飛片式無(wú)起爆藥雷管結(jié)構(gòu)研究

王俊杰，黃寅生，李錦濤，曹始發(fā)，葛夢(mèng)珠，張冬冬

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飛片式無(wú)起爆藥雷管結(jié)構(gòu)研究

王俊杰，黃寅生，李錦濤，曹始發(fā)，葛夢(mèng)珠，張冬冬

（南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京，210094）

設(shè)計(jì)了一種新型飛片激發(fā)裝置的無(wú)起爆藥雷管，通過(guò)鉛板穿孔試驗(yàn)研究了飛片直徑、厚度和中間裝藥條件對(duì)雷管爆轟性能的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)飛片厚度在0.1~0.3mm范圍內(nèi)時(shí)，隨著厚度增加，飛片起爆能力增強(qiáng)；直徑相同時(shí)，厚度為0.2mm、0.3 mm的飛片能夠可靠起爆雷管底部裝藥，飛片厚度0.1 mm時(shí)，雷管發(fā)生半爆。中間裝藥密度過(guò)大或高度過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致雷管發(fā)生半爆，合適的裝藥密度范圍為0.86~1.41 g·cm-3，裝藥高度應(yīng)不低于2mm。

無(wú)起爆藥雷管；飛片；裝藥條件；鉛板穿孔試驗(yàn)

目前，國(guó)內(nèi)的工業(yè)雷管含有起爆藥，對(duì)外界的能量較敏感，在生產(chǎn)、使用過(guò)程中易受到撞擊、跌落等而意外發(fā)火，存在一定的安全隱患，而且在起爆藥的生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生大量廢水，難以處理、污染環(huán)境[1]。因此，無(wú)起爆藥雷管成為雷管發(fā)展的主要方向。飛片雷管是一種無(wú)起爆藥雷管的典型代表，采用飛片激發(fā)裝置代替起爆藥，具有高安全、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)其作用時(shí)，激發(fā)裝置產(chǎn)生的飛片高速?zèng)_擊雷管底部裝藥，產(chǎn)生的沖擊波在撞擊部位壓縮炸藥產(chǎn)生大量不同溫度與不同延滯期的熱點(diǎn)，熱點(diǎn)反應(yīng)產(chǎn)生的能量在不同時(shí)間加強(qiáng)沖擊波，形成越來(lái)越多的熱點(diǎn)，最后加強(qiáng)到全部爆轟[2]。

飛片激發(fā)裝置和底部裝藥條件對(duì)雷管的爆轟性能有著重要影響，但目前國(guó)內(nèi)研究報(bào)道較少。沈兆武等[3-5]發(fā)明的飛片雷管采用激發(fā)藥燃燒氣體剪切驅(qū)動(dòng)預(yù)裂內(nèi)管底部的方式形成高速飛片，沖擊起爆雷管底部裝藥；馬宏昊[6-7]在此基礎(chǔ)之上研制了多級(jí)變截面飛片激發(fā)裝置，增強(qiáng)了飛片起爆能力；王慧娥[8]研究了飛片雷管底部裝藥藥量及密度對(duì)飛片雷管爆轟性能的影響。

目前的飛片雷管采用內(nèi)管底部預(yù)裂的方式形成飛片，但是內(nèi)管上端敞口導(dǎo)致激發(fā)藥的能量大量損失，而且該種方式形成的飛片的厚度不易控制，難以獲得較高的飛片速度，飛片起爆能力較低。為了提高飛片的起爆能力，本文設(shè)計(jì)了一種新的飛片激發(fā)裝置，研究了飛片的厚度及直徑和中間裝藥高度及密度對(duì)雷管起爆性能的影響。

1 飛片式無(wú)起爆藥雷管的制備

1.1 儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)藥品

儀器設(shè)備：電子分析天平、游標(biāo)卡尺、壓藥設(shè)備、卡口機(jī)、模具、烘箱，以及外徑6mm、壁厚1mm的內(nèi)管。試驗(yàn)藥品：結(jié)晶PETN。

1.2 制備過(guò)程

在帶有臺(tái)階的雷管殼底部依次壓裝輸出裝藥和中間裝藥。中間裝藥上端放入內(nèi)部帶有通孔的加速膛。加速膛底部與管殼內(nèi)部臺(tái)階接觸定位，外徑與雷管內(nèi)徑緊密配合。加速膛上端依次放入飛片、裝有激發(fā)藥的內(nèi)管。內(nèi)管的上端裝入帶有封口塞的點(diǎn)火頭，在卡口機(jī)上卡口，完成飛片式無(wú)起爆藥雷管的制備，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 飛片式無(wú)起爆藥雷管結(jié)構(gòu)圖

