專利名稱:制備熱激波管的方法及其產(chǎn)品的制作方法
本發(fā)明涉及一種制備熱激波管(shock tube)的方法及其產(chǎn)品，該產(chǎn)品用作連接和啟動炸藥柱的信號傳輸設(shè)備，或用作燃燒導線，通常補充有延遲元件或被用作延遲單元，該產(chǎn)品使用對沖擊或摩擦點燃敏感性低且毒性低的煙火混合物，該混合物產(chǎn)生具有高熱性質(zhì)的火花，所述方法伴隨著塑料管的形成，具有對非活性成分連續(xù)和分別裝料的可能性，使得該方法更安全，且更準確地裝料，且所述產(chǎn)品保持了目前的煙火激波管相對于沖擊波傳播管的優(yōu)勢更高的傳輸靈敏度和敏感性，甚至在存在缺口或洞的管中傳播以及低風險的運輸?shù)燃墸⑶宜霎a(chǎn)品呈現(xiàn)額外的優(yōu)勢低毒性成分的使用，普通的、低成本的、低粘性的聚合物的使用，產(chǎn)生能通過結(jié)、封閉扭結(jié)或管中障礙物傳播的火花，以及防止由熱炸藥乳液成分的攻擊引起的失敗。
自20世紀70年代初，商業(yè)上被稱作“非電雷管”或“激波管”的低能量信號引信在采礦和采石部門被廣泛地用于連接和啟動炸藥。這些在市場上商標為NONEL、EXEL、BRINEL等的設(shè)備逐漸取代了由金屬線點燃的電爆破雷管，且由于連接和應(yīng)用的簡易性和防止由雜散電流感應(yīng)引起的意外點燃的固有的安全性，這些設(shè)備代表了雷管配件市場的一次革新。
目前，使用強炸藥作為成分的方法和產(chǎn)品(以下稱作“傳統(tǒng)激波管”)如下
1)美國專利US 3,590,739是傳統(tǒng)激波管的原始參考。該了塑料擠出物形成外徑為2.0至6.0mm且內(nèi)徑為1.0至5.0mm的環(huán)形管的方法，其中在形成管的同時在管的內(nèi)部外周連續(xù)地引入次級炸藥粉末例如HMX、RDX或PETN，生成被稱作非電激波管的產(chǎn)品，市場上的商品名為如NONEL和EXEL。當被初級炸藥雷管啟動時，傳統(tǒng)激波管產(chǎn)生信號傳輸速度為1,800至2,200m/s的氣體沖擊波。進一步的改進包括加入鋁以提高離子性聚合物例如SURLYN的比能和利用以增加粉末的粘附性；2)美國專利US 4,328,753說明了雙層的傳統(tǒng)激波管，內(nèi)層由提供對炸藥粉末混合物的粘附性的聚合物組成，且外層由提供機械強度的聚合物組成，最合適的內(nèi)層聚合物是SURLYN且最合適的外層聚合物是聚丙烯、聚酰胺或聚丁烯。該產(chǎn)品是對原始NONEL管的改進，因為僅使用SURLYN是昂貴的且對外部破壞的抵抗能力弱；3)歐洲專利EP 027 219及其部分連續(xù)的US 5,317,974和US5,509,355說明了單層激波管及其制造方法，其中聚合物是具有少量粘附增強劑的線性低密度聚乙烯(LLDPE)，且管通過管的擠出形成，其外徑和內(nèi)徑比最終的管的外徑和內(nèi)徑大，且隨后將管拉伸使LLDPE分子定向，使得最終的管有更大的拉伸強度。所有權(quán)利要求
都是關(guān)于聚合物配方中少量粘附增強劑的，因為本領(lǐng)域認為粉末對LLDPE的粘附性低。不考慮其權(quán)利要求
，最好的傳統(tǒng)激波管一直被制成雙層，且內(nèi)層一直是SURLYN，因為在現(xiàn)場應(yīng)用中，甚至是粘附不佳的炸藥粉末的很小移動將導致粉末層的不連續(xù)或管下部的松散粉末的濃縮，引起的信號傳播的失??；4)美國專利US 5,166,470說明了與EF027 219相似的LLDPE單層管，其中通過將塑料管通過聚合物溶液例如水溶液并干燥溶劑沉積一層額外的親水性聚合物如聚乙烯醇(PVA)的薄層。其目的是使得管對乳劑炸藥中烴的透過性更低。熱柴油對LLDPE特別具有攻擊性，將管與熱柴油乳劑長期接觸造成信號傳播的失敗。PVA保護層很脆弱且不會粘附至LLDPE，且因此用清潔劑(例如鉻酸)、熱空氣或粘附增強劑(例如維納母(Vinamul)EVA共聚物)進行預處理是必要的。
