高氯酸鉀在引火藥中的應用

曾陸平

(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

電雷管是我國工程爆破中應用最廣的品種,大約占到總數量的一半以上。電引火元件是各種電雷管的共同點火部分,它的作用是吸收橋絲將電能轉變?yōu)闊崮芎筮_到著火點,點燃引火藥劑,利用藥劑燃燒發(fā)出的火焰將雷管引爆或點燃延期體。根據電雷管的熱起爆機理[1],電雷管的大規(guī)模起爆取決于電引火元件發(fā)火的可靠性和一致性,在我國彈性結構電引火元件中,橋絲電阻差異、引火藥的熱感度差異等影響到雷管發(fā)火可靠性和一致性,造成雷管在工程使用上的丟炮、早爆、遲爆等,給工程施工帶來嚴重的安全隱患。剛性電引火元件中,橋絲電阻的差異相對較小,發(fā)火可靠性和一致性最主要的影響因素是引火藥劑的熱感度和橋絲與藥劑接觸的緊密程度,即引火藥涂敷致密度高,則發(fā)火精度高,電感度增加[2]。傳統(tǒng)的引火藥劑是采用 KClO3-C系、KClO3-C-DDNP系,其發(fā)火可靠性和一致性并不是很好,庫存期達不到要求,主要是兩系列的藥劑易發(fā)酵,與橋絲的接觸緊密度不好,而氯酸鉀分解產生的物質吸濕性較強,南方由于濕度較大,引起引火元件的小頭腐蝕,從而造成引火元件的發(fā)火可靠性和一致性不好。氯酸鉀不穩(wěn)定,經過撞擊、摩擦、有火花都容易引起爆炸,與還原劑木炭混合時,在機械摩擦作用下會發(fā)生爆炸,而且發(fā)火點會大大降低[3];而高氯酸鉀穩(wěn)定,它不容易引起爆炸,是無色結晶或白色結晶粉末,微溶于水,采用高氯酸鉀后就可以大大降低引火藥劑吸濕性,延長庫存期和提高生產和使用的安全性。實驗結果表明用高氯酸鉀替換氯酸鉀用于引火元件的制造是可行的。

2 實驗部分

2.1 方法原理

引火藥球的作用是在一定強度的電流作用下,能迅速可靠地發(fā)火,并輸出一定強度的火焰沖能,用于點燃延期藥或起爆藥的火工元件。引火藥的組成是由氧化劑、可燃物及敏感劑的混合物。引火藥劑要求在電流作用下能迅速可靠地發(fā)火,并產生較強的火焰,可靠地點燃延期藥或起爆藥,熱感度適當,導熱及熱容性好,摩擦感度較低,能適應長貯的要求,制造方法簡單,原料來源豐富,成本低。

2.2 藥劑的選擇

電雷管使用的藥劑有KC lO3-C系、KClO3-C-DDNP系。KC lO3-C系的優(yōu)點是感度低,缺點是對鐵腳線的腐蝕性較強、秒量極差較大,庫存期達不到要求;KC lO3-C-DDNP系,雖然可以降低引火元件的秒量,但也不宜長貯,達不到庫存期的要求。因此,金屬殼毫秒延期電雷管的引火藥劑不宜采用以上兩種。由于 KClO3吸濕性太大,吸濕后分解不適合于南方潮濕的天氣,高氯酸鉀的吸濕性遠小于氯酸鉀,因此,考慮用高氯酸鉀代替氯酸鉀用于電引火元件的制造。

2.3 黏合劑選擇

經過試驗對比聚乙烯醇比明膠等黏合劑在常溫下相對吸濕性較低,而原料又較豐富;因此,選用聚乙烯醇作為黏合劑。經過初步試驗后確定適用范圍,然后分別配制 5種外加量 (a.5%;b.6%;c.7%;d.8%;e.10%),經過試驗對比 (考察電參數),配好后即抹球及冷藏1d后再抹球,藥球質量8～20mg,觀察藥球外觀和測量藥球秒量見表1。

表1 各種膠液配方的外觀和秒量

從表1可以得出無冷藏即抹球的效果遠不如冷藏后的效果,a、b、c基本不符合毫秒管引火藥球的要求;由于藥球較為松散,橋絲和引火藥的接觸不緊密,橋絲產生的熱能不易傳導給引火藥,從而造成藥球秒量較不穩(wěn)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能滿足秒量要求,e的藥球較結實,橋絲與藥劑的接觸良好,橋絲與引火藥的接觸面積增加,橋絲與藥之間的傳熱性好,容易反應,從而使發(fā)火能量下降,即雷管的電感度增加,發(fā)火精度提高,因此,選擇 e能符合作為引火藥球黏合劑的要求。

2.4 藥劑配方的確定

高氯酸鉀、木炭和三硫化二銻經過破碎后過200目篩,DDNP用克拉克法制得,設計配方見表2。

表2 引火藥配方設計

以上五種配方用 10%的聚乙烯醇作為黏合劑調合制成引火藥頭,分別測 100發(fā)藥頭秒量,并貯存1年。

解剖情況如表3所示。

表3 各種配方試驗情況

配方一、二、三由于含有木炭,藥劑易發(fā)酵、發(fā)泡,造成引火藥劑與橋絲接觸不緊密,烘干后解剖發(fā)現藥球會出現空心、氣泡、沙眼等,使引火元件的發(fā)火一致性存在較大差異,配方四和配方五的藥球結實,藥劑與橋絲接觸緊密,不吸濕,不存在腐蝕現象,發(fā)火可靠性較為一致,而配方四和配方五雖然發(fā)火一致性和庫存期限都能滿足要求,由于 DDNP含量的差異使配方五過于敏感,安全電流較低,在生產和使用上存在一定不安全因素,綜合以上因素選用配方四比較符合要求,即 KClO4∶Sb2S3∶DDNP=A∶B ∶C。

2.5 對配方四進行各種性能指標的試驗

藥球單發(fā)質量為 15～20 mg;水分為 0.6%;沾完漆再烘干 1 d進行電參數試驗數據如下:

①單發(fā)秒量:試驗100發(fā) ,5.6～7.6ms;平均6.4 ms;發(fā)火一致性較好,符合秒量要求;②單發(fā)發(fā)火電流:用升降法試驗后計算出50%發(fā)火電流為0.2875A;單發(fā)發(fā)火電流上限0.3513A;單發(fā)發(fā)火電流下限 0.227 8 A;符合國標上限不大于 0.45 A的要求。③百毫秒發(fā)火電流:用升降法試驗后計算出百毫秒發(fā)火電流上限:0.343 9 A;百毫秒發(fā)火電流下限:0.268 9 A;④發(fā)火沖能:用升降法試驗后計算出通電時間上限:7.6 ms;通電時間下限:3.557 ms;發(fā)火沖能K=(2I)2t=(0.343 9×2)2×7.6=3.60 A2ms;符合國標在 2.0～7.9 A2 ms之間的要求。⑤安全電流試驗每組串聯(lián) 20發(fā)通以 0.20 A,試驗 10組全部不爆炸;每組串聯(lián) 20發(fā)通以 1.2 A直流電,10組全部爆炸;⑥點火能力試驗:用五段毫秒管來試驗 1 000發(fā),結果全部爆炸;⑦用兩種五段延期體來各做秒量試驗 100發(fā),秒量在 110.54～120.4 ms,極差為 9.86 ms;秒量在 117.25～126.85 ms;極差為 9.6 ms;以上數據均符合 GB8031-2005的規(guī)定;因此,所選的配方是合理可行的,能符合毫秒引火藥球的要求。

2.6 庫存試驗

用 KC lO4∶Sb2S3∶DDNP=A ∶B∶C作為引火藥抹成藥球后,裝配五段毫秒延期電雷管 1 000發(fā),庫存一年半后,進行解剖,引火藥球無吸濕現象,引火元件小頭無腐蝕,1 000發(fā)全測電阻均合格,并進行串聯(lián)準爆和測秒量,均符合國標的要求。

3 結論

引火藥配方 KClO4∶Sb2S3∶DDNP=A∶B∶C以及聚乙烯醇作為黏合劑完全可應用于制造引火藥。高氯酸鉀代替氯酸鉀作為引火藥的一個主成分有利于提高生產和使用過程的安全性,其藥劑與橋絲和腳線相容性好,可以滿足工業(yè)雷管貯存期的需要,其藥劑吸濕性較小,容易干燥,引火藥球較結實,機械強度高,產品質量穩(wěn)定,廢品少,藥球的秒量精度高,點火能力較強,發(fā)火可靠性和一致性好,因此,高氯酸鉀作為引火藥劑的主成分完全可以應用于制造電引火元件。

[1]蔡瑞嬌.火工品設計原理[M].北京:北京理工大學出版社,1999.

[2]劉志鐋,蔣榮光.工業(yè)火工品 [M].北京:兵器工業(yè)出版社,2003:111.

[3]郭子庭,劉厚平,肖 國.高氯酸鉀與氯酸鉀的性能分析 [J].爆破器材,2004,33(增刊):102-103.