由于內(nèi)管上端僅有直徑2 mm的傳火孔，激發(fā)藥燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體在內(nèi)管、管殼及封口塞的約束作用下主要作用于內(nèi)管底部。飛片在高壓氣體與加速膛內(nèi)壁的作用下被剪切驅(qū)動(dòng)形成高速飛片，沖擊雷管底部裝藥。與敞口式飛片激發(fā)裝置相比，該種飛片擊發(fā)裝置能夠增加激發(fā)藥能量利用率，增大飛片速度，提高飛片的起爆能力。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 飛片厚度及直徑對(duì)雷管爆轟性能的影響

雷管輸出裝藥藥量370mg，壓藥壓力30MPa，中間裝藥藥量為178mg，壓藥壓力為8.56MPa。內(nèi)管中裝填松裝PETN作為激發(fā)藥。加速膛高度4mm，使用不同厚度的飛片和不同內(nèi)徑的加速膛制作雷管，采用5 mm的鉛板驗(yàn)證雷管是否爆轟，結(jié)果見(jiàn)表1~3。

表1 厚度0.1mm飛片在不同直徑下的鉛板穿孔試驗(yàn)

Tab.1 Lead plate test of flyer with 0.1mm thickness under different diameters condition

表2 厚度0.2 mm飛片在不同直徑下的鉛板穿孔試驗(yàn)

表3 厚度0.3 mm飛片在不同直徑下的鉛板穿孔試驗(yàn)

Tab.3 Lead plate test of flyer with 0.3mm thickness under different diameters condition

從表1~3可以看出，厚度0.1mm的飛片在加速膛內(nèi)2~4 mm范圍內(nèi)都不能夠?qū)⒗坠艿撞垦b藥可靠起爆，雷管發(fā)生半爆。隨著飛片厚度的增加，0.2 mm和0.3 mm的飛片在直徑2~4 mm內(nèi)能夠可靠起爆雷管底部裝藥，鉛板穿孔直徑在10mm左右。對(duì)比3種不同厚度飛片的試驗(yàn)結(jié)果，可知隨著飛片厚度增加，飛片起爆能力增加。不同厚度及直徑的飛片起爆雷管的鉛板穿孔效果如圖2所示。

圖2 不同厚度及直徑飛片雷管穿孔效果圖

根據(jù)非均相炸藥的沖擊起爆判據(jù)[9]：

式（1）中：E為炸藥在沖擊波作用下的臨界起爆能量，由具體炸藥決定；為進(jìn)入炸藥的沖擊波壓力，主要取決于飛片的速度；為飛片中沖擊波來(lái)回傳播的時(shí)間，主要取決于飛片的厚度。當(dāng)0.1 mm飛片撞擊炸藥時(shí)，由于飛片厚度較小，產(chǎn)生的沖擊波持續(xù)時(shí)間較短，沖擊波的能量低于炸藥的臨界起爆能量，因此飛片不能夠可靠起爆雷管底部裝藥。隨著飛片厚度增加，產(chǎn)生的沖擊波的能量增大，雷管底部裝藥被可靠起爆。

2.2 中間裝藥的裝藥條件對(duì)雷管爆轟性能的影響

雷管底部輸出裝藥的裝藥量為370mg，壓藥壓力為30MPa。飛片厚度0.2mm，加速膛內(nèi)徑2.5 mm，內(nèi)管中裝填松裝PETN作為激發(fā)藥。對(duì)中間裝藥不同裝藥高度及不同壓藥壓力下的雷管進(jìn)行鉛板試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4~6。

表4 1mm中間裝藥高度在不同壓藥壓力下的鉛板穿孔試驗(yàn)

Tab.4 Lead plate test of medium charge with 1mm height under different charge pressure condition

表5 2mm中間裝藥高度在不同壓藥壓力下的鉛板穿孔試驗(yàn)

Tab.5 Lead plate test of medium charge with 2mm height under different charge pressure condition

表6 4 mm中間裝藥高度在不同壓藥壓力下的鉛板穿孔試驗(yàn)

Tab.6 Lead plate test of medium charge with 4mm height under different charge pressure condition

