2 0 0 0 年 4 月 21 日受理

日日l研究論文日^日ll日日l‖ll‖l

エマル シ ョン爆薬の爆♯特性 (第

2

康崎義一●,滞 田徹故●,加藤幸夫●, 演鴫英樹{,伊東 繋

種々の大きさの気泡体を含有するエマルション爆薬の爆轟波面形状が光学的に観測 された｡気泡体 としてガラスマイクロバルーンやシリカバルーンなどの無機質発泡体 と,樹脂である有機質の発泡体 が用いられた｡気泡体の直径がおよそ0

. 5 mmよりも小 さい場合には気泡体の材質に関係なく爆血波面

｡ W ^{t x d‑ K i r kw o o d}

iJ l g

1.は じめに

硝酸アンモニウムを主成分とするエマルション爆薬 紘,他の多くの産業爆薬と同様に必須成分 として気泡 体を含有する不均一系の爆薬である｡その反応速度は いわゆる高級爆薬とは異なって遅いことから,非理想 爆轟を呈する爆薬 として知 られている｡非理想爆血と は,定常的に伝播する爆轟波であるがその特性値が爆 薬の薬径.密閉強度等の条件に依存 し,無限大薬径を 想定 した場合よりも低い圧力,低い速度で進行する爆 曲状態である｡ これは爆薬 自身の反応速度の遅さに基 づいて爆燕の反応領域が長くなっていること.とくに 側方からの膨張波の影響によって反応速度が低下する ことなどが影響 しているものと考えられる｡非理想爆 血の性状は,たとえば爆苑速度をパラメータとして選 んだ場合.ホッ トスポットとして作用すると考えられ る気泡体の大きさならびに丑によって大きく影響 され ることを前報Oで示 した｡エマルション爆薬の反応領

2 0 0 0 年 4 月 21 日受理

●日本油脂 ( 樵) 愛知事業所武豊工場研 究開発部

〒

47 0 ‑ 2 3 9 8 愛知県知多郡武豊町北小松谷 61 ‑1 TEL0 5 6 9 ‑ 7 2 ‑ 0 9 21

nL X 0 5 6 9 ‑ 7 3 ‑ 7 3 7 6

E･ ma i lnof rd

@g l d. mmt r . o r . j p

●●熊本大学衝撃 ･極限窮境研究センター

〒8 6 0 ‑ 8 5 5 5梢本市県髪町2 丁 目 3 9 番 1 号 TEL0 9 6 ‑ 3 4 2 ‑ 3 2 9 9

F AX 0 9 6 ‑ 3 4 2 ‑ 3 2 9 9

E･ na i li t oh@ne c h. kuna mo

o ‑ u. A C . j p

Ka y a k uGak k ai s h i .Vol . 6 2.No .1 .2 0 01

域の長さは内在する気泡体の大きさならびに丑によっ て決まるもの と考えられる｡前報J)においては爆薬の 爆轟速度の薬径依存性,すなわち実測された爆在速度 が爆薬直径の逆数に比例するとした蓉合のその傾きか ら反応領域の長 さを求めた

2

2 .

2 .1

実験に用いたエマルションマ トリックスの基本組成 は前報で用いたもの と同 じであ り,硝酸アンモニ ウ ム/硝酸ナ トリウム/水/油分

‑7 7 . 6 6 / 4 . 6 8 /l l . 盟/ 5 . 4 0 ( wt . %)

