SY裝藥柔爆索的爆轟特性研究

趙　凱，朱順官，張　琳，李　艷，牟景艷

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SY裝藥柔爆索的爆轟特性研究

趙凱，朱順官，張琳，李艷，牟景艷

（南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京，210094）

采用三乙烯二胺/乙二胺高氯酸鹽共晶炸藥（簡稱 SY）為藥芯，鉛皮為外層，拉制了一種金屬柔性導(dǎo)爆索。對不同直徑柔爆索的爆速、殉爆安全距離及T型傳爆特性進(jìn)行了測試。結(jié)果表明：直徑小于2mm的SY鉛柔爆索爆速在5 300～5 700m/s之間；軸向殉爆安全距離為7～17mm，平行殉爆安全距離為170～370mm；相比其它導(dǎo)爆索，SY鉛柔爆索的T型傳爆性能良好。

柔性導(dǎo)爆索；共晶炸藥；爆速；殉爆；T型傳爆

柔爆索是一種常用的起爆傳爆的火工品，在軍事和民用中都得到了廣泛應(yīng)用［1］。一般的柔爆索裝藥為黑索今或六硝基茋猛炸藥，這些柔爆索的爆速可以達(dá)到7 000 ～8 000 m/s，此類柔爆索需要使用雷管才能起爆。然而雷管裝藥中有感度高的起爆藥，這就降低了柔爆索起爆傳爆網(wǎng)絡(luò)的安全性，在一定程度上限制了柔爆索的使用。

高氯酸與三乙烯二胺、乙二胺的共晶產(chǎn)物（簡稱SY）具有爆轟性質(zhì)，與黑索今等一些猛炸藥的特性相比，SY的感度略高［2］。當(dāng)采用外加量為1%的蟲膠包覆后，不但能有效克服微量吸潮的不足，而且能起到一定的鈍化效用，同時滿足了柔性柔爆索的裝藥和拉制要求，已經(jīng)應(yīng)用于剛性高分子凸模的爆炸破碎，具有起爆傳爆可靠、網(wǎng)路布設(shè)簡單的特點。本文對SY裝藥柔爆索的爆轟特性展開研究。

1　柔爆索拉制

按較佳的工藝制得SY藥劑［3］，經(jīng)蟲膠漆包覆、干燥后進(jìn)行篩分，選取16～30目篩間物作為試驗用藥劑，實測假密度為0.613g/cm3。將45g左右的SY藥劑裝入內(nèi)徑15mm、長度為300mm、壁厚2.0mm的鉛銻合金管中，按拉索工藝在專用鉛索拉拔機(jī)上拉制成不同直徑的柔爆索，外徑分別為2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm。將制備出的柔爆索進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測定。

2　柔爆索爆轟性能研究

2.1爆速測試

導(dǎo)爆索爆速測試采用電離探針法［4］，如圖1所示。

圖1　爆速測試原理圖Fig.1　Diagram of detonation velocity testing

儀器：ZBS-10A100MHZ十段智能爆速測量儀，南京理工大學(xué)民用爆破器材研究所，精度達(dá)0.01μs。靶線：用直徑為0.32mm的漆包線制作成測試所需要的探針。在準(zhǔn)備工作中，將探針緊緊貼在柔爆索的鉛皮上，但是應(yīng)該注意不能讓探針因鉛皮而短路。靶距：根據(jù)實際情況選擇，一般兩靶靶距為 150mm，為了保證測試爆速時的起點是完全爆轟時的穩(wěn)定爆速，第1靶設(shè)置于離起爆端大約100 mm處，第2靶距離柔爆索末端距離40mm。雷管：管殼規(guī)格為Φ2.79mm× 7.00mm，管殼內(nèi)壓裝28mg氮化鉛，實驗證明，28mg氮化鉛可以完全起爆小直徑的SY金屬柔爆索。起爆：使用導(dǎo)爆管進(jìn)行起爆。

