高药粉粘附性导爆管的设计及性能测试.pdf

2 0 1 3 年4 月 高药粉粘附性导爆管的设计及性能测试钱华等．3 7 ． 一 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s S n ．1 ∞1 彤5 2 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 1 0 高药粉粘附性导爆管的设计及性能测试 钱华①② 刘大斌①甘德淮③韦锦初③ 邓昭明④侯建华⑤朱长江⑤鲍国钢⑤ ①南京理工大学化工学院 江苏南京，2 l 0 0 9 4 ②国家民用爆破器材质量监督检验中心 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ⑧广东宏大爆破股份有限公司 广东广州，5 1 0 6 2 3 ④南京邓氏新材料有限公司 江苏南京，2 1 0 0 1 4 ⑤南京理工科技化工有限责任公司 江苏南京，2 1 1 1 5 1 [ 摘要]针对导爆药的塑料粘附性差而导致导爆管破孑L 率高及导爆管雷管易拒爆的现状，采用共混改性和分子 定向迁移理论，通过配方优化，开发出一系列高药粉粘附性的导爆管专用塑料。根据导爆管传爆过程中对药粉粘 附性的要求，确定了导爆药脱落率为1 6 。0 ％的导爆管最佳专用塑料配方。试验表明与常用牌号N 2 1 0 和1 1 2 A 制 备的导爆管相比，高药粉粘附性导爆管震动后每1 5m 的破孔数由N 2 1 0 、1 1 2 A 制备时的4 个、2 个下降到0 ；5 0 ℃下 每1 5 m 的破孑L 数由N 2 l O 、1 1 2 A 制备时的4 个、2 个下降到0 ；雷管拒爆现象由N 2 1 0 、1 1 2 A 制备时的1 0 ％、6 ％下降到 0 。 [ 关键词] 导爆管传爆可靠性破孔拒爆塑料 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 T Q 5 6 5T J 5 1 0 ．5 引言 导爆管是我国上世纪8 0 年代初投入使用的起 爆器材。基于当时我国的材料工业水平和高分子加 工技术状况，采用高压低密度聚乙烯 L D P E 挤出 成型，管壁为单层。该产品原材料价廉，成型工艺简 单，基本能够满足我国工程爆破的需要。1 引。随着非 电起爆网络应用比例的逐年上升，导爆管的使用量 也持续增长。2 0 1 1 年，我国导爆管产量达3 0 ．5 亿 米㈨。 然而，生产导爆管的L D P E 均是石化公司的通 用产品，为提高流散性，通常添加一定量的润滑剂， 导致其制备的塑料导爆管的管壁与导爆药的粘附性 差。在生产、运输和使用过程中导爆药易脱落，在管 内壁积聚形成“黑龙”现象，导致传爆过程中导爆管 被炸穿，降低导爆管传爆的可靠性；更有甚者，在中 深孔爆破过程中，脱落的导爆药会堵在导爆管雷管 口，导致传爆中断，出现“哑炮”现象，极大地降低了 工程爆破的质量和安全性M ’7 1 。 为此，亟须对现有导爆管管材进行研究，提高塑 料管壁对导爆药的粘附性，开发出高药粉粘附性的 塑料导爆管。 1 原料及测试方法 1 ．1 高药粉粘附性导爆管专用塑料的制备原理 塑料共混改性是在一种塑料中加入另一种或多 种其它塑料 或橡胶 ，从而达到改变原有塑料性能 的方法旧] 。在改性的同时，不影响原塑料的其它性 能。 相容性是塑料共混物选材时需考虑的重要因 素。一方面，从共混均匀性考虑，要求相容性好，能 形成均一的共混物；另一方面，从改性性能上考虑， 要求相容性不能过好，否则各组分形成热力学相容 体系，则共} 昆物的性能只具有加和性，许多性能得不 到明显改善。 同时，在配方体系中添加一定量的交联剂。当 导爆管从口模挤出进入冷却水时，与管内壁相比，管 外壁快速冷却，使得外围的高分子异相成核结晶速 率加快，结晶密度增加，晶粒尺寸微细化。因此交联 剂会在导爆管贮存过程中逐渐向晶粒间隙大的管内 侧单向迁移，从而进一步提高了药粉的粘附性。 试验中将聚酰胺、聚酯、乙烯聚合物等添加物与 L D P E 共混，制备出1 。～8 ”高药粉粘附性导爆管专 用塑料。 1 ．2 高药粉粘附性导爆管的制备 将专用塑料在南京理工科技化工有限责任公司 收稿日期2 0 1 2 1 1J 0 6 作者简介钱华 1 9 8 1 ～ ，男，副研究员，博士，主要从事民爆器材产品及工艺研究。E - m a - l q i a n h u a m a i l ．n j u s t ．e d u ．c n 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e 血l s 第4 2 卷第2 期 1 号导爆管拉管机上进行拉管试验。 导爆药配方7 5 ％R D X 2 5 ％A l 。R D X 过1 5 0 目筛，A 1 5 0 ％片状A 1 5 0 ％球状A 1 过2 0 0 目筛。 