塑料導(dǎo)爆管的研究與制備

吳林美，黃 強(qiáng)，王艷芳

（中國石油石油化工研究院，北京100195）

塑料導(dǎo)爆管的研究與制備

吳林美，黃 強(qiáng)＊，王艷芳

（中國石油石油化工研究院，北京100195）

介紹了塑料導(dǎo)爆管（簡(jiǎn)稱導(dǎo)爆管）的種類、起爆原理、生產(chǎn)工藝以及國內(nèi)外的開發(fā)應(yīng)用概況，比較了國內(nèi)普通塑料導(dǎo)爆管常用原料低密度聚乙烯（PE－LD）各牌號(hào)間的性能差異，并考察了1I2A和18D0兩種牌號(hào)原料制造導(dǎo)爆管的熱穩(wěn)定性和結(jié)晶性能。研究表明，兩種牌號(hào)原料的熔體流動(dòng)速率、密度等基本性能接近，其中1I2A制備的導(dǎo)爆管對(duì)炸藥的粘附性略好。

塑料導(dǎo)爆管；低密度聚乙烯；結(jié)晶性能

0 前言

導(dǎo)爆管在民用爆破器材行業(yè)占有重要地位，已成為爆破工程中網(wǎng)絡(luò)連接必要的組成部分。與導(dǎo)爆索、導(dǎo)火索等索類爆破器材相比，導(dǎo)爆管具有較高安全性、經(jīng)濟(jì)性、優(yōu)良點(diǎn)火能力和對(duì)不同爆破環(huán)境的適應(yīng)應(yīng)力。因此，導(dǎo)爆管在我國發(fā)展迅速且前景良好。

導(dǎo)爆管是一種內(nèi)壁涂敷有極薄層炸藥粉（一般為黑索金、適量鋁粉以及其他添加劑組成的混合藥粉）的塑料空心軟管。其外徑通常為2.8～3.1mm，內(nèi)徑為（1.4±0.1）mm。

導(dǎo)爆管起爆后，管內(nèi)將產(chǎn)生爆轟波，并以約2000m/s的速度在管內(nèi)穩(wěn)定傳播。從外觀來看，管中爆轟波的傳播似一閃光在軟管內(nèi)通過，而管壁沒有任何破損。導(dǎo)爆管通常不會(huì)在火焰和碰撞作用下被起爆，即使經(jīng)過扭曲、打結(jié)后仍能正常使用。

1 導(dǎo)爆管的種類

導(dǎo)爆管按結(jié)構(gòu)可分為單層、雙層和3層，按拉伸強(qiáng)度可分為普通導(dǎo)爆管和高強(qiáng)度導(dǎo)爆管，按導(dǎo)爆管的顏色又可區(qū)分導(dǎo)爆管是否已經(jīng)使用及所裝配雷管的段別。

1.1 變色導(dǎo)爆管

普通導(dǎo)爆管傳爆前后外觀上無明顯變化，只有在較強(qiáng)光線下逐根仔細(xì)對(duì)照方能鑒別是否傳爆，存在安全隱患。使用變色塑料導(dǎo)爆管可增加產(chǎn)品的安全性。爆炸前的PE－LD管體基本為透明狀態(tài)，在爆炸時(shí)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，除了生成氣體，同時(shí)還生成固體著色物質(zhì)，爆炸后，具有較高壓力和較高溫度的膨脹波將固體著色物質(zhì)均勻地涂覆在導(dǎo)爆管內(nèi)表面，同時(shí)導(dǎo)爆藥本色隨著爆炸化學(xué)反應(yīng)而消失，傳爆后導(dǎo)爆管呈現(xiàn)固體著色物質(zhì)的顏色。這是由于在炸藥中加入了氧化銅、氧化鐵、炭黑、石墨及氣體有機(jī)染色物質(zhì)等著色物質(zhì)［1］。目前，市場(chǎng)上的導(dǎo)爆管基本均為變色導(dǎo)爆管。

