高壓水射流槍在納米炸藥制備中的應(yīng)用

李鳳麟 倪剛 胡炳超(中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽 621900)

0 引言

由于具有較低的機械刺激感度，更快的能量釋放速度，較小的臨界直徑等優(yōu)異性能，納米炸藥在多種領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[1-7]。為實現(xiàn)炸藥的納米化，研究者們采用了多種制備方法，包括氣流粉碎法、球磨法、重結(jié)晶法、溶膠凝膠法等。其中，噴射結(jié)晶法由于具有操作簡單、制備量大、尺寸可調(diào)等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。噴射結(jié)晶法的原理是將熱的炸藥飽和溶液噴射至低溫非溶劑中，使炸藥溶液小液滴迅速過飽和并析出的方式實現(xiàn)納米炸藥的大規(guī)模制備。在這個過程中，大量非溶劑的應(yīng)用是獲得納米炸藥的必備條件，但也導(dǎo)致了最終產(chǎn)生大量納米炸藥結(jié)晶液待處理的難題。高速離心可實現(xiàn)納米炸藥的有效分離，但納米炸藥濕藥團較大的黏性使得其從離心瓶中收集的過程較為困難。如何快速、高效地收集粘附于離心瓶壁上的納米炸藥成為制約噴射結(jié)晶法制備納米炸藥效率的重要因素，也因此越來越受到人們重視。

1 傳統(tǒng)收集方式

傳統(tǒng)收集所用藥勺與綢布如圖1所示。傳統(tǒng)收集納米炸藥濕藥團的方法為：用藥勺摳取后，采用藥勺推動綢布反復(fù)擦洗離心瓶壁來實現(xiàn)納米炸藥的收集。該方式雖然能實現(xiàn)納米炸藥的絕大多數(shù)收集，但綢布沾染納米炸藥造成的些許產(chǎn)品重量損失無法避免。而且因離心瓶容積有限(約1L)，操作空間狹小，用藥勺推動綢布反復(fù)擦洗不僅效率較低，還會給操作人員帶來很大的工作強度和手腕關(guān)節(jié)勞損。

圖1 傳統(tǒng)收集所用藥勺與綢布

另外，綢布質(zhì)地松軟，多次使用后，易磨爛破損(如圖2(a)所示)。綢布的磨損會導(dǎo)致毛絮、布料纖維的掉入，最終影響產(chǎn)品純度指標。如圖2(b)所示，當我們采用掃描電子顯微鏡對納米炸藥產(chǎn)品進行表征時，可以觀察到樣品中長度達20多毫米的綢布纖維的存在，證實了綢布擦洗方法易引入毛絮雜質(zhì)的缺點。

圖2 綢布破損及其纖維的掃描電子情況

2 高壓水射流槍

如圖3(a)所示，高壓水射流槍主要由高壓水發(fā)生系統(tǒng)(高壓水泵)、輸送系統(tǒng)(膠管)、執(zhí)行工作機構(gòu)(噴射槍具)和控制系統(tǒng)(控制閥)等四大部件組成。如圖3(b)所示，在本實驗中，采用空氣壓縮機作為高壓水泵為高壓水射流槍提供壓力，在開啟控制柄體上的閥門時，超純水通過噴槍噴嘴將此壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樗淞鞯母咚賱幽?，從而實現(xiàn)對離心瓶壁上濕藥團的沖洗和收集。

圖3 高壓水射流槍原理及實物

3 高壓水射流槍在納米炸藥制備中的應(yīng)用

如圖4(a)所示，高壓水射流槍的槍體細長，便于深入瘦窄的離心瓶中對瓶底和瓶壁進行全角度的沖洗。且水射流的沖擊力可通過改變空壓機輸出壓力進行調(diào)節(jié)，以確保實現(xiàn)瓶壁上所有納米炸藥產(chǎn)品的完全沖洗和收集。另外，在實際操作時，只需食指按壓控制閥即可進行沖洗和收集作業(yè)，大大減輕了因藥勺摳取和推動綢布擦洗給操作人員帶來的手腕疲勞。

從沖洗和收集效果來看(圖4(b))，高壓水射流槍可實離心瓶壁的完全沖洗和納米炸藥的全部收集，且可避免因綢布沾染造成的產(chǎn)品質(zhì)量損失和綢布破損導(dǎo)致的雜質(zhì)引入，納米炸藥質(zhì)量和生產(chǎn)效率都達到極大提升。

圖4 高壓水射流槍沖洗離心瓶壁效果圖

為驗證高壓水射流槍對納米炸藥產(chǎn)品的質(zhì)量提升作用，我們在某納米炸藥3個生產(chǎn)批次樣品中，分別取半采用傳統(tǒng)藥勺摳取、綢布擦洗的方式和高壓水射流槍沖洗的方式進行收集，并對最終產(chǎn)品純度進行表征。如圖5所示，相較于傳統(tǒng)方式，采用高壓水射流槍進行納米炸藥離心后的沖洗、收集后，納米炸藥的純度平均可由98.6%提高至99.3%左右。而其所消耗時間可由約10min縮短至1min左右。

圖5 采用綢布擦洗和高壓水射流槍沖洗所得3批次納米炸藥產(chǎn)品純度對比

4 結(jié)語

高壓水射流槍利用高壓水的高速動能實現(xiàn)離心瓶壁上納米炸藥濕藥團的沖洗和收集，操作簡便、過程安全高效，可顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為納米炸藥及其他納米材料的大規(guī)模制備尤其是沖洗和收集提供了有效的解決途徑。