實驗測試了6種不同直徑鉛索的爆速，每種柔爆索測試3次，測試過程中得到的數(shù)據(jù)和爆速結(jié)果經(jīng)過Matlab軟件進(jìn)行三階擬合并做圖，如圖2所示。

圖2　柔爆索的爆速——直徑曲線Fig.2　Curve of detonation velocity vs diameter of flexible detonating cord

擬合得到的經(jīng)驗公式：

式（1）中：vD為柔爆索爆速，m/s；d為柔爆索的直徑，mm。

用式（1）計算直徑 2.2mm的導(dǎo)爆索爆速為 6 179m/s，接近于實際測試得到的爆速值6 153m/s［3］。說明在小直徑的范圍內(nèi)，此經(jīng)驗公式是適用的。

由圖2可知，隨著柔爆索直徑由大變小， 爆速呈現(xiàn)先減小再增大、最后減小的趨勢。這是由于藥芯密度和約束強(qiáng)度（即索的厚度）占據(jù)不同主導(dǎo)效用所造成的。當(dāng)裝藥密度低于某個值時，由于反應(yīng)區(qū)能量密度減小，使反應(yīng)的阻礙作用增大，爆轟反應(yīng)變慢；隨后，直徑變小而裝藥密度隨之增大，盡管柔爆索的壁厚是減小的，但密度增大為主導(dǎo)因素，故爆速有所增加，之后，直徑繼續(xù)減小，使得約束強(qiáng)度減弱占主導(dǎo)因素，結(jié)果導(dǎo)致側(cè)向能量損失遞增，這樣必然使維持縱向爆轟的能量遞減，反映在爆速值上逐漸下降。

2.2柔爆索殉爆特性

SY金屬柔爆索的殉爆試驗選用的柔爆索直徑分別為2.0mm、1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm。試驗時將主發(fā)索和被發(fā)索按照一定的間距粘貼在厚度為2.0mm的鉛板上，用來觀察主發(fā)索是否完全爆轟，被發(fā)索是否殉爆。

2.2.1主發(fā)索與被發(fā)索的裝配

主發(fā)索采用小雷管進(jìn)行起爆，為使主發(fā)索在很短的距離內(nèi)達(dá)到完全爆轟，從而增加試驗的可靠性，在起爆端使用了一個長度為20mm的鋁合金套管，其內(nèi)徑和相應(yīng)的柔爆索外徑相匹配。小雷管裝藥為 28mg氮化鉛。主發(fā)索長85mm，被發(fā)索長65mm。套管長度20mm，外徑3.1mm。對于導(dǎo)爆索而言，殉爆有兩種形式：第1種為軸向殉爆，即主發(fā)索和被發(fā)索的軸線在同一條直線上；第2種即主發(fā)索和被發(fā)索軸線平行的情況。兩種殉爆試驗裝配簡圖如圖3所示。

圖3　試驗裝配演示圖Fig.3　Assembly demonstration figure of test

2.2.2殉爆試驗

在裝配之前，先在鉛板上劃一條直線痕跡，保證在裝配過程中主發(fā)索和被發(fā)索的軸線一致。裝配時，先將主發(fā)索用醫(yī)用膠布粘貼在鉛板上，再用游標(biāo)卡尺量取所需的殉爆距離，最后將被發(fā)索裝配在鉛板上。試驗要求主發(fā)索的末端、被發(fā)索的前段用刀片切平，防止因為端面炸藥的分解、受潮等原因造成試驗結(jié)果的不準(zhǔn)確。

為了減少試驗量，在一系列的軸向殉爆試驗中，最先測試直徑為中間值的Φ1.6mmSY柔爆索。試驗情況如表1所示。由表1試驗數(shù)據(jù)可知，Φ1.6mm柔爆索的軸向殉爆安全距離為11mm，平行殉爆的殉爆安全距離為190mm。Φ1.4mm柔爆索的軸向殉爆安全距離為9mm，平行殉爆安全距離為225mm。Φ1.2mm柔爆索的軸向殉爆安全距離為 7mm，平行殉爆安全距離為170mm。Φ1.8mm柔爆索的軸向殉爆安全距離為14mm，平行殉爆安全距離為370 mm。Φ2.0mm柔爆索的軸向殉爆的殉爆安全距離為17mm，平行殉爆的殉爆安全距離為280mm。