4g/l oo

I . 3 9 dc

3

Tabl e

2 . 2 .1

. 3

%添加 した｡

アル ミニウム粉を添加 した試料においては

,GMB

. 90,1 .05,1 .1 5

‑2 3‑

Ta b 一 e1Char a c t er iB t i c 80 fbauo o nSu8 e di nt heS t ud y Av e r a

FSt and ar d Pa r t i de

"弧 er 血 me ( mm) t e rEde i ( v mm) i at i on

竃 慧

GMB i 0 . 0 4 7 L 0. 01 9 r0. 21 2

r

St r uc t u r ei

i L t e r ia l Not e Mono ‑ c e l l

S M B I 0 . 4 9 6 r 0. 0 9 3 r0. 2 3 0 EM u lt i ･ c

R B ‑ 1 ^{1 0 . 0 5 3 】 0 . 0 2 3}

RB‑ 2 I o . 0 7 9 0 . 0 2 9

■ ●

RB‑ 3l o. 4 7 2

0 . 0 6 2 RB‑ 41 1 . 7 2 8

R

420

一

Gl a8 8 t" K‑ 2 5 ' ' of3M S i

^{i ca}

0 . 0 2 7 jMono . c e u i A . c r y l

^{r ue/}

v i nyl i de nec l 血r ide

‑ " T ‑‑‑‑ I ‑

0 . 0 2 2 】

^{o no ･ ce} 1 11 ^A c r y l on i t r ne

M u l ^{t i ･} c e l l

Mu ll . i ･ c e

M u l t i ･ c e l l

Po l

s t y r e ne Po l y s t y r e n e

Si l i c aba ll o o n

"NW "

E

x pa nce1

91 DE F‑ 8 0ED , Mat 8 umO t O Ex pa nde d po l y8 t y r ene Ex pande d po l y8 t yr e ne Ex pande d po l y8 t yr e ne

1 . 2 5 g / c m 3

3 3〝m

5 重畳

%添加 し.均一になるよ うによく混和 した｡

爆薬中の水分を増加 させた試料においては.上記の 基本配合組成率の うち水 を

1 1 . 2%

1 5 . 0%

1 9 . 0 %

( GMB)

1 . 2 5 g / c m a に

2 .2

2 .2 .1

光学的観測実験に用いた爆薬試料を

Fi g . 1

内径

31 mm

3 8mm

1 0 0mm

( pvc)

SEP(

1 . 31 dc m 3

6 9 7 0 m/ 8 )

ABW

2 . 2 0 gc

497 0m/ B)

,6 号屯

( HAl ) LA仰 PHOTONI CS

I MACON7 9 0

2 0 0 0

/

1mm/ n8 )

1 0 0 z u/ n

p v cか S t ' e 8 kS k

Fi g .1Ex pl o 8 i v ef ort heo pt i c alo b8 e r V at i o nt e s t

5 mm

PMM

2.2 .2

エマル ション爆薬を,光学的観測実験に用いたの と 同 じ内径

3 1 mm

認m

1 6 0 m

( PVC)

｡2 0 g

1 0 0 mm

1 5 0 mm

2 0

3 .

3 .1

エマルション爆発の非理想爆轟の発生状況を観察す るために

,GM

1 . 2 5 dc m 3 に

‑ 24 ‑

1 0 mm 2 0 mr n 3 0 mm 4 0 nn l

' 4' 窃 l 遅 ^{E 3 ⊂ 冨}

' b ' ∈: =] 匡 ≡ コ匡 ^{≡ コ}

! lps

' C ' K ] m m ^{E ] I}

3 0 m m

l ･ ･ 一 一 一 一 一 ^{■ 1}

F i g . 2 ( a)St r e akphot o g r aphs0 ft hee nu lB i o ne xpl o 8 i ve8 e n8 i t i z ed w

it h GM Bw it ht he七 山 ne 8 BO f1

0, 30and40mm.

( b)Cont ourort hede t o nat i onf ro ntde r iv e df rom t r e at i ngt he 8 t r e B kphot og r a phs

(

C )De t o nat io nf ro ntc uz ･ v at uz , ei ne ac he x pl o s i v eS ampl e

Fi g . 2

( a

Fi g. 2

1 0 mm

2 0 mm

Fi g. 2(

)

1 0 mm

2 0 mm

2 0 mm

4 4mm

気泡体の種類と添加丑を変えて調整 された爆薬試料 の壌推波面ス トリーク写共を

Fi g. 3( a )

Fi g. 3 ( b)

Fi g. 3( C )

,d

,￠は次式で求められる爆薬の空隙

￠‑1 ‑ (p ‑ pB ) /( p

‑ PB )

)

ここで

,

, pB, P

空隙率の大きな試料では爆菰波面にある気泡体か ら の発光が強く多少ハ レーションを起こしているが,爆 轟波面の曲率は空隙率の減少とともに小さくなる傾向 のあることがわかる｡また,平均粒子径が

0 . 0 5 mm

0 . 0 8 mm

GM

RB‑

RB1 2

0 . 5 mm

SM

RB‑ 3

0 .1

0 .1 2(

1 . 2 5 g / c m 3

1 . 7 3 mm

一例 として,気泡体直径が

1 . 73mm

0 . 5 9(

0 . 6 0 dc n 3)

