高精度无起爆药毫秒延期电雷管设计.docx
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高精度无起爆药毫秒延期电雷管设计
目录
1、定义
2、设计目的
3、设计原理
4、作用机理
5、延期体的结构
6、延期药的配方
7、延期药的生产工艺
8、雷管的生产工艺
9、雷管结构图
10、影响雷管的各种主要因素
11、优缺点
一、定义
高精度无起爆药毫秒延期电雷管，即在雷管装药中去掉了起爆药成分，采用电激发，延期精度在毫秒级的电子雷管。
二、设计目的
研制高精度无起爆药延期电雷管旨在取消传统的DDNP之类的起爆药，可以将普通的延期电雷管的结构更加简单，性能更加可靠，解决了有起爆药雷管严重污染环境的问题，提高了雷管的制造、使用和运输和贮存过程中的安全性。
3、设计原理
众所周知，就普通工业雷管而言，以感度高、爆轰成长期短、引爆冲能较大的起爆药作为初级装药，起爆猛炸药完成雷管能量输出是容易实现的。
一般地说，较顿感的非起爆药，如合成的新型单质炸药、改性炸药直类，爆轰成长期较起爆药长，其作为雷管的初级装药由燃烧转爆轰则显得十分困难。
显然，就无起爆药雷管而言，初级装药药剂选定之后，与之匹配（使之由燃烧迅速转爆轰）的雷管的装药结构是至关重要的。
研究表明，雷管被激发后，药剂的迅速不断给压缩波提供能量，随着燃烧波区的压力升高，压缩波得以加强形成强压缩波即冲击波，冲击波形成于燃烧波阵面不远处。
点火区的高压是形成冲击波的重要条件。
显而易见，对于初级炸药爆轰成长较慢的无起爆药雷管宜采取：
在点火部位，即点火药与初级炸药的界面附近施以强约束，用以抵抗壳体的侧向膨胀，阻止膨胀稀疏波的侵入，以免降低点火区内部的压力；在点火区附近提高药剂的装药密度，使反应加快。
这些均有利于点火区高压的形成，实现初级炸药的燃烧转爆轰。
四、作用机理
雷管能完全爆轰的主要条件是：
在外能作用下起爆药在短时间内由燃烧转变为能量很大的冲击波，从而引起猛炸药的爆轰。
无起爆药雷管则是在无起爆药的条件下，猛炸药也能在极短的时间内完成爆轰过程，将燃烧反应速度高的猛炸药装入强约束壳体中（如金属圆筒），使猛炸药在高点火点能量的引燃剂作用下，在极短时间内燃烧，因猛炸药是在密闭或半密闭条件下燃烧，产生的气体受阻，燃烧反应区压力骤然增高，燃烧气体的氧平衡和稳定性被破坏，随着燃烧面的扩大，燃速加快，超过临界值（9.5m/s），由于猛炸药燃烧时所释放出来的能量叠加，瞬间由爆燃转变为爆轰，由初始的弱冲击波形成强冲击波，从而使雷管底药得到爆轰的能量。
炸药的爆燃是以热传导、热辐射和燃烧气体扩散作用来实现，其传播速度远远比爆轰低得多。
炸药的爆轰则是靠爆轰波对未爆炸药的冲击压缩实现的。
点火能量是炸药能否顺利转爆的基本条件，点火能量大，利于炸药燃烧传播速度的加快。
转爆药是无起爆药雷管爆轰的重要因素之一，以选择爆速高的猛炸药最好。
如黑索金、泰安。
转爆药的装药的粒度、密度应据转爆过渡由弱到强的能量传递的需要，按一定的密度梯度来装药。
无起爆炸药雷管及有起爆药雷管爆轰成长过程比较见下图。
1
c
d
d’
c’
a
爆速Vm/s
b’
b
2
a’
0
时间t（s）
1无起爆药雷管
2有起爆药雷管
0a起爆药爆轰成长
0a’起爆元件内炸药燃烧
ab起爆药稳定爆轰
a’b’起爆元件内炸药由燃烧转为爆轰
bc底部药柱爆轰成长
b’c’底部药柱爆轰成长
cd底部药柱稳定爆轰
c’d’底部药柱稳定爆轰
五、延期体的结构
延期元件的结构有简单的薄壁管壳直填直压式结构方式和索式延期体，以及厚壁钢管式延期体。
目前我国的一些产品仍在使用的是简单的薄壁式直填直压式结构。
国外上世纪70年代末出现的索式延期体，初期管材为铅或铅合金、延期索为单药芯，为了提高延期精度又出现了三芯和五芯等多芯延期索，为提高延期药的密度，从铅索又发展为铝索以及其他金属索。