表1　殉爆試驗結(jié)果Tab.1　Sympathetic detonation result

綜上所述，柔爆索直徑分別為2.0mm、1.8mm、 1.6mm、1.4mm、1.2mm時軸向殉爆時的殉爆安全距離分別為17mm、14mm、11mm、9mm、7mm，平行殉爆的殉爆安全距離分別為 280mm、370mm、190mm、225mm、170mm?？梢钥闯觯叫醒潮难潮踩嚯x遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向殉爆的殉爆安全距離，說明柔爆索平行放置的時候更容易發(fā)生殉爆，同時也說明SY柔爆索的側(cè)向輸出能量高，故在破裂非金屬材料上顯現(xiàn)出很好的效果。此外，柔爆索直徑越大越容易殉爆，這也是符合炸藥理論中有效裝藥量所描述的：當(dāng)炸藥柱足夠長時，有效裝藥量只和炸藥柱的端面直徑、炸藥的密度有關(guān)［5］。因此柔爆索的直徑越小，端面輸出的爆轟產(chǎn)物、爆轟能量也就越小，再經(jīng)過一段距離的衰減，作用到被發(fā)索上的能量就會進(jìn)一步減弱。同時，被發(fā)索的直徑越小，所需的起爆能量也就越大［6］，這兩個因素造成殉爆安全距離隨著直徑的減小而減小。

對于未發(fā)生殉爆的被發(fā)索表面的點狀凹坑，假設(shè)其原因是主發(fā)索爆轟時使鉛皮熔化形成金屬射流，高溫高速的金屬射流引起了被發(fā)索的起爆。為了驗證假設(shè)是否正確，對被發(fā)索表面進(jìn)行保護(hù)，即將聚四氟乙烯制成的套管套穿在被發(fā)索外面，聚四氟乙烯套管內(nèi)徑為2mm，壁厚為1mm。以Φ1.8mm的柔爆索為例，截取與被發(fā)索相同長度的套管，將被發(fā)索插進(jìn)去，兩端切平。試驗結(jié)果如表2所示。

表2　Φ1.8mm柔爆索保護(hù)條件下的平行殉爆Tab.2　Parallel sympathetic detonation of Φ1.8mm detonating cord with protection

由表2可見，帶有保護(hù)措施的被發(fā)索殉爆能力變小，殉爆安全距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于370mm，減小近20倍，在一定程度上說明了假設(shè)的正確性。

2.3T型傳爆特性

一般的導(dǎo)爆索芯藥為黑索今等一些感度低的猛炸藥，這就導(dǎo)致發(fā)生搭接甚至纏繞時無法傳爆，在一定程度上制約了導(dǎo)爆索的使用。在柔性同步起爆網(wǎng)絡(luò)中［7］，必須增加一個炸藥柱作為過渡裝藥，這樣就增大了結(jié)構(gòu)的體積、裝藥量。SY柔爆索的T型傳爆主要有兩種方式，如圖4所示。

這兩種傳爆方式的不同點在于起爆柔爆索的能量輸入位置。在兩段柔爆索的交點處，圖4（a）起爆被發(fā)索的能量有破片、爆轟產(chǎn)物，并且被發(fā)索的藥面是裸露的；圖4（b）起爆被發(fā)索的能量可以認(rèn)為只有爆轟產(chǎn)物，并且被發(fā)索藥面和爆轟產(chǎn)物之間被鉛皮間隔開來。