Fi g. 4

3 1 mm

1 . 7 3 mm

きいため,爆薬表面に気泡体がある場合とない場合 と での発光量に差が生 じ.その結果 として波面の乱れが 大きいものと考えられる｡

Ka y a k uQa k k a i s h i .Vo l . 6 2,No .1 .2 0 01 ‑ 2 5‑

‑自 白 自 ^白

‑E3 【∃ ⊂ ^∃

G M ^B

( d d = 00 5 r T l r T l )

￠=0 . 4 2

m R 8 ‑ ¹

( d r ‑ 0 . 0 5mm)

￠=0. 3 7

皿

9 L r ) ク ー 2

佃 m 山 m

旧 山

^佃

旧 m

山

E 旧 山

2 0 1 8

目 宇 .

± ^{二. r･ : ‑} ･ ･ . ^{. ･ ･} . ･ ^{･ ･} ･ ^･

二

･

1

2 0

榊 E 旧山 m

⁝ m 山

･dfT4‑73mm, E ] K]E ] K] Fi

Detonationfr o ntcurvatureintheexploさive

Fqi4A8treakphotographofdetonation fr ontinthe emulBionexploBivecontainingR B Jwithadi‑ aneterof1.73mm

は爆轟波面の曲率半径である｡この理論から求められた反応商域の長さとしては,例えばHMX/Ⅵ

ton(85/ 15)

0 . 064mm 4 ) , PBXW‑115

2‑4mm

Lemar

Forbe8

50mm

B

41‑68m

PBXNll1

(W‑

2

, Er

(NQ)の結果があ

｡ W‑K

A

E

AP

9FLm

1 . 0

1 . 5mm

1 . 2g/

3

0 m I m

で極小値を示 し,粒径

2 5〝m

5mm

Eyr i ng

Tab l e2 De

a t i

at u r e o ^{f d e}

^{n a t}

^{nf ron to b} S e Z ^{I Ved} i n e ^{m u lBi on}

exp l

8 i v e8

2 X B

w it hdi qer e n t k i n

ⁿ

^quant i t i e s 0 f ^{voi d} m ^{at e r i a ls}

一日■Lu

i 9 〆 0 1 日‑ ^{I‑ ￠}

0.58

1.05 0.711 1.1 5 0.796

SM B

S MB S MB

SMB

0 5 5

9 0 1 2 o L I 1

0 0 0 0 5 5 5 5 0 0 0 0 5 5 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0

日リ = = = ‑ l l ︻ ち ち B Fq R R R R

i 0.90

r 1.05

l l･15

【 1.25

2 2 2 2 3 3 3 3 l l 一 l 一 l 一 班 RB RB 撃 取 班 班 m 08 0 8 08 08 ㌣ 47 47 47 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ∧U .4 一 7 4 6 ‑･･ 5 2 9 3 .4 2 7 00 00 6 7 8

S

L oi( mm )i (m. A)i

mm) T L

::

4 7 : 鳥 ; ;

^{… 三 二 … ∃ ≡:;} ;

47

6 0 1 5 7 4

0 0 0 0 0 9

▲ 8 7 1

4

9 0 5 3

5▲

3 4 3 3

0 0 0

0 0 0 0 2 1

■7 3 1 9 3 2 0 7 2 ■qI 5 5

4 3 3

1 . 251 0 . 895︼2940

RB‑4 RB‑ 4 RB‑ 4 GM

GMB(

GMB(

G M B

^{0 0 0 0}

5 5 5 0 0 0 0 ･ 418︼2910 0 . 5661286

I . 00 !0 . 71 3I2

6 3 7 5 0 0 7 0 0 . 798

0 0 0 2 3 0 0 3 9 3 4 4 5

90

0 8 6 0 6 4 6 2 6 1 5 2 7 1 6 人 7 5 LL) 6 5 2 . 5 2 . 5 7 2

8

7 3 2 9 6

7 5 5

556853 . 61 . 84 590439 . 81 . 12 62 50 29 . 71 . 41 49 59 63 . 5r3 . 36

550 971 . 76 . 62 587468 . 28 . 84 6237 63 . 49 . 5

8 38

4

2

5 3 7 8 6 6. 4 1 . 5 8

0 . 9 0 5 8 0 6 43 .1

0. 8 8 8i5 6 9 0 F62 31 GMB( W1 5 ) 1 0 . 0 5

1 . 2 5 !0. 8 8115 3 2 0 r60

87

GMB( W1 9)ro . 0 5 I . 2 5 ;0 . 8 8Ii5 21 0 O U O 4 7 6 9 8 4 8 8 4 3 9 4 2 2 L L 2 . 3 . 一 L L 1乙 2 dB;balloondiameter