對低能傳輸引信的進一步的發(fā)展是在管內(nèi)使用煙火混合物取代強炸藥粉末的管的發(fā)明。目前，使用煙火混合物的一些方法和產(chǎn)品，在此稱作“煙火激波管”如下1)本專利申請人的巴西專利PI 8104552是煙火激波管的原始參考。該了塑料擠出物形成外徑為2.0至6.0mm且內(nèi)徑為1.0至5.0mm的環(huán)形管的方法，其中在形成管的同時，K2Cr2O7+Al或Mg、Fe2O3+Al或Mg、或Sb2O3+Al或Mg、Sb2O5+Al或Mg或O2+Al或Mg的煙火混合物粉末被連續(xù)引入內(nèi)部外周，生成的產(chǎn)品被命名為煙火沖擊波管，市場上的商品名為BRINEL。當由初級炸藥雷管啟動時，這些管產(chǎn)生沒有氣體釋放的鋁熱反應(yīng)并形成用于能量傳輸?shù)牡入x子體；2)美國專利US 4,757,764說明了用于在爆破操作中控制啟動信號的非電系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用一內(nèi)部粘附煙火延遲混合物的塑料管，特別地使用較傳統(tǒng)激波管和導爆索的速度小得多的低速反應(yīng)，其目的在于使用預定長度的管取代傳統(tǒng)延遲元件獲得毫秒啟動級的快速延時。與塑料管連接的雷管必須是瞬時的，雷管內(nèi)沒有延遲元件，且因此本發(fā)明者無需關(guān)心對火花熱行為的優(yōu)化、或毒性成分的去除、或?qū)νㄟ^管中束縛的保證、或混合物對摩擦和機械振動的靈敏度的降低，甚至不用關(guān)心混合物對管的粘附、或?qū)τ扇閯┱ㄋ幹械臒釤N產(chǎn)生的沖擊的抵抗能力。通過本專利的說明性報告，且對于所有實施例，明顯的，該系統(tǒng)用作延遲元件限于數(shù)十毫秒的范圍內(nèi)，對于現(xiàn)場操作中使用的大多數(shù)延遲而言是不足夠的。
在專利中或商業(yè)應(yīng)用中發(fā)展了各種其它低能引信，所有其它申請在此被參考引用。
信號傳輸管通常在其尖部補充插入延遲雷管，這些管由金屬蓋組成，金屬蓋中包含壓縮在其中的兩層炸藥粉末，底層是次級強炸藥，上層是配有延遲元件的初級、燃燒敏感炸藥，延遲元件由其內(nèi)部包含粉末狀煙火延遲混合物的密實柱的金屬圓柱體組成，且常常地包含對管中沖擊波產(chǎn)生的熱敏感的煙火混合物的額外的柱。
傳統(tǒng)激波管的制造方法以及生成的產(chǎn)品存在以下不足a)裝有炸藥(RDX、HMX或PETB是有毒且危險的)的管的生產(chǎn)由于處理有毒產(chǎn)品存在意外爆炸的風險，要求對生產(chǎn)線的特別注意和保護。使用分子炸藥的事實阻礙了在管的擠出過程中非活性成分的裝料；b)在傳統(tǒng)激波管中，反應(yīng)產(chǎn)物基本是熱的氣體，當離開管的終末端時，這些氣體膨脹并伴隨著熱的喪失，這些熱損失抑制了煙火延遲混合物的點燃。慢延遲粉末對激波管輸出特別不敏感。必須加上敏感煙火混合物的附加柱為炸藥導火線提供連續(xù)性或使用對熱更加敏感且有更大柱長度的煙火混合物。因此，終產(chǎn)品有更大的制作成本，且對煙火混合物的處理和操作產(chǎn)生更大的意外點燃的風險；c)塑料管中的晶體炸藥(RDX、HMX或PETN)的粘附低，要求特別的制造工藝且需要使用專門的昂貴的聚合物，通常是離子性聚合物如SURLYN，從而將管中部分的松散粉末的濃縮最小化且避免沒有裝藥的部分的出現(xiàn)。LLDPE缺乏粘附是特別值得注意的。很明顯的，盡管努力通過聚合物配方的變化提高聚合物的粘度，最知名的商業(yè)品牌持續(xù)使用雙層管并用SURLYN作為內(nèi)層；d)通過經(jīng)典的爆炸理論，傳統(tǒng)的激波管填料缺乏足夠的關(guān)鍵量和關(guān)鍵直徑以恰當?shù)貍鞑_擊波。原始激波管的發(fā)明者已故Persson博士發(fā)現(xiàn)反應(yīng)前沿之后的沖擊波引起的塑料粉塵變形造成移動的炸藥粉末的粉塵爆炸連續(xù)維持了沖擊波。由于該特征，如果在管內(nèi)存在缺口或封閉束縛分散沖擊波，傳統(tǒng)激波管將失敗。在現(xiàn)場操作中，當遇到不可預料的缺口、拉伸、結(jié)、洞或封閉扭結(jié)時，管傳播會失??；e)傳統(tǒng)激波管對工業(yè)上稱作“劈、啪、射出(snap、slap and shoot)”的效應(yīng)敏感如同在2002年拉斯維加斯舉行的ISEE第28次年會上發(fā)表的文章以及傳統(tǒng)激波管的所有目錄和技術(shù)手冊中認識到的，如果激波管被拉伸導致破裂特別是在機械能釋放的條件下，該效應(yīng)能夠產(chǎn)生意外的點燃。該文章和一些商業(yè)激波管的技術(shù)手冊在此被參考引用。