圖4　T型傳爆示意圖Fig.4　Schematic of T-shaped detonation transfer

對6種不同直徑類型的SY鉛索的兩種起爆方式各做了10發(fā)試驗，試驗結(jié)果如表3所示。由表3可以得出，3種直徑略大的柔爆索在兩種方式下均能可靠穩(wěn)定傳爆；以方式a進(jìn)行T型傳爆比方式b更加可靠，并且隨著導(dǎo)爆索的直徑減小，被發(fā)索的爆轟由完全爆轟轉(zhuǎn)變?yōu)槿醣Z，這是由于直徑小的導(dǎo)爆索輸出能量較小，輸入到被發(fā)索的能量不足以使之完全爆轟甚至不能傳爆。因此，直徑稍大的SY柔爆索可以消除在同步線性起爆網(wǎng)路中使用傳爆藥柱的問題。

表3　SY柔爆索T型傳爆試驗Tab.3　T-shaped detonation transfer test of SY flexible detonating cord

3　結(jié)論

通過對裝填蟲膠（1%）包覆的SY藥的柔性柔爆索進(jìn)行初步試驗，可以得出以下結(jié)論：（1）直徑在2mm以下的SY鉛柔爆索爆速在5 300 ～5 700m/s之間，相比于裝填黑索今等猛炸藥的柔爆索要小很多，可以稱之為低能柔爆索。（2）試驗所用直徑類型的柔爆索軸向殉爆安全距離在7～17mm之間，平行殉爆安全距離在170～370mm之間，遠(yuǎn)大于軸向殉爆的安全距離。聚四氟乙烯套管可以有效地阻止主發(fā)索產(chǎn)生的金屬射流起爆被發(fā)索。（3）T型傳爆試驗證明了相對于其他種類的導(dǎo)爆索，SY柔爆索具有良好的起爆傳爆特性，在一定程度上可以滿足工程需要。（4）用1%蟲膠包覆的SY具有較低的感度特性，完全能夠滿足拉索的安全性要求。

［1］ 黃寅生，張春祥，沈瑞琪，等.小直徑低爆速金屬柔爆索［J］.火工品，1999（4）:5-8.

［2］ 劉麗娟.高氯酸胺鹽共晶化合物的結(jié)構(gòu)與性能［D］.南京:南京理工大學(xué)，2009.

［3］ 張壘，歐仙榮，朱順官，等.胺鹽共晶物為主裝藥的柔性柔爆索研究［J］.爆破器材，2010（39）:7-9.

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［5］ 王玉玲，余文力.炸藥與火工品［M］.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

［6］（蘇）班杜林，M.K.，著.炸藥理論［M］.羅秉和，譯.北京:北京工業(yè)學(xué)院教材出版科，1957.

［7］ 趙文虎.柔性同步起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計［D］.南京:南京理工大學(xué)，2008.

Study on Detonation Characteristic of SY Mild Detonating Cord

ZHAO Kai，ZHU Shun-guan，ZHANG Lin，LI Yan，MOU Jing-yan
（School of Chemical Engineering，Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， 210094）

A kind of mild detonating cord，which use a cocrystallized explosive SY as core charge and lead as outer constraint， was wire-drew. The detonation velocity， safety distance for sympathetic detonation and explosion characteristic of T-shape detonation of detonating cords， which diameter is from 1.0mm to 2.0mm， were tested. The test results showed that as the diameter of detonation cord is shorter than 2mm， the detonation velocity is between 5 300m/s to 5 700m/s， the safety distance for axial sympathetic detonation is from 7mm to 17mm， while the safety distance for parallel sympathetic detonation is from 170mm to 370mm. Compared to the other detonating cord， the tested mild detonating cord filled SY has better detonating property in T-shape detonation.

Flexible detonating fuse；Crystallized explosive；Detonation velocity；Sympathetic detonation；T-shaped detonation

TJ45+7

A

1003-1480（2015）06-0010-04

2015-08-02

趙凱（1990 -），男，碩士研究生，主要從事火工技術(shù)應(yīng)用研究。