dekompozycji  nie  powstają   pro- dukty  mogą ce  wejść  w  egzotermiczną   reakcję   z  produktami  rozkł adu  utleniacza,  tym bardziej  utrudnione  jest  przenoszenie  wybuchowych  przemian  z  czą stki  reagują cej  na nierozł oż oną   czą stkę   azotanu  amonu.  Z  drugiej  strony  wzrost  iloś ci  zdysocjowanych czą stek  powoduje,  że  w  ukł adzie  znajdują   się   elementy  w  wię kszym  stopniu  przygoto- wane  do  dekompozycji,  co  uł atwia proces  detonacji. Wynika  stą d  wniosek,  że  w  badanej mieszaninie  zachodzą   dwa  zjawiska  przeciwstawnie  oddział ują ce  n a  proces  jej  detonacji, czego fizycznym  przejawem jest wystę powanie  maksimum w zależ noś ci D  = / ( %  wody)  — (rys.  1). N ajbardziej  optymalne  warunki,  w  aspekcie  opisanych  zjawisk  powstają   w  ukł a- dach  zawierają cych  okoł o  16% wody  niezależ nie  od iloś ci  szklanych  mikrosfer.  N atomiast poniż ej  oraz  powyż ej  optymalnej  zawartoś ci  wody  oddział ywanie  zjawisk  negatywnych jest  bardziej  intensywne  niż  pozytywnych  i  wystę puje  malenie  prę dkoś ci  detonacji. Podstawowym  komponentem  wszystkich  wykonanych  mieszanin,  nie  zawierają cych w  swoim  skł adzie klasycznych  materiał ów wybuchowych  jest  utleniacz. Substancja  ta  pod- czas  dekompozycji  generuje  wolny  tlen,  bę dą cy  potencjalnym  reagentem  z  atomami i  czą steczkami  lub  rodnikami  o  ujemnych  bilansach  tlenowych. N ajbardziej  popularnym  utleniaczem jest  azotan  amonu. W  celu  korekcji  bilansu  tle- nowego  MWE, dodaje  się   również  innych nieoganicznych utleniaczy,  na  przykł ad  saletrę 16  A.  MARAN D A  I  I N N I sodową   lub  wapniową .  Wszystkie wymienione utleniacze są   substancjami rozpuszczalnymi w  wodzie  i  moż na  zał oż yć, że  w  MWE  znajdują   się   w  fazie  ciekł ej. Azotan  amonu jest  jedynym  komponentem MWE  mają cym  wł aś ciwoś ci  wybuchowe. P od  wpł ywem  odpowiednio  intensywnej  fali  uderzeniowej  może  nastą pić  jego  egzoter- miczny rozkł ad z wydzieleniem wolnego  tlenu. N atomiast dekompozycja  innych utleniaczy jest  procesem  endotermicznym. Wynika  z  tego,  że  wszystkie  procesy  wybuchowej  prze- miany  M WE  biorą   swój  począ tek  w  rozkł adzie azotanu  amonu.  N astę pnie  generują ce • się  w  czasie  tej  reakcji  ciepł o  powoduje  rozkł ad pozostał ych  utleniaczy, a  wydzielają cy się   tlen  reaguje  ż  elementami czą steczek  paliwa.  Egzotermiczna reakcja  pomię dzy  tlenem wydobywają cym  się   z  azotanu  sodowego  a  paliwem  jest  moż liwa  w  strefie  reakcji  fali • detonacyjnej  dzię ki  czą steczkowemu  a  nawet jonowemu  rozdrobnieniu tego utleniacza. Tlen powstają cy  podczas rozkł adu saletry  sodowej  parcjalnie lub cał kowicie uczestniczy w  procesach  wybuchowych  w  strefie  reakcji  chemicznej  fali  detonacyjnej.  