(f)因為運輸?shù)哪康模瑐鹘y(tǒng)激波管在很多國家被歸入炸藥類，這引起了運輸?shù)念~外成本和困難，尤其是在因為反對恐怖主義的斗爭而加強了危險品規(guī)定后。
(g)由于離子性填料如SURLYN的親水特征，在現(xiàn)場實踐中常常發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)激波管在長時間暴露于2巴以上壓力的水下后不能傳播。
(h)僅用SURLYN制造的管具有低的拉伸強度，且對磨損、紐結(jié)、結(jié)等抗性低，要求聚乙烯額外的外層的共擠出。盡管如此，該方法不能避免昂貴的SURLYN的使用；(i)傳統(tǒng)炸藥粉末在管內(nèi)部被來自炸藥乳液的熱烴(對可能是柴油)污染時，缺乏對傳播而言足夠的激活能。聚合物，包括LLDPE對攻擊相當敏感。少量粘附增強添加劑，最可能是EVA共聚體，甚至更易受到柴油揮發(fā)部分的攻擊。需要親水聚合物如PVA的額外層，但在現(xiàn)場實踐中的惡劣環(huán)境條件下，該層的磨損抗性相當?shù)牟睿斐傻脑搶拥娜コ褪?。作者進行了一系列PVA包被管的測試，且該層的低粘性得到提高；(j)根據(jù)制造商公布的說明書，傳統(tǒng)激波管的爆燃速度在1,800至2,200m/s之間，和在2,000m/s的平均速度的10％范圍內(nèi)。該相對寬的范圍干擾了延遲元件定時的準確性。美國專利5,173,569、5,435,248、5,942,718以及作者的巴西專利P19502995均將激波管作為電延遲雷管的起爆藥。這些雷管其特征在于高度精確的電子延遲元件。然而，將特定長度的管的定時誤差加入電子電路的固有定時誤差。在用于露天采礦的21m的典型管長中，誤差將在+/-1ms，而電子電路的固有誤差典型地在+/-0.1ms；k)傳統(tǒng)激波管爆燃產(chǎn)生基本氣態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物，維持沖擊波，該沖擊波在離開管尖時通過氣體的膨脹迅速地擴散釋放出的大部分熱能。因為該原因，傳統(tǒng)激波管輸出不能點燃低燃燒敏感延遲混合物，要求額外的、高度燃燒敏感點火元件以點燃更慢的延遲元件。高度燃燒敏感混合物常常也對機械沖擊、摩擦和靜電放電高度敏感，增加了事故的風險。額外元件增加了制造的成本；本專利申請的煙火激波管，如巴西專利PI8104552中預見的，具有以下不足A)煙火混合物使用有毒成分(K2Cr2O7、Sb2O3、Sb2O5)和易燃溶劑，要求回收溶劑、操作保護和合適的垃圾處理；B)塑料管擠出的方法包括在形成塑料管的過程中加入預先制備的敏感煙火混合物的劑量，操作和處理存在安全風險；C)和傳統(tǒng)激波管相似，煙火激波管對乳液炸藥中存在的烴的攻擊沒有抵抗能力，且延長的暴露導致傳播的失敗；D)O2+Al或Mg的混合物在實踐中顯示不可行，因為在制備中氣體的損失和產(chǎn)物的使用；E)Fe2O3+Al或Mg的混合物在實踐中顯示不可行，因為這些煙火混合物對雷管的點燃刺激的低靈敏度以及傳播失敗的高比率。證明基本的原因是成分的高Tammann溫度；
F)由于D和E條中的限制，留下的僅有的選擇是高毒性的、高摩擦和沖擊敏感的K2Cr2O7、Sb2O3和Sb2O5與Al或Mg的混合物；G)在鋁熱反應(yīng)中生成的反應(yīng)產(chǎn)物，Al2O3、K2O、Sb、氧化銻、由專利權(quán)利要求
限定的必要固體，具有低熱導性，該低熱導性抑制了更慢的，低敏感延遲元件的點燃；H)如同傳統(tǒng)激波管，粉末狀煙火混合物也呈現(xiàn)出對管聚合物的低粘附性，特別是在LLDPE中；I)沒有優(yōu)化煙火混合物以實現(xiàn)通過封閉結(jié)、缺口或扭結(jié)的傳播。