1.2 高強(qiáng)度導(dǎo)爆管

與普通導(dǎo)爆管相比，高強(qiáng)度導(dǎo)爆管拉伸強(qiáng)度更大，耐油、耐溫的性能更好。一般單層導(dǎo)爆管為普通導(dǎo)爆管，原料為PE－LD，目前廠家應(yīng)用的牌號(hào)有18D0和1I2A等。高強(qiáng)度導(dǎo)爆管一般為2層或3層，國內(nèi)生產(chǎn)的高強(qiáng)度導(dǎo)爆管基本為2層。外層采用高密度聚乙烯（PE－HD）/PE－LD共混，PE－HD能增加導(dǎo)爆管的強(qiáng)度，PE－LD能提高其柔韌性和延伸性；內(nèi)層采用黏稠性物質(zhì)（聚異丁烯），可以增強(qiáng)對(duì)炸藥的粘附性［2］。如專利00123243.6將 PE－HD（2098）作為增容劑與 PE－LD（GF7750）、PE－HD （2F0.3A）共 混，將 PE－HD（GC7260）作為增容劑與 PE－LD（2F0.4A）、PE－HD（5000S）共混均能作為高強(qiáng)度導(dǎo)爆管的原料。

高強(qiáng)度導(dǎo)爆管主要用于提高導(dǎo)爆管的拉伸強(qiáng)度、耐油、耐高低溫等技術(shù)指標(biāo)，從而提高導(dǎo)爆管的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。普通和高強(qiáng)度導(dǎo)爆管在持續(xù)拉伸時(shí)間均為1min時(shí)測(cè)得的拉伸性能如表1［3］所示。

表1 導(dǎo)爆管拉伸性能要求Tab.1 Tensile property of nonel tube

高強(qiáng)度導(dǎo)爆管的其他性能要求有：

爆速：導(dǎo)爆管在溫度為（20±10）℃下，爆速應(yīng)不小于1600m/s；

起爆感度：－40～50℃時(shí)，用1發(fā)8＃工業(yè)雷管能同時(shí)起爆20根導(dǎo)爆管；

安全性：導(dǎo)爆管在電壓為30kV、電容為330μF、極距為10cm的靜電場(chǎng)中，1min不起爆，導(dǎo)爆管受火焰作用不起爆；

傳爆可靠性：在溫度為（20±10）℃下起爆導(dǎo)爆管，應(yīng)能正常傳爆，且管壁不應(yīng)被擊穿；

抗震性能：導(dǎo)爆管在震動(dòng)試驗(yàn)機(jī)上震動(dòng)1min后，能正常傳爆；

低溫耐折性：導(dǎo)爆管在溫度為－（40±3）℃下，貯存1h后取出，應(yīng)不開裂、不折斷、傳爆性能可靠；

抗油性：高強(qiáng)度導(dǎo)爆管浸入溫度為（80±5）℃、壓力為（0.3±0.02）MPa的0＃柴油內(nèi)，自然降溫，經(jīng)24h后取出，傳爆性能可靠；

變色性：變色導(dǎo)爆管傳爆前后管壁顏色應(yīng)發(fā)生明顯改變。

2 國外導(dǎo)爆管的研發(fā)

2.1 國外導(dǎo)爆管的發(fā)展過程

Persson［4］在1967年試驗(yàn)導(dǎo)爆管時(shí)，把兩步起爆引到塑料管中，用長100m的塑料管，在其內(nèi)壁涂上薄薄的1層炸藥層（20mg/m）。該塑料管在炸藥爆炸后部分破壞，爆炸時(shí)拿在手上也無不良感覺，這便是目前導(dǎo)爆管的雛形。

