1、1纳米引火药的研制摘 要：本文介绍了一种纳米引火药头的制备方法，通过实验对KCl-C-DDNP系和纳米引火药头的性能进行了对比分析。结果表明，纳米引火药颗粒粒径比较细，所以纳米引火药颗粒之间距离较普通引火药头更小，这能极大高雷管的燃烧稳定性、发火可靠性和秒量精度。 关键词：纳米引火药 引火药头 延期时间 雷管精度 一、引言 在工程爆破中，大家对延期雷管的精确性和安全性要求越来越高，而国内电雷管作为应用最广的品种，其电引火元件在发火可靠性和一致性上却存在一定缺陷，这直接影响了延期雷管的精度和秒量稳定性。国内电引火元件主要有弹性和刚性两种结构，弹性药头在装配时易造成卡裂或药头脱落等问题，其桥丝电阻
2、差异和引火药的热感度差异也会直接影响雷管发火的可靠性和一致性；刚性药头中桥丝电阻的差异相对较小，发火可靠性和一致性最主要的影响因素是引火药剂的热感度和药剂与桥丝接触的紧密程度，引火药涂敷致密度越高，发火精度越高，电感度增。故本课题选择用纳米技术使引火药颗粒粒度更细，从而提高电引火元件的发火可靠性和一致性。 二、实验部分 1.引火药配方的确定 目前国内厂家生产电雷管引火药的配方主要有 KCl-C系和 KCl-C-2DDNP系。在制作乳化炸药的经验中知道 KCl吸湿性较强，而 KCl的吸湿性远小于 KCl，在电引火元件中 KCl吸湿后分解的产物容易腐蚀桥，故考虑用 KCl代替 KCl用于引火药的制
3、。制作过程中将 KCl和 C做成纳米材料，而 DDNP考虑其危险性，我们选择用克拉克法制得的颗粒就行，考虑到研磨时间和最终颗粒度之间的关系，确定配方如下表 1： 表 1 引火药配方 研磨的时间很大程度上决定了最后得到颗粒的粒径，所以在此把它作为配方中的一个主要变量。其中 1h+1h表示先研磨 C粉一小时，然后往圆形不锈钢药罐中加入 KCl，再一起继续研磨一个小时。 2.引火药的制作过程 2.1 引火药中纳米 KCl和纳米 C颗粒的制备 本实验中选用某公司立式高速纳米研磨设备 SC-H 型，它是一种带研磨介质的磨机，通常被称为搅拌式研磨机。其搅拌轴带动研磨介质搅动，使得研磨介质处于内部多孔类型无
4、规则的状态在这种状态下，磨介和颗粒之间产生碰撞和剪切，以及不规则的运动，从而把颗粒打碎。纳米 KCl和纳米 C颗粒制作步骤如下： 2.1.1 分别称取过 200目的 C粉 15.0000g和分散剂 1.0000g，再量取 120mL浓度为 95%的酒精以及适量直径为 0.8mm的氧化锆球，把它们按先加球、后加粉、最后加酒精的方式倒入容积为 750mL的圆形不锈钢药罐，密封罐口后，接通外循环水，待药罐温度控制在 30已下，启动研磨机，设定转速为 2800 r/min，混药 13h 后暂停研磨机。 2.1.2 打开密封盖，称取过 200目的 KCl固体颗粒 68.0000g放入罐3内，然后量取 8
5、0mL浓度为 95%的酒精倒入罐内，密封罐口，再次启动研磨机，设定转速为 2800 r/min，混药 13h 后关闭研磨机。 2.1.3 待搅拌轴停止转动后，出料。将混好的药浆倒出后，过 200目筛除掉上面的氧化锆球，然后将溶液放入真空干燥器内干燥至酒精全部挥发完待用。 将制得纳米引火药颗粒做激光散射粒度分布分析仪测试，其中配方二的颗粒报告如图 1。它的粒径大多分布在 130260nm 之间，最终粒径D50为 201nm。配方一制得的颗粒粒径大多分布在 190330nm 之间，最终粒径 D50为 273nm；配方三制得的颗粒粒径大多分布在 114256nm 之间，最终粒径 D50为 195nm
6、。这说明在一定时间内，研磨时间越长，粒径越小，效果越好，当时间足够长之后，其最终粒径基本变化不大。 图 1 纳米引火药颗粒的 激光散射粒度分布分析仪的测试报告 2.2 混药 将称量好的复合型聚乙烯醇胶液倒入搅拌容器内充分调匀，然后称量 DDNP颗粒 17.0000g并倒入搅拌容器，在防护装置下继续调匀。最后，将前面制得的纳米颗粒加入上述搅拌容器内，在防护装置下混匀，冷藏1d后再抹球待用。 3.引火药的测试结果 为了验证、比较与原引火药头的优劣性，我们特地选取了某工厂生产的 KCl-C-DDNP系引火药头作参照实验。首先对每个配方贮存 1年后的药头各抽取 50发进行解剖，发现 KCl-C-DDN
