藥頭內部空孔對電藥頭發火時間精度的影響

黃孝楠，馬志鋼，邵子豪，胡先云

(安徽理工大學化學工程學院， 安徽淮南232001)

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藥頭內部空孔對電藥頭發火時間精度的影響

黃孝楠，馬志鋼，邵子豪，胡先云

(安徽理工大學化學工程學院， 安徽淮南232001)

電引火藥頭的發火時間精度對雷管的延期精度有重要影響,電藥頭內部存在大小不一的空孔，這些空孔導致橋絲對點火藥的傳熱不均勻，進而影響電引火藥頭的發火精度;實驗表明，點火藥內部的空孔直徑越小，藥頭的發火時間越短，精度越高。

電引火藥頭； 發火過程； 內部空孔

1 引言

電雷管延期時間除了延期藥燃燒時間與猛炸藥爆轟時間，還包括藥頭自通電至藥頭燃燒后點燃起爆藥或延期藥的時間。數碼電子延期雷管因為采用電子模塊來控制延期體的延期時間，通常延期誤差不超過1 ms[1]。那么對于電藥頭式的數碼雷管，如果藥頭燃燒的時間誤差很大，就無法保證其最終的延期時間精度能滿足要求。影響藥頭燃燒時間的主要因素有橋絲的規格、點火藥的形貌和點火藥燃燒特性。當橋絲和點火藥的技術指標確定后，影響藥頭燃燒時間精度的因素主要是點火藥與橋絲的接觸和點火條件。電藥頭的加工工藝使點火藥與橋絲之間的接觸狀態存有差異。點火藥與橋絲的接觸越緊密，點火藥從灼熱橋絲處得到的熱量就越多，其發火時間就越短，發火電流和安全電流越小；若點火藥與橋絲接觸疏松，二者間的空隙會增加其加熱和傳熱過程中熱量損失，發火時間變長，發火電流和安全電流也會隨之變大。當將這種接觸狀態差異較大的產品放在一起進行串聯起爆時，就可能導致丟炮現象[2]。藥頭點火藥內部通常有大小不一的空孔，這些空孔導致了點火藥與橋絲之間的接觸狀態有差異，進而影響發火時間的精度。本文針對兩種內部空孔尺寸不同的藥頭進行試驗，分析了點火藥內部空孔對發火時間的影響。試驗表明，點火藥內部空孔越小，電引火藥頭的發火時間精度也就越高。

2 試驗

2.1 試驗原理

本次試驗模擬了敞開和密閉兩種點燃條件。敞開環境下，熱量外散較多，當放熱大于散熱，點火藥反應加速，藥頭碎裂開，這是散熱量增大，使得放熱等于散熱，藥頭的點火藥穩定燃燒，隨著反應的進行，反應速率逐漸降低，放熱小于散熱量，藥頭逐漸熄滅。密閉環境下，散熱極少，放熱遠大于散熱，點火藥的反應急劇加速，迅速進入穩定燃燒階段而后逐漸熄滅。在橋絲的最初升溫階段，忽略熱量的散失壓力的影響，認為不同樣本的橋絲升溫過程相同，壓力和溫度的變化會對藥頭的化學反應進程影響很大，不可忽略[3]。

2.2 試驗方法

實驗采用高速攝像測量系統。通過高速攝影儀完整的記錄電藥頭的整個發火過程，根據攝影儀的每秒幀數來確定電藥頭發火過程的時間。分別在密閉和敞開條件下測量20發樣本。密閉狀態下，選用18 mm×18 mm×40 mm透明的有機玻璃塊上鉆孔Φ6 mm×32 mm，將藥頭裝入鉆好孔的有機玻璃塊中，并在固定塞和孔口部用AB膠封住，形成一個密封的空間，待24 h后膠的強度達到最高進行實驗，可保證在實驗過程中不會產生漏氣。實驗裝置如圖1、圖2所示。

圖1 敞開條件裝置示意圖

圖2 密閉條件裝置示意圖

2.3 實驗材料和設備

2.3.1 實驗材料

相同生產工藝的兩家工廠提供的點藥頭，分別記為A型藥頭和B型藥頭。實驗設備見表1。

表1 實驗設備

3 結果與討論

3.1 發火數據

兩種條件下A型和B型藥頭的發火見表2。

表2 藥頭發火數據

3.2 觀察藥頭內部空孔大小

通過顯微鏡將兩種藥頭的剖面放大40倍觀察空孔，顯微圖像如圖3、圖4所示。

圖3 A型藥頭剖面(40倍)

顯微圖像軟件測得A型藥頭剖面的空孔直徑在59.5～535.7 μm之間，均值219.2 μm，標準離差94.4 μm；B型藥頭剖面的空孔直徑在31.5～399.6 μm之間，均值158.3 μm，標準離差84.2 μm。

圖4 B型藥頭剖面(40倍)

圖5 兩種藥頭剖面的空孔直徑

3.3 討論

兩種藥頭進行的發火過程試驗中，無論是在敞開還是密閉條件下，B型藥頭發火比A型快，且發火精度更好。原因在于橋絲通電加熱點火藥過程中，點火藥頭內部的空孔不利于橋絲向藥劑傳熱，B型藥頭內部空孔平均直徑是158.3 um，而A型藥頭的是219.2 um，空孔直徑越大，藥劑受熱越不均勻，這就造成A型藥頭的發火精度低于B型藥頭。

由表2可見，A型藥頭與B型藥頭各自在敞開和密閉狀態下，發火時間基本不變，但是密閉條件下的發火精度明顯提高。敞開和密閉狀態下的發火時間差距不大，是因為密閉環境藥頭剛開始發火時產生的氣體與熱量較少，敞開與密閉兩種狀態均可看做常壓，所以發火時間沒有明顯差別；密閉條件下的發火精度得到提高，是由于環境封閉，反應產生的氣體和熱量不易散失，反應區的溫度和壓強迅速上升，進一步提高了點火藥反應的速率，縮短藥頭的爆燃時間，提高發火精度。

4 結論

電藥頭的發火時間和發火精度與藥頭內部的空孔直徑有關，空孔直徑越小，藥頭中藥劑之間的結合越緊密，發火時間越短，精度越高。

密閉條件下，藥頭的發火時間較敞開條件下略有增大，但發火精度有明顯提高。

本實驗采用高速攝像測量系統，可以直接觀測到藥頭的發火過程，精確計算發火時間，可以應用到延期體延期精度的研究中。

[1] 史山群.國外火工品[M].北京:國防工業出版社，1977.

[2] 陳守文，成一，張贊鋒，等.涂覆式橋絲電點火頭的研究[J].火工品，2002(3)：15-17.

[3] 胡先云,馬志鋼,林懷榮,等.高氯酸鉀粒度對電引火藥頭發火時間影響[J].淮南職業技術學院學報,2014(4):9-12.

[4] 蔡瑞嬌.火工品設計原理[M].北京:北京理工大學出版社，1997.

[5] Pathe C，Trousselle R，Clot P，et al.Method of Detonator Control with Electronic Ignition Module，Coded Blast Controlling Unit and Ignition Module for Its Implementation: US，6173651[P].2001-01-16.

2016-08-30

黃孝楠(1989-)，男，安徽宿州人，研究生，研究方向為民用爆破器材與應用，電話：13063472730。

TQ565

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1671-4733(2016)05-0004-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2016.05.002