一種電子雷管引火藥劑的研究

方云輝

（福建海峽科化股份有限公司永春分公司，福建 泉州362615）

1 概述

電子雷管是采用電子模塊控制雷管起爆延期時間、起爆能量控制功能，內(nèi)置雷管身份信息碼和起爆密碼，能對自身功能、性能以及雷管點(diǎn)火元件的電性能進(jìn)行測試，并能和起爆控制器及其他外部控制設(shè)備進(jìn)行通信的一種新型的延期雷管。它與傳統(tǒng)雷管通過控制延期藥劑燃燒時間長短來實(shí)現(xiàn)延期的方式不同，主要是通過電子延時芯片來實(shí)現(xiàn)延時功能。電子雷管內(nèi)部電子控制模塊能對延期時間進(jìn)行編碼、內(nèi)部含有身份信息和起爆密碼，在起爆網(wǎng)路連接時能進(jìn)行自身完好性測試，并能進(jìn)行單向或雙向通信，接到起爆指令后，電容放電將引火藥球頭點(diǎn)燃，從而激發(fā)雷管起爆[1]。電子雷管具有防水、防靜電、抗雜散電流等優(yōu)異的安全性能，可按照爆破設(shè)計(jì)需要在線修改延期時間，在線檢測雷管網(wǎng)絡(luò)連接質(zhì)量，有效解決丟炮問題，精確的延時確保微差減震爆破方案的準(zhǔn)確實(shí)施，適應(yīng)各種復(fù)雜條件爆破，抗干擾能力強(qiáng)，安全可控，必須使用專用的設(shè)備在公安劃定的區(qū)域范圍和時間內(nèi)方能起爆。由于具備“聯(lián)網(wǎng)檢測、密碼起爆、智能控爆、爆后反饋”等功能特點(diǎn)，在減少爆破振動、提高爆破效率、有效遏制私制爆炸物品、防止使用環(huán)節(jié)非法流失等方面都具有獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢，為推動民爆行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到積極作用。2018 年9月17 日，工信部安全生產(chǎn)司和公安部治安管理局在貴州省貴陽市聯(lián)合召開民爆行業(yè)智能制造現(xiàn)場推廣會，要求各省電子雷管使用率每年遞增不得低于20%，到2022 年底，基本實(shí)現(xiàn)電子雷管全面使用。近兩年全國雷管企業(yè)的電子雷管生產(chǎn)線數(shù)量、生產(chǎn)量迅猛增長，至2019 年10 月份共生產(chǎn)電子雷管4339 萬發(fā)[2]，是2018 年全年1600 萬發(fā)的2.7 倍。我司也在2019 年正式推出電子雷管產(chǎn)品。在電子雷管產(chǎn)品推向市場之前，我們做了大量的試驗(yàn)準(zhǔn)備工作。

2 電子芯片與引火藥劑匹配試驗(yàn)