p; explosiveden8ity

○; voidvoltlmefraCtion

Dv;detonationveloci

,DcJ,･idealdetonationvelocity

S;curvatureof detonationfront , E;reaction20nelength , L .;detonationhgAttheedge

ofthe ch rge ,×; notavaihble GM

Fiveweightpercento faluminumi8added

intotheexplo8ive fo m ulation, GMB(W15)andGMB(W19); Wateror15%and19%intheexp l o

8ive fornulationre8peetively

2‑4

mm

であった｡ 後の反応速度は低く,そこからすぐに急速に上昇して

E enne

tNone 8 1

)

, W‑

0 1 L) 〇 一hV 2 ‑ 1 (LL RJJ ) V JO 叫 0 一〇 〇 l〇 一▲ l l (∈ ∈ ) y J 8 3

0. 5 0. 6 0. 7 0. B 0. 9 1 . 0

1‑○

0. 5 0. 8 0. 7 0. 1 0.

0 1 . 0 1‑○

■ 0 0 5 i H h . ー L ( L L

F L L ^I

) 3 RB‑I(JB三〇 . 053rnrn) ◆vrJ V J O V●CurVAlur●

l

Od i A ne t e r e 打○ c t

0

. ◆ ^.9. ◆ ○ ◆

0 . 6 0. 1 0. 7 0. 0 0. 1 1 . 0

1‑ ￠

S M ^{t l ( d J = OJ 50J T L}

r n

◆Y8 V O

Ct J n / ■

O

d i J I r n e t qe ◆ 0 f r e c t ● 0 ◆

0 5 0. 6 0. 7 0 J OJ B 1 l I

1

‑○

F i 85Co mpar i8 0nO ft her e a c t i o n2 X ) n el e ng t hi nt hee m u

ls i o ne x pl o s i v e d e r iv e df ro mt h ed e t o n a t i o nwa v ec m t t

an dt ht d e t e nm ine d f

ro mt hed i ame t e re a e c to nt hedet on at i o nv e l o c i t y( ○)

イクで圧力プロファイルが平面状であることなどを前 提 と

しているため,非理想燦矧 こ対 しては適用できな いと

している｡

われわれ の実験 によって得 られた波而曲率

S

WI K

T

a bl e 2

i

㌧ す なわち爆在速度の薬径依存性か ら求められた反応領

域 長 さ

A

を

Fi g .

｡W‑ 冗

領域長 さ Eは

( 3)

A

て小 さな傾向を示す ものの 両者は比較的 よく一致 している｡

爆赫波面形状から反応嶺域の長さを求める手法 とし ては上記のほかにいくつかある｡た とえばBd

zi l1 2

)は

W ^{o o d‑}

r kwo

状態での薬径 効果を数値理論化 した｡それは衝撃波面の曲率

と爆曲 速度,薬径 と燦血速度の関係に適用されるが.

この理 論は高森皮の爆葺掛こ

適用できるものであ り.ニ トロメ タンお よび

PBX‑ 9 4

0

4

いる｡ この理給が座薬爆薬に適用可能か どうかは検証 さ

れていない｡

so ue r S

の平均長 さ X

E

D( R) / D( c D)‑1‑ XB / qR

ここで

R

.D( R)

D(

R

径におけ

る燦疎速度, Oは爆薬壁面 の動きの度合いを表わす

関数である

o

0‑l l e

‑8XB/ R)+2

( 5)

われわれの実験で得 られたデー タにおいてはXRは数

mm

ーダー

.R

2 5 . 5 mm

( 5 )

e xp

項は

無視でき. Oは

2

4)

ing

( 3)

so u e

Gar

L

≒L

れ るとし.