Fizyczną   eg- zemplifikacją   opisanych zjawisk jest  maksimum wystę pują ce  n a zależ noś ci  D  =  /   (%  azo- tan u  sodowego)  (patrz  rys.  5). Wystę puje  ono przy  ujemnym  bilansie  tlenowym  MWE. Jest  to  bezpoś redni  dowód  na  niepeł ne  przereagowanie  saletry  sodowej  w  strefie  reakcji fali  detonacyjnej. D rugim  podstawowym  skł adnikiem mieszanin wybuchowych  nie zawierają cych  wyso- koenergetycznych  M W  jest  paliwo  (olej  w  MWE).  W  materiał ach  emulsyjnych  speł nia ono podwójną   rolę  —  chemiczną  i fizyczną .  Zwię kszanie  iloś ci  oleju w  mieszaninie uł atwia sporzą dzanie  emulsji.  Jednocześ nie zmieniają   się : bilans tlenowy mieszanin  (roś nie ujemna jego  wartoś ć)  oraz  geometryczne  wymiary  mikrotekstury  MWE. Efektem  wymienionych  wł aś ciwoś ci  jest  ekstremum  na  zależ noś ci  D  = /   (%  oleju), (rys.  4)  oraz  wzrost  ś rednicy  krytycznej  detonacji  (rys.  7)  MWE  wraz  ze  zwię kszeniem iloś ci  oleju  powyż ej  5%,  która  to  ilość  odpowiada  zerowemu  bilansowi  tlenowemu mie- szaniny.  M oż na z tego wycią gnąć  generalny wniosek,  że przy odpowiednio  zbilansowanym tlenowo  M WE  cał y  olej  bierze  udział   w  przemianach zachodzą cych w  strefie  reakcji  che- micznej  fali  detonacyjnej. Moż liwość  cał kowitego  przereagowania  oleju  wynika  z  tekstury  MWE.  Czą steczki oleju  tworzą c  fazę   cią głą   emulsji  wodnoolejowych  formują   cienkie filmy  na  powierzchni mikrokropelek  przesyconych  roztworów  utleniaczy.  Rozwija  to  potencjalną   strefę   współ - reagowania  paliwa  i  utleniacza.  Z tego  wzglę du  szybsza jest  dyfuzja  reagentów  w  obszar reakcji  decydują cych  o  wartoś ci  prę dkoś ci  i  ś rednicykrytycznej  detonacji. Zwię kszenie  iloś ci  oleju  powyż ej  wartoś ci  stechiometrycznej  powoduje  szereg  nie- korzystnych  zjawisk.  Zwię ksza  się ,  jak  już  wcześ niej  wspomniano,  odległ ość  pomię dzy mikrokropelkami  zawierają cymi  utleniacz.  G rubość  pokrywają cego  je  organicznego filmu  roś nie, przez co utrudniona jest dyfuzja  czą steczek  oleju  w  strefę   reakcji. W ukł adzie zaczyna  brakować tlenu do peł nego utlenienia oleju.  N ieutlenione  czą steczki  oleju  stają   się balastem  energetycznym.  Ulegają   endotermicznej pirolizie,  przez  co  obniż ają   parametry fali  detonacyjnej.  Powoduje  to wzrost  ś rednicy  krytycznej  i malenie prę dkoś ci detonacji. W  procesie  detonacji  MWE  fundamentalne  znaczenie  mają   wypeł nione powietrzem szklane  mikrosfery.  D odatek tego  skł adnika umoż liwia  inicjację   i  rozwój  detonacji w tego typu  M W.  Mikrosfery  szkalne wypeł nione powietrzem zmniejszają   gę stość  MWE i tworzą • centra  aktywne  przyszł ych  reakcji  chemicznych. W  strukturze  M WE  tworzą   one  trój- AN ALIZA  PARAMETRÓW  D ETON ACYJN YCH ...  