歐仙榮

(福建海峽科化股份有限公司，福建 明溪　365201)

硝酸肼鎳用于剛性電點(diǎn)火頭的試驗(yàn)研究

歐仙榮

(福建海峽科化股份有限公司，福建 明溪365201)

摘要：介紹了以硝酸肼鎳為基藥制造的剛性電點(diǎn)火頭，對基藥的選擇、點(diǎn)火藥的配比和剛性電點(diǎn)火頭的制作進(jìn)行了介紹并對點(diǎn)火頭的電性能指標(biāo)進(jìn)行了測試，通過串聯(lián)起爆和機(jī)械感度試驗(yàn)，證明用硝酸肼鎳為基藥制造的剛性電點(diǎn)火頭能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全要求。

關(guān)鍵詞：硝酸肼鎳；電點(diǎn)火頭；延期時(shí)間；發(fā)火電流；串聯(lián)起爆；機(jī)械感度

電點(diǎn)火頭是常見的一種電火工品，在海、陸、空多種武器裝備中，作為發(fā)射系統(tǒng)、點(diǎn)傳火系統(tǒng)、引爆系統(tǒng)等裝置中的首發(fā)火工元件。電點(diǎn)火頭可在規(guī)定的安全距離內(nèi)遠(yuǎn)程點(diǎn)火，在使用者的指令下使裝置即刻發(fā)火。電點(diǎn)火頭是工業(yè)電雷管發(fā)火機(jī)構(gòu)的核心部分，是確保雷管質(zhì)量的關(guān)鍵元件。至今用于電點(diǎn)火頭藥劑的種類繁多，但是現(xiàn)有點(diǎn)火頭藥劑大都存在著腐蝕性強(qiáng)、對環(huán)境存在污染、混制危險(xiǎn)性大、安全電流低等缺點(diǎn)。大多數(shù)的工業(yè)電點(diǎn)火頭用藥劑含有硫氰酸鉛、三硝基間苯二酚鉛和四氧化三鉛[1]等,這類化合物燃燒后會產(chǎn)生含鉛的煙霧，該污染物進(jìn)入大氣，污染環(huán)境，對現(xiàn)場人員身體健康造成傷害。所以對“綠色”含能材料的研究尤為重要，目前世界上許多研究小組正在進(jìn)行“綠色”含能材料的研究。

為此，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)出一種點(diǎn)火藥配方應(yīng)用于剛性電點(diǎn)火頭，該點(diǎn)火藥劑化學(xué)安定性好，點(diǎn)火藥頭制作及使用安全，同時(shí)還具備點(diǎn)火頭防潮能力強(qiáng)，強(qiáng)度高，燃燒產(chǎn)生的氣體少等特點(diǎn)。

1藥頭結(jié)構(gòu)的選擇

目前，國內(nèi)民爆器材廠家生產(chǎn)的工業(yè)電點(diǎn)火頭多數(shù)為彈性電點(diǎn)火頭，因其結(jié)構(gòu)及工藝固有的一些缺陷，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)的雷管質(zhì)量難以提高。如彈性電點(diǎn)火頭普遍存在電發(fā)火參數(shù)偏差大，電性能均一性差等缺點(diǎn)，且彈性結(jié)構(gòu)易造成點(diǎn)火頭裝配時(shí)卡裂或藥頭脫落等質(zhì)量問題，制約了工業(yè)電雷管產(chǎn)品質(zhì)量的提高[2]。

剛性電點(diǎn)火頭具有以下質(zhì)量優(yōu)勢[3]：沖梳齒鋼帶為沖床預(yù)沖，橋距固定，電阻穩(wěn)定；自動(dòng)焊接機(jī)直接對鋼帶進(jìn)行橋絲焊接，從根本上解決了焊液腐蝕橋絲、長貯發(fā)生電阻變化及斷橋的質(zhì)量隱患；蘸藥頭工序采用蘸藥機(jī)多次蘸藥及采取遠(yuǎn)紅外烘干，藥頭的密實(shí)性較好，特別是橋絲與點(diǎn)火藥的包覆較好；剛性藥頭在電雷管裝配、產(chǎn)品運(yùn)輸及爆破網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)具有很好的抗震、抗拉性能。因此，點(diǎn)火藥性能研究的對象采用剛性結(jié)構(gòu)藥頭。剛性藥頭的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　剛性藥頭結(jié)構(gòu)示意圖

2基藥的選擇

基藥是點(diǎn)火頭藥劑的主要成分，是電點(diǎn)火頭發(fā)火性能的主要影響因素，其中的發(fā)火點(diǎn)是影響點(diǎn)火頭安全電流和發(fā)火電流最主要的因數(shù)?；幍南嗳菪杂绊扅c(diǎn)火頭長期儲存的質(zhì)量穩(wěn)定性，而機(jī)械感度則會影響生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中的安全性。采用硝酸肼鎳作為剛性藥頭的基藥進(jìn)行性能研究。

