高氯酸钾在引火药中的应用

曾陆平

(福建省民爆化工股份有限公司永春分公司 ,福建泉州 362615)

1 引言

电雷管是我国工程爆破中应用最广的品种,大约占到总数量的一半以上。电引火元件是各种电雷管的共同点火部分,它的作用是吸收桥丝将电能转变为热能后达到着火点,点燃引火药剂,利用药剂燃烧发出的火焰将雷管引爆或点燃延期体。根据电雷管的热起爆机理[1],电雷管的大规模起爆取决于电引火元件发火的可靠性和一致性,在我国弹性结构电引火元件中,桥丝电阻差异、引火药的热感度差异等影响到雷管发火可靠性和一致性,造成雷管在工程使用上的丢炮、早爆、迟爆等,给工程施工带来严重的安全隐患。刚性电引火元件中,桥丝电阻的差异相对较小,发火可靠性和一致性最主要的影响因素是引火药剂的热感度和桥丝与药剂接触的紧密程度,即引火药涂敷致密度高,则发火精度高,电感度增加[2]。传统的引火药剂是采用 KClO3-C系、KClO3-C-DDNP系,其发火可靠性和一致性并不是很好,库存期达不到要求,主要是两系列的药剂易发酵,与桥丝的接触紧密度不好,而氯酸钾分解产生的物质吸湿性较强,南方由于湿度较大,引起引火元件的小头腐蚀,从而造成引火元件的发火可靠性和一致性不好。氯酸钾不稳定,经过撞击、摩擦、有火花都容易引起爆炸,与还原剂木炭混合时,在机械摩擦作用下会发生爆炸,而且发火点会大大降低[3];而高氯酸钾稳定,它不容易引起爆炸,是无色结晶或白色结晶粉末,微溶于水,采用高氯酸钾后就可以大大降低引火药剂吸湿性,延长库存期和提高生产和使用的安全性。实验结果表明用高氯酸钾替换氯酸钾用于引火元件的制造是可行的。

2 实验部分

2.1 方法原理

引火药球的作用是在一定强度的电流作用下,能迅速可靠地发火,并输出一定强度的火焰冲能,用于点燃延期药或起爆药的火工元件。引火药的组成是由氧化剂、可燃物及敏感剂的混合物。引火药剂要求在电流作用下能迅速可靠地发火,并产生较强的火焰,可靠地点燃延期药或起爆药,热感度适当,导热及热容性好,摩擦感度较低,能适应长贮的要求,制造方法简单,原料来源丰富,成本低。

2.2 药剂的选择

电雷管使用的药剂有KC lO3-C系、KClO3-C-DDNP系。KC lO3-C系的优点是感度低,缺点是对铁脚线的腐蚀性较强、秒量极差较大,库存期达不到要求;KC lO3-C-DDNP系,虽然可以降低引火元件的秒量,但也不宜长贮,达不到库存期的要求。因此,金属壳毫秒延期电雷管的引火药剂不宜采用以上两种。由于 KClO3吸湿性太大,吸湿后分解不适合于南方潮湿的天气,高氯酸钾的吸湿性远小于氯酸钾,因此,考虑用高氯酸钾代替氯酸钾用于电引火元件的制造。

2.3 黏合剂选择

经过试验对比聚乙烯醇比明胶等黏合剂在常温下相对吸湿性较低,而原料又较丰富;因此,选用聚乙烯醇作为黏合剂。经过初步试验后确定适用范围,然后分别配制 5种外加量 (a.5%;b.6%;c.7%;d.8%;e.10%),经过试验对比 (考察电参数),配好后即抹球及冷藏1d后再抹球,药球质量8～20mg,观察药球外观和测量药球秒量见表1。

表1 各种胶液配方的外观和秒量

从表1可以得出无冷藏即抹球的效果远不如冷藏后的效果,a、b、c基本不符合毫秒管引火药球的要求;由于药球较为松散,桥丝和引火药的接触不紧密,桥丝产生的热能不易传导给引火药,从而造成药球秒量较不稳定和偏高,a、b、c的配方不符合要求,不能用于毫秒管中,d、e能满足秒量要求,e的药球较结实,桥丝与药剂的接触良好,桥丝与引火药的接触面积增加,桥丝与药之间的传热性好,容易反应,从而使发火能量下降,即雷管的电感度增加,发火精度提高,因此,选择 e能符合作为引火药球黏合剂的要求。

2.4 药剂配方的确定

高氯酸钾、木炭和三硫化二锑经过破碎后过200目筛,DDNP用克拉克法制得,设计配方见表2。

表2 引火药配方设计

以上五种配方用 10%的聚乙烯醇作为黏合剂调合制成引火药头,分别测 100发药头秒量,并贮存1年。

解剖情况如表3所示。

表3 各种配方试验情况

配方一、二、三由于含有木炭,药剂易发酵、发泡,造成引火药剂与桥丝接触不紧密,烘干后解剖发现药球会出现空心、气泡、沙眼等,使引火元件的发火一致性存在较大差异,配方四和配方五的药球结实,药剂与桥丝接触紧密,不吸湿,不存在腐蚀现象,发火可靠性较为一致,而配方四和配方五虽然发火一致性和库存期限都能满足要求,由于 DDNP含量的差异使配方五过于敏感,安全电流较低,在生产和使用上存在一定不安全因素,综合以上因素选用配方四比较符合要求,即 KClO4∶Sb2S3∶DDNP=A∶B ∶C。

2.5 对配方四进行各种性能指标的试验

药球单发质量为 15～20 mg;水分为 0.6%;沾完漆再烘干 1 d进行电参数试验数据如下:

①单发秒量:试验100发 ,5.6～7.6ms;平均6.4 ms;发火一致性较好,符合秒量要求;②单发发火电流:用升降法试验后计算出50%发火电流为0.2875A;单发发火电流上限0.3513A;单发发火电流下限 0.227 8 A;符合国标上限不大于 0.45 A的要求。③百毫秒发火电流:用升降法试验后计算出百毫秒发火电流上限:0.343 9 A;百毫秒发火电流下限:0.268 9 A;④发火冲能:用升降法试验后计算出通电时间上限:7.6 ms;通电时间下限:3.557 ms;发火冲能K=(2I)2t=(0.343 9×2)2×7.6=3.60 A2ms;符合国标在 2.0～7.9 A2 ms之间的要求。⑤安全电流试验每组串联 20发通以 0.20 A,试验 10组全部不爆炸;每组串联 20发通以 1.2 A直流电,10组全部爆炸;⑥点火能力试验:用五段毫秒管来试验 1 000发,结果全部爆炸;⑦用两种五段延期体来各做秒量试验 100发,秒量在 110.54～120.4 ms,极差为 9.86 ms;秒量在 117.25～126.85 ms;极差为 9.6 ms;以上数据均符合 GB8031-2005的规定;因此,所选的配方是合理可行的,能符合毫秒引火药球的要求。

2.6 库存试验

用 KC lO4∶Sb2S3∶DDNP=A ∶B∶C作为引火药抹成药球后,装配五段毫秒延期电雷管 1 000发,库存一年半后,进行解剖,引火药球无吸湿现象,引火元件小头无腐蚀,1 000发全测电阻均合格,并进行串联准爆和测秒量,均符合国标的要求。

3 结论

引火药配方 KClO4∶Sb2S3∶DDNP=A∶B∶C以及聚乙烯醇作为黏合剂完全可应用于制造引火药。高氯酸钾代替氯酸钾作为引火药的一个主成分有利于提高生产和使用过程的安全性,其药剂与桥丝和脚线相容性好,可以满足工业雷管贮存期的需要,其药剂吸湿性较小,容易干燥,引火药球较结实,机械强度高,产品质量稳定,废品少,药球的秒量精度高,点火能力较强,发火可靠性和一致性好,因此,高氯酸钾作为引火药剂的主成分完全可以应用于制造电引火元件。

[1]蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社,1999.

[2]刘志铴,蒋荣光.工业火工品 [M].北京:兵器工业出版社,2003:111.

[3]郭子庭,刘厚平,肖 国.高氯酸钾与氯酸钾的性能分析 [J].爆破器材,2004,33(增刊):102-103.