17 warstwowe  mikroobszary,  powstał e  z  pę cherzyków  powietrza  zamknię tych  w  szklanych bań kach  otoczonych  emulsją   wodnoolejową .  W  czasie  rozprzestrzeniania się  fali  uderze- niowej  obszary  te  „zanurzają   się "w  pole  ciś nienia  i  ulegają   kompresji.  Jeś li  zał oż yć, że proces  kompresji  pę cherzyków  powietrza  jest  adiabatyczny,  to  wzrost  temperatury  po- wietrza  zawartego  w  mikrosferze  szklanej  moż na oszacować wedł ug  nastę pują cego  wzoru 18]: Qi gdzie  indeks  „ 1 " oznacza  począ tkowe  stany  powietrza  natomiast  „ 2"  koń cowe. W  ten  sposób  formują   się   „gorą ce  punkty",  które  odgrywają   decydują cą   rolę   w pro- cesie  detonacji  tego  typu  MW  [9]. Wzrost  temperatury  i  ciś nienia  w  tych  punktach po- woduje  efektywny  i  peł ny  rozwój  oraz  przebieg  chemicznych reakcji,  co  z  kolei  istotnie wpływa  na wartość  prę dkoś ci  detonacji.  N atomiast w przypadku  braku  mikrosfer  szkla- nych  w  MWE  rozprzestrzeniają ca  się   w  emulsji  fala  uderzeniowa  sprę ża  ją   i  również ogrzewa.  Powstał a przy  tym  temperatura jest jednak  zbyt  niska,  w  porównaniu z tempe- raturą   w  pę cherzykach  gazowych,  aby  móc  spowodować  rozwój  reakcji  chemicznych, które  mogł yby  podtrzymać  stacjonarny  przebieg  wybuchowych  procesów.  W  efekcie mieszaniny  takie  nie  detonują . Zwię kszenie  procentowego  udział u  mikrosfer  szklanych  w  emulsji  powoduje  zwię ksze- nie stopnia napowietrzenia  MWE  oraz  wprowadzenie  coraz wię kszych  iloś ci  szkł a  a  wię c materiał u  inercyjnego.  Jak  wiadomo, zmniejszanie  gę stoś ci  poniż ej  optymalnej  powoduje malenie  prę dkoś ci  detonacji.  Również  ze  wzrostem  iloś ci  dodatku  inercyjnego  w  MW prę dkość  detonacji  wybuchowych  procesów  maleje.  Przedstawione  powyż ej  rozważ ania cał kowicie  wyjaś niają   wystę powanie  ekstremum  na  zależ noś ci  D  =  /   (%  mikrosfer  szkla- nych)  (rys.  3.)  Przy  zawartoś ci  5% szklanych  mikrosfer,  MWE posiada  najbardziej  opty- malną   strukturę   w  aspekcie  szybkoś ci  przebiegów  wybuchowych  reakcji.  Poniż ej  tej  za- wartoś ci  jest  zbyt  mał a  ilość  gorą cych  punktów,  natomiast  powyż ej  niewą tpliwy  wpływ ma  obniż enie  gę stoś ci  MWE  i  zwię kszenie  zawartoś ci  szkł a  (balastu). Z  przedstawionej  interpretacji  wynika  rola  poszczególnych  skł adników  w  procesie detonacji  MWE. Woda  i  olej  są   czynnikami  teksturotwórczymi.  Olej  oprócz  tego  bierze również  udział   w  reakcjach  chemicznych.  Jego  podstawowym  współ reagentem  jest  tlen powstają cy  podczas rozkł adu azotanu amonu i dopeł niają co tlen wydzielają cy  się  w trakcie dekompozycji  azotanu  sodu.  