PBX

この方法で得 られたLoが,燦在速度の兼径効果で得 られた

反応額域 長 さと比較的よく一致することを示 した｡参

考までに われわれの実敦結果に対 してこの関係 より求めら

れた L｡を

Ta b l e2

め られた反 応領域長 さとのよい一致は絡められ

なかった｡ これは

Fi g , 3

れわれによって撮影 さ れた爆舟波面の写共において燦

菰波面が中心からずれ ていることや測定柵度によるも

の と思われ る｡

本研究で用い られた光学的観執 こ

よる爆薬の反応領 域長 さの評価を.他の爆薬組成に適用 してみた｡アル

ミニ ウム粉を5%添加 した爆薬統料の爆推波面を観 測 した結果 な らび

に水分 を変化 させた就料 (空隙率

0 .1 2

1 . 2 5 dc m 3 )

Fi

こ ‑ E t ‑ ∈ ^{コ≡ = ≡}

=≡

WBtJW 111

他 ^t

^W

･ 昔2 , E ^{j 匡 コ 匠 =] 』}

F I B6( a)Cont o uro ft hede t onat i o nf ro ntde r ive df rom t r eat i ngt he8 t r e a k pho t og r aph

f ort hea lundJ dz e de mu ls i o ne xpl o 8 i ve 80 rt heemu l‑

8 i one x pl o B i v ew it h hi g he rwat e rc ont e nt

‑ 潤 5 0‑ 細 田 ^{20 5 0' 目}

地 br1 1 % l 旭t er1 5 % V bt er1 9 %

和 釘 ^{聖 指}

Fk6( b)De t onat i o nかo ntc t m t uz ei nt hee mu ls i o ne x pl o B i v 朗

波面輪郭線および波面形状でそれぞれ示す｡また波面 曲率ならびに計算 されたEを

T T ab l e2

1mm

2‑

3mm

1 5 %

1 9 %

2m

り

,1 1 %

4 .

異なる大きさ,丑および材質の気泡体を含有するエ マルション爆薬の爆曲波面形状が観察 され

,Wbo d ‑

Ei 血wo

( W‑ K

E

( E yr i ng

A

その結果,以下のことがわかった｡

(1)気泡体の直径が

0 . 5 mm

( 2)

( 3 )0 . 5 mm

A

‑ 〟 ‑

文 献

1)慶崎義一,高橋康博,加藤幸夫,済嶋英樹,伊東 繁,火薬学会誌

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Conde n8 e dMat t

r ,1 9 97 ,3 2 5( 1 9 9 8 )

De t on a t i onbeh a vi oro femul s i one x pl os i ves( Ⅱ)

Op t i c alobs er va t i ono fde t on a t i o nf r on ti nemul s i o ne x pl os i ves

Yo8 hi k nz uHI ROSAK

t s uyaSAWADA● , Yuki oKATO●

Hi de kiH AMA S HI M A

, a ndShi g er u I TOH

Thedet onat i onf rontc ur v at ur esWe r eO b8 e r V e dw it h ano pt i c a lt e c h血quef ort heemu l8 i o ne x pl o ･ 8 i v e 88 e n 8 i t iz edw it hvar io usS i z e 80 fi no r g 8ni co ro r pni cmi c r o b

^{o o nB .Thede t ona t i o nf ro nt si nt he}

e mu l8 i one x pl o s i v e8 C nB i t i 2 Cdw it hS ma ll e rv o i d8uPt O0. 5mmar eS mo o t h, a ndt ho 8 ei nt heemu l s i o n e x pl o 8 i ve 8e O nt Ai J ingl ar g e rba no o n 8a J T eS ho wnt obet ur bu lent .Ther e ac t i o nZ X ) nel e ng t h C a lC u lAt ed f

romt he W ^わ o d ‑ K ir kwo ode quat i o n, whi c hr e l at e st hec t L r Vat ur eO ft hedet o nat i o nwa v e 丘 o nta J l dt he r e a c t i o n2 Dnel e ng t h , c or r e l at e血i r l ywe uw it ht h上de r iv e df ro m t heEy r ing ' 8e quat

o n,w idc hg i v e s t her e ac t i o n芝 o nel e ng t h80 mt hed i a me t e re qe cto ft hede t o nat i o nve l o c i t y.Thee qe c t 80 ft hei nc r e a s e o fwat e rC O nt e ntandt headd i t i o no fa lumi numpo wde ri nt ot hee mu ls i one x pl o s i v ef or mu lat i o nwe r e e va lua t e dbyo b8 e r v ingt hede t o nat i onf r o ntc ur vat ur e st OC al c u l at er e a c t i o n笈 onel e ngt h.

( ● Th ke

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