装药工艺由直填直压式发展为拉拔式，拉拔工艺、延期体长度、卡印直径、卡印位置等对延期精度也会产生很大的影响。
自90年代后，国外的延期索又让位于厚壁钢管式，其管壳的外径即为雷管的内径，延期钢壳的内径是延期药燃烧精度最好的药芯直径，通常在2.0~3.5mm，装药工艺又改为直填直压式。
六、延期药的配方
延期药通常是氧化剂和和可燃剂的机械混合物，其基本组成为氧化剂、可燃剂、缓燃剂和粘合剂。
目前，延期药的发展已初具系统，形成了硅系、钨系、硼系、锰系、钼系、Mg-BaO2系等系列。
氧化剂在延期药中的作用是提供氧，可燃剂的作用是燃烧放热。
延期药的反应是氧化还原反应，其配比组成由氧平衡决定，而影响延期药延期时间和延期精度的首要因素是延期药中各成分的配比。
可燃物多，氧化剂不足时，氧化放热少，使燃烧速度降低，延期时间增加；反之如氧化剂过多，可燃物燃烧放热太少，氧化剂分解所需热量不足，也会使燃烧速度下降。
如果多余，无论哪一样均不能对反应热作出贡献，只能作为惰性物质考虑，在反应中起到“热沉”，使温度和燃速下降。
所以，必须通过计算结合实际测试数据，才能确定较佳的配比，根据实际需要，一般均为负氧平衡。
选择不同的氧化剂、可燃剂，会有不同性能的延期药，其延期精度也有很大的差异。
比如，可燃剂的选择要从发火点、燃烧热、生成物的状态来考虑，氧化剂的选择要从有效氧含量、分解温度、分解热等方面考虑。
在实际应用中要综合考虑各方面的因素，以利延期药精度的提高。
另外，延期药放置一段时间会产生秒量漂移现象，这种现象是由氧化剂与还原剂固有的特性决定的，很难有彻底解决的方案。
相同配方不同批次的延期药也存在很大的差异，这与生产延期药的庞大的工艺控制又很大的关系，也不太容易解决。
另外，延期药的储存环境及其使用环境对延期药的秒量也有很大影响。
添加剂包括造粒剂，时间调整剂等。
用于造粒的粘合剂通常有：
煤焦油、沥青、硝化棉、紫胶、骨胶、聚乙烯醇等物质。
在延期药造粒过程中加入适量粘合剂，可使组成延期药的各成分微粒粘合成大小均一的颗粒，并且在药剂表面形成一层薄膜，它可以起钝化作用，即降低延期药的燃速和机械感度以及改善延期药的理化安定性，由于它参与燃烧并产生气体，影响燃烧稳定性，从而影响燃速，故加入量不
宜太多，一般不超过延期药量的5%。
另外，粘结剂对延期药的吸湿性有很大的影响，在贮存中，有水、二氧化碳、空气等物质存在且气温高等环境条件下，造成延期药精度变差甚至变质，而粘合剂使金属可燃剂粒子表面包覆一层惰性保护层，降低吸湿性。
时间调整剂通常有BaCrO4、SiO2（用其多孔性物质如硅藻土）、Cu粉、火棉胶、松香、虫胶等，其作用是参加或阻碍延期药的氧化反应，影响反应热值，吸附生成气体、吸收热量、造粒和改善工艺性能等。
另外，在延期体的设计中，可考虑在延期管中填充一些软化物质或多孔物质，以减小燃烧放热和少量的气体产物对延期药精度的影响。
该填充物需满足以下条件：
一是不参与学反应，二是能被热软化或吸收部分气体。
专利USP4776275有类似的作用，其效应要是通过在延期药与管壁之间加一个螺旋簧，使延期药和管壁之间存在一定的空隙实现的。
它们具有明显改变燃速和调正燃速的作用，适当的添加时间调整剂可以提高延期药的精度。
延期药各成分的粒度对秒量精度的影响很大。
粒度主要影响比表面积，因反应首先发生在粒子表面，所以，反应速度随粒子尺寸的减小而增加，从而可燃剂表面的氧化反应对燃速起控制作用。
一般说来，其组分的粒度越细、纯度越高，接触的状态越一致，反应越完全，振动燃烧时龟裂的节距越小，因而燃烧就越快，延期药的延期精度也相应提高。
而当粒度增大时，燃速会降低，粒度超过一定的尺度，燃烧不能继续下去，甚至产生瞎火现象。
原材料的不同来源也会导致延期药精度的差别，同种原材料由于不同产地，成分虽然相同，但粒度的大小及分布情况却不完全相同，因而表面状态也不同，导电系数存在差异，从而影响接触面的大小，影响延时精度。
七、延期药的生产工艺
没有好的制造工艺相配合，即使采用好的延期药配方，也得不到性能优良的延期药。
我国大部分采用的是球磨工艺，该法耗能费时、且影响原料纯度。
目前提倡开展先进的制药工艺研究，如物理沉积、学沉积技术、超细粉碎新技术、共沉淀技、液相悬浮混合技术、改善性能的添加剂技等。
王志朋、劳允亮等人对钨系延期药共沉淀结晶进行了探讨。
徐达伟等对硼系延期药采用液相悬浮技术混合造粒新工艺进行制备，利用混合造粒遥控设备和敏感药剂的造粒技术，解决了原材料及药剂的粉碎、混合、造粒和配方优化问题。
黄寅生等对延期药各组分进行了分析，探讨了异核结晶的结晶机理，用降温析出法制备了钼系延期药，通过对比其性能优于普通的手工混制的延期药。
由此可见改进延期药的制造工艺，需求新的制备方法，也是今后延期药发展的方向。
八、雷管生产工艺流程图
两
件组
合
塑料卡
口塞检验
导爆管
一端封口
切断
导爆管检验
入库
装袋
装入组合件
紧口检验
紧口
雷管检验
压合
压药检验
药柱退
入管壳
松装662炸药
扩口检验
雷管壳扩口
组合模
压药
雷管壳
装药
压药柱
组合模
钢组合模
引爆管壳
造粒黑索金
塑料导爆管式无起爆药雷管工艺流程图
9、雷管结构图
十、影响雷管性能的各种主要因素
1.铝质薄壳与钢质薄壳引爆管得爆轰对比实验
引爆管
实验数量
实验结果
材料
壁厚（mm）
铝
0.33
10
全部半爆
钢
0.47
150
100%爆轰
钢
0.857
100
100%爆轰
2.压药压力多雷管性能的影响
压药压力（kg/cm2）
实验数量（发）
实验结果
备注
爆轰率（%）
5mm铅板炸孔
125
200
300
400
500
50
50
50
50
50
100
100
100
100
60
10.76
11.27
11.28
11.17
10.49
16发半爆
4发拒爆
3.黏合剂对雷管性能的影响
黏合剂名称
黏合剂含量（%）
数量（发）
实验结果
备注
爆轰率（%）
5mm铅板炸孔
虫胶
酚醛树脂
聚乙烯醇缩丁醛
聚乙烯醇缩丁醛
聚醋酸乙烯酯
2
2
0.25
1.0
0.5~1
10
50
50
535
100
90
94
100
99
100
11.21
11.10
11.60
11.67
半爆1发
半爆3发
瞎火5发
4.加绸垫或涂硝棉漆对雷管性能的影响
传火孔口部情况
导爆管爆速（m/s）
数量（发）
实验结果
加绸垫
1650
5
绸垫打碎，5发全部拒爆
涂4%浓度硝棉漆
1650
20
硝棉漆层打掉，其中6发拒爆，第二次全部起爆
涂4%浓度硝棉漆
1950
50
全部爆轰
十一、优缺点
优点：
（1）生产、运输，贮存以及使用安全，不受雷电、静电、杂散电影响，从根本上杜绝了早爆事故，为工艺自动化创造了良好的条件，同时增加了毫秒雷管系统的使用安全性。
（2）作用可靠，威力大，用途广泛。
雷管的密封系统好，耐高低温，所以使用不受天气等环境条件的影响，可广泛应用于露天、井下，水下爆破作业。
（3）雷管结构简单，生产简便，污染少。
过去，由于起爆药感度高、威力大，不能运输，雷管厂必须有起爆药生产车间。
而起爆药生产工艺复杂，需专门的工装设备（如真空泵、化合器、烘干器），且产生大量废气、废水，直接危害操作工人健康，严重污染工厂周围环境。
无起爆药雷管取消了起爆药的生产，减少了废水对环境的污染。
（4）使用方便，击发装置简单。
单发雷管可用起爆枪直接起爆，数发雷管可通过网络连接一次点火和成群起
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