Mikrosfery  szklane,  a  wł aś ciwie  zawarte  w  nich  powietrze są   czynnikiem  sensybilizują cym,  zapewniają cym  warunki  na  rozwój  wybuchowych  prze- mian. 4.  Wnioski  koń cowe Rezultaty  pomiarów  parametrów  detonacyjnych  MWE  pozwalają   scharakteryzować ich  wł aś ciwoś ci.  Stwarzają   moż liwość  usytuowania  MWE  w  odpowiedniej  klasie  M W oraz  determinują   zakres  ich zastosowania.  Wykazał y  również  bezsprzeczną   zaletę  M WE, a  mianowicie,  moż liwość  regulowania  ich  parametrów  detonacyjnych  poprzez  zmianę 2  Mech.  Teoret,  i  Stos.  1/88 18  A.  M ARAN D A  I  IN N I zawartoś ci  poszczególnych  skł adników.  Dzię ki  temu  moż na  uzyskiwać  materiał y o zróż- nicowanych  parametrach  detonacyjnych.  i  róż nych  wł aś ciwoś ciach  Teologicznych. M WE  charakteryzują   się   dobrymi  wł aś ciwoś ciami  wybuchowymi  (stosunkowo  duża prę dkość  detonacji  i  mał a  ś rednica  krytyczna).  Moż na je  usytuować,  mię dzy  górniczymi M W  amono- saletrzanymi  a  dynamitami.  MWE  ze  wzglę du  na  budowę   oraz  uzyskane charakterystyki  moż na zaliczyć do grupy materiał ów wybuchowych zawiesinowych (MWZ). N ależy jednak  podkreś lić, że MWE posiadają   kilka  zalet,  które  stawiają   je  ponad MWZ. Przede  wszystkim  M WE  nie posiadają c  skł adnika  wysokoenergetycznego,  w  analogicz- nym  zakresie  gę stoś ci  mają   znacznie wię ksze wartoś ci  prę dkoś ci  detonacji od MWZ.  Aby osią gnąć  tego  rzę du  prę dkość  detonacji  MWZ, muszą   być one uczulane  MW  kruszą cym i  mają   duże  ś rednice krytyczne.  N atomiast aby uzyskać  MWZ, o niskiej  ś rednicy  krytycz- nej,  należy  go  uczulić  pył em  aluminiowym,  który  jest  surowcem  deficytowym. D rugą   istotną   zaletą   MWE jest  brak  wpływu  ciś nienia  hydrostatycznego  na zdolność M WE  do detonacji.  M WZ uczulane pył em  aluminiowym  są   czuł e na  ciś nienie  hydrosta- tyczne  i  zdarzał y  się   przypadki  zaniku  zdolnoś ci  detonacji  w  zawodnionych  otworach strzał owych. M WE  mogą   ze  wzglę du  na  swoje  wł aś ciwoś ci  znaleź ć  zastosowanie  w  górnictwie odkrywkowym  i  podziemnym.  MWE  zawierają ce  wię cej  niż 10%  iloś ci  mikrosfer  szkla- nych  detonują   od  zapalników  elektrycznych  i  charakteryzują   się   mał ymi  ś rednicami kiytycznymi. Te cechy umoż liwiają   zastoso.wanie MWE do  ł adowania otworów mał oś redni- cowych,  a wię c  nadają   się  do  stosowania w górnictwie podziemnym wydobywają cym,  np. rudy  miedzi. MWE zawierają ce  mniejsze  niż  10% iloś ci  mikrosfer  szklanych  moż na z  po- wodzeniem  stosować  w  górnictwie  odkrywkowym.  D o ich  inicjowania  wskazane  jest stosować  mał e  ł adunki  poś rednie.  