瑞典的硝化諾貝爾公司首先推出Nonel系統(tǒng)，于1971年獲得專利，1976年投產(chǎn)，并先后轉(zhuǎn)讓給美國、加拿大等國家，代諾諾貝爾股份有限公司、美國奧斯汀炸藥公司、英國帝國化學(xué)工業(yè)集團(tuán)等公司相繼生產(chǎn)該產(chǎn)品。最初，國外的導(dǎo)爆管為單層結(jié)構(gòu)，原料為蘇林（Surlyn）塑料［乙烯－（甲基）丙烯酸鋅鹽、鈉鹽、鋰鹽等離子鍵聚合體］。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)藥粉粘附性較好，具有透光性，便于通過管壁檢測(cè)藥量，具有良好的熔化流動(dòng)性；其缺點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度和韌度不夠，抗水和耐油性較差。瑞典諾貝爾公司也曾研制成功一種稱為“HT”的高溫導(dǎo)爆管，可在不大于65℃的情況下使用；1990年，英國ICI公司推出一種稱為“EXEL”的新型單層塑料激波管起爆系統(tǒng)，能夠在－40～70℃下使用。這種塑料管由聚烯烴制成，通過特殊處理強(qiáng)化其表面特性，能使薄層炸藥粉末粘附在管內(nèi)壁［4－5］，通過冷拉伸取向處理進(jìn)一步提高其拉伸性能。國外又相繼開發(fā)出耐溫性和拉伸強(qiáng)度均較高的2層和3層復(fù)合導(dǎo)爆管，其內(nèi)層一般為Surlyn塑料，外層為聚酰胺、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯或其他改性PE材料。其內(nèi)層對(duì)藥粉有良好的粘附性，兼有抗軸向破壞性能。中間層及外層具有抗軸向拉伸、防水、防油、防腐蝕、防老化、抗磨損及加顏色標(biāo)記等作用［6］。如 Mudeg［7］發(fā)明的3層共擠出的導(dǎo)爆管，如圖1所示，內(nèi)層采用的是Surlyn塑料，中間層采用乙烯－乙酸乙烯共聚物（EVA）或者乙烯－丙烯酸甲酯共聚物 （EMA），外層采用聚烯烴樹脂。

圖1 高強(qiáng)度塑料導(dǎo)爆管的剖面示意Fig.1 Section structure for nonel tube with high strength

2.2 國外導(dǎo)爆管的研究現(xiàn)狀

隨著塑料及其擠出技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)爆管的品種更加多樣化，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛，目前，國外市場(chǎng)塑料導(dǎo)爆管主要有3種。

（1）纏繞細(xì)絲型，是以 Posson［8］、Janoski等［9］的專利為基礎(chǔ)，小尺寸導(dǎo)爆管外面套有光纖，內(nèi)裝高氯酸鋁或銨化合物，光纖由硝化纖維制成。這種導(dǎo)爆管可以通過調(diào)整外層厚度、外層原料以及光纖材料等來適用不同量和種類的炸藥；

（2）充氣式，是以氣體作為可燃物，在塑料導(dǎo)爆管中裝入如氧氣或甲烷的可燃性氣體。用泵將氣體壓入一個(gè)管中，這個(gè)管通過三通連接許多管，為了確認(rèn)整個(gè)管系統(tǒng)中充滿氣體，還要設(shè)計(jì)一個(gè)回到氣體源的回路；

（3）薄層炸藥型，是應(yīng)用最廣泛的一種導(dǎo)爆管，是基于Persson［10］專利的一種內(nèi)壁粘附炸藥的小管徑的空心塑料管。

國外的單層塑料導(dǎo)爆管一般采用線形低密度聚乙烯（PE－LLD）、EVA、乙烯－丙烯酸共聚物（EAA）等共混制得。多層高強(qiáng)度導(dǎo)爆管一般采用極性較大的材料（如EVA和EAA）為主要原料，可以很好地粘附炸藥粉末［11］。2層導(dǎo)爆管內(nèi)層一般采用EVA，外層多用PE。而3層導(dǎo)爆管，內(nèi)層采用Surlyn塑料，中間層采用EMA或者EVA，最外層為PE。Surlyn塑料與炸藥不發(fā)生反應(yīng)，熔融塑料只會(huì)產(chǎn)生輕微的靜電載荷。在生產(chǎn)過程中，由于靜電吸附，藥粉會(huì)粘附在導(dǎo)爆管的內(nèi)表面。盡管Surlyn塑料有較好的耐熱性，但是單層Surlyn塑料管硬度較大，其傳送性能較差。為提高其傳送性能，外層多用聚烯烴類［如美國陶氏化學(xué)工業(yè)有限公司（簡(jiǎn)稱陶氏化學(xué)）的PE－LLD（2045－A）］，可提高導(dǎo)爆管的彈性和柔韌性。Surlyn塑料目前只有美國杜邦公司能夠生產(chǎn)，其具體牌號(hào)和相關(guān)性能如表2所示。國外導(dǎo)爆管常用的EVA、EMA、EAA相關(guān)牌號(hào)及性能如表3所示［12－14］。

表2 Surlyn塑料的牌號(hào)及性能Tab.2 Trademakes and properties of Surlyn

表3 國外導(dǎo)爆管常用原料牌號(hào)及其性能Tab.3 Material brands often used in foreign nonel tube and their performances