在美國專利US4,757,764中預見的用于控制爆炸操作中的啟動信號的系統(tǒng)具有以下不足Aa)如同在原始煙火激波管中發(fā)生的，該過程也包括在塑料管的形成中，加入一定劑量的預先制備的敏感煙火混合物，存在操作和處理的安全風險；Bb)系統(tǒng)利用了直接的管一管連接，通過預定長度的管專門提供時間延遲，且限制在數(shù)十毫秒范圍的快速延遲，而現(xiàn)場爆破操作要求達到10秒的延遲時間；Cc)粉末狀混合物，在其配方中不含粘附添加劑，對管多聚體呈現(xiàn)低的粘附性，要求使用昂貴的材料如SURLYN或硅樹脂，如同在說明性報告中所有的實施例中所看見的；Dd)由于作者的目的是通過充分降低速度的管獲得延遲系統(tǒng)，去除延遲元件且直接點燃雷管中的高敏感性初級炸藥，不需要對傳輸信號的熱性能進行優(yōu)化。低速混合物缺乏直接點燃較慢的、低敏感性延遲混合物的能量，以及通過封閉扭結(jié)、結(jié)或缺口的能量；開發(fā)“熱激波管的制備方法及其產(chǎn)品”以克服制造方法和目前激波管性能中存在的問題。該方法是一種新方法。
現(xiàn)有技術(shù)的研究重點主要是獲得形成管的聚合物的理想性質(zhì)，但不優(yōu)化煙火混合物配方，以使用普通的低成本的聚合物。該新方法也是多重目的的，即通過煙火混合物的配方獲得最大可能數(shù)目的理想性質(zhì)。該專利申請的方法和產(chǎn)品相比目前的激波管具有以下優(yōu)勢—熱激波管使用低毒性的優(yōu)化煙火混合物；—該方法在擠出過程中允許兩種非活性成分的連續(xù)加料和混合，這些成分在混合前對摩擦和沖擊實際上都很不敏感，由此基本上降低了操作中意外啟動的可能性，甚至是萬一在制備中將管點燃，通過非常小量的混合物的爆燃引起最小化的損失；—該方法還包含一更安全的煙火混合物，通過用去敏感添加劑將氧化劑成分包被，該混合物對摩擦和機械沖撞具有更小的靈敏度；—使用相同的添加劑，甚至是更便宜普通的聚合物包括LLDPE，其煙火混合物對塑料管實現(xiàn)了極佳的吸附，避免了管中部分存在空隙或加樣過量；—該產(chǎn)品與保持了與目前的傳統(tǒng)激波管相關(guān)的煙火激波管的一些長處對傳播更高的靈敏度和敏感性，通過缺口或洞的傳播、以及運輸?shù)牡惋L險等級；
—由氣體形成的信號傳輸火花和由熔融金屬產(chǎn)生的一樣多，且因此火花通過過管中的結(jié)、封閉扭結(jié)或障礙物，且表現(xiàn)出通過熱傳導和對流進行的最優(yōu)化的熱傳輸，直接點燃不太敏感的、較慢的延遲柱。
—熱激波管對熱爆炸乳液中存在的海運重柴油的環(huán)境暴露具有抵抗能力，甚至在高溫下暴露72小時后仍保持功能(在純的海運重柴油中65℃24小時+40℃48小時)；—熱激波管具有在平均速度+/-1.67％內(nèi)的傳播速度精確度，即在1,200m/s中十/-20m/s的誤差，在21米長管中僅對電延遲雷管增加了0.3毫秒的誤差。
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明承認發(fā)明者從申請者處獲得的制備和使用煙火激波管BRINEL的權(quán)利以及為了另外的目的進行的研究—取代煙火混合物的有毒成分；—在混合物與管內(nèi)表面粘附方面的改進；—去除混合物對沖擊和摩擦的敏感性；—降低對煙火混合物操作的風險；—使用自動的、無風險的且環(huán)境安全的工藝取代使用高強度人力勞動的煙火混合物的制造過程，包括危險溶劑的研磨和重結(jié)晶，以及處理大量的敏感的煙火混合物；—由傳導和對流進行的極佳的熱轉(zhuǎn)移產(chǎn)生優(yōu)化的火花，沒有氣體膨脹的熱擴散；
—在暴露于達到65℃的熱柴油炸藥乳液3天后制造具有功能的管。