M WE  o takim  skł adzie, mają   ogromną   zaletę ,  gdyż ich  gę stość  i  cał kowita  wodoodporność  sprawiają ,  że nadają   się  do  ł adowania  otworów zawodnionych. Aby  M WE  moż na był o wprowadzić  do przemysł u górniczego  należy  dokonać  jeszcze zamiany  importowanego  emulgatora  na  substytuty  krajowe.  Potencjalne  moż liwoś ci takiej  zamiany  istnieją ,  gdyż przemysł  chemiczny w Polsce  produkuje  takie zwią zki.  Wy- magają   one tylko  bardziej  szczegół owego  przebadania  emulgatora  pod ką tem  wartoś ci równowagi  hydrofilowo- lipofilowej  — H LB.  W  przyszł oś ci  MWE  mogą   stać  się  jednym z  podstawowych  ś rodków  strzał owych  uż ywanych  w przemyś le  górniczym. Literatura 1.  F .  TAKEU CH T, K .  YAMAMOTO,  H .  SAKAI,  Emulsion  T ype Explosives, Kogyo  Kayaku,  43, 5, 285,  1982. 2.  Bo  T O N G ,  Emulsified  Explosives,  C oal.  Sci. Technol. 6, 21,  1983. 3.  B. Liu,  S.  YAN G ,  N .  Z H U N G ,  Study  of  CRH Explosive Emulsions,  Kuangye  G ongcheng, 3, 3, 7,  1983. 4.  V.  KR I SH N A  M O H AN ,  J. E.  F I E LD ,  G .  W.  SWALLOWE,  High- Speed  Photographic  Studies  of  Impact  of T hin  L ayers  of  Emulsion  Explosives,  P rop.  Expl.  Pyr. 9,  77,  1984. 5.  K .  H AT T O R I , Y.  F U KATSU , N .  M O R I , H .  SAKAI,  Effect  of  Particle Size  Microballons on Detonation  Ve- locity  and  Sensitivity  of  Emulsion Explosives, Proc.  Symp. Explos.  Pyrotech. 12th, 5, 3 -  5,  11,  1984. 6.  G . KOBAYASH I,  H . I T O H ,  K.  YAMAMOTO,  Emulsion  Particles Size  and Initiating  Sensitivity  of Emulsion Explosives,  Kogyo  Kayaku,  45, 3,  135,  1985. AN ALI Z A,  PARAM ETRÓW  D IN TON AC YJN YC H ...  19 7.  Sprawozdanie  z  badań  laboratoryjnych zawiesinowego materiał u  wybuchowego  do  urabiania  wę gla. Czę ść  VI,  Warszawa  1985. 8.  A.  MARAN D A,  J.  N OWACZEWSKI,  E.  WŁ OD ARCZYK,  B.  ZYG M U N T,  Some  Detonation  Properties  of  Alu- minium  Dust  Sensitized  Slurry  Explosives, J.  Techn.  P hys.  20,  3,  1979. 9.  E.  WŁ OD ARCZYK,  POM  za3oeux  ny3upbKoe  B wiutfuuposaHuu  demonaifuu  aodouanojmeHHUx  espuanamux eeufecms,  YcnexM   MexaHHi- ui,  8,  2,  1985. P  e  3 io  M e AH AJI I I 3  ,n,ETOH ALIH OH H LIX  TIAPAM ETPOB  S M YJ I B C H O H H t lX  B3P £ I B*I AT Br X BEIH ECTB  (3BB)  C E H C H E H JI H 3H P OBAH H LTX C T E K JI H H H BI M H  M H K P O C O E P AM H 3An O J I H E H H b I M H   B 0 3 fl YX0 M B  3KcriepHMeHTanbH0H   l i a c r n  paSoTBi  o n pefleu eiiH   CKopoCTB  H  K p m wec K H H   fluaM eTp  fleToH amiH OMyjItCHOHHLIX  B3pbIBitaTŁ IX  Bei- UCCTB  ( 3 B B ) B  3aPIICHM0CTH   OT COAep>Iix  mnKpo6ajinoH OB  3anoJiH eH iiwx  BO3flyxoM.  H a ocH OBe pe3yjibTaT0B  on peflejien a  p o n b  Bbin ieyn oi\ wn yTH x  KoM noH enioB  B  n p o n e c c e  fleTOH ai;nn  3 B B .  I l o n y - »ienH bie  flaH H we  flaioT  To>i