制備3層復(fù)合型導(dǎo)爆管時(shí)，一定要在精確溫度下保證每一層均發(fā)揮相應(yīng)作用。通常對(duì)第一層抽真空或預(yù)熱，這樣就會(huì)和護(hù)套層很好的黏結(jié)，最重要的是在加入第二層或者第三層之前要將第一層拉伸，其目的就是在減小層厚度的同時(shí)增加導(dǎo)爆管的拉伸強(qiáng)度。

3 國內(nèi)導(dǎo)爆管的開發(fā)

我國自20世紀(jì)70年代開始研制導(dǎo)爆管，70年代末開始推廣應(yīng)用。由于導(dǎo)爆管具有抗靜電性能好、操作安全簡(jiǎn)便、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)靈活、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種爆破場(chǎng)合。國內(nèi)導(dǎo)爆管最早由南京理工大學(xué)研制成功，繼而陸續(xù)開發(fā)出經(jīng)濟(jì)型、變色型導(dǎo)爆管，并將這些技術(shù)轉(zhuǎn)讓給導(dǎo)爆管生產(chǎn)廠家，得以推廣和應(yīng)用。

3.1 國內(nèi)導(dǎo)爆管市場(chǎng)和開發(fā)現(xiàn)狀

我國在民用爆破器材行業(yè)“十·一五”發(fā)展計(jì)劃綱要中明確提出要發(fā)展導(dǎo)爆管和導(dǎo)爆索，逐步限制和淘汰導(dǎo)火索，因此導(dǎo)爆管發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。以普通導(dǎo)爆管用原料PE－LD為例，我國導(dǎo)爆管廠家的用量約為30～40kt/a，國內(nèi)較大型的塑料導(dǎo)爆管廠家的PE－LD年用量如表4所示，基本為市場(chǎng)年用總量的一半。

由于導(dǎo)爆管自身的優(yōu)異特性以及國家的政策引導(dǎo)，其市場(chǎng)需求量居高不下，國內(nèi)生產(chǎn)的導(dǎo)爆管約占國內(nèi)導(dǎo)爆管市場(chǎng)份額的80%。但是對(duì)于使用條件、性能要求高的導(dǎo)爆管的主要依賴進(jìn)口。

為使導(dǎo)爆管滿足更多、更高的要求，國內(nèi)的一些導(dǎo)爆管生產(chǎn)廠家通過與科研院所合作、專利轉(zhuǎn)讓或者引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)等途徑，開發(fā)出可應(yīng)用特殊環(huán)境的導(dǎo)爆管。例如，西安慶華民用爆破器材有限公司和遼寧華豐化工集團(tuán)開發(fā)的導(dǎo)爆管新產(chǎn)品前列全國；山東武嶺爆破器材廠引進(jìn)澳大利亞技術(shù)，生產(chǎn)出柔順性好的“無記憶”復(fù)合高強(qiáng)度導(dǎo)爆管；劉永豐［2］使用PE－HD、改性PE－LD、注塑級(jí)PE－HD、抗氧劑等制備出強(qiáng)度高、耐低溫性能好的“無記憶”高強(qiáng)度導(dǎo)爆管，其各項(xiàng)性能優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品。

表4 國內(nèi)主要導(dǎo)爆管廠家PE－LD的年用量Tab.4 PE－LD dosage of main nonel tube factories

3.2 普通導(dǎo)爆管用原料

目前，國內(nèi)導(dǎo)爆管采用的主要原料基本為中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司（簡(jiǎn)稱燕山石化）生產(chǎn)的PE－LD（1I2A）和中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司（簡(jiǎn)稱大慶石化）的PE－LD（18D0），其主要性能列于表5。最初，導(dǎo)爆管生產(chǎn)廠家基本選用PE－LD（1I2A）為原料，因?yàn)槠滟|(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格合理，生產(chǎn)的導(dǎo)爆管各方面性能良好。隨著導(dǎo)爆管市場(chǎng)的發(fā)展，原料用量逐漸增大，PE－LD（1I2A）供不應(yīng)求。2010年初，PE－LD（1I2A）的售價(jià)高達(dá)2萬元/t，塑料導(dǎo)爆管廠家出于成本的考慮，開始試用其他牌號(hào)的PE－LD與其共混的方法生產(chǎn)。由于PE－LD（18D0）的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，盡管用其制備的產(chǎn)品在性能上有一些不足（如料條帶水、對(duì)炸藥粘附性和變形回復(fù)性有待改善等），但部分導(dǎo)爆管生產(chǎn)廠通過改變生產(chǎn)工藝，也能生產(chǎn)出符合要求的導(dǎo)爆管。