俄羅斯化學家Tammann說明了用于理解獲得的發(fā)明性效果的一基本概念。根據(jù)他的理論，在固體物質(zhì)中起始氧化還原反應(yīng)需要的振動能在等于物質(zhì)熔點一半的絕對溫度(K)下可以大量獲得。Tammann的該溫度解釋了為何某些成分使得煙火混合物對熱和燃燒以及機械沖擊相當敏感，而另一些成分非常難以開始傳播。例如，Tammann溫度是193℃的粉末鋁和Tammann溫度是632℃的氧化亞鐵—氧化鐵Fe3O4的混合物特別難以起始和傳播，而粉末鋁和Tammann溫度僅為47.5℃的氯酸鉀的混合物特別危險。本發(fā)明的一個基礎(chǔ)是獲得足夠的活化能保證煙火反應(yīng)的起始和傳播，甚至在管內(nèi)部被來自爆炸乳液的烴染料污染時，這些污染降低了煙火反應(yīng)的焓。足夠參與煙火混合物的低溫物質(zhì)可以是高氯酸鉀、氯酸鉀、三硫化二銻、硫、硝酸鉀、高氯酸銨、氯酸鈉、或任何Tammann溫度適合于本目的的物質(zhì)。本發(fā)明也基于一觀察，但不限于該觀察，即產(chǎn)生具有高熱傳導和熱對流系數(shù)的產(chǎn)物的煙火反應(yīng)將實現(xiàn)更好的傳播連續(xù)性，且將點燃具有更高熱效率的延遲元件，從而允許使用更小、更慢的延遲柱而不需要額外的點燃元件。作為關(guān)注的氧化還原反應(yīng)，我們有或其中熔融的金屬鐵提供了極佳熱傳遞，熱傳導和對流提供一樣多的熱傳遞。發(fā)明根據(jù)的另一個觀察是僅產(chǎn)生固體或液體產(chǎn)物將不能通過結(jié)、紐結(jié)、束縛等。必須產(chǎn)生足夠的氣體體積允許聚合物在折疊或束縛周圍的彈性膨脹，迫使火花通過。然而，該氣體體積不能過量，否則火花的固體和液體產(chǎn)物將在管尖擴散，并伴隨著氣體膨脹，這將造成對延遲元件點燃所必需的熱能的損失。對氣體產(chǎn)生合適的成分的實施例是三硫化二銻、高氯酸鉀、硝酸鉀、硝酸鈉、高氯酸銨、高氯酸鈉等。作為發(fā)明基礎(chǔ)的另一個認識是某些產(chǎn)品具有潤滑性質(zhì)和表面粘性，這些性質(zhì)降低了混合物對摩擦和機械沖擊的靈敏度，并甚至對困難的聚合物如純LLDPE產(chǎn)生了粘性。這些產(chǎn)品的實施例是云母(鎂和水合硅酸鋁)以及石墨。本發(fā)明的另一個目標是獲得未被公開的過程，其中氧化劑和添加劑的混合與石油或還原試劑分開，在自動的、連續(xù)的或半批量的過程中，在自身的塑料擠出機中獲得最終的活性混合物，由此在任何時刻只有很小量的煙火混合物形成，在工業(yè)生產(chǎn)中將管的意外點燃的風險和影響最小化。作為本發(fā)明基礎(chǔ)的另一個方面是在現(xiàn)場應(yīng)用中，為了通過管中意外的最終的缺口或洞傳播，火花應(yīng)當由同樣多的高熱轉(zhuǎn)移的產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物構(gòu)成，由此發(fā)生熱轉(zhuǎn)移實現(xiàn)煙火信號傳輸?shù)倪B續(xù)性以及實現(xiàn)為管的開放部分釋放火花的機械脈沖。
熱激波管的優(yōu)化配方的開發(fā)通過一些實踐測試完成。對這些測試，通過在擠出機的熔融純LLDPE的內(nèi)直徑內(nèi)噴灑粉末煙火混合物的配方進行給料。將管冷卻并拉長以獲得具有3.1mm外徑，1.4mm內(nèi)徑的彈性管。作為對比，從主要制造商處獲得的傳統(tǒng)SURLYN激波管以及來自申請者的現(xiàn)有技術(shù)煙火激波管被取樣并測試。
為了更好地理解實施例，如下對測試進行說明
1)傳播速度測試將測量長度為5m的管部分放在與精密計時表相連的兩個光學傳感器之間。當管被點燃時，火花的光在通過第一傳感器時開始計時，且當通過第二傳感器停止計時。將5除以以秒計算的時間獲得傳播速度；2)紐結(jié)傳播測試在10個樣品中，管火花應(yīng)當通過10個封閉的180°折疊傳播，這些折疊間隔相同的距離。該最小距離選自以下長度1米、50厘米、30厘米、20厘米和10厘米，其中所有10個樣品完全通過沒有失敗的距離被記錄為“紐結(jié)間的最小距離”；3)緊結(jié)傳播測試1米長管樣品在其中間部分有單結(jié)，且管的兩端由液壓驅(qū)動牽引設(shè)備控制，同時與一負荷室(loading cell)相連以測量打結(jié)管的拉伸強度。將管點燃，且記錄五個連續(xù)樣品在結(jié)中傳播的最大負荷。