煙花爆竹用煙火藥劑時間—壓力測試研究

張光輝 譚愛喜 江資成 邱昭樹 肖家勇

(1.湖南出入境檢驗檢疫局 湖南瀏陽 410300;2.北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院)

煙花爆竹用煙火藥劑時間—壓力測試研究

張光輝1,2譚愛喜1江資成1邱昭樹1肖家勇1

(1.湖南出入境檢驗檢疫局 湖南瀏陽 410300;2.北京理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院)

根據(jù)聯(lián)合國《關(guān)于危險貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書——試驗手冊》(小橙皮書)的要求,建立了煙火藥劑時間-壓力測試系統(tǒng),對不同煙火藥劑進(jìn)行了測試,獲得的試驗結(jié)果對黑藥、白藥判定提供了試驗數(shù)據(jù),為煙花爆竹危險性分級提供了依據(jù)。

煙火藥;時間—壓力測試;黑藥;白藥;危險性分級

1 前言

煙花爆竹是特殊消費(fèi)品,被出口到世界各地。由于煙花爆竹屬于《聯(lián)合國關(guān)于危險貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書》所規(guī)定的第一類爆炸危險品,其安全性能,尤其是運(yùn)輸危險性等級倍受各國政府的重視。2004年聯(lián)合國危險貨物運(yùn)輸專家委員會發(fā)布了煙花爆竹運(yùn)輸危險級別默認(rèn)表(Default list)[1]用以確定煙花爆竹的危險級別,煙花爆竹白藥含量是判定其危險級別的主要依據(jù),2006年英國HSL提出以聯(lián)合國《關(guān)于危險貨物運(yùn)輸建議書—實(shí)驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》中的2(c)試驗[2](時間—壓力試驗)結(jié)果為判定煙火藥劑是否為白藥的依據(jù)[2],即0.5g煙火藥劑的從670 kPa到2070 kPa的時間如小于8m s則為白藥,否則為黑藥,聯(lián)合國危險貨物運(yùn)輸專家委員會采納了英國的提議,并修改了默認(rèn)表,2008年HSL向TDG提出議案,修改時間—壓力測試的試驗裝置[3]。時間—壓力測試的開展以及聯(lián)合國默認(rèn)表的修改將改變現(xiàn)行的煙花爆竹定級體系,影響每年近5億美元煙花爆竹的貿(mào)易。本文在中國率先建立了煙火藥時間—壓力測試系統(tǒng)對不同類別的煙火藥劑進(jìn)行測試,測試結(jié)果與文獻(xiàn)資料基本相符,研究為與國外進(jìn)行技術(shù)交流提供了平臺,為有效應(yīng)對國外技術(shù)壁壘提供了依據(jù)。獲得的實(shí)驗結(jié)果對黑藥、白藥判定提供了試驗數(shù)據(jù),為煙花爆竹危險性分級提供了依據(jù),為煙花爆竹的安全性評價提供了理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 測試方法

聯(lián)合國《關(guān)于危險貨物運(yùn)輸建議書—實(shí)驗與標(biāo)準(zhǔn)手冊》所推薦的2(c)試驗可以用于衡量危險性物質(zhì)被點(diǎn)燃后成長為爆燃的可能性以及壓力隨時間的變化關(guān)系。對煙花爆竹用煙火藥劑的時間—壓力測試采取的是聯(lián)合國2(c)試驗方法,測試其壓力從670 kPa上升到2070 kPa的時間,以時間是否超過8m s作為是否產(chǎn)生爆燃和判斷是否為白藥的依據(jù)。

2.2 儀器設(shè)備

2.2.1 壓力容器

長89mm,外徑60mm,內(nèi)徑20mm,兩端開口,一端為點(diǎn)火電極,一端為帶泄爆片的泄爆口,筒體開孔裝壓力傳感器,筒體材料為不銹鋼材質(zhì)。

2.2.2 支架

235mm×184mm×6mm的軟鋼底板和長188mm的70mm×70mm×4mm的方形空心型材。

2.2.3 鋁質(zhì)防爆片厚度0.2mm。

2.2.4 點(diǎn)火系統(tǒng)煙花用電點(diǎn)火頭,12v直流恒壓點(diǎn)火器。

2.2.5 壓力信號處理系統(tǒng)

0-5M pa壓阻式壓力傳感器,集成信號放大器的數(shù)據(jù)動態(tài)存儲系統(tǒng),動態(tài)存儲系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線與計算機(jī)相連。設(shè)備組成如圖1所示。

圖1 時間—壓力測試系統(tǒng)

2.3 試驗樣品

試驗樣品是地面禮花的發(fā)射藥、開苞藥,根據(jù)要求分別選取了不同藥量的粒狀黑火藥發(fā)射藥、黑火藥開爆藥、不同包裹型式的粉狀白藥開爆藥、哨聲開爆藥作為試驗樣品,試驗時樣品狀態(tài)保持了其在煙花中的狀態(tài),未作處理。