2.1　硝酸肼鎳

2.1.1硝酸肼鎳(NHN)簡介

硝酸肼鎳是一種配位化合物起爆藥，配位式為[Ni(N2H4)3](NO3)2，是一種淡紫色粉末晶體。它具有制造工藝簡單、產(chǎn)品性能良好和質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。據(jù)資料介紹[4]，硝酸肼鎳對紫銅、鋁、鐵和鋼片等不起化學(xué)作用；在(50±1)℃長期加熱下很安定，吸濕量很少。特別是在制備過程中的母液可循環(huán)利用，基本上無工業(yè)廢水，保護(hù)了環(huán)境。

2.1.2硝酸肼鎳的制備

硝酸肼鎳可由硝酸鎳與水合肼在適當(dāng)?shù)臈l件下反應(yīng)制得。其反應(yīng)式如下：

Ni(NO3)2+ 3N2H4·H2O → [Ni(N2H4)3](NO3)2+ 3H2O

將各料液配成要求的濃度，過濾，取樣分析合格后備用。先在化合器中加入硝酸鎳溶液，攪拌加熱到65℃左右，然后滴加水合肼溶液。加料時(shí)間控制在35～40 min，料液加完后繼續(xù)攪拌10 min，降溫至35℃以下出料。抽濾、洗滌、干燥。抽濾和洗滌的廢液返回用于配料。制得的硝酸肼鎳過200目篩備用。

2.2　添加劑和黏合劑的選擇

本試驗(yàn)添加物選用Pb3O4是源于該材料熱穩(wěn)定性好，材料中所含的鉛具有驚人的穩(wěn)定性，既能提高點(diǎn)火頭的安全電流，又不會增大發(fā)火電流。本試驗(yàn)粘合劑選用聚乙烯醇水溶液，質(zhì)量濃度為8%~10%，pH為7左右。聚乙烯醇水溶液的揮發(fā)速度慢，所以不會出現(xiàn)點(diǎn)火藥劑與橋絲接觸不緊密現(xiàn)象。

3制作點(diǎn)火頭

3.1　點(diǎn)火藥配比

點(diǎn)火藥的配比：以硝酸肼鎳為基藥，外加10% Pb3O4，以質(zhì)量濃度為8%~10%的聚乙烯醇水溶液為粘合劑。

3.2　點(diǎn)火藥混制

點(diǎn)火藥的混制步驟為：按組分配比先稱量好硝酸肼鎳(應(yīng)去除水分含量)和Pb3O4，倒入混藥容器內(nèi)，接著按30～32 mL/100 g的比例加入(8%~10%)聚乙烯醇水溶液，手工初步攪拌，然后放入混藥機(jī)中混合均勻。

3.3　剛性藥頭制作

剛性藥頭的制作步驟為：鋼帶經(jīng)梳齒沖床預(yù)沖定位孔，在注塑機(jī)上注塑料塊，接著在整形及橋絲焊接機(jī)上制成點(diǎn)火頭的兩個(gè)電極，同時(shí)折疊壓住橋絲，焊接，以保證電極與橋絲接觸良好，然后進(jìn)行外觀檢查，人工盤繞在專用的磁盤上。在蘸藥機(jī)上分3次沾上點(diǎn)火藥并逐次在遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)內(nèi)干燥，干燥后的點(diǎn)火頭藥量應(yīng)為15~25 mg。制成的點(diǎn)火頭在腳線對焊機(jī)與腳線焊接，最后沾防潮漆并烘干。

4產(chǎn)品性能檢測

4.1　延期時(shí)間測定

電點(diǎn)火頭的發(fā)火時(shí)間[5]是指點(diǎn)火頭從開始受到電流刺激到點(diǎn)火頭發(fā)出火光所用的時(shí)間。用制作好的點(diǎn)火頭裝配成瞬發(fā)電雷管，測其延期時(shí)間，亦即點(diǎn)火頭的發(fā)火時(shí)間。結(jié)果見表1。

表1　點(diǎn)火頭延期時(shí)間測定

試驗(yàn)結(jié)果表明：電點(diǎn)火頭的發(fā)火時(shí)間符合≤12.5 ms的國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且發(fā)火時(shí)間較為均一。

4.2　發(fā)火電流測試

電點(diǎn)火頭的發(fā)火過程分為橋絲預(yù)熱和藥劑發(fā)火兩個(gè)階段[6]。用電參數(shù)測試儀通過升降法[7]試驗(yàn)并經(jīng)過計(jì)算得到電引火藥頭的50%發(fā)火電流、標(biāo)準(zhǔn)偏差、安全電流和最小發(fā)火電流。測試原理見圖2[8]，測試結(jié)果見表2。

圖2　電流感度試驗(yàn)

試驗(yàn)電流i試驗(yàn)結(jié)果nin'i結(jié)果整理inii2ni0.340003000.3501310330.360210720400.37037521630.38045120800.390510525N=∑ni=26 N'=∑n'i=26A=∑ini=69 B=∑i2ni=211

樣本標(biāo)準(zhǔn)差(S)計(jì)算：M=(NB-A2)/N2=1.07；S=1.620(M+0.029)d=0.017 8(A)。

發(fā)火電流的計(jì)算：X0.999 9=X0。50+3.719S=0.428(A)；X0.0001=X0。50-3.719S=0.295(A)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：安全電流、最小發(fā)火電流符合工業(yè)電雷管電性能指標(biāo)安全電流≥0.20 A，最小發(fā)火電流≤0.45 A的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3　串聯(lián)起爆試驗(yàn)

串聯(lián)起爆電流標(biāo)志著電雷管對電流短時(shí)間作用感度的一致性和串聯(lián)起爆的可靠性。串聯(lián)準(zhǔn)爆電流的實(shí)際物理意義：能確保串聯(lián)起爆網(wǎng)路中所有雷管全部發(fā)火的最小起爆藥電流，這個(gè)電流實(shí)際上應(yīng)稱為最小串聯(lián)起爆電流。工業(yè)電雷管的最小串聯(lián)起爆電流值對于爆破工程中起爆器的選擇和爆破網(wǎng)路的設(shè)計(jì)更有實(shí)際意義[9]。

在此分別以硝酸肼鎳為基藥制作的剛性電點(diǎn)火頭裝配成索式秒延期電雷管2、3段各100發(fā)，4段300發(fā)， 5段500發(fā)進(jìn)行串聯(lián)起爆試驗(yàn)。每組串聯(lián)起爆試驗(yàn)數(shù)量為20發(fā)，串聯(lián)后通以1.2 A的恒定直流電流。結(jié)果為1 000發(fā)試驗(yàn)產(chǎn)品全部正常起爆，沒有出現(xiàn)拒爆和丟炮現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明：硝酸肼鎳電點(diǎn)火頭對電流短時(shí)間作用感度的一致性和串聯(lián)起爆的可靠性好，點(diǎn)火能力較強(qiáng)。

4.4　機(jī)械感度試驗(yàn)

4.4.1摩擦感度試驗(yàn)

抽取10組(每組各10發(fā))電點(diǎn)火頭，分別將每組點(diǎn)火頭的前端腳線部分?jǐn)Q緊，用點(diǎn)火頭在粗糙的水泥地面上刮磨，直至點(diǎn)火頭上的藥劑刮盡，10組電點(diǎn)火頭均無出現(xiàn)發(fā)火燃燒現(xiàn)象。

4.4.2撞擊感度試驗(yàn)

抽取10組(每組各10發(fā))電點(diǎn)火頭，分別將每組點(diǎn)火頭的前端腳線部分?jǐn)Q緊，點(diǎn)火頭朝下，從離地1.5 m的高度自由落下后與粗糙的水泥地面正面碰撞，十組電點(diǎn)火頭均無出現(xiàn)發(fā)火燃燒現(xiàn)象。

從以上兩種簡單、直觀的機(jī)械感度試驗(yàn)可以看出，硝酸肼鎳電點(diǎn)火頭具有合適的摩擦、撞擊感度，能夠滿足電點(diǎn)火頭生產(chǎn)、電雷管裝配及使用過程的安全要求。

5結(jié)束語

通過對以硝酸肼鎳為基藥制作的剛性電點(diǎn)火頭的試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：電點(diǎn)火頭的電性能指標(biāo)滿足《工業(yè)電雷管》(GB8031—2005)標(biāo)準(zhǔn)要求；電點(diǎn)火頭對電流作用感度的一致性和串聯(lián)起爆的可靠性好，點(diǎn)火能力強(qiáng)；具有合適的機(jī)械感度，能夠滿足電點(diǎn)火頭生產(chǎn)與電雷管裝配過程的安全要求。對生產(chǎn)硝酸肼鎳起爆藥的起爆器材生產(chǎn)廠家，該點(diǎn)火藥具有生產(chǎn)通用性好的優(yōu)點(diǎn)。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

收稿日期：2014-11-15

作者簡介：歐仙榮(1972—),男,工程師,主要從事起爆器材工藝技術(shù)研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.039

中圖分類號：TJ314

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0707(2015)07-0154-03

本文引用格式：歐仙榮.硝酸肼鎳用于剛性電點(diǎn)火頭的試驗(yàn)研究[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(7):154-156.

Citation format:OU Xian-rong.Study on Rigid Electrical Ignition Head of Nickel Hydrazine Nitrate[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):154-156.

Study on Rigid Electrical Ignition Head of Nickel Hydrazine Nitrate

OU Xian-rong

(Fujian Haixia Technology Co., Ltd., Mingxi 365201, China)

Abstract:This paper was aimed to introduce the research on the feasibility of application of Nickel Hydrazine Nitrate(NHN) to produce the rigid electrical ignition head. The selection of priming ignition composition, the raw material ratio of ignition composition and the manufacture of the rigid electrical ignition head were stated, also the electrical parameters were measured. The experimentation of series firing and mechanical sensitiveness proved that the rigid electrical ignition head using NHN as priming ignition composition could satisfy the requirement of quality and manufacturing safety of industrial electric detonator.

Key words:nickel hydrazine nitrate; electrical ignition head; delay time; ignition current; series firing; mechanical sensitiveness

【化學(xué)工程與材料科學(xué)】