最大負荷越高，管在緊結(jié)中傳播的能力應(yīng)該更好，該緊結(jié)在現(xiàn)場應(yīng)用中偶發(fā)。作為對比，對單層激波管以及雙層傳統(tǒng)激波管(LLDPE和SURLYN)進行該測試；4)低能導爆芯(detonating core)啟動100個1米長管樣品通過“J”型連接器與導爆芯線相連，該導爆芯具有2g/m的PETN的芯裝填，啟動導爆芯。不能傳播的管的數(shù)目被記作“由2g/m導爆芯啟動失敗的比例”；5)機械沖擊靈敏度將煙火混合物粉末樣品放在已知重量的下落錘下，錘從某一高度自由落下。通過公式E＝m.g.h計算5個連續(xù)樣品爆燃的能量，其中m是自由落體的質(zhì)量，g是局部的重力加速度，且h是點燃的最小高度；
6)慢延遲靈敏度將延遲元件放在6mm外徑的PVC軟管的末端，該元件具有8.3秒的延遲時間，24mm長的壓縮延遲粉末柱，粉末包含慢延遲混合物，該元件沒有點燃混合物的任何額外層，該PVC管具有可變長度，其另一端有1.0米長的熱激波管尖。當點燃熱激波管時，火花應(yīng)從軟管內(nèi)部通過自由空間并啟動延遲元件。人們認為元件被點燃的軟管越長，火花的熱性能將更好。在5個連續(xù)樣品中點燃的最大軟管長度被記錄為“慢延遲元件的靈敏度”；7)管對管的“空氣間隙”3米長的熱激波管在中間長度被橫切且將一半按測定的空間移開，通過鋁管保持“半管”型的排列。火花在5個連續(xù)樣品中通過管部分的自由間隙時起始第二部分的最大距離，被記錄為“全點燃空氣間隙”；8)在暴露于熱炸藥乳液后的啟動12米長的熱激波管的30個樣品被浸入65℃的大量熱炸藥乳液中，乳液使用海運柴油作為燃料，如工業(yè)中常見的，樣品兩端用橡皮塞和褶皺鋁蓋密封，且將容器放在65℃的實驗室爐中24小時。在此階段后，將爐的自動調(diào)溫器降低至40℃，且將樣品置于乳液中再放置48小時，總計暴露72小時。將管點燃且將失敗的管的比例記做“暴露于熱乳液后失敗”；9)混合物與管的粘附10個5米長的管樣品在精度為0.0001g的分析天平上稱重。此后，用流速為0.3Nm3/分鐘的壓縮空氣沖刷管內(nèi)部2分鐘以去除未粘附的粉末。再次對管稱重并記錄重量。用氫氧化鈉水溶液水流沖洗管內(nèi)部以溶解鋁和高氯酸鹽，并去除氧化鐵和云母，消除粘附的粉末。對空的塑料管稱重。在確定了管內(nèi)徑后，計算表面積并通過差異計算按面積比率的自由粉末填充、按面積比率的粘附粉末填充、以及自由粉末質(zhì)量占總粉末質(zhì)量的百分比。
表1中整理并總結(jié)了測試結(jié)果。
根據(jù)表1中的測試結(jié)果，以相應(yīng)百分比40/27.5/31.5/1.0的Al/Fe3O4/KClO4/云母配方呈現(xiàn)最好的性能。具有65％Al的高含量鋁燃料具有相應(yīng)的750m/s的更低的速度，這意味著在紐結(jié)和結(jié)中傳播時不足的火花性能以及對慢延遲元件非常低的敏感性。另一方面，以30/32.5/36.5/1.0配制的極低鋁燃料將產(chǎn)生非常大的氣體體積，在管尖散播火花產(chǎn)物，降低慢延遲元件的靈敏度和“全點燃空氣間隙”。同樣證明了云母在提高混合物與管的粘附以及降低混合物沖擊靈敏度方面的效應(yīng)。根據(jù)完成的研究和實際測試可以得出結(jié)論熱激波管的優(yōu)化配方包括-32％至60％的粉末鋁?？梢允褂媚軌虍a(chǎn)生高溫火花的其它粉末燃料或還原試劑，如鎂、硅、硼和鋯；-15％至35％的粉末氧化亞鐵-氧化鐵-Fe3O4?？梢允褂迷谘趸€原反應(yīng)中產(chǎn)生高熱傳導和對流產(chǎn)物的其它物質(zhì)如氧化鐵-Fe2O3、氧化亞鐵-FeO、氧化鈷、氧化銅-CuO和氧化亞銅-Cu2O；-20％-40％的高氯酸鉀-KClO4?？梢允褂闷渌軌蚪档蜔熁鸱磻?yīng)活化能并產(chǎn)生足夠通過紐結(jié)、結(jié)或管束縛的氣體體積的Tammann溫度低的物質(zhì)，如氯化鉀、硝酸鉀、高氯酸銨、高氯酸鈉、硫和三硫化二銻；
-0.5％至3.0％的云母?？梢允褂媚軌虼龠M粘附和降低沖擊和摩擦靈敏度的其它物質(zhì)如石墨。