3 結(jié)果與討論

3.1 煙花發(fā)射藥時間—壓力測試

煙花發(fā)射藥一般是黑火藥,主要用于將煙花部件發(fā)射升空,配方為:硝酸鉀75%、硫磺10%、木碳15%,樣品狀態(tài)為粒狀。試驗曲線見圖2、3,試驗結(jié)果見表1。

表1 發(fā)射藥p-t結(jié)果表

圖2 0.5g粉狀黑火藥p-t曲線

圖3 0.2g粒狀黑火藥p-t曲線

從圖2以及表1可以看出0.5g傳統(tǒng)黑火藥壓力從0.69M pa上升到2.07M pa的時間為6.04m s,與HSL的8.6m s相比壓力上升時間更短;傳統(tǒng)黑火藥的測試數(shù)據(jù)顯示,默認(rèn)表規(guī)定的8m s作為判定是否是白藥的依據(jù)不恰當(dāng)。比較圖2、3以及表1可以得出,壓力上升時間隨著藥量的增大而縮短。

3.2 煙花開爆藥時間——壓力測試

煙花開爆藥用于煙火效果部件的開炸,是衡量煙花危險級別的關(guān)鍵指標(biāo)。分別選取白藥開爆藥、哨聲開爆藥以及不含金屬粉高鉀/硝鉀開爆藥作為試驗樣品,測試時樣品狀態(tài)為粉狀。

圖4 0.5g包裹白藥開爆藥p-t曲線

圖5 0.5g松散白藥開爆藥p-t曲線

圖6 0.5g哨聲開爆藥p-t曲線

表2 開爆藥p-t結(jié)果表

從圖4、5以及表2可以看出含金屬粉的白藥開爆藥壓力上升時間只是傳統(tǒng)黑火藥的12%,反應(yīng)時間越短越容易產(chǎn)生爆燃,相應(yīng)的危險級別更高,如密閉空間存積的含金屬粉白藥過多,則可能發(fā)生整體爆炸;對包裹/松散藥劑的試驗還可以得到是否對試樣進(jìn)行包裹對結(jié)果的影響不大。

從圖6以及表2可以得到,新型開爆藥——哨聲開爆藥的壓力上升時間與白藥基本相同,且最高壓力更大,其產(chǎn)生爆燃的可能性比白藥更高。

圖7以及表2可以得到,高氯酸鉀/硝酸鉀開爆藥0.69M pa到2.07M pa壓力上升時間遠(yuǎn)長于含金屬粉的白藥開爆藥?？紤]到煙花開爆效果的需要,只含硝酸鉀而不含高氯酸鉀的開爆藥無法達(dá)到開爆效果,筆者建議將煙火藥p-測試時壓力從0.69M pa上升到2.07M pa是否大于3m s作為判定煙火藥是否為白藥的依據(jù),大于3m s為黑藥,否則為白藥。

圖7 0.5g黑藥開爆藥p-t曲線

4 結(jié)論

(1)時間-壓力測試結(jié)果可以用于衡量煙火爆竹用煙火藥劑是否產(chǎn)生爆燃。

(2)白藥開爆藥與傳統(tǒng)黑火藥相比壓力上升更快,新配方開爆藥爆炸性能有必要通過時間-壓力測試獲得,從而更準(zhǔn)確的界定其儲運(yùn)危險級別。

(3)0.5g煙火藥劑的從670 kPa到2070 kPa的時間是否小于8s作為判定煙火藥劑是否為白藥的判據(jù)有待進(jìn)一步完善。

[1] Recommendations on the Transport of Dangerous Goods–Manual of Tests and Criteria-Fifth revised edition.

[2] Twenty-ninth session Geneva,3-12(a.m)July 2006 Item 2 of the provisional agenda

[3] Twenty-fourth session Geneva,1-9 December2008 Item 2 of the provisional agenda

Experimental Study on Time/Pressure Tests for Pyrotechnic Com position in Fireworks

Zhang Guanghui1,2,Tian A ixi1,Jiang Zicheng1,Qiu Zhaoshu1,Xiao Jiayong
(1.Hunan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Liuyang,Hunan,410300;2.College of Mechatronic Engineering of Beijing Institute of Techno logy)

Based on the requirements of UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods–Manual of Tests and Criteria(Small Orange Book),the time/pressure test system for pyrotechnic composition has been established to test different kinds of pyrotechnic composition.The testing results are the evidences for the determination of the black pow der and flash composition and the classification of it’s hazard characteristics.

Pyrotechnic Composition;Tim e/Pressure Test;B lack Powder;Flash Composition;Classification of the Hazard Characteristics

TQ51