7、P系药球较为松散，桥丝和引火药的接触不紧密，会出现空心、气泡、沙眼，部分吸湿等，存在严4重腐蚀现象，而配方一偶尔也会有微量的沙眼，但是配方二和配方三的药球结实，药剂与桥丝接触紧密，不吸湿，基本没腐蚀。考虑到节能和经济性，生产中优选配方二。接下来便比较配方二和 KCl-C-DDNP系引火药药头的其他性能。 3.1 发火一致性测试 根据 GB8031要求， 我们测定了两种药头及其装配的电雷管的发火（延期）时间，测试结果如表 2，表 2中的各项均测试 50发，配方二的纳米引火药药头用甲表示， KCl-C-DDNP 系药头用乙表示，以下类同。 由表 2可以看出，配方二的纳米引火药药头及其装配的毫秒电雷
8、管，其发火（延期）时间的极差与标准偏差都比 KCl-C-DDNP系引火药药头小，说明其发火一致性较好且精度高。这是因为纳米引火药制成的药头颗粒均匀，密度高，粒径小，颗粒之间的距离更小，所以燃烧时燃速的稳定性比较好，所以其精度自然高。 表 2 纳米药头和普通药头发火（延期）时间测试对比 3.2 电发火参数测试 根据 GB8031-2005的规定方法操作，测出安全电流和串联准爆电流，再用升降法求出单发发火电流和发火冲量，将这些数据制成表 3，如下表3： 由表 3可以看出，纳米引火药头比 KCl-C-DDNP系引火药头热感度要高，这有两方面的原因：其一，由于 KCl-C-DDNP系引火药头的吸湿性强
9、，在电流通过时水分会吸收热量，所以自然需要更多的热量才能发火；其二是纳米引火药剂与桥丝接触紧密，这会减少热传导的损失，而且它的5粒度很细，也更容易发被点燃。其串联准爆电流较低，也说明了它的发火可靠性更好，在工程中会大大降低瞎火率。 3.3 延期时间检测 分别对用纳米引火药头装配的 3段毫秒电雷管和用 KCl-C-DDNP系引火药头装配的 3段毫秒电雷管进行延期时间测试，每组测试 50发，测试综合结果如表 4所示。表 4中数据表明，纳米引火药头装配的电雷管比KCl-C-DDNP系引火药头装配的电雷管延期精度高，延期性能好。 表 3 纳米药头和普通药头电发火参数测试表 表 4 两种药头延期时间测试
10、结果 3.4 成品雷管贮存试验 在自然干燥的条件下，用纸箱封存了两种雷管各 200发，每隔 5个月，按照 GB8031规定的操作方法分 4次对贮存雷管随机抽样检测，每次各抽检 50发（其中 25发作发火可靠性检测，另 25发检测延期时间） ，结果纳米引火药头装配的 3段毫秒电雷管全部可靠发火，而 KCl-C-DDNP系引火药头装配的 3段毫秒电雷管在最后一次测试时有一发半爆，延期时间结果如表 5： 综合发火可靠性实验和表 5可以知道，纳米引火药头装配的 3段毫秒电雷管较 KCl-C-DDNP系引火药头装配的 3段毫秒电雷管相比：精度高，稳定性好。贮存时间越长，秒量越大，这是由于秒量漂移造成滴，
11、但是纳米引火药头装配的 3段毫秒电雷管相对来说秒量漂移要小一些，考虑到秒量漂移是由延期体和引火药两部分时间构成，既然延期体一样，那就肯定是引火药头导致的不同，综合分析可知，纳米引火药药头的发火可靠性和精度都优于 KCl-C-DDNP系引火药头。 6三、结论 1.纳米引火药颗粒粒径比较细，所以其与桥丝的接触更为紧密，有利于桥丝对药剂的热传导，这能极大提升雷管的发火可靠性。 2.纳米引火药颗粒之间距离较普通引火药头更小，使其其燃烧稳定性更好，所以它能有效提高雷管的精度。 表 5 成品雷管贮存延期时间检测 参考文献 1 刘志铴，蒋荣光.工业火工品M.北京：兵器工业出版社，2003：111. 2 傅献
12、彩， 陈瑞华. 物理化学 （下册 ） M . 第三版. 北京：高等教育出版社， 1980. 148 153 2 郭子庭，刘厚平，肖国.高氯酸钾与氯酸钾的性能分析J.爆破器材，2004，33（增刊）：102-103. 作者简介：陈世雄，男，生于 1989年 3月，籍贯湖南。2005 年到2008年在湖南宁远一中求学，并在 2007年全国高中物理竞赛中获得永州市一等奖。2008 年 9月进入安徽理工大学，大学期间成绩优异，并在2009年获得国家励志奖学金等奖项。2011 年保送研究生，现攻读安徽理工大学研究生硕士学位。 王文斌，男，生于 1988年 3月，籍贯安徽。2005 年到 2008年在安徽怀宁中学求学。2008 年 9月进入安徽理工大学，大学期间成绩优异，获得校奖学金。现攻读安徽理工大学研究生硕士学位。