國內(nèi)生產(chǎn)的電子雷管芯片內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)基本相同，主要由電阻絲、電容、電路板、二級管四個功能部件組成。不同廠家的芯片硬件差異主要是電阻絲、電容技術(shù)來源不同。我司的電子雷管試驗(yàn)開始于2012 年，當(dāng)年進(jìn)行的試驗(yàn)只是作為一種技術(shù)儲備。2018 年我司正式對電子雷管立項(xiàng)，前后陸續(xù)邀請了國內(nèi)多家芯片廠家技術(shù)人員來我司進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)目到2019 年上半年取得階段性成果。面對國內(nèi)已經(jīng)投入應(yīng)用的多種電子雷管芯片，我司芯片選型時，首先考慮芯片本身質(zhì)量要穩(wěn)定可靠，其次選用的芯片盡量不對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝、材料造成改變。我司經(jīng)過對符合要求的芯片進(jìn)行大量、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，對芯片性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，綜合考慮從中選擇了無錫盛景電子科技有限公司的一款芯片電阻值8Ω 的芯片。該芯片的電阻值范圍7.2Ω-8.8Ω，為貼片電阻，電容為兩個并聯(lián)22uf。單有芯片沒有引火藥，依然無法起爆雷管，由于藥球引火藥劑相對比較敏感不利于長途運(yùn)輸，以及成本高，芯片選型確定后我司技術(shù)人員立即進(jìn)行了引火藥劑自主生產(chǎn)的試驗(yàn)，先后試驗(yàn)了苦味酸鉀系、二硝基重氮酚系、三硝基間苯二酚鉛系、硝酸肼鎳藥劑系、硫氰酸鉛、氯酸鉀、鉻酸鉛系等多種引火藥劑，每種引火藥劑生產(chǎn)出來的藥球頭，各有其特點(diǎn)?？辔端徕?、二元物、聚乙烯醇的試驗(yàn)情況。優(yōu)點(diǎn)：藥劑制備簡單。缺點(diǎn)：發(fā)火精度差，藥球頭水分對藥球頭影響很多，芯片電阻值6Ω 以下時發(fā)火可靠性降低。二硝基重酚、鉛丹、硅粉、聚乙烯醇的試驗(yàn)情況。優(yōu)點(diǎn)：發(fā)火均勻好，發(fā)火可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，我司對這種藥劑非常有經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)條件可以粗放。缺點(diǎn)：對芯片電阻值有要求，芯片電阻值7Ω 以下時發(fā)火可靠性降低。三硝基間苯二酚鉛、聚乙烯醇的試驗(yàn)情況。優(yōu)點(diǎn)：發(fā)火均勻好，發(fā)火可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。缺點(diǎn)：藥劑較為敏感，需要更換管殼才能通過落錘測試。硝酸肼鎳、聚乙烯醇的試驗(yàn)情況。優(yōu)點(diǎn)：藥劑組份單一，制備簡單。缺點(diǎn)：發(fā)火可靠性有些不足，測試1000 發(fā)，出現(xiàn)2 發(fā)引火頭未點(diǎn)著。硫氰酸鉛、氯酸鉀、鉻酸鉛的試驗(yàn)情況。優(yōu)點(diǎn)：藥球頭生產(chǎn)出來發(fā)火均勻性好，藥劑不需要自己生產(chǎn)。缺點(diǎn)：在福建潮濕環(huán)境中，藥劑對電阻絲的腐蝕作用很強(qiáng)，一個月時間內(nèi)出現(xiàn)百分之十的電阻絲銹蝕斷。通過試驗(yàn)對比各種藥劑的優(yōu)缺點(diǎn)，二硝基重氮酚系藥劑在8Ω 阻值芯片下發(fā)火均勻性好、發(fā)火可靠性高，綜合性能最佳，最終確定選用二硝基重氮酚系藥劑。在確定藥劑類型后，我司對藥劑材料、規(guī)格、比例等數(shù)據(jù)再次通過大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，確定藥劑成分鉛丹：硅粉：二硝基重氮酚=9：1：2（重量比），其中原材料鉛丹、硅粉取300 目篩下物，二硝基重氮酚含水量30%-40%，使用5%濃度的聚乙烯醇溶液作為粘合劑，在粘合劑中逐一將二硝基重氮酚、硅粉、鉛丹三種材料加入，再三種組份混合均勻后手工攪拌30 分鐘備用。引火藥球頭重量控制在45mg-55mg 范圍內(nèi)，大小均勻，藥劑包裹緊密，無氣孔，水分控制在0.6%以下，引火藥球頭水分化驗(yàn)合格后再在藥頭外部蘸一層防潮漆。用此配方生產(chǎn)出電子引火元件裝配成電子雷管，按照WJ9085-2015《工業(yè)數(shù)碼電子雷管》進(jìn)行廠內(nèi)性能測試，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合性能要求，部分指標(biāo)優(yōu)于電子雷管國標(biāo)要求。產(chǎn)品送煤炭工業(yè)淮北爆破器材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行檢測，各項(xiàng)指標(biāo)合格。其中與引火藥頭有關(guān)的項(xiàng)目檢測結(jié)果如下：

2.1 抗撞擊性能

技術(shù)要求：落錘質(zhì)量2kg，落高0.8m；撞擊部位：引火藥球頭部位；抽樣方案：A 類不合格(試驗(yàn)時發(fā)生爆炸)：25/0,1。

檢驗(yàn)結(jié)果：0/25。結(jié)論：合格。

2.2 耐溫性能（表1）

表1 耐溫測試

2.3 耐溫度沖擊性能

技術(shù)要求：-40℃保持4h,80℃保持3h, 溫度轉(zhuǎn)換時間20s-30s, 循環(huán)3 次；抽樣方案：A 類不合格(試驗(yàn)時發(fā)生爆炸):20/0,1 B 類不合格(試驗(yàn)不能正常起爆):20，20/0,2；1,2。

檢驗(yàn)結(jié)果：0/20；0/20。結(jié)論：合格，合格。

2.4 抗直流性能

技術(shù)要求：電壓48V，保持10s，施加方式：腳線- 腳線；抽樣方案：A 類不合格(試驗(yàn)時發(fā)生爆炸):25/0,1

檢驗(yàn)結(jié)果：0/25。結(jié)論：合格。

2.5 抗交流性能

技術(shù)要求：電壓220V、50HZ，保持10s，施加方式：腳線- 腳線；抽樣方案：A 類不合格(試驗(yàn)時發(fā)生爆炸):25/0,1

檢驗(yàn)結(jié)果：0/25。結(jié)論：合格。

2.6 延期時間（表2）

延期時間精度高是該種藥劑的一大特點(diǎn)，在我司內(nèi)部進(jìn)行的延期時間精度更高，最長延時16000ms ,整體正偏差不超過4ms,是其它類型藥劑不可比擬的。

3 結(jié)論

我司采用二硝基重氮酚系藥劑匹配無錫盛景電子科技有限公司的一款芯片電阻值8Ω 的芯片，發(fā)火可靠性100%，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)過程工藝簡單、過程安全管理規(guī)范、易儲存、質(zhì)量穩(wěn)定易控制，能夠滿足批量生產(chǎn)要求。