导爆药含水量≤0 ．1 ％。 挤出机各段及口模温度 实测值 1 2 0 ℃、 1 6 0 ℃、1 6 0 ℃、1 4 5 ℃。 导爆药下药量1 5 ．4m g ／m ，拉管速度6 0 珈／m i n o 通过1 。一8 。高药粉粘附性导爆管专用塑料制备 的高药粉粘附性导爆管仍用1 ’～8 ”标识。 1 ．3 导爆药粘附性定量测试法 以特定震动条件下导爆药的脱落率来表征导爆 管与导爆药的粘附性。 具体测试及计算方法见文献[ 9 ] 。 1 ．4 震动后传爆可靠性试验 1 检查震动试验机运转是否正常； 2 将1 5m 导爆管两端封口，卷成3 0 圈直径 3 0 5 c m 的管卷； 3 将试样管卷垂直固定在震动试验机木箱内， 连续震动3 0s ； 4 起爆导爆管； 5 统计出传爆过程中的破孔数。 1 ．5 高温传爆可靠性试验 1 将1 5m 导爆管两端封口，卷成直径 3 0 5 c m 的管卷； 2 置于5 0 q C 的油浴烘箱中加热lh ； 3 将导爆管从烘箱取出，1 0s 内起爆导爆管； 4 统计出传爆过程中的破孔数。 1 ．6 雷管拒爆试验 1 将5 0 根1 6m 导爆管与8 号瞬发雷管装配成 导爆管雷管； 2 5 0 根导爆管雷管分成两批，每批2 5 根，用雷 管脚线将2 5 发雷管捆扎在一起，使其晃动时不会松 散； 3 将导爆管和雷管垂直于地表，剧烈晃动导爆 管； 4 逐个起爆导爆管； 5 统计出雷管拒爆的次数。 1 ．7 抗拉性能试验 根据w J ／T2 0l9 2 0 0 4 进行抗拉性能试验。 2 高药粉粘附性导爆管的性能比较 2 ．1 配方的筛选 表1 为按照方法1 ．3 测得的19 8 8 导爆管药粉 粘附性。通过共混改性，可以开发出导爆药粘附性 在5 ．O ％～2 9 ．2 ％范围内的塑料导爆管，且成本控 表1导爆管药粉脱落率测试 T a b ．1 E x p u l s i o nr a t eo fe x p l o s i v ep o w d e r 制在1 4 0 0 0 元／t 左右。 根据“先混合后爆轰”理论导爆管正常传爆 时，在爆轰波中前沿冲击波阵面上的高温和压力作 用下，导爆药先受力变形、粉碎、脱落，然后迅速向管 内扩散并与空腔中的空气混合成云雾状炸药而爆 轰j 。同时，导爆管雷管起爆能量来自于两个方 面冲击波和灼热的爆轰粒子’10 。J 。 因此，导爆药的脱落率并非越低越好一方面， 既要保证较低的药粉脱落率，降低由于药粉堆积造 成的传爆破孑L 和药粉堵管造成的断爆概率，提高爆 破可靠性及安全性；另一方面，又要防止由于药粉和 管内壁结合过紧而造成的传爆不稳定 表观现象为 爆速偏低 ，甚至由于点火能量过低而使雷管拒爆。 通过测定18 ～8 。导爆管的爆速及雷管起爆可靠 性，最终确认导爆药脱落率为1 6 ％左右时，导爆管 的传爆稳定性、可靠性及点火能量达到一个最佳点。 因此，选取4 ”为进一步的测试样。 2 ．2 导爆药粘附性比较 目前最常见的导爆管塑料牌号为N 2 1 0 和 1 1 2 A ，其用量约占全国总用量的7 0 ％。为此，将4 4 和N 2 1 0 、1 1 2 A 的粘附性作了对比，同时，也与相同 下药量下某民爆企业进口的美国高强度导爆管的药 粉粘附性作了比较，见表2 。 表2 导爆管药粉脱落率测试 7 I h b ．2 E x p u l s i o nr a t eo fe x p l o s i v ep o w d e r 导爆管类别 4 “N 2 1 01 1 2 A 高强度 导爆药脱落率／％ 1 6 ．03 4 ．22 6 ．51 9 ．8 由表2 可知，N 2 1 0 的药粉脱落率最高，达到 3 4 ．2 ％，这也是N 2 1 0 在爆破过程中最易破孔和药 粉堵管造成拒爆的原因；1 1 2 A 的药粉脱落率达到 2 6 ．5 ％。同时发现，虽然美国高强度导爆管内层使 用的是价格昂贵、粘附性好的沙林 s u r l y n ，但药粉 粘附性能仍不及4 4 。 2 ．3 震动后传爆可靠性试验 传爆可靠性是导爆管传爆性能的最重要指标之 一，也是导爆管检测的必检项目。 表3 为按照方法1 ．4 测得的导爆管震动后传爆 可靠性数据。 万方数据 2 0 1 3 年4 月 高药粉粘附性导爆管的设计及性能测试钱华等 3 9 表3导爆管震动传爆可靠性测试 T a b ．3T r a n s m i s s i o nr e l i a b i l i t yo fd e t o n a t i n g t u b ea f t e rs h o c k 导爆管类别破孔数 d 4 N 2 1 0 1 1 2 A 0 4 2 1 5m 导爆管震动后，由于绕成的3 0 圈是垂直 放置，故脱落的药粉均堆积在每一圈的底部，也是最 容易破孔的部位。由表3 可知，N 2 1 0 制备的3 0 圈 导爆管的破孔数为4 个，1 1 2 A 破孑L 数为2 个，4 8 无 破孔，传爆可靠性最佳。 2 ．4 高温传爆可靠性试验 根据W J ／T2 0 1 9 2 0 0 4 ，导爆管在温度为 2 0 1 0 ℃的条件下须传爆可靠。然而在实际使用过程 中，尤其是夏天烈日下，地表温度高达5 0 ℃，常常由 于导爆管耐温性差导致传爆不可靠，具有断爆的隐 患。因此，试验将1 5m 导爆管卷成直径 3 0 5 c m 的管卷，置于5 0 ℃的油浴烘箱中加热1h 后起爆，考 察高温对导爆管的传爆可靠性的影响，见表4 。 表4 导爆管高温传爆可靠性测试 T a b ．4T r a n s m i s s i o nr e l i a b i l i t yo fd e t o n a t i n gt u b e u n d e rh i g ht e m p e r a t u r e 导爆管类别破孔数 4 N 2 1 0 1 1 2 A 0 4 2 由表4 可知，N 2 1 0 制备的1 5m 长导爆管的破 孔数为4 个，即耐高温性最差，1 1 2 A 次之，4 。无破 孔，高温传爆可靠性最佳。 2 ．5 雷管拒爆试验 在中深孔爆破过程中，由于垂直于地表的导爆 管较长，如果导爆药粘附性差，会导致大量脱落的药 粉堆积在雷管口，造成“堵管’’而使得雷管拒爆。雷 管拒爆后不仅使得爆破质量下降、爆破工期延长，尤 其是拒爆雷管的排查及处理是极其危险的操作。因 此，提高导爆药粘附性，减少甚至消除由于药粉堵管 而引起的雷管拒爆现象，也是导爆管制备过程中亟 须解决的问题。 为此，按照方法1 ．6 中的步骤，模拟导爆管中深 孔爆破过程中的状态，进行雷管拒爆试验。结果如 表5 所示。 由表5 可知，N 2 1 0 由于其药粉脱落率高达 表5 雷管拒爆试验 T a b ．5M i s f i r et e s to fd e t o n a t o r 3 4 ．2 ％，所以药粉堵管概率大大增加，雷管拒爆率达 到1 0 ％。1 1 2 A 的雷管拒爆数次之，4 8 仅有少量药粉 脱落，雷管不发生拒爆现象。 2 ．6 抗拉性能试验 在工程爆破的联接网路和装炮过程中，导爆管 被不断地牵拉。管壁材料的抗拉强度越高，导爆管 越不容易因拉细或拉断而失去传爆性能。因此管材 须具有较好的抗拉强度。试验中对4 8 、N 2 1 0 、1 1 2 A 的抗拉强度进行了测试和比较，见表6 ，测试温度为 2 5 ℃． 表6 导爆管抗拉性能试验 T a b ．6T e n s i l es t r e n g t ho fd e t o n a t i n gt u b e 由表6 可知，4 4 的极限抗拉强度最大，达到8 k g ，而N 2 1 0 和“2 A 均为6k g 。故4 8 的抗拉性能最 好。 3 结论 1 4 ”高药粉粘附性导爆管的药粉脱落率为 1 6 ．0 ％，达到导爆管传爆稳定性、可靠性及点火能量 的最佳结合点； 2 4 “高药粉粘附性导爆管在震动后及5 0 ℃高 温后每1 5 m 的破孔数由N 2 l O 、1 1 2 A 制备时的4 个、 2 个下降到o ；雷管拒爆现象由N 2 1 0 、1 1 2 A 制备时 的l o ％、6 ％下降到o ，极大地提高了导爆管的传爆 可靠性和使用安全性； 3 4 ”高药粉粘附性导爆管的抗拉性能优于 N 2 1 0 和1 1 2 A 。 4 8 高药粉粘附性导爆管，在南京理工科技化工 有限责任公司、贵州久联民爆器材发展股份有限公 司、河南前进化工股份有限公司和广州宏大爆破有 限公司进行了试生产，并通过客户使用，达到应用水 平。 参考文献 [ 1 ] 刘自铴，蒋荣光．工业火工品[ M ] ．北京兵器工业 万方数据 4 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第2 期 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 出版社，2 0 0 3 ． L i uZ i t a n g ， J i a n gR o n g g u a n g ．I n i t i a t i n gp y r o t e c h n i c s [ M ] ．B e i j i n g 0 r d n a n c eI n d u s t r yP r e s s ，2 0 0 3 ． 刘大斌．塑料导爆管的起爆、传爆及输出性能研究 [ D ] ．南京南京理工大学，2 0 0 2 ． L i uD a b i n ． S t u d yo ft h ei n i t i a t i o n ，e x p l o s i o nt r a n s n 引而n g a n do u t p u tc h a r a c t e ro fN o n e lt u b e [ D ] ． N a n j i n g N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ． 中国爆破器材行业协会．中国爆破器材行业简报 [ R ] ．2 0 1 2 2 9 2 1 ． 侯建华．特殊使用条件下提高导爆管传爆可靠性研究 [ D ] ．南京南京理工大学，2 0 0 4 ． H o uJ i a n h u a ． S t u d yo ne n h a n c i n gd e t o n a t i n gr e l i a b i l i t yo f d e t o n a t i n gt u b eu n d e rs p e c i a lc o n d i t i o n [ D ] ．N a n j i n g N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ． 何中其，彭金华，刘大斌，等．导爆管传爆性能设计与 参数分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 3 1 3 ，7 ． H eZ h o n g q i ，P e n gJ i n h u a ，L i uD a b i n ，e ta 1 ． A n a l y s i s a n dd e s i g no fd e t o n a t i o np 猢e t e r si nn o n e lt u b e[ J ] ． E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 1 0 ，3 9 3 1 - 3 ，7 ． 荆术祥，钱华，刘大斌，等．装药量对塑料导爆管传爆 性能的影响[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 5 4 _ 6 ． J i n gS h u x i a n g ，Q i a nH u a ，L i uD a b i n ，e ta 1 ． I n n u e n c eo f t h ee x p l o s i V ec h a r g eo ne x p l o s i o np r o p a g a t i o no ft h en 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6 ，2 5 1 1 8 - 2 0 ． H uZ h e n g p i n g ，“uD a b i n ． S a f e t yo fn o b e ld e t o n a t o r s a n ds a f ed i s c u s s i o no nt h e i ru s e [ J ] ． E x p l o s i v eM a t e r i ． a l s ，1 9 9 6 ，2 5 1 1 8 - 2 0 ． [ 1 1 ]阳世清，王荪源，杨权中，等．塑料导爆管在燃烧转 爆轰过程中的火焰结构及爆轰波生成机理[ J ] ．爆炸 与冲击，1 9 9 0 ，1 0 1 3 _ 6 ． Y a n gs h i q i n g ，W a n gs u n y u a n ，Y a n gq u a n z h o n g ，e ta 1 ． T h e 玎踟es t m c t u r ea n dt h ef b 珊a t i o nm e c h a n i s mo f d e t o n a t i o nw a v ef b rt h ep l a s t i cs h o c kt u b es y s t e md u r i n g d e n a g r a t i o nt od e t o n a t i o nt r a n s i t i o np r o c e s s [ J ] ．E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ，1 9 9 0 ，1 0 1 3 - 6 ． D e s i g no ft t I eA d h e s i v eS h o c kT u b ea n di t sp e r f o r m a n c e Q I A NH u a ①②，L I UD a b i n ①，G A ND e h u a i ③，W E IJ i n c h u ③， D E N GZ h a o m i n g ④，H O UJ i a n h u a ⑤，Z H UC h a n 舒i a n g ⑤，B A 0G u o g a J l g ⑤ ①S c h 0 0 1o fC h e m i c a lE n 百n e e r i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 ②N a t i o n a lQ u a l i t yS u p e r v i s i o na n dI n s p e c t i o nC e n t e rf o rI n d u s t r i a lE x p l o s i v eM a t e r i a l s J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 ⑧G u a n g d o n gH o n g d aB l a s t i n gC o ．，L t d ． G u a n g d o n gG u a n g z h o u ，5 1 0 6 2 3 少N a n j i n gD e n g s h iF i l mN e wM a t e r i a l sC o ．，L t d ． J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 1 4 ⑤N a n j i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yC h e m i c a lC o ．，L t d ． J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 1 1 5 1 [ A B s T I t A c T ] D u et ot h eb a da d h e s i v i t yb e t w e e ne x p l o s i v ep o w d e ra n ds h o c kt u b e ，t h es h o c kt u b et e n d st ob eb r o k e n a n dt h es h o c kd e t o n a t o rs o m e t i m e sm i s 6 r e s ． A c c o r d i n gt ot h et h e o I yo fb l e n d i n gm o d i f i c a t i o na n do r i e n t e dm o l e c u l em i } 口． t i o n ，as e r i e so fs p e c i a ld e d i c a t e dp l a s t i c sf b rs h o c kt u b ew i t hh i g ha d h e s i v i t yw e r ed e s i g n e d ．F o rt h en e e do fa d h e s i v i t yb e t w e e ne x p l o s i V ep o w d e ra n ds h o c kt u b ed u r i n gt r a n s m i s s i o n ，t h eb e s tf b 珊u l aw i t h1 6 ．0 ％e x p u l s i o nr a t eo fe x p l o s i v ep o v ． d e rw a sd e t e r n l i n e d ． E x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a ti nc o n t r a s tw i t hc o n v e n t i o n a lN 2 1 0a J l d1I Z Ac o u n t e I p a r t s ，t h eh i g h l y a d h e s i v es h o c kt u b eh a sd e c r e a s e dt h en u m b e ro fb r o k e nh o l e st o0p e r1 5 ma f t e rs h o c k 4h o l e sf o rN 2 1 0a n d2h o l e sf o r 1 1 2 A ，b r o k e nh o l e sa t5 0 ℃t o0p e r1 5 m 4h o l e sp e r1 5 mf o rN 2 1 0a n d2h o l e sp e r1 5 mf o r1 1 2 A a n dm i f i r er a t eo f 0 1 0 ％f o rN 2 1 0a n d6 ％f o r1 1 2 A ． [ K E Yw 0 R D s ] d e t o n a t i n gt u b e ，r e l i a b i l i t yo fd i f h s i n gd e t o n a t i o n ，b r o k e nh o l e ，m i s f i r e ，p l a s t i c s 万方数据