從表4~6可以看出，中間裝藥高度1mm，在壓藥壓力0~14.98 MPa、密度0.86~1.48 g·cm-3時(shí)，輸出裝藥不能夠被可靠起爆，雷管發(fā)生半爆。中間裝藥高度2mm，在壓藥壓力0~10.70MPa、裝藥密度為0.86~1.39 g·cm-3時(shí)，中間裝藥能夠可靠起爆底部輸出裝藥，雷管發(fā)生爆轟。中間裝藥高度4 mm，壓藥壓力在0~10.70 MPa、裝藥密度為0.86~1.41 g·cm-3時(shí)，中間裝藥能夠起爆底部裝藥，發(fā)生爆轟。由試驗(yàn)結(jié)果可知，中間裝藥存在合適的裝藥高度和密度，裝藥高度過(guò)低或密度過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致雷管發(fā)生半爆。

引爆輸出裝藥時(shí)，中間裝藥產(chǎn)生的沖擊波不僅要有足夠的能量，還要有足夠的沖量，既沖擊波作用于底部裝藥時(shí)間要足夠長(zhǎng)，輸出裝藥才能被可靠起爆。因此，中間裝藥要有一定的高度，以維持沖擊壓力一定時(shí)間。由試驗(yàn)結(jié)果可知，中間裝藥的裝藥高度應(yīng)不低于2 mm。

飛片沖擊起爆藥雷管底部裝藥屬于沖擊波起爆，本質(zhì)上屬于熱起爆機(jī)理[10]。當(dāng)裝藥密度較低時(shí)，炸藥顆粒之間存在大量體積較大的空隙，但是由于飛片面積較大（飛片面積約是裝藥端面面積的1/5），仍然能夠產(chǎn)生足夠多的有效熱點(diǎn)，產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物向未反應(yīng)的藥床中滲透，壓縮未反應(yīng)的炸藥，形成更多的熱點(diǎn)，產(chǎn)生更多的能量，不斷加強(qiáng)沖擊波，達(dá)到臨界強(qiáng)度以后誘發(fā)爆轟。隨著藥柱密度的增加，炸藥顆粒之間的空隙體積減小，顆粒接觸緊密。飛片撞擊產(chǎn)生的有效熱點(diǎn)增加，底部裝藥能夠被可靠起爆。當(dāng)裝藥密度過(guò)大時(shí)，炸藥顆粒之間的空隙體積變得非常小，炸藥顆粒之間摩擦阻力很大，在飛片沖擊壓力作用下，空隙受到的壓縮程度小，有效熱點(diǎn)數(shù)量減少，熱點(diǎn)溫度不夠高，熱分解反應(yīng)不能夠持續(xù)并傳播，底部裝藥不能夠完全爆轟，雷管發(fā)生半爆。

3 結(jié)論

（1）飛片厚度對(duì)飛片式無(wú)起爆藥雷管底部裝藥的起爆有著重要影響。飛片厚度在0.1~0.3 mm范圍內(nèi)，隨著厚度的增加，飛片起爆能力增強(qiáng)。直徑2~4 mm范圍內(nèi)，飛片直徑相同時(shí)，厚度0.2mm、0.3mm的飛片能夠可靠起爆雷管底部裝藥，雷管發(fā)生爆轟。飛片厚度為0.1mm時(shí)，雷管發(fā)生半爆。

（2）雷管底部中間裝藥有合適裝藥高度和密度范圍，裝藥高度過(guò)低或密度過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致雷管發(fā)生半爆。中間藥裝藥高度應(yīng)不低于2mm，密度在0.86~1.41 g·cm-3范圍內(nèi)，雷管發(fā)生爆轟。

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Study on the Structure of Flying Plate Detonator

WANG Jun-jie，HUANG Yin-sheng，LI Jin-tao，CAO Shi-fa，GE Meng-zhu，ZHANG Dong-dong

（Nanjing University of Science & Technology，Nanjing，210094）

The flying plate detonator with new flyer excitation device was designed. The influences of diameter and thickness of flyer and charge conditions of medium charge on detonation property were researched by lead disc test. Within range of 0.1~0.3 mm thickness，the initiating capacity of flyer become large with the increase of thickness. On same diameter condition, 0.2 mm or 0.3mm thickness flyer can led to detonation and 0.1 mm flyer cannot. With low height or large density，medium charge can cause non-steady detonation, the appropriate density is 0.86~1.41 g·cm-3and the proper height should not lower than 2mm.

Non-primary detonator；Flyer；Charge conditions；Lead disc test

1003-1480（2016）04-0013-04

TJ45+2.3

A

2016-03-31

王俊杰（1991-），男，碩士研究生，主要從事飛片式無(wú)起爆藥雷管研究。