表5 PE－LD（1I2A）和PE－LD（18D0）的基本性能Tab.5 Basic performance of PE－LD （1I2Aand 18D0）

3.3 普通導(dǎo)爆管的生產(chǎn)工藝

導(dǎo)爆管的生產(chǎn)步驟依次為擠出、冷卻、牽引、緩沖。其中，緩沖是將牽引設(shè)備傳送過來的導(dǎo)爆管儲(chǔ)存在緩沖設(shè)備的滑輪上，然后將導(dǎo)爆管卷繞、捆扎和封口等。

目前國內(nèi)大多數(shù)導(dǎo)爆管生產(chǎn)廠仍采用人工卷繞導(dǎo)爆管，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。張加純等［15］發(fā)明了一種導(dǎo)爆管的加工設(shè)備，將卷繞設(shè)備、捆扎設(shè)備、封口設(shè)備、剪斷設(shè)備、脫料設(shè)備固定在機(jī)架上，捆扎設(shè)備、封口設(shè)備、剪斷設(shè)備位于卷繞機(jī)的側(cè)面，脫料設(shè)備位于卷繞機(jī)下面，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)爆管生產(chǎn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率。

國內(nèi)導(dǎo)爆管生產(chǎn)企業(yè)通過引進(jìn)國外高速、多層的導(dǎo)爆管全套生產(chǎn)設(shè)備不斷完善生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)速率將提高2倍以上，對(duì)原材料的品種、品質(zhì)也會(huì)提出更新更高的要求。

從表5可以看出，PE－LD（18D0）和PE－LD（1I2A）的基本性能比較接近。PE－LD（1I2A）的結(jié)晶溫度比PE－LD（18D0）低2.9℃，熔融溫度低1.4℃，從熔融到結(jié)晶固化過程較長，使得PE－LD（1I2A）制備的導(dǎo)爆管對(duì)炸藥品的粘附性能略好。

4 結(jié)語

國內(nèi)塑料導(dǎo)爆管發(fā)展較快，但與國外同類產(chǎn)品還有很大差距，高強(qiáng)度、多功能導(dǎo)爆管的市場(chǎng)主要由國外產(chǎn)品占據(jù)，需要各石化公司和導(dǎo)爆管生產(chǎn)企業(yè)合作開發(fā)；國內(nèi)普通導(dǎo)爆管所用原料市場(chǎng)缺口較大，目前PE－LD（1I2A）和PE－LD（18D0）是市場(chǎng)上主要的原料，建議石化企業(yè)加大導(dǎo)爆管專用料的開發(fā)力度，滿足該領(lǐng)域?qū)λ芰喜粩嗵岣叩馁|(zhì)和量的需求。隨著高速多層擠出導(dǎo)爆管生產(chǎn)設(shè)備的引進(jìn)，對(duì)原料的要求將有所變化和提高。

［1］ 曹曉宏，楊斌林.CL型變色塑料導(dǎo)爆管的研究［J］.火工品，2001，（1）：7－10.

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［8］ Posson，Philip.Linear Ignition Fuse：US，4220087［P］.1980－09－02.

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Research and Preparation of Nonel Tubes

WU Linmei，HUANG Qiang＊，WANG Yanfang
（Petrochemical Research Institute of Petro China，Beijing 100195，China）

The classification and ignition principles of nonel tube as well as its foreign and domestic production and application were introduced.Two domestic PE－LD－based nonel tubes，trademark 1I2Aand 18D0，were compared.Although the melt flow rates and density of the two nonel tubes were similar，the gunpowder adhesion of 1I2Awas better.This was attributed to the difference in the thermal stability and crystallization behavior of the materials.

nonel tube；low density polyethylene；crystal property

TQ320.72＋4

A

1001－9278（2011）12－0012－05

2011－09－08

聯(lián)系人，huangqiang＠petrochina.com.cn