煙火混合物配方的成分可以具有混合特征，換句話說，相同的物質(zhì)成分在同一時間具有如上所述的多于一種的功能。
為了將激波管優(yōu)化獲得更好的性能，在生產(chǎn)中更高的安全性并降低環(huán)境和職業(yè)健康風險，配方成分的特征可以獨立地和結(jié)合地使用到傳統(tǒng)激波管上。
通過以下附圖可以更好地理解本專利
圖1顯示了制備熱激波管的方法的方框圖；圖2顯示了熱激波管火花，離開管尖；圖3作為對比，顯示了當離開管尖時，傳統(tǒng)激波管(現(xiàn)有技術(shù))的基本氣體產(chǎn)物；根據(jù)圖1，制備熱激波管的方法具有以下順序a)此前充分混合氧化劑和粘附增強劑以及去敏感添加劑，形成混合物I；b)將混合物I填充進加料筒，且將燃料加入另一個加料筒；c)平衡比例的混合物I和燃料連續(xù)地加料，加料通過兩個平行的加料線型設(shè)備或通過振動加料器或任何其它傳統(tǒng)的重量或體積微加料方式進行，這些方式與塑料管擠出機控制環(huán)路中的具有頻率控制器或任何其它的傳統(tǒng)控制器的電動馬達相連，由此平衡后的料連續(xù)地到達帶有底屏的滾筒勻漿攪拌器，制備少量的敏感的最終煙火混合物，該底屏與塑料管擠出機的擠出環(huán)相連；
d)在制備煙火混合物的同時，通過擠出機環(huán)擠出熔融的聚合物形成塑料管，與此同時通過重力將最終的煙火混合物加入正在形成的塑料管中，獲得熱激波管。
處理的額外步驟可以包括管冷卻、管拉伸以獲得拉伸強度、管的熱處理，以及塑料處理領(lǐng)域中其它的傳統(tǒng)技術(shù)，而不違背本發(fā)明的指導。
最終的產(chǎn)品熱激波管使用傳統(tǒng)塑料管，如EVA、聚乙烯、LLDPE或SURLYN，其外徑在2.0至6.0mm之間，內(nèi)徑在1.0至5.0mm之間，且含有與其內(nèi)壁粘附的5至40mg/m的煙火混合物；圖2顯示了在傳播中離開管尖時的熱激波管火花，該圖表示了管火花的高速照片，其中可以看見高溫固體和熔融產(chǎn)物(1)，這些產(chǎn)物包括高熱傳導和對流熔融鐵，氣體產(chǎn)物(2)，負責管尖的熔融噴射。
圖3作為對比顯示了在傳播中離開管尖時的傳統(tǒng)激波管(現(xiàn)有技術(shù))基本氣態(tài)的產(chǎn)物，該圖也代表了管火焰的高速照片，其中可以看見基本氣態(tài)產(chǎn)物(1)通過氣體膨脹在管末端的擴散。這些對比照片說明了為什么傳統(tǒng)激波管不能通過缺口傳播且沒有點燃低敏感延遲柱的能力。
表1-實際測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.“熱激波管的制備方法”，其特征在于以下順序a)此前充分混合氧化劑和粘附增強劑以及去敏感添加劑，形成混合物I；b)將混合物I填充進加料筒，且將燃料加入另一個加料筒；c)平衡比例的混合物I和燃料連續(xù)地加料，加料通過兩個平行的加料線型設(shè)備或通過振動加料器或任何其它傳統(tǒng)的重量或體積微加料方式進行，這些方式與塑料管擠出機控制環(huán)路中的具有頻率控制器或任何其它的傳統(tǒng)控制器的電動馬達相連，由此平衡后的料連續(xù)地到達帶有底屏的滾筒勻漿攪拌器，制備少量的敏感的最終煙火混合物，該底屏與塑料管擠出機的擠出環(huán)相連；d)在制備煙火混合物的同時，通過擠出機環(huán)擠出熔融的聚合物形成塑料管，與此同時通過重力將最終的煙火混合物加入正在形成的塑料管中，獲得熱激波管。
2.“熱激波管”，將煙火混合物用于氧化還原反應(yīng)，其特征在于，具有以下成分的優(yōu)化配方a.能夠產(chǎn)生高溫火花的粉末燃料或還原試劑；b.通過氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生高熱傳導和/或?qū)α鳟a(chǎn)物的燃料或氧化劑物質(zhì)；c.一或多種低Tammann溫度的燃料或氧化劑物質(zhì)，這些燃料或物質(zhì)能夠降低煙火反應(yīng)的活化能；d.能夠產(chǎn)生足夠通過紐結(jié)、結(jié)或管束縛傳播的氣體體積的物質(zhì)；e.能夠促進煙火混合物的沖擊和摩擦靈敏度降低的物質(zhì)；f.能夠促進粘附的物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于具有以下成分的優(yōu)化配方a、32％至60％的粉末鋁；b、15％至35％的粉末氧化亞鐵-氧化鐵-Fe3O4；c、20％-40％的高氯酸鉀-KClO4；d、0.5％至3.0％的云母。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于具有以下成分的優(yōu)化配方a)能夠產(chǎn)生高溫火花的粉末燃料或還原試劑，是鎂、硅或鋯；b)產(chǎn)生高熱傳導和/或?qū)α鞣磻?yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)，是氧化鐵-Fe2O3、氧化亞鐵-FeO、氧化鈷、氧化銅-CuO或氧化亞銅-Cu2O；c)能夠降低煙火反應(yīng)活化能并產(chǎn)生足夠通過紐結(jié)、結(jié)或管束縛的氣體體積的Tammann溫度低的物質(zhì)，是氯化鉀、或硝酸鉀、高氯酸銨、高氯酸鈉、硫或三硫化二銻；d)能夠促進粘附和降低煙火混合物沖擊和摩擦靈敏度的物質(zhì)，是石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于在配方中使用的相同物質(zhì)具有多于一個的混合特征產(chǎn)生高溫火花、具有低Tammann溫度、產(chǎn)生高熱傳導和/或?qū)α鞯姆磻?yīng)產(chǎn)物、產(chǎn)生足夠通過紐結(jié)、結(jié)或管束縛傳播的氣體體積、促進粘附以及降低煙火混合物的沖擊和摩擦靈敏度。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于使用具有低Tammann溫度特征的物質(zhì)作為傳統(tǒng)激波管反應(yīng)混合物中的添加劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于使用具有產(chǎn)生高熱傳導和/或?qū)α鞯姆磻?yīng)產(chǎn)物特征的物質(zhì)作為傳統(tǒng)激波管反應(yīng)混合物配方中的添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于使用具有促進粘附的特征的物質(zhì)作為傳統(tǒng)激波管反應(yīng)混合物配方中的添加劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求
2中的“熱激波管”，其特征在于使用具有降低煙火混合物的沖擊和摩擦靈敏度的特征的物質(zhì)作為傳統(tǒng)激波管反應(yīng)混合物配方中的添加劑。
專利摘要
“制備熱激波管的方法及其產(chǎn)品”涉及一種制備熱激波管的方法及其產(chǎn)品，該產(chǎn)品用作連接和啟動炸藥柱的信號傳輸設(shè)備，或用作燃燒導線，通常補充有延遲元件或被用作延遲單元，該產(chǎn)品使用對沖擊或摩擦點燃敏感性低且毒性低的煙火混合物，該混合物產(chǎn)生具有高熱性質(zhì)的火花，所述方法伴隨著塑料管的形成，具有對非活性成分連續(xù)和分別裝料的可能性，使得該方法更安全，且更準確地裝料，且所述產(chǎn)品保持了目前的煙火激波管相對于沖擊波傳播管的優(yōu)勢并呈現(xiàn)額外的優(yōu)勢低毒性成分的使用，普通的、低成本的、低粘性的聚合物的使用，產(chǎn)生能通過結(jié)、封閉紐結(jié)或管中障礙物傳播的火花，以及對熱炸藥乳液的抵抗能力。
文檔編號C06C5/00GKCN1852875SQ200480027069
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月20日
發(fā)明者馬爾科·安東尼奧·法爾凱 申請人:不列顛尼特S/A化學工業(yè)公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan