CN1111719C - 不用初级炸药的引爆器 - Google Patents
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Abstract
提供从突燃到引爆转变(DDT)的引爆器(1)，它基本上不用初级炸药。引爆器(1)使用具有填隙空间的粒度较大的多孔粉末炸药和在所述填隙空间内粒度较小的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物(5)，如苦味酸钾和高氯酸钾的混合物。细小粒度的增压引发剂位于粉末炸药较大颗粒的填隙空间中。该混合物(5)能可靠地引发靠近的转变部分(4)或底部药料(2)，同时降低对厚壁空间限制的需要。混合物(5)还可直接用于表面引爆器的用途。制造引爆器时性能和安全性都有了提高。
Description
发明领域
本发明涉及炸药引爆器，其中装有基本上不含分子初级炸药(分子起爆炸药)的组合物，涉及适合用于引爆器的组合物，和制造引爆器。还涉及用于引爆器的引发部件和爆炸方法。
相关领域描述
引爆器包括电子型、电型和非电型，广泛用于采矿、采石和其它爆炸操作。一般使用洞内引爆器，引发已放在炮眼内的炸药包，而表面引爆器一般在炮眼外使用，引发一个或多个炸药引爆信号装置，如震击管或引爆索。
目前市售的引爆器，对洞内引爆器，通常有一金属外壳，外壳的一端密封，从密封端开始，顺序装有包含引爆性次级炸药如(PETN)的底部药料和热敏感可引爆初级炸药(起爆炸药)如叠氮化铅的起爆药料，起爆药料靠近底部药料并在其上方。延迟引爆器中，靠近初级炸药的是其量足以提供要求延迟时间的突燃或燃烧组合物。在延迟组合物(如果存在)上方是在金属外壳开口端的电火柴，低能量引爆索或震击波导管(如震击管)等。
表面引爆器一般和洞内引爆器一样，不同之处是宜减少或不用列性炸药底部药料，以减少能量输出。能量输出宜降低到只要足以引发邻近的震击管、引爆索等 ，但不会例如喷射出过量的碎片，以致破坏靠近段的震击管或索的程度。这种控制能量输出特征是设计引爆器时需要实际考虑的，用以控制洞内引爆器和表面引爆器的能量输出。
为说明起见，初级炸药定义为这样一种爆炸性物质，这种物质即使在没有限制套筒条件下，能由于刺激如火焰、传导性加热、撞击、摩擦或静电荷作用容易引发完全引爆。相反，次级炸药一般仅被引爆，如果它大量存在或装在坚固限制外壳如厚壁金属容器中，或受到明显的冲击波或机械撞击的话。初级炸药的例子有雷酸汞、2，4，6-三硝基间苯二酚铅、叠氮化铅和重氮二硝基酚(DDNP)或这些物质的两种或多种的混合物和/或类似物质。次级炸药的代表性例子是(PETN)、环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)、三硝基苯基甲基硝胺(Tetryl)和三硝基甲苯(TNT)或这些物质的两种或多种的混合物和/或其它类似物质。
在引爆器工业中，使用叠氮化铅作为底部药料的热敏初级炸药或其唯一组分(在某些表面引爆器型引发剂的情况)是标准的做法。因此，初级炸药尤其是叠氮化铅在该工业中广泛使用。
在制造表面引爆器和洞内引爆器中使用初级炸药，尤其是使用含铅物质如叠氮化铅，存在严重缺点，包括例如：(i)即使存在少量初级炸药，使用它的常用引爆器对机械变形或撞击就非常敏感，其储运就有潜在危险；(ii)制造引爆器，就需要制造和处理大量处理过程高成本的敏感物质；(iii)引爆器制造厂必须面对处理可能的有毒物质如铅对健康的危害，并提出处置这些有毒物质适当方法。
因此，由于安全和/或毒性原因，要求在制造和使用引爆器时减少或取消使用初级炸药，因而要求提供基本不含初级炸药尤其是叠氮化铅的引爆器。
取消引爆器中初级炸药的一个方向，是研制不含初级炸药的引爆器，这种引爆器取决于建立使次级炸药经受“突燃到引爆转变”(DDT)反应的条件。这些DDT引爆器中，突燃反应通常是由点火装置，通过热反应在次级炸药中引发的，或直接由加热的桥线引发的。只要对次级炸药给予合适的空间限制和/或控制次级炸药颗粒的粒度、形态、密度、配方，并小心选择引发装置和引爆器的设计，可使这种突燃反应转变为引爆反应，引爆就能提供足够的力，引发靠近的底部药料或直接引发震击管或固定在引爆器上引爆索的那一段。这种类型DDT引爆器或其它改进的引爆器的例子披露于如美国专利2,400,103(Cobb)、3,096,714(Yuill)、4,727,808(Wang等)、4,316,412(Dinegar和Kirkham)、出版于1997年6月26日的PCT专利公报WO97/22571(Dumenko)、美国专利5385098(Lindquist等)和与EP-A1-0365503(Lindquist等)。
在Dinegar等的US4,316,412中，描述了一种引爆器，它是使用桥线以燃烧模式引发装有苦味酸钾和细(10微米)PETN压至高密度的药料。然后，在靠近的细PETN“转变药料”中该反应进行到引爆反应。这种转变药料的引爆起到引爆邻近底部药料的作用。然而，这种装置的特点是在两种药料周围和桥线周围的背面都有坚固的限制壁。由于标准市售引爆器尺寸受到限制，在这种引爆器中这样的坚固限制壁是不可能的，并且由于制造上的困难也不适宜。
在美国专利4,727,808(Wang)中，使用细的次级炸药(PETN＜20微米，比表面积5000-7000厘米2/克)作为引发药料，以便快速达到压力提升，使邻近的低密度PETN的转变药料引爆。这种引爆反应会使引爆器底部药料引爆。然而，这样的设计依赖于炽热的点燃源和由限制部件(只有小孔)提供的坚固的背限制壁，得以快速提升压力。这种引爆器设计很复杂，制造费用较高。
美国专利5,385,098(Lindquist)描述一种DDT引爆器，它包括一突燃段，其中有多孔颗粒形式的材料，以便提供适当的反应前沿。颗粒材料较好的是次级炸药和燃烧催化剂的混合物，造粒成重均粒度为10-2000微米的颗粒，由重均粒度为0.1-100微米的初级晶粒组成。燃烧催化剂是诸如碳，冰晶石或铝、镁、铁、钴、镍、汞、银、锌、铅、铬、铜的化合物、以及它们的混合物的物质。这种装置虽然提供了改进的DDT引爆器，但也还要求坚固的限制壁，尤其是引发部件的背壁，它是杯形的(有一个孔)，包围着引发部件。使用这种杯形限制壁，以及较好还要对引发部件进行背压，增加了制造成本，且制成的引爆器更加复杂。
因此，DDT引爆器有望取代含初次级炸药的标准引爆器，其可靠性高，容易制造，使人们关注于研制另外类型的不含初级炸药的引爆器。为解决上述困难，曾提出其它的不含初级炸药的引爆器；包括如“飞行器”板的装置(美国专利3,978,791)，或涉及使用激光器(美国专利3,724,383)。然而，由于操作和/制造中的困难，这些引爆器还未能获得工业上成功。
另一种办法涉及使用高能焰火技术，如加拿大专利申请2215892中所述。
然而，工业上仍要求在突燃到引爆转变(DDT)的引爆器方面性能有所改进。
因此，鉴于现有技术的情况，要求提供用于引爆器的组合物，该组合物宜不含初级炸药，可以在不需要非标准空间限制等情况下操作。
发明概述
本发明提供一种引爆器，它包括：
(i)一个空心的引爆器外壳，有一开口端和封闭端；
(ii)在所述外壳开口端的一个点火装置；
(iii)或可有的一个靠近所述点火装置的延迟部件；
(iv)一个引发部件，包括一个引发部分，或可还包括一个转变部分；
(v)或可有的底部药料；
其特点是所述引发部分至少部分地装在一个限制套筒中，它包含具有填隙空间的粒度较大的多孔粉末炸药和在所述填隙空间内的粒度较小的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
在本申请中，术语“多孔粉末炸药”是指松散倒入容器时，空气能通过它而基本上对空气没有多大阻力的爆炸材料。术语“粉末”仅用于表示该材料不是液体，也不是气体。可用作多孔粉末炸药的材料较好的包括四硝酸季戊四醇酯(PETN)、环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)、三硝基苯基甲基硝胺(Tetryl)、三硝基甲苯(TNT)、或它们的组合。然而，多孔粉末炸药最好包含PETN。
用于实施本发明时，较大粒度的多孔粉末炸药可形成足够的填隙空间，可让高燃烧速度增压引发剂位于此填隙空间内，即使该混合物在引爆器内压制到要求的密度时。因此，术语“多孔”用于描述能形成大量包含在该材料内填隙空间的材料特性。孔隙度值宜为压制在位后多孔粉末炸药含有高达30％(体积)，更好为15-30％(体积)的填隙空间。
而且，多孔粉末炸药的结晶形状还会影响填隙空间量，并因此影响其最终反应性质。例如，圆柱体形状与球形相比，一般会使填隙空间有一较长的连续容积。因此，优选圆柱体、棱柱形或一般的非球形，而不选择球形或立方形，因为是这些形状，多孔粉末炸药中的填隙空间相对较大。多孔粉末炸药优选为圆柱体或棱柱形，结晶的长宽比至少为3∶1，至少为4∶1更好。
如前面指出的，与高燃烧速度加压引发剂相比，多孔粉末炸药的粒度相对较大。一般原则，多孔粉末炸药的结晶粒度宜是高燃烧速度引发剂粒度的大约10倍。而且，多孔粉末炸药的数均粒度宜为100-500微米，100-300微米更好，最好是100-200微米。
除非特别指出，所有粒度基于数均粒度，所有的百分数均为重量百分数。
然而，应注意到，即使是大于100微米的数均粒度，多孔粉末炸药中仍可含有小于100微米的颗粒。而且多孔粉末炸药还会含有少量更小粒度的细粉末。这种细粉末粒度例如小于20微米，或小于10微米，甚至小于5微米。然而，有些情况下，少量细粉末有助于较大多孔粉末炸药颗粒的快速点火和迅速压制，从而提高突燃到引爆的转变效率。细粉末量宜小于多孔粉末炸药重量的10％，更好的小于5％，该量不用于计算多孔粉末炸药的数均粒度。
控制材料压制后的密度，可以估算并调节给定材料的最终孔隙度。例如，PETN常规样品，以密度为1.2-1.5g/cc进行实验时，具有15-30％的空隙。
术语“高燃烧速度增压引发剂”是指一种快速燃烧的着火化合物或混合物，它具有着火快速，并随压力增加其燃烧速度基本上连续提高的特点。高燃烧速度引发剂在2个大气压的压力下线性燃烧速度较好的大于1厘米/秒(按照Belyaev，A.F等在“Transition from Deflagration to Detonation in Condensed Phases″，Israel Program for Scientific Translations，Jerusalem，1975和Sevtiov，B.S.and Fogel’zang，A.E.，″Combustion of fast burning explosives″，Comb.，Expl.and Shock Waves，Vol.5，No.1，51，1969所述，使用在恒压燃烧弹中压制至大于0.85g/cc结晶密度，直径4毫米或更大的圆柱形样品，用标准燃烧法进行测定)。
更好的是高燃烧速度增压引发剂的燃烧速度基本上随压力连续提高，达到大于2厘米/秒，最好的在50个大气压下达到大于5厘米/秒。
例如，纯苦味酸钾在2个大气压下线性燃烧速度为1.5厘米/秒。在7-8个大气压下，燃烧速度提高到最大7厘米/秒。然后在70个大气压，下降到2厘米/秒。苦味酸钾的这种性能使其仅能用于低压用途。然而，对高压用途，例如用作本发明引发部分的一部分时，这种燃烧速度的下降是不适合的，因为这会降低引爆器的加压速度。然而，与高氯酸钾合用时，基本上消除了燃烧速度的这种下降，燃烧速度能随压力连续提高。因此，苦味酸钾和高氯酸钾的组合提供了一种特别有效的混合物，可用作本发明的高燃烧速度增压引发剂。
高燃烧速度增压引发剂较好还要提供压力的迅速增加，以便产生适合引发多孔粉末炸药的冲击波。高燃烧速度增压引发剂作为引发部分的至少一部分在限制外壳内部进行测定时，它应提供的气体压力增加等于或大于2千巴。实际上，根据限制管膨胀的量就可估算压力增加。气体压力增加更好要大于5千巴，最好大于10千巴。
在本发明操作中，不选用虽有高燃烧速度，却不能达到气体压力显著增加(按照上述值)的物质作为高燃烧速度增压引发剂。
适合用作高燃烧速度增压引发剂的较好物质包括如苦味酸钾、2，4，6-三硝基间苯二酚钾、2，4，6-三硝基间苯二酚铅、三硝基苯甲酸钾、硝基芳烃化合物的碱金属或碱土金属盐(具体是硝基酚或硝基苯甲酸盐)或它们的混合物。然而，更好的高燃烧速度增压引发剂是高燃烧速度炸药和氧化剂的混合物。高燃烧速度增压引发剂的一种更好组合物是一种低压下具有高燃烧速度的物质如苦味酸钾、2，4，6-三硝基间苯二酚钾、2，4，6-三硝基间苯二酚铅或三硝基苯甲酸钾与一种氧化剂如高氯酸钾或高氯酸铵的混合物。较好的这些物质混合物包含30-70％(重量)氧化剂。更好的是，这种混合物包含30-70％(重量)苦味酸钾和30-70％(重量)高氯酸钾。这种混合物更好地包含40-60％(重量)苦味酸钾和40-60％(重量)高氯酸钾，最好包含约50％(重量)苦味酸钾和约50％(重量)高氯酸钾。
用这种较好的混合物可达到高燃烧速度，同时还能提供簋好的增压效果。这种组合在与PETN合用时，能够很好地实现从突燃到引爆的转变。在降低空间限制程度并且不需要背压情况下也能获得这种良好效果。因此，这种结合的混合物提供了明显优于现有技术的DDT配方的优点。
用于高燃烧速度增压引发剂的物质，其粒度应在至少一个尺度上足够细小，使它们能位于多孔粉末炸药的填隙空间内。因此，高燃烧速度增压引发剂各组分的粒度宜小于15微米，小于10微米更好，最好小于5微米或更小。
本说明书中，使用的“紧密混合物”是描述至少两种物质的充分混合，使得本发明的混合物中，高燃烧速度增压引发剂的组分是位于多孔粉末炸药的填隙空间内。
本说明书中使用的术语“靠近”指两种材料如底部药料和引发部件彼此紧靠得足够使得反应前沿能由一种材料传递达到另一种材料。这两种材料之间接触一般是较好的，但不一定要求。
引发部分可含有其它材料，用来改善其性能。然而，引发部分宜包含至少10％(重量)所述多孔粉末炸药和所述高燃烧速度增压引发剂的所述紧密混合物。更好的，引发部分包含至少50％，最好是90％的所述紧密混合物。然而，引发部分最好包含大于99％的所述紧密混合物。
引发部件的引发部分的紧密混合物中，多孔粉末材料与高燃烧速度增压引发剂的比例取决于选择用的材料和要求的性能。然而，多孔粉末材料量较好为所述紧密混合物的至少50％(重量)，更好大于所述紧密混合物的70％，最好大于或等于所述紧密混合物的80％。高燃烧速度增压引发剂最小量至少为所述紧密混合物的5％。
在一个优选的实施方案中，紧密混合物的两种组分都不是初级炸药，因此可以制造不含初级炸药的引爆器。
引发部件的转变部分(如果有的话)位于引发部分和底部药料(也如果有的话)之间或引发部分和引爆器封闭端之间。转变部分通常是次级炸药，它能被通过引发部分的反应前沿引爆，并能以充分能量引爆，来引爆靠近的底部药料。转变部分可包含PETN、RDX、HMX、三硝基苯基甲基硝胺或它们的混合物。用作转变部分的较好材料是PETN，其粒度为75-185微米，密度比底部药料低。引发部分密度宜为1.0-1.2g/cc。
本发明第二方面，提供一种适合用于炸药引爆器的组合物，该组合物包含具有填隙空间的多孔粉末炸药和位于所述填隙空间内的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
本发明第三方面，提供引发部件，它包含引发部分和或可有的转变部分，特点是所述引发部分包含具有填隙空间的较大粒度多孔粉末炸药和位于所述填隙空间内较小粒度的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
本发明第四方面，提供了一种制造所述引爆器的方法。本发明还提供一种爆炸方法，包括用引爆器引发炸药药料，所用引爆器是在此所述的本发明引爆器。
由下面对本发明的详细描述，能更明确本发明的目的和优点。
附图简述
参考下面的详细描述和附图，能更清楚地理解本发明：
图1-图3是本发明洞内引爆器的截面图；
图4-图6是本发明表面引爆器的截面图。
较好实施方案的详细描述
本发明可应用于洞内引爆器和表面引爆器。而且，这种引爆器可以是电子的、电的或非电的。术语“引爆器”在这里是其一般意义，包括各种也可称作爆炸帽、引发器等的引爆装置。
引爆器还可以是“延迟”引爆器，此术语指引爆器包括如火焰延迟部件、一系列延迟部件(如延期“药道”)、电子定时线路这些装置或其它装置，使得在点火装置的引发和随后引发部分和/或底部药料的引发之间有一定的时间延迟。然而，引爆器也可以是瞬时非延迟引爆器。
应当指出，制造延迟部件(或延期药道)使用的材料通常是燃烧时不产生气体，或产生很少的气体的。这与本发明的紧密混合物中使用的高燃烧速度增压引发剂明显不同。
还应指出，紧密混合物还可以包含另外的物质。然而，在此所述的所有百分数值都基于多孔粉末炸药和高燃烧速度增压引发剂的重量比值，或者基于仅引发部分的总重量。
可包含在紧密混合物中的其它添加物质，包括如炸药、烟火药料或发射药料这些材料。而且，还可以存在如有机燃料、“惰性”有机粘合剂等材料，它们在反应/引爆期间可消耗，也可不消耗。但是，这些添加材料的量宜小于多孔粉末炸药和高燃烧速度增压引发剂以及添加物质的总量的25％，小于10％更好，最好小于2％。
这些另加材料可以包括任何合适的初级炸药或次级炸药或引发剂，用来改善引发部分的反应特性，但不符合对多孔粉末炸药或高燃烧速度增压炸药的要求。这些材料可包括例如叠氮化铅、或粒度不合用(如小于100微米)的PETN。然而，从减少使用初级炸药的本发明目的考虑，引发部分应基本上不含加入的初级炸药。
用于和引发部分结合使用的一种较好添加材料是“分子”炸药。较好的分子炸药一般是次级炸药化合物，燃料和氧存在于其同一分子上。合适的次级分子炸药例子是粒度不合用的PETN、RDX或HMX、或它们的混合物。
这些材料的量应足够小，以免影响引发部分的紧密混合从而不影响使高燃烧速度增压引发剂位于多孔粉末炸药填隙空间的能力。
可加入引发部分的其它添加材料，例如包括燃料(通常的有机燃料)，如包含硫、碳质材料如硬沥青、细碎焦炭或木炭、炭黑、树脂酸、糖如葡萄糖和其它植物产物如淀粉、坚果肉、谷肉和木浆等细粉碎固体；以及它们的混合物。可加入如发射药料和/或产生气体化合物如硝基纤维素或叠氮化钠基发射药料等。而且，还可以包含粘合剂(较好是高能粘合剂)如聚合物材料(包括硝基纤维素或GAP(缩水甘油基氮化物聚合物))。
另外，本发明的配料还可以造粒，目的是提高其流动性和减少粉尘。造粒方法可以是将潮湿混合物挤压通过一定筛孔的筛子形成颗粒，然后干燥。造粒时还可以加入造粒剂。这种造粒剂一般能溶解于液体并与高能材料混合。通常也是将潮湿混合物挤压通过一定筛孔的筛子形成颗粒，然后干燥。这种情况下，造粒剂起粘合剂作用，有助于保持粉末粒子在一起。造粒时，制成的颗粒粒度应至少和多孔炸药粉末的结晶粒度一样。因此，本发明还包括引爆器及其制造方法，制造过程使用的所有或部分材料是经过造粒的。
造粒剂为炸药领域所共知。用于在此所述配料的一种合适造粒剂是以Methocel K4MS商品名(从Dow Chemical购得)销售的羟丙基甲基纤维素材料。
存在于本发明引爆器引发部件中的引发部分的量可根据其组成、引爆器设计和要求的能量输出而异。前面已经讨论了这些参数。对常规情况，在内径(ID)3.8毫米的标准套筒内，引发部分的量宜为10-200毫克，50-150毫克更好，最好是100-150毫克。
存在于引发部件中的转变部分的量可根据其组成、设计和要求的能量输出而异。有些情况下，转变部分可不存在。因此，转变部分量例如可在0-200毫克间变化，但更好为50-150毫克，最好为100-130毫克。
引发部分和转变部分(若存在的话)一起形成引发部件。使用本发明的引发部件，对引发部件限制壁的要求较小。因此，它可以就是一种适合安装在标准引爆器壳内的金属套筒。这种限制套筒较好的是铜、钢或不锈钢套筒，其尺寸应能紧密配合在标准引爆器壳内。例如，在内径(ID)为6.8毫米的标准引爆器中，限制套筒外径(OD)宜为6.3毫米，其壁厚例如为0.1-1.5毫米。然而，限制套筒内径可根据要求的限制量而异。最好限制套筒的壁厚约为1.25毫米，用钢制成，因为钢的强度与质量之比很大。
使用本发明的配料，应该指出的是，可以取消对背部限制的需要，而且不需要具有小孔的杯形限制装置。因此，本发明的引爆器在制造方面具有优于现有技术DDT引爆器的优点。
有些构型，还可以完全取消对整个引发部件的空间限制。然而，一般宜至少在首先引发的引发部分界面提供空间限制。这将有助于确保DDT反应有足够的空间限制，使得在适宜短长度的引发部分内从突燃转变到引爆，从而可以实现转变部分或底部药料的引爆。
用于制造引发部分的紧密混合物的所有材料，或者一般来说，制造本发明引爆器使用的所有材料在20℃时为粉末状材料。
本发明的引爆器主要用于洞内用途。然而，如前面指出的，本发明的引爆器可用于表面用途。这些表面引爆器通常包含较小的底部药料或者可以不用底部药料。底部药料也可以是能量较小的底部药料，包括例如PETN与惰性盐。
底部药料存在时，可以是就现有技术引爆器所述的任何材料。然而，用于本发明引爆器的底部药料较好的是分子次级炸药。底部药料的用量也根据引爆器要求的特征而异。但是，对洞内引爆器，底部药料的量通常为100-900毫克，200-800毫克更好。表面引爆器则含有较少是的底部药料或能量较小的底部药料。
而且，表面引爆器中，引发部分的密度和长度可以定做，实现低级引爆(即不实现完全引爆)，这种引爆不会使限制套筒破碎。这种设计的优点是，可采用低级引爆来引发靠近的震击管，同时降低高级引爆造成的碎片导致的危险。这种表面引爆器实施方案中，可以不用转变药物和/或底部药料。
或者，可以稀释底部药料(通过一种基本惰性的物质)，或使用低密度底部药料，以便产生较低压力的引爆，这更适合于震击管的引发。压力较低还可以减少碎片，因此就降低高密度因而高压的底部药料可能造成的危险。
除了一般来说DDT部件外，具体来说引发部件的组成外，制造本发明引爆器与现有技术方法基本相同。这些方法为本领域技术人员所知。采用已知方法，可将引发部件的所有组分或部分组分加到有限制套筒的引爆器壳中，压到要求密度。也可以将引发部件的所有组分或部分组分先压到限制套筒中，然后将该套筒插入引爆器壳中。
加入延迟部件来提供延迟引爆器，对本发明引爆器操作没有或仅有很小的影响，而延迟部件的制造采用的是引爆器生产工艺中的标准方法。
引爆器点火装置可以是任何引发延迟部件和/或直接对引发部分引发的合适装置。适合的点火装置包括电“火柴”、桥线、震击管、安全导火线、引爆索等，它们都插入引爆器壳的开口端中，能产生火焰和/或冲击波。可以作为本发明引爆器中点火装置的其它装置，还包括电子引爆器式的“电点火器”、“猛击器(slapper)”引爆器、能通过如光纤电缆等产生能量脉冲的激光器等。通常，引爆器包括电子引爆器。
如前所述，使用本发明配料的益处，是引发部件能在有限程度空间限制的标准薄壁引爆器中实现从突燃转变到引爆，并且不需要额外的厚壁空间限制装置如厚壁的钢套筒或铜套筒等。使用这种简单的限制装置优于DDT现有技术领域所述的。这一改进提供了制造方面的优点，因为引爆器设计与现有技术引爆器可以基本相同。仅有的明显差异是用圆柱形DDT引发部件来取代初级炸药，这一部件可采用和已知方法如制造刚性延迟部件采用的相同方法来制造。
根据本发明，用于表面引爆器或洞内引爆器引发部件的引发部分，其较好配料包含低压下有高燃烧速度的材料如5-15％苦味酸钾、5-15％氧化剂如高氯酸钾，它们一起形成增压引发剂，和70-90％PETN。在此实施方案中，各材料的较好粒度如下：(i)苦味酸钾：0.5-3微米；(ii)高氯酸钾：1-10微米；(iii)PETN：80-120微米。
如这一领域常见的，在制造中可能需要对混合物进行加压来调节引发部分的密度。压制后引发部分的密度宜为1.2-1.5g/cc。然而，这可以随制造引发部分选用的材料以及选用的空间限制程度而异。
引发部件的转变部分的较好配料是使用粒度范围为75-180微米，数均粒度至少为100微米的PETN，压至密度为1.0-1.2g/cc。
这样结合的引发部件配料已证实能够制造的引爆器，它与现有技术包含初级炸药的引爆器在性能上相同。然而，本发明引发部件的一个特点是能量输出和VOD以及其它性质如灵敏度、热稳定性等，可以通过改变引发部件的配料加以调节或改进。
要配制引发部件，在至少-40℃至高于120℃的温度范围能提供合格的性能。宜将引发部件配制成大约等于现有技术引爆器引发部分的长度。长度例如可以约为15-18毫米，但可视引爆器的设计而异。这样可以使本发明制造的引爆器长度和尺寸与现有技术引爆器的类似。
本发明引爆器的一个显著特点，是制造使用的所有材料都是非初级炸药。因此，制成的引爆器不需要在储运初级炸药时所需的防范措施。本发明较好实施方案中，由于引爆器中没有或仅有少量初级炸药，制成的引爆器与常规引爆器相比，其抗冲击性和抗传播性(propagation resistance)有了提高。抗冲击性是用来衡量当引爆器受到一定高度落下的钢重物冲击时，该引爆器是否会使一个输出冲击管或引爆索引发。本说明书中，钢重物为25磅(11.4千克)。对表面引爆器此钢重物从7英尺(2.15米)或更低高度落下，对洞内引爆器从4英尺(1.2米)或更低高度落下时，现有技术标准引爆器通常就会引发震击管或引爆索。因此，为本说明书目的规定的抗冲击的引爆器，对表面引爆器此钢重物从15英尺(2.3米)高度落下，对洞内引爆器从10英尺(3.1米)高度落下，引爆器不会引发震击管或引爆索。
因此，本发明能提供按照本文定义的抗冲击性的引爆器，还提供制造抗冲击的引爆器的方法。
按照同样方式，本发明引爆器提高了抗传播性。这种性质定义为引爆器抵抗由邻近引爆器的引爆引起引爆的能力。
因此，本发明还提供抗传播的表面引爆器或洞内引爆器及其制造方法。目前，本发明的配方和设计可以用来研制引爆器，并根据目前UN标准1.4B包装分类要求进行低成本包装。
根据附图应当指出，本发明引爆器的一个主要优点是它们可以按照类似于现有技术引爆器的方式制造。因此，引爆器外观与现有技术引爆器相同，不同之处是现有技术传统的引发部分已被本发明所述的组合物取代。
图1所示为非电的洞内延迟引爆器，其中1代表内径为6.7毫米的金属管状壳，其底部封闭。壳1内是800毫克PETN(粒度大于200微米)的底部药料，压制为1.5g/cc密度。靠近底部药料2是引发部件3，它包括转变部分4和引发部分5。引发部分5保持在限制套筒8内，是10％苦味酸钾(粒度为2-20微米)、10％高氯酸钾(粒度为3微米)和80％PETN(粒度为75-180微米)的紧密混合物，该混合物经干混合并压制为1.5g/cc密度。转变部分4也保持在限制套筒8内，它是压制到1.1g/cc密度的PETN(粒度为75-180微米)。套筒8是圆柱形钢质套筒，外径6.3毫米，内径3.8毫米。
在15所示为含铅丹、硅和硫酸钡的混合物的延迟药道，它装在金属管16内。延迟药道15上方是插入的震击管10的开口端，震击管10搁置在抗静电杯11之上。用封闭栓12和卷边13将震击管10同轴固定在管1内。当震击管10在其远端(未示出)被引发时，反应前沿沿管1通过抗静电杯11，点燃延迟药料15。延迟药料15以控制速度向下燃烧到引发部分5，提供要求的延迟时间。引发部分5随后引发转变部件4。当反应前沿通过引发部件3时，发生DDT反应，使引发部件3经历突燃到引爆的转变。因此，引发部件3的一部分最终引爆。引发部件3的引爆随后引爆底部药料。
图2所示是类似于图1非电引爆器的电延迟引爆器。然而，在此实施方案中，震击管集合件被电火柴头26取代，电火柴头26连接到一对导电导线27。导线27穿过橡胶塞28，橡胶塞被壳1中的卷边29卷紧在位。另外，所有其它特征与图1所示实施方案相同。图2和随后所有其它图中，同样的数字用于代表同样的部件。
操作时，电信号通过导线27，使火柴头26引发。引发的火柴头26使延迟药道15开始在引爆器的上端燃烧，和图1的引爆器一样。从这点以后，这种引爆器的操作与图1所示引爆器相同。
图3所示是与图1所示引爆器相同的非电瞬时引爆器，不同之处是除去延迟部件15和金属管16，使反应前沿从震击管10直接引发所示的引发部分5。从这点以后，该引爆器的操作与图1所示的引爆器相同。
图4所示是与图1所示引爆器基本相同的非电延迟表面引爆器。然而，这种表面引爆器中，图1中的底部药料2被较低输出的底部药料2A取代，底部药料2A中装有200毫克70％(重量)PETN和30％(重量)滑石的混合物。
图5所示是类似于图2所示的电表面引爆器。但是，除去了底部药料2。利用引发部件3的引爆，引发靠近引爆器1的任何震击管(未示出)。
图6所示是类似于图4所示引爆器的非电表面引爆器，不同之处是除去底部药料2A和转变部分4。此实施方案中，仅使用较大部分的引发部分5经历DDT反应。利用产生的引爆去引发任何靠近引爆器1的震击管(未示出)。
本工业一般已知这些装置的各种变化和修改。例如，震击管或电火柴头可以被各种能实施引发延迟药道的装置所取代，或被非延迟引爆器中引发部分的瞬时引发取代。而且，引发部分可直接由电子引爆器中的合适装置引发，取消了延迟引爆器中的延迟药道。
现在结合下面的一些实施例描述本发明的应用。
