EA009360B1 - Способ изготовления тепловой ударной трубки и тепловая ударная трубка, изготовленная этим способом - Google Patents

Abstract

Способ изготовления тепловой ударной трубки и тепловая ударная трубка, изготовленная этим способом, относятся к способам изготовления тепловых ударных трубок и к тепловым ударным трубкам, используемым в качестве устройств для передачи сигнала для соединения и запала колонн взрывных зарядов или в качестве огнепроводного устройства, как правило, дополняемого замедлителем или используемого как замедлитель, использующий пиротехническую смесь с низкой чувствительностью к воспламенению от удара или трения, с низкой токсичностью, создающего искру с более высокой тепловой производительностью, причем указанный способ предоставляет возможность непрерывного и отдельно дозированного добавления индивидуальных неактивных компонентов с одновременным формированием пластмассовой трубки, причем указанное изделие сохраняет преимущества известных пиротехнических ударных трубок, а также обладает дополнительными преимуществами: использование слабо токсичных компонентов, использование обычных дешевых, обладающих низкой адгезией полимеров; создает искру, которая может проходить через узлы, закрытые изгибы и препятствия в трубках, устойчиво к воздействию компонентов горячих эмульсионных взрывчатых веществ.

Description

Настоящее изобретение имеет отношение к способу изготовления тепловой ударной трубки и к тепловой ударной трубке, изготовленной этим способом, используемой в качестве устройства для передачи сигнала для соединения и запала колонн взрывных зарядов или в качестве огнепроводного устройства, как правило, дополняемого элементом задержки или используемого как элемент задержки, использующий пиротехническую смесь с низкой чувствительностью к воспламенению от удара или трения, с низкой токсичностью, который создает искру с более высокой тепловой производительностью, причем указанный способ предоставляет возможность непрерывного и отдельно дозированного добавления индивидуальных неактивных компонентов с одновременным формированием пластмассовой трубки, что делает способ безопасным и более точным с точки зрения дозирования, причем указанное изделие сохраняет преимущества известных пиротехнических ударных трубок относительно ударно-волновых трубок: более высокую точность передачи и чувствительность, распространение даже при наличии разрезов или прорезей в трубках и принадлежность к транспортной группе малого риска, а также обладает дополнительными преимуществами: использование слабо токсичных компонентов, использование обычных дешевых обладающих низкой адгезионной способностью полимеров, создает искру, которая может распространяться через узлы, закрытые изгибы и препятствия в трубках, устойчивость к поломкам при разрушающем воздействии компонентов горячих эмульсионных взрывчатых веществ.

С начала 1970 гг. плавкие предохранители для маломощных сигналов, в коммерческом применении известные как «неэлектрические детонаторы» или «ударные трубки», широко используют для соединения и запала взрывных зарядов в области горнорудных и карьерных разработок. Такие устройства, продаваемые под товарными знаками ΝΘΝΕΤ, ЕХЕЬ, ВКТНЕЬ и т.д., пришли на смену электрическим капсюль-детонаторам, поджигаемым через металлическую проводку, и произвели революцию на рынке детонационных приспособлений, благодаря легкости их присоединения и применения, а также присущей им безопасности от случайного воспламенения под воздействием индукции случайного электрического тока.

В настоящее время способами и изделиями, использующими в качестве компонентов бризантные взрывчатые вещества (в дальнейшем называемые «традиционными ударными трубками»), являются:

1) в американском патенте υδ 3590739 впервые раскрыта традиционная ударная трубка. В этом документе предложен способ экструзии пластмассы, в результате которого формируется круглая трубка с наружным диаметром в пределах от 2,0 до 6,0 мм и внутренним диаметром в пределах от 1,0 до 5,0 мм, в которую непрерывно по мере формирования трубки подают вторичный взрывчатый порошок типа НМХ (октоген), КОХ (гексоген) или ΡΕΤΝ (пентрит), полученный конечный продукт известен как неэлектрическая ударная трубка, продаваемая под товарными знаками ΝΘΝΕΕ и ЕХЕЬ. Возбужденная посредством первичного взрывного капсюль-детонатора традиционная ударная трубка создает газовую ударную волну со скоростью передачи сигнала в диапазоне от 1,800 до 2,200 м/с. Дальнейшие усовершенствования включают добавление алюминия с целью увеличения удельной энергии и использование иономерных полимеров типа δυΡΕΥΝ для улучшения адгезивных свойств порошка;

2) в американском патенте υδ 4328753 раскрыта традиционная ударная трубка, состоящая из двух слоев, внутреннего слоя, выполненного из полимера, который обеспечивает сцепление со взрывчатой порошковой смесью, и внешнего слоя, изготовленного из полимера, обеспечивающего механическую прочность, причем наиболее подходящим полимером для внутреннего слоя является иономер δυΡΕΥΝ, а для внешнего - полипропилен, полиамид или полибутен. Это изделие стало усовершенствованием исходной трубки НОНЕЕ. поскольку применение одного только иономера δυΡΕΥΝ дорогостояще, а также потому, что иономер δυΡΕΥΝ имеет низкую устойчивость к внешним повреждениям;

3) в европейском патенте ЕР 027219 и его частичных продолжениях υδ 5317974 и υδ 5509355 раскрыта однослойная ударная трубка и способ ее изготовления, в которой используемым полимером является линейный полиэтилен низкой плотности (ЬЬОРЕ - Ыиеат Ьоте ЭспЩу Ро1уе1Ьу1еие) с незначительным количеством усилителя адгезии, а трубку изготавливают экструзией с наружным и внутренним диаметрами большими, чем у конечной трубки, затем трубку вытягивают с целью ориентации молекул полимера ЕЬОРЕ, придавая конечной трубке больший предел прочности на разрыв. Все пункты формулы изобретения предусматривают наличие незначительного количества усилителя адгезии в составе полимера, поскольку общепризнанно среди специалистов, что взрывчатое вещество имеет слабое сцепление с полимером ЬЬОРЕ. Несмотря на заявления данных формул изобретения, лучшими традиционными ударными трубками продолжают оставаться трубки, выполненные в два слоя, а полимером для внутреннего слоя продолжает оставаться иономер δυΡΕΥΝ, несмотря на то, что даже небольшое смещение взрывчатого порошка с плохой адгезией делает возможными сбои в распространении сигнала вследствие нарушения непрерывности слоя взрывчатого порошка или вследствие концентрации сыпучего взрывчатого порошка в нижних частях трубки во время эксплуатации;

4) в американском патенте υδ 5166470 предложена однослойная трубка, изготовленная из полимера ЬЬОРЕ, аналогичная описанной в ЕР 027219, в которую помещают дополнительный тонкий слой гидрофильного полимера, подобного поливиниловому спирту (РУЛ, поливинилацетат), пропуская пластмассовую трубу через раствор полимера, например в воде, и высушивая раствор. Цель состоит в том, чтобы сделать трубку менее проницаемой для углеводородов, присутствующих в эмульсионном взрывчатом

- 1 009360 веществе. Особенно агрессивным по отношению к полимеру ЬЬОРЕ является горячее дизельное топливо и длительный контакт трубки с эмульсиями, основу которых составляет горячее дизельное топливо, становится причиной сбоев в распространении сигнала. Защитная пленка из РУЛ (поливинилацетат) хрупка и не прилипает к полимеру ЬЬОРЕ, поэтому необходимо проводить предварительную обработку очистителем (например, хромовой кислотой), горячим воздухом или усилителем адгезии (например, сополимером этиленвинилацетата (ЕУА) фирмы Ушаши1).

Дальнейшим развитием огнепроводных шнуров низкоэнергетической передачи стало изобретение трубок, внутри которых взамен взрывчатых веществ, содержащих бризантное взрывчатое вещество, применялись пиротехнические смеси. В настоящее время известны следующие способы и изделия, использующие пиротехнические смеси, далее упоминаемые как «пиротехнические ударные трубки»:

1) в бразильском патенте Р1 8104552, владельцем которого является заявитель по данной заявке, впервые раскрыта пиротехническая ударная трубка. В нем раскрыт способ экструзии пластмассы, в результате которого формируется круглая трубка с наружным диаметром, находящимся в диапазоне от 2,0 до 6,0 мм, и внутренним диаметром, находящимся в диапазоне от 1,0 до 5,0 мм, внутрь которой непрерывно по мере формирования трубки вводится взрывчатый порошок пиротехнической смеси К₂Сг₂О₇ + А1 или Мд, Ге₂О₃ + А1 или Мд; 8Ь₂О₃ + А1 или Мд; 8Ь₂О₅ + А1 или Мд; или О₂ + А1 или Мд, полученный конечный продукт называют пиротехнической ударно-волновой трубкой, продаваемой под товарным знаком ВКШЕЬ. В подобной трубке, при ее инициации с помощью первичного взрывного детонатора, генерируется реакция алюминотермии без высвобождения газов и создается плазма для передачи энергии;

2) в американском патенте И8 4757764 описывается неэлектрическая система управления инициирующим сигналом во взрывных операциях, в которой используют пластмассовую трубку с нанесенной на ее внутреннюю поверхность замедляющей пиротехнической смесью, в частности, используют медленные реакции, скорости которых значительно ниже, чем в традиционных ударных трубках и детонационных шнурах, с целью использования трубок предварительно заданной длины, чтобы получить малое время задержки в диапазоне миллисекунд, взамен традиционных элементов задержки. Капсюлидетонаторы, присоединенные к пластмассовой трубке, всегда мгновенного действия, без элементов задержки в капсюле, и поэтому изобретателю не нужно заботиться ни об оптимизации теплового воздействия искры, ни об удалении токсичных компонентов, ни об обеспечении прохождения через препятствия в трубке, ни об уменьшении чувствительности смеси к трению и механическому удару, ни даже об адгезивных свойствах смеси относительно трубки, ни о сопротивлении разрушительному воздействию горячих углеводородов в эмульсионных взрывчатых веществах. Очевидно, что в соответствии с описанием изобретения и во всех приведенных примерах его использование в качестве элемента задержки ограничено диапазоном десятков миллисекунд, что недостаточно для большинства замедлителей, применяемых на практике.

Существует множество других низкоэнергетических огнепроводных шнуров, представленных в патентах или в коммерческом использовании, все они включены в данное описание как справочная информация.

Трубки передачи сигнала обычно дополняют установкой в их наконечнике капсюля-детонатора замедлителя, причем такой детонатор выполнен из металлического капсюля, содержащего внутри два слоя спрессованного взрывчатого порошка, причем нижний слой является вторичным бризантным взрывчатым веществом, а верхний слой является первичным, чувствительным к пламени взрывчатым веществом, дополненным замедлителем, состоящим из металлического цилиндра, содержащего внутри уплотненную колонку порошкообразной замедляющей пиротехнической смеси и, зачастую, дополнительную колонку пиротехнической смеси, чувствительной к высокой температуре, полученной вследствие ударной волны трубки.

Способ производства традиционной ударной трубки, так же как и само конечное изделие, имеют следующие недостатки:

а) при производстве трубки, заполненной взрывчатыми веществами (КОХ (гексоген), НМХ (октоген) или ΓΕΤΝ (пентрит) являются токсичными и опасносными веществами), существуют риски как случайных взрывов, так и риски, типичные при работе с токсичными материалами, что требует особой осторожности и применения специальных защитных средств на производственной линии. Использование молекулярных взрывчатых веществ затрудняет добавление неактивных компонентов в процессе экструзии трубки;

б) в традиционной ударной трубке продуктами реакции в основном являются горячие газы, которые, выходя из трубки, расширяются с потерей теплоты, причем такая потеря теплоты препятствует воспламенению замедляющей пиротехнической смеси. Взрывчатые порошки более замедленного действия особенно нечувствительны к газам, выходящим из ударной трубки. Необходимо либо добавить дополнительную колонку чувствительной пиротехнической смеси, чтобы сделать цепочку взрывов непрерывной, либо использовать пиротехнические смеси, более чувствительные к теплу и с большей длиной колонки. В результате чего конечный продукт имеет более высокую себестоимость производства, а при обработке и транспортировке пиротехнической смеси имеются высокие риски случайного воспламенения;

- 2 009360

в) сцепление кристаллических взрывчатых веществ (КОХ, НМХ, ΡΕΤΝ) в пластмассовых трубках слабое, что требует применения специальных производственных процессов и использования специальных, дорогостоящих полимеров, обычно иономерных полимеров, например иономера δυΡΕΥΝ, чтобы минимизировать скопление сыпучего порошка на отдельных участках трубки и избежать пустот. Плохие адгезивные свойства полимера ЬЕОРЕ особенно известны. Существенно, что самые известные коммерческие марки продолжают использовать двухслойные трубки с иономером δυΡΕΎΝ в качестве внутреннего слоя, несмотря на усилия улучшить адгезивные свойства полимера, изменяя его рецептуру;

г) при традиционном заполнении ударной трубки недостаточны критическая масса и критический диаметр для должного распространения ударной волны в соответствии с классической теорией взрыва. Данные, полученные покойным доктором Перссоном, изобретателем первой ударной трубки, состояли в том, что ударная волна непрерывно поддерживается взрывом пыли взрывчатого порошка, смещенного деформацией пластиковой трубки, вызванной ударной волной позади реактивного фронта. Из-за этой особенности традиционная ударная трубка дает сбои, если во внутренней трубке наблюдаются порезы или близко расположенные препятствия, рассеивающие ударную волну. На практике в случае неожиданных разрезов, растяжений, узлов, отверстий или близко расположенных изгибов трубка могла давать сбои в дистанционной детонации;

д) традиционная ударная трубка чувствительна к эффекту, называемому в промышленности «щелчок, хлопок, выстрел» (§1ар, 8иар аиб Мюо!): если при растяжении трубки происходил разрыв, это могло привести к неожиданному воспламенению в специфических условиях механического высвобождения энергии, о чем сообщалось в статье, представленной на 28-й ежегодной конференции Ι8ΕΕ, Лас Вегас, 2002, и во всех каталогах и технических бюллетенях традиционных ударных трубок. Статья и технические бюллетени некоторых коммерческих ударных трубок включены в настоящее описание как справочная информация;

е) во многих странах традиционная ударная трубка классифицируется для транспортных целей как взрывчатое вещество, что приводит к дополнительным затратам и связанным с транспортировкой трудностям, главным образом вследствие связанного с борьбой с терроризмом ужесточения законодательства в сфере обращения взрывоопасной продукции;

ж) традиционная ударная трубка дает сбои в распространении после длительного пребывания под водой при давлении, превышающем 2 бара, что часто случается на практике вследствие гидрофильных свойств иономерных каучуков, таких как δυΡΕΎΝ;

з) трубки, изготовленные только из иономера δυΚΕΎΝ, имеют низкий предел прочности и низкое сопротивление истиранию, изгибам, узлам и т.д., требуя совместной экструзии с дополнительным внешним слоем полиэтилена. Хотя в настоящем способе также используют дорогостоящий иономер δυΡΕΎΝ;

и) обычные взрывчатые порошки не обладают достаточной энергией активации, необходимой для последовательной детонации, в случае порчи внутренней поверхности трубки горячими углеводородами (наиболее вероятно дизельным топливом) из взрывчатых эмульсий. Полимеры, включая ЬЕОРЕ, весьма чувствительны к агрессивной среде. Незначительные количества усилителей адгезии, наиболее вероятно сополимеров ЕУЛ, даже более подвержены разрушительному воздействию со стороны летучих фракций дизельного топлива. Необходима дополнительная пленка из гидрофильного полимера типа РУА, однако, абразивная устойчивость такой пленки в тяжелых условиях эксплуатации исключительно низкая, что становится причиной снятия пленки и сбоев в работе. Автор провел ряд испытаний покрытых полимером РУА трубок, доказавших плохие адгезивные свойства пленки;

к) согласно спецификациям, опубликованными производителями, скорость дефлаграции в традиционной ударной трубке колеблется в диапазоне от 1,800 до 2,200 м/с, т.е. имеется отклонение в пределах 10% от средней скорости, равной 2,000 м/с. Этот относительно широкий диапазон препятствует точному расчету замедлителя. И в американских патентах 5173569, 5435248, 5942718 и в бразильском патенте ΡΙ 9502995 от автора настоящего изобретения, во всех этих патентах в качестве инициирующего заряда электронного замедлителя капсюля-детонатора используют ударную трубку. Такие капсюли характеризуются высокоточным электронным замедлителем. Тем не менее, к временной погрешности, присущей электронной цепи, добавляется временная погрешность, зависящая от конкретной длины трубки. В типовой трубке, имеющей длину 21 м, которую используют в карьерных разработках открытым способом, такая погрешность, предположительно, находится в диапазоне ± -1 мс, тогда как погрешность, присущая электронной цепи, как правило, находится в диапазоне ± -0,1 мс;

л) в процессе дефлаграции в традиционных ударных трубках возникают газообразные продукты реакции, обеспечивающие ударную волну, которая быстро рассеивает большую часть высвобожденной тепловой энергии, вследствие расширения газов при выходе их из наконечника трубки. По этой причине выброс из традиционной ударной трубки не способен воспламенить имеющую слабую чувствительность к огню смесь замедлителя, требующую дополнительного высокочувствительного к огню зажигающего элемента для воспламенения более медленно возгорающихся замедлителей. Смеси, высокочувствительные к огню, обычно также очень чувствительны к механическому удару, трению и электростатическому разряду, что увеличивает случайные риски. Использование дополнительного элемента увеличивает про

- 3 009360 изводственные затраты.

Пиротехническая ударная трубка, раскрытая в бразильском патенте ΡΙ 8104552 от заявителя настоящего изобретения, имеет следующие недостатки:

A) пиротехнические смеси используют токсичные компоненты (К₂Сг₂О₇, 8Ь₂О₃, 8Ь₂О₅) и легковоспламеняющиеся растворители, что требует особого внимания к утилизации растворителей, транспортировке и должному захоронению отходов;

Б) процесс экструзии пластмассовой трубки сочетается с одновременной дозированной подачей предварительно подготовленной чувствительной пиротехнической смеси, что создает риски в производстве и при обращении с конечным продуктом;

B) как и у традиционной ударной трубки в пиротехнической ударной трубке нет защиты от разрушительного воздействия углеводородов, присутствующих в эмульсионных взрывчатых веществах, и длительный контакт с ними приводит к сбоям в дистанционной детонации;

Г) оказалось, что смеси О₂ + А1 или Мд не могут быть использованы на практике вследствие утечки газов при производстве и применении продукции;

Д) смеси Ге₂О₃ + А1 или Мд не могут быть использованы на практике из-за слабой чувствительности этой пиротехнической смеси к воспламенению от капсюля-детонатора и частых сбоев в дистанционной детонации. Главной причиной оказалась высокая температура Таммана компонентов;

Е) принимая во внимание ограничения, представленные в пунктах Г и Д, единственной имеющейся альтернативой остаются высокотоксичные, высокочувствительные к трению и ударам смеси К₂Сг₂О₇, 8Ь₂О₃ и 8Ь₂О₅ с А1 или Мд;

Ж) полученные в реакциях алюминотермии продукты А1₂О₃, К₂О, 8Ь, окислы сурьмы, Сг₂О₃, обязательно твердые согласно формулам изобретений, имеют низкую тепловую проводимость, что препятствует воспламенению медленных, низко чувствительных замедлителей;

З) как и традиционная ударная трубка, порошкообразная пиротехническая смесь также имеет слабое сцепление с полимером трубки, особенно с полимером БЕЭРЕ;

И) пиротехнические смеси не рассчитаны на распространение дистанционной детонации через близко расположенные узлы, разрезы или изгибы.

Система управления инициирующим сигналом при взрывных работах, представленная в американском патенте И8 4757764, имеет следующие недостатки:

Аа) как и в исходной пиротехнической ударной трубке способ также включает добавление предварительно подготовленной чувствительной пиротехнической смеси в ходе формирования пластмассовой трубки, что связано с рисками в процессе производства и манипуляций с продуктом;

Бб) в системе применяют прямые соединения трубки-с-трубкой с целью установления временной задержки, определяемой исключительно предварительно заданной длиной трубки, и ограничиваются быстродействующими (короткими) замедлителями, в диапазоне десятков миллисекунд, тогда как реальные взрывные операции требуют выбора времени задержки вплоть до 10 с;

ВВ) порошкообразные смеси, рецептура которых не содержит адгезивных добавок, имеют плохое сцепление с полимером трубки, что требует использования дорогостоящих материалов, например иономера 8ΕΗΕΥΧ или силикона, что можно видеть во всех примерах, приведенных в описании;

Гг) поскольку задачей автора было создание системы замедления, реализованной с помощью трубки с существенно меньшей скоростью, без замедлителя, с непосредственным зажиганием высокочувствительного первичного взрывчатого вещества в капсюле-детонаторе, не предпринимались шаги для оптимизации тепловой производительности передающего сигнала. Медленной смеси не хватает энергии для непосредственного воспламенения медленных и малочувствительных смесей замедленного действия и для распространения дистанционной детонации через близко расположенные изгибы, узлы или разрезы.

Способ изготовления тепловой ударной трубки и тепловая ударная трубка, изготовленная этим способом, были разработаны, чтобы преодолеть недостатки, связанные со способом изготовления и эксплуатацией используемых в настоящее время ударных трубок. Для решения поставленной задачи был использован новый подход. В предыдущих решениях исследования были сосредоточены на достижении главным образом желательных характеристик полимеров, формирующих трубку, а не на оптимизации рецептуры пиротехнических смесей, с целью использования обычных, дешевых полимеров. Новый подход является также многоцелевым, то есть позволяет получить большее возможное количество желаемых характеристик благодаря составу пиротехнической смеси. Способ и изделие согласно настоящей заявке имеют следующие преимущества по сравнению с используемыми в настоящее время ударными трубками:

тепловая ударная трубка использует оптимальную пиротехническую смесь, обладающую низкой токсичностью;

в способе во время экструзии допускается непрерывное добавление двух неактивных компонентов и их смешение, причем все эти компоненты до их смешения фактически нечувствительны к трению и ударам, таким образом существенно снижается вероятность случайного возбуждения при перемещении и даже в случае воспламенения трубки при ее изготовлении возможны минимальные повреждения от де

- 4 009360 флаграции очень малого количества смеси;

в способе достигается еще большая безопасность пиротехнической смеси с меньшей чувствительностью к трению и механическому удару за счет покрытия компонентов окислителей понижающими чувствительность добавками;

пиротехническая смесь приобретает прекрасную адгезию с пластмассовой трубкой за счет использования той же самой добавки, даже в дешевых, обычных полимерах, включая ЬЬПРЕ, что позволяет предупредить возникновение участков трубки с недостаточным или избыточным зарядом;

данное изделие сохраняет некоторые преимущества находящейся в обращении пиротехнической ударной трубки по сравнению с традиционной ударной трубкой: большую чувствительность и восприимчивость дистанционной детонации, преодоление разрезов или прорезей и транспортную классификацию малого риска;

искра, передающая сигнал, формируется в равной степени как газами, так и расплавленными металлами, и поэтому она проходит через узлы, близко расположенные изгибы или преграды в трубке и создает оптимальную теплопередачу за счет теплопроводности и конвекции, непосредственно воспламеняя менее чувствительные, более медленные замедляющие колонки;

тепловая ударная трубка противостоит разрушающему воздействию судового дизельного топлива, присутствующего в эмульсионных взрывчатых веществах, сохраняя работоспособность даже после 72 ч воздействия высокой температуры (65°С в течение 24 ч + 40°С в течение 48 ч в чистом судовом дизеле);

точность скорости распространения в тепловой ударной трубке находится в пределах ± -1,67% от средней скорости, то есть погрешность составляет ± -20 м/с на 1,200 м/с, добавляя к электронным детонаторам замедленного действия только ± -0.3 мс погрешности для трубки длиной 21 м.

Область изобретения

Настоящее изобретение основано на знаниях изобретателя о способе изготовления и использования пиротехнической ударной трубки ΒΚΙΝΕϋ, полученных от заявителя, дополненных исследованиями, нацеленными на достижение дополнительных целей:

замены токсичных компонентов пиротехнической смеси;

усиления сцепления смеси с внутренней поверхностью трубки;

уменьшения чувствительности смеси к удару и трению; снижения риска при работе с пиротехнической смесью;

замены производственных процессов обработки пиротехнических смесей, использующих трудоемкие работы, включающие измельчение, перекристаллизацию с опасными растворителями и обработку больших количеств чувствительных пиротехнических смесей, автоматизированными, безопасными и экологически чистыми процессами;

генерации оптимальной искры, обладающей превосходной теплопередачей посредством теплопроводности и конвекции, без рассеивания теплоты вследствие расширения газов;

производства трубки, сохраняющей работоспособность даже после трехдневного воздействия эмульсионными взрывчатыми веществами на основе горячего дизельного топлива при температуре, достигающей 65°С.

Одно из фундаментальных понятий для понимания полученных изобретательских результатов было описано русским химиком Тамманом. Согласно его теории энергия колебаний, необходимая для начала окислительно-восстановительной реакции в твердых веществах, в значительной степени достигается при температуре, эквивалентной половине точки плавления вещества по абсолютной шкале (К). Эта температура Таммана объясняет, почему некоторые компоненты делают пиротехнические смеси весьма чувствительными к нагреванию, пламени и механическому удару, тогда как другие значительно затрудняют начало и дальнейшее развитие реакции. Например, в смеси порошкообразного алюминия, температура Таммана которого составляет 193 °С, и закиси-окиси железа Ее₃О₄, температура Таммана которого составляет 632°С, особенно трудно начало и дальнейшее развитие реакции, тогда как смеси порошкообразного алюминия и хлората калия, температура Таммана которого составляет только 47,5°С, являются особенно опасными. Одним из основополагающих принципов настоящего изобретения является получение энергии активации, достаточной, чтобы гарантировать начало и распространение пиротехнической реакции даже при загрязнении внутренней поверхности трубки углеводородным топливом, поступающим от эмульсионных взрывчатых веществ, причем такое загрязнение уменьшает энтальпию пиротехнической реакции. Среди веществ, имеющих низкую температуру Таммана, пригодных, чтобы войти в состав пиротехнической смеси, можно упомянуть перхлорат калия, хлорат калия, трисульфид сурьмы, серу, нитрат калия, перхлорат аммония, хлорат натрия или любое вещество, температура Таммана которого подходит для этой цели. Изобретение также основывается, не ограничиваясь ими, на результатах научных наблюдений, показывающих, что пиротехническая реакция, в результате которой вырабатываются продукты, имеющие высокий коэффициент теплопроводности и тепловой конвекции, делает процесс распространения более непрерывным и позволяет воспламенять замедлители с большим тепловым коэффициентом полезного действия, позволяя использовать меньшие, более медленные колонки, без дополнительных воспламеняющих элементов. В качестве возможных окислительно-восстановительных реакций

- 5 009360 приведем

Α1 + 3 Ее₃О₄ => 4 А1₂О₃ (твердое вещество) + 9 Ее (жидкость) или

А1 + Ее₂О₃ => А1₂О₃ (твердое вещество) + 2 Ее (жидкость), в которых расплавленное металлическое железо дает превосходный теплообмен, в равной степени как за счет теплопроводности, так и за счет конвекции. Результаты другого научного наблюдения, на котором базируется изобретение, показывают, что образование только твердых или жидких продуктов препятствует прохождению через узлы, изгибы, препятствия и т.д. Необходимо создание достаточного объема газа, чтобы стало возможным упругое расширение полимера вокруг сгиба или препятствия, принуждая искру пересечь эти участки. Однако данный объем газа не должен быть чрезмерным, иначе произойдет рассеивание твердых и жидких продуктов искры в наконечнике трубки одновременно с расширением газов, что вызовет потерю тепла, необходимого для воспламенения замедлителя. Примерами компонентов, пригодных для образования газов, являются трисульфид сурьмы, перхлорат калия, нитрат калия, нитрат натрия, перхлорат аммония, перхлорат натрия и т.д. Другими сведениями, принятыми во внимание как основа для изобретения, является то, что некоторые продукты обладают смазочными свойствами и превосходным поверхностным сцеплением, что уменьшает чувствительность смеси к трению и механическому удару и обеспечивает сцепление даже с такими сложными полимерами, как чистый БЕЭРЕ. Примеры таких изделий: