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        兩種鉛丹硅系藥頭敏化劑的實驗探究

        2013-11-22 02:01:58
        關(guān)鍵詞:苦味酸敏化劑感度

        朱 胤

        (安徽理工大學, 安徽 淮南232001)

        1 引言

        電引火元件一般由腳線、封口塞、橋絲、引火藥等組成,引火藥一般涂在金屬橋絲周圍,是由氧化劑、可燃物及敏化劑混合組成。引火藥的作用是把需要點燃的起爆藥或延期藥加熱到發(fā)火點,輸出火焰沖能,從而進一步引爆雷管。所以引火藥的優(yōu)劣性會直接影響電雷管產(chǎn)品的發(fā)火可靠性和一致性。因此,對于藥頭藥劑的要求比較高,需要發(fā)火點低、點火能力強、化學安定性好、熱感度適當、導熱及熱容性小、機械感度較低[1]。國內(nèi)廠家也在注意改進生產(chǎn)技術(shù),過去由于我國采用彈性電引火藥頭,引火藥頭的制造一般采用人工涂抹蘸藥,現(xiàn)在隨著彈性藥頭逐步被剛性藥頭取代,改采用藥盤蘸藥,一次性可以達到2 000到3 000發(fā)的完成量,不但提高了生產(chǎn)效率,更能保證藥頭的一致性好,確保了雷管的發(fā)火可靠性。

        不同系列的引火藥劑制成的引火藥頭的電熱感度、防潮性能和燃燒性能是不同的。過去我國使用的引火藥劑以KClO3-C系為主,但是由于KClO3的機械感度較高,碳容易吸潮,對生產(chǎn)的橋絲和腳線腐蝕性比較大。所以,我國各廠針對引火藥頭的配方加以改進,引進鉛丹-硅系引火藥,由于其藥頭性能優(yōu)良,發(fā)火同步性好,秒量精度高,安全可靠,與腳線、橋絲的相容性較好,很大程度上解決了藥頭的安全性和長期貯存性。

        引火藥頭的燃燒是氧化還原反應,為了保證藥頭能夠充分、快速燃燒,因此加入敏化劑。過去經(jīng)常使用的敏化劑是DDNP,在混制藥劑的過程中容易產(chǎn)生大量氣泡,須不斷加水防止因氣泡的存在使藥劑變干,但加水過多后易導致干燥后的藥頭氣孔多、易與橋絲脫落[2]。同時,生產(chǎn)DDNP的過程會產(chǎn)生大量廢水,成分復雜,難以處理。而苦味酸鉀火焰感度很高,其他感度均很低,燃燒穩(wěn)定,耐熱性能好,能與相關(guān)材料相容,美國除了把苦味酸鉀作點火藥和延期藥,還把它與許多炸藥(如太安、奧克托今、HNS、PYX)混合在各種雷管和延期元件中[3]。本文通過對比DDNP-鉛丹-硅系電引火藥頭和苦味酸鉀-鉛丹-硅系電引火藥頭,探究作為敏化劑,苦味酸鉀和DDNP的性能。

        2 實驗及分析

        2.1 實驗配方確定

        據(jù)[4]資料介紹,在硅含量為20%以上時,鉛丹與硅反應熱量曲線變?yōu)樗?,說明燃速達到最大,故鉛丹-硅的基比為5∶1。鉛丹-硅系混合物熱感度低,需要加入敏化劑來提高。但是,敏化劑加多了,在提高熱感度的同時卻容易因為摩擦、意外撞擊起火;敏化劑加少了,又會導致引火藥頭電發(fā)火參數(shù)不合格,所以根據(jù)零氧平衡綜合起來,經(jīng)過多次反復試驗,確定了DDNP∶鉛丹∶硅=1.5∶5∶1和苦味酸鉀∶鉛丹∶硅=6∶5∶1的配比,經(jīng)過稱量、混合,加入10%的粘結(jié)劑聚氯乙烯進行攪拌,最后得到引火藥。

        2.2 性能測試與實驗

        2.2.1 機械感度

        分別取DDNP-鉛丹-硅和苦味酸鉀-鉛丹-硅兩種引火藥各0.02g,用立式落錘儀和摩擦擺分別進行撞擊感度和摩擦感度的實驗,結(jié)果見表1。

        表1 兩種引火藥機械感度

        表1的數(shù)據(jù)說明,苦味酸鉀的撞擊和摩擦感度遠遠低于DDNP,相當于猛炸藥,在使用配藥、加工制造、存儲運輸過程中更加安全可靠。

        2.2.2 發(fā)火性能

        用DDNP-鉛丹-硅和苦味酸鉀-鉛丹-硅引火藥進行抹藥、涂漆,干燥,分別制得剛性引火藥頭,各取30發(fā),使用電雷管參數(shù)測試儀進行電發(fā)火參數(shù)測試的實驗,分別測得單發(fā)發(fā)火電流,安全電流,發(fā)火沖能和串聯(lián)準爆電流,測試結(jié)果見表2。

        表2 兩種藥頭電發(fā)火參數(shù)

        表2的數(shù)據(jù)說明,DDNP-鉛丹-硅引火藥頭和苦味酸鉀-鉛丹-硅引火藥頭的發(fā)火電流以及串聯(lián)準爆電流都相差不大,說明加入苦味酸鉀的引火藥發(fā)火依然可靠,在電流作用下能穩(wěn)定輸出火焰沖能,符合標準。同時,其發(fā)火沖量比加入DDNP的引火藥小,說明發(fā)火更容易,熱感度很高;安全電流比加入DDNP的引火藥大,說明更加安全可靠,可以抗靜電和雜散電流的影響[5]。

        2.2.3 發(fā)火同步性

        按照GB8031要求,測試兩種藥頭裝配的5段毫秒電雷管各30發(fā),測得兩種藥頭的延期時間,測試結(jié)果見表3。

        表3的數(shù)據(jù)說明,苦味酸鉀-鉛丹-硅引火藥比DDNP-鉛丹-硅引火藥的極差和標準差小,說明苦味酸鉀的發(fā)火同步性和發(fā)火精度比DDNP還要好,原因[2]是用于引火藥的DDNP是由克拉克法制造,帶有弱酸性,而鉛丹以及其中的主要雜質(zhì)碳酸鹽,硅塊在鐵質(zhì)球磨機中粉碎混入的鐵屑等都不溶于酸,其中的氫離子會與碳酸根離子和鐵屑發(fā)生反應,生成二氧化碳和氫氣,產(chǎn)生大量氣泡,當大量氣泡不能及時從表面逸出時,就會出現(xiàn)“發(fā)酵”現(xiàn)象,在密閉條件下,氣體導致空間壓力升高,進而影響壓力波動,導致實驗結(jié)果偏差偏大。

        表3 兩種藥頭延期時間

        2.2.4 貯存性實驗

        為了檢驗藥頭在潮濕情況下的貯存水平,分別將苦味酸鉀-鉛丹-硅藥頭和DDNP-鉛丹-硅藥頭各30發(fā)干燥48h后,置于常溫下、濕度為80%的室內(nèi)下一年,然后取出進行對比,結(jié)果見表4。

        表4 兩種藥頭貯存性能

        其中DDNP-鉛丹-硅引火藥頭有6發(fā)藥頭發(fā)軟,切開后橋絲和腳線上有明顯褐色外層和斑點,說明這6發(fā)藥頭已經(jīng)銹蝕,而且嚴重影響到了發(fā)火性能。這是由于針狀小結(jié)晶DDNP是在酸性條件下制成的,在濕態(tài)條件下包覆在橋絲和腳線的表面,干燥后依然會緩慢腐蝕橋絲和腳線[6]。而苦味酸鉀吸濕量少,吸濕后又達到平衡,不會再增加吸濕量。所以和橋絲及腳線的相容性好,能抵抗潮濕環(huán)境下的影響,貯存時間更加持久。

        2.3 分析

        對比苦味酸鉀和DDNP得出苦味酸鉀的優(yōu)勢:

        2.3.1 發(fā)火安全可靠,點火能力強

        苦味酸鉀引火藥在電流作用下能穩(wěn)定輸出火焰沖能,其各項電參數(shù)指標均符合國際GB8031《工業(yè)雷管》的規(guī)定。發(fā)火沖能比DDNP小,熱感度很高,相當于斯蒂芬酸鉛,同時安全電流比DDNP大,更利于抗靜電,對比DDNP更加安全、穩(wěn)定、可靠。

        2.3.2 藥劑性能穩(wěn)定,藥劑成分之間相容性好

        苦味酸鉀在弱堿性介質(zhì)中制得,洗滌后的酸堿值在7.0左右,不像在酸性介質(zhì)中制得的DDNP會與鉛丹、硅鐵及其所含的雜質(zhì)碳酸鹽發(fā)生反應,產(chǎn)生大量氣泡。所以,混藥過程中不會出現(xiàn)“發(fā)酵”現(xiàn)象,發(fā)火精度高,一致性、同步性好,同時制得的藥頭外觀成型好,無氣孔、砂眼、歪頭等不良表觀,降低了早爆、遲爆、瞎火,運輸過程中藥頭脫落、破損等情況的發(fā)生。

        2.3.3 摩擦、撞擊感度低,安全可靠

        由于用于引火藥的DDNP一般都是克拉克法制得,產(chǎn)品呈針狀小結(jié)晶,比作為起爆藥的DDNP感度還高,而苦味酸鉀的機械感度較低,等同于猛炸藥[6],所以組成的引火藥劑比DDNP-鉛丹-硅系更加安全,能夠有效防止因為摩擦、意外撞擊等造成的發(fā)火。

        2.3.4 制藥過程中產(chǎn)生的廢水容易處理

        制造1kgDDNP產(chǎn)生的廢水250~350 kg,成分復雜,含有爆炸性物質(zhì)和毒性物質(zhì),染色深,若要治理,難度很大,成本很高;而制作苦味酸鉀的抽濾和洗滌廢水可以循環(huán)利用,作為母液還可以繼續(xù)用來制藥,其中不含有毒物質(zhì),用活性炭吸附后排放符合環(huán)保標準[4]。

        通過對比實驗,苦味酸鉀的摩擦、撞擊感度比DDNP低,發(fā)火可靠性好,能穩(wěn)定輸出火焰沖能,做出的藥頭成型性好,發(fā)火一致性和同步性好,燃燒精度高,用苦味酸鉀生產(chǎn)的引火藥與橋絲、腳線的相容性好,同時吸濕性小,容易干燥,干燥后的藥頭機械強度高,產(chǎn)品性能穩(wěn)定,能夠滿足長期貯存的需要,產(chǎn)品性能符合《工業(yè)雷管》的要求,廢品率低。同時,生產(chǎn)苦味酸鉀的廢水可以循環(huán)利用,也滿足了環(huán)境保護的需要,可以大力推廣。

        [1]謝興華.起爆器材[M].合肥:中國科學技術(shù)大學出版社,2009.

        [2]廖凱峰.DDNP對鉛丹硅系電引火藥頭的敏化作用[J].煤礦爆破,2008,(1):18-19.

        [3]盛滌倫,馬風娥.苦味酸鉀的合成、性能及其應用[J].含能材料,2004,12(2):93-96.

        [4]周光輝.苦味酸鉀/鉛丹硅系電引火藥頭的研究[J].煤礦爆破,2012,(4):13-16.

        [5]謝斌.鉛丹-硅系電引火藥頭的研究[J].爆破器材,2009,38(4):21-24.

        [6]韋愛勇,王成端,肖正學,白紅杰.用苦味酸鉀制造電引火元件[J].爆破,2006,23(3):89-92.

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