实施例
使用本发明配料制造一系列引爆器(表面引爆器和洞内引爆器)。试验了引爆器使用的适宜性。引爆器的设计和结果如下：
表面引爆器
实施例1
将140毫克包含10份苦味酸钾和90份PETN混合物的引发部分倒入长18毫米、外径6.3毫米、内径3.8毫米的圆筒形钢质部件中，并加压至密度为1.5g/cc。该部件的其余空间填入100微米PETN(作为转变部分)，压至密度为1.1g/cc。施加一层粘合纸盖，将该钢质部件反过来，放在装在内径为6.7毫米的引爆器壳内的50毫克PETN(作为底部药料)上。该钢质部件顶部放置一个75ms延迟装置，将铅密封部件卷在该顶部。此所得引爆器放在有3个震击管的连接块支架中，(下面是引爆器的底部药料)，三个震击管彼此相邻。当使用震击管的一根线点燃引爆器时，所有震击管在约20℃和-40℃都引发。产生的碎片少于含300毫克叠氮化铅的常规表面引爆器。
实施例2
实施例1中的底部药料被200毫克70份PETN和30份滑石的混合物取代。存在滑石，是为了通过降低其引爆速度来减少底部药料的能量输出，从而减少碎片的产生。当点燃的5个按实施例1排列的震击管被引发时，产生的碎片少于常规的表面引爆器。
实施例3
除去实施例1中的底部药料。燃烧到在引爆器前面的6个按3×2排列的管时，和实施例1排列的5个管一样在20℃可被引发。在-40℃，后一构型中，5个管中4个被引发。这种引爆器产生的碎片也少于常规表面引爆器。
实施例4
实施例3中的引爆器的引发部件仅填有引发部分，其它方面不变。当燃烧时，能引发按照3×2排列的多达6个震击管，产生的碎片最少。
实施例5
在长18毫米，外径6.3毫米，内径3.8毫米的钢质限制部件中，填入315毫克实施例1的引发混合物，压至1.4-1.5g/cc密度。将该钢质部件放入具有10％的60微米苦味酸钾和90％的75-180微米PETN混合物的引爆器壳中，该混合物装在一个反转的黄铜杯中，杯的底部有一个孔。在钢质部件上面放置一些延迟装置。黄铜杯外径为6.40毫米，内径为5.73毫米，其底部孔的直径为2.44毫米。按照实施例1所述的5个震击管构型试验该引爆器。不同构型被引发的震击管数目列于表1。钢质部件没有炸碎，未产生碎片。
表1
对不同突燃部件长度和底部药料构型引发的震击管数目(5个中)
| 底部药料体积cc | 底部药料密度g/cc | 点燃药料长度(mm) | ||||
| 18 | 14.5 | 10 | ||||
| 20℃ | 20℃ | -36℃ | 20℃ | -36℃ | ||
| 0.24 | 1.35 | 2 | ||||
| 1.1 | 4 | |||||
| 1 | 5 | |||||
| 0.9 | 5.5 | 5 | ||||
| 0.45 | 5 | 5 | 5 | 5 | ||
| 0.14 | 0.9 | 5 | 0 | |||
洞内引爆器
实施例6
将140毫克包含75-180微米PETN(80％(重量))、2-20微米苦味酸钾(10％)和3微米高氯酸钾(10％)的混合物倒入长18毫米，外径6.3毫米，内径3.8毫米的不锈钢管中，压至1.5g/cc的密度。管的其余空间(转变部分)填入130毫克75-180微米的PETN，压至密度1.1g/cc。将此引发部件插入内径6.5毫米的铝质引爆器壳，其中装有压至1.5g/cc密度的0.8克PETN底部药料。在引发部件顶部放置火焰延迟部件，随后是一个震击管。在一铝质证示块上试验了四个引爆器，结果四个引爆器都产生超过2毫米深的凹坑。
实施例7
和实施例6相同的引发混合物，以100、120和140毫克三种重量，加入15.5-18毫米不同长度的不锈钢管(外径6.3毫米，内径3.8毫米)中分别压至1.2g/cc、1.3g/cc、1.4g/cc和1.5g/cc密度。制得取决于所用重量和密度的不同长度的引发部分。在限制不锈钢管的其余空间填入130毫克75-180微米的PETN，并压至1.1g/cc密度，得到相同长度的转变部分。按照与实施例6相同的构型试验所得的引发部件，不同之处是由惰性材料氯化钠构成底部药料，压至1.7g/cc的密度，它精确模拟密度1.5g/cc的PETN的动态响应。除一个引发部件外所有引发部件都被炸碎。唯一完整的部件是其引发部分为100毫克，密度为1.4g/cc的，该部件膨胀到8.9毫米。可以认为产生的压力足以使底部药料完全引爆。这些试验表明100毫克以上密度在1.2-1.5g/cc范围的引发部分和长度10毫米的转变药料可以引起底部药料引爆。
实施例8
根据图2所示制造两个电引爆器。引发后，这两个引爆器都在铝质证示块上产生超过2毫米深的凹坑。
实施例9
如同使用于实施例6中一样使用140毫克包含苦味酸钾(10％)和PETN(90％)作为引发部分。采用实施例6的步骤制造10个引爆器。当这些引爆器在铝质证示块上点燃时，产生的所有凹坑深度都大于2毫米。
实施例10
将244毫克和实施例6相同的引发部分以1.4g/cc密度，装入长18毫米，外径6.3毫米，内径5.07毫米的钢管中，其余空间填入PETN转变部分，压至1.1g/cc的密度。如同实施例6，使用这些薄壁钢质DDT部件制造两个引爆器。当点燃时，这两个引爆器在铝质证示块上产生深度超过2毫米的凹坑。
实施例11
将225毫克和实施例6相同的引发部分以1.35g/cc密度，装入长18毫米，外径6.3毫米，内径5.16毫米的铜管中，其余空间填入PETN转变部分，压至1.1g/cc的密度。如同实施例6，使用这些薄壁铜管部件制造两个引爆器。当点燃时，这两个引爆器在铝质证示块上产生深度超过2毫米的凹坑。
实施例12
进行试验，评价背面排气的效果，这个试验是模拟DDT引爆器可能的应用问题。这些问题通常在矿区应用场合会遇到，引起的原因例如是邻近炮眼传送的冲击使引爆器壳这生的物理变形，或制造过程中延迟部件的错误排列。如同实施例6制造两个引爆器，但在延迟部件和引发部件之间添加一个1.54毫米厚的垫圈(外径为6.4毫米，内径为3.4毫米)。在垫圈上径向切割一个1.25毫米的狭缝作为排出孔，引爆器铝壳的相应位置上也同样切割以便排气。当震击管燃烧时，两个引爆器完全引爆，在铝质证示块上产生深度超过2毫米的凹坑。
实施例13
用实施例9的紧密混合物重复实施例12。制造两个引爆器，它们在铝质证示块上没有产生凹坑，不锈钢管外径都膨胀至6.39毫米。
实施例14
将170毫克2-20微米苦味酸钾(10重量％)和90-425微米PETN(90重量％)的干混合物倒入长28毫米，外径6.3毫米，内径3.3毫米的锌部件中，在4.6kPa下压制。该部件中的其余空间填入100微米(大约尺寸)重结晶的PETN组分，该组分是通过在丙酮/水中受控重结晶制得。该组分在1.2kPa下压制。该部件中留下的空间再填入松散的180微米PETN，并在该锌部件端放置一圆形粘合纸。该锌部件反转过来，放到内径6.7毫米的铝质引爆器壳中，该壳内装有0.8克于5.8kPa下压制的PETN底部药料。当被震击管引发时，证示板和锌部件的破坏显示了所试验的10个引爆器全都燃烧了。
实施例15
实施例14中的苦味酸钾被3-20微米的2，4，6-三硝基间苯二酚钾代替。所试验的5个引爆器全都燃烧成功。
实施例16
实施例14中的苦味酸钾被10-30微米的三硝基苯甲酸钾代替。所试验的5个引爆器全都燃烧成功。
实施例17
将120毫克超细PETN(平均2微米粒度的造形颗粒，表面积为6800cm2/g)(80％(重量))、2-20微米的苦味酸钾(10％)和3微米的高氯酸钾(10％)的混合物倒入长18毫米，外径6.3毫米，内径3.8毫米的不锈钢套筒中，压至1.3g/cc密度。该管其余空间(转变部分)填入150毫克惰性氯化钠，压至1.3g/cc密度。将此引发部件插入内径为6.5毫米，装有0.8克压至1.7g/cc密度的惰性氯化钠底部药料的引爆器铝壳中。在引发部件顶部放置火焰延迟部件，随后放置震击管。点燃这样的三个引爆器，经膨胀后钢套筒的平均直径为6.46毫米，据此相应的最大瞬时压力估计约为3千巴。用较大粒度PETN(球形，平均粒度为160微米，表面积为210cm2/g)同样制成三个引爆器重复试验之。点燃这三个引爆器，经膨胀后钢套筒的平均直径为6.71毫米，据此相应的最大瞬时压力估计约为6.5千巴。这些试验证明本发明可使用较大粒度的PETN。
实施例18
为说明颗粒形状对本发明效果的影响，使用两种类型的PETN颗粒。一种颗粒是长宽比约为1的球形，另一种颗粒是平均长宽比约为4的拉长棱柱形。两种颗粒的直径范围均为75-180微米。使用这两种类型PETN的引发部分重复实施例17。将175毫克引发部分加入到长20毫米，外径6.3毫米，内径3.8毫米的不锈钢套筒中，压至1.4g/cc密度。该管其余空间(转变部分)填入150毫克惰性氯化钠，压至1.3g/cc密度。按照实施例12制造这些部件并点燃。对长宽比为4和1的颗粒，膨胀后部件的平均直径分别为7.55和7.1。据此相应压力估计分别为15和115千巴。
实施例19
为进行比较，重复实施例14，但按照美国专利4,316,412(Dinegar)所述，使用密度为1.6g/cc的PETN作为转变部分。由于密度高，这个药料先压制。在其顶部压制实施例14的170毫克苦味酸钾和PETN的组合物，将这样制成的“引发部件”装入壳中。当受到震击管引发时，此“引发部件”突燃，使限制套筒开裂，但未使其破碎。底部药料则未被引发。
在引发部分和转变部分都使用比表面积为3300cm2/g的PETN时，获得类似结果。因此，这些配方不适合本发明所例举的低空间限制条件。
已经描述了本发明的一些具体实施方案，应当理解，本领域技术人员可以对其提出变动，可以覆盖权利要求书范围内的所有这样的变动。另外，为清楚起见，除非特别指出，本发明说明书和权利要求书中使用术语“包含”和“包括”并不排除还有其它添加剂、部件、整体或步骤。
Claims (42)
1.一种引爆器，它包括：
一个空心的引爆器外壳，有一开口端和封闭端；
在所述外壳开口端的一个点火装置；
一个引发部件，包括一个引发部分；
特点在于所述引发部分至少部分地装在一个限制套筒中，它包含具有填隙空间的粒度较大的多孔粉末炸药和在所述填隙空间内粒度较小的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
2.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器还包括一个靠近所述点火装置的延迟部件。
3.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引发部件包括引发部分和转变部分。
4.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器还包括底部药料。
5.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述多孔粉末炸药是PETN、RDX、HMX、三硝基苯基甲基硝胺、TNT或它们的混合物。
6.如权利要求5所述的引爆器，其特征在于所述多孔粉末炸药是PETN。
7.如权利要求6所述的引爆器，其特征在于所述PETN的数均粒度大于100微米。
8.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述高燃烧速度增压引发剂选自苦味酸钾、2，4，6-三硝基间苯二酚钾、2，4，6-三硝基间苯二酚铅、三硝基苯甲酸钾、硝基芳烃化合物的碱金属或碱土金属盐、或它们的混合物。
9.如权利要求8所述的引爆器，其特征在于所述高燃烧速度增压引发剂是苦味酸钾。
10.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述高燃烧速度增压引发剂包含两种在低压下具有高燃烧速度的材料和氧化剂这两种不同组分的混合物。
11.如权利要求10所述的引爆器，其特征在于所述氧化剂包含高氯酸钾或高氯酸铵。
12.如权利要求11所述的引爆器，其特征在于所述氧化剂包含高氯酸钾。
13.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引发部分包含5-15％重量的所述氧化剂和5-15％重量所述在低压下具有高燃烧速度材料和70-90％重量所述多孔粉末炸药，所述氧化剂和所述高燃烧速度材料一起形成所述增压引发剂。
14.如权利要求3所述的引爆器，其特征在于所述转变部分是PETN、RDX、HMX、三硝基苯基甲基硝胺或它们的混合物。
15.如权利要求14所述的引爆器，其特征在于所述转变部分是PETN。
16.如权利要求15所述的引爆器，其特征在于所述PETN压制至1.0-1.2g/cc的密度。
17.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述限制套筒是钢、铜或不锈钢套筒。
18.如权利要求17所述的引爆器，其特征在于所述限制套筒是壁厚为0.1-1.5毫米的圆柱形套筒。
19.如权利要求3所述的引爆器，其特征在于所述引发部分包含5-15％重量的数均粒度小于10微米的苦味酸钾、5-15％重量的粒度小于10微米的高氯酸钾和70-90％重量的粒度大于100微米的PETN，所述引发部分被压入限制套筒中，使其密度达到1.2-1.5g/cc。
20.如权利要求19所述的引爆器，其特征在于所述转变部分包含粒度大于100微米的PETN，被压入限制套筒中，使其密度达到1.0-1.2g/cc。
21.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引发部分包含另外的选自下列物质的组分：炸药、发射药、产生气体的化合物、有机燃料、粘合剂、或它们的组合物。
22.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述点火装置包括火焰和/或冲击波，它们来自插入引爆器壳开口端的电火柴、桥线、震击管、安全导火线、或引爆索。
23.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器包括电子引爆器。
24.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器基本上没有加入初级炸药。
25.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器包括靠近所述点火装置的延迟部件，形成延迟引爆器。
26.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器是抗冲击性的。
27.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器是抗传播性的。
28.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器是洞内引爆器，包括：
包括靠近所述点火装置的一个引发部分的引发部件；和
底部药料。
29.如权利要求2所述的引爆器，其特征在于所述引爆器是洞内引爆器，包括：
包含靠近所述延迟部件的引发部分的引发部件；和
底部药料。
30.如权利要求28或29所述的引爆器，其特征在于所述引发部件包括引发部分和转变部分。
31.如权利要求1所述的引爆器，其特征在于所述引爆器是表面引爆器，并包括包含一个靠近所述点火装置的引发部分的引发部件。
32.如权利要求2所述的引爆器，其特征在于所述引爆器是表面引爆器，包括包含一个靠近所述延迟部件的引发部分的引发部件。
33.如权利要求31或32所述的引爆器，其特征在于所述引发部件包含一转变部分。
34.如权利要求31或32所述的引爆器，其特征在于所述引发部分仅实现低级引爆。
35.如权利要求31或32中任一权利要求所述的引爆器，其特征在于所述引爆器还包括底部药料，通过使用稀释的底部药料或低密度底部药料来降低所述底部药料产生的冲击波。
36.一种用于引爆器的引发部件，它包括引发部分，所述引发部分至少部分地装在限制套筒中，它包含具有填隙空间的粒度较大的多孔粉末炸药和在所述填隙空间内粒度较小的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
37.如权利要求36所述的引发部件，其特征在于所述引发部件还包括转变部分。
38.一种制造如权利要求1所述的引爆器的方法，该方法包括顺序如下的几个步骤：
将包括引发部分的引发部件插入所述引爆器壳中；
将点火装置插入所述引爆器壳中；
所有部件彼此靠近，所述引发部分包含具有填隙空间的粒度较大的多孔粉末炸药和在所述填隙空间内粒度较小的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于所述方法还包括将引发部分造粒的步骤。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于将所述引发部分造粒前与造粒剂混合。
41.一种爆炸方法，包括使用至少一个引爆器引发炸药包，所述至少一个引爆器是权利要求1所述的引爆器。
42.一种适合用于爆炸物引爆器的组合物，该组合物包含具有填隙空间的粒度较大的多孔粉末炸药和在所述填隙空间内粒度较小的高燃烧速度增压引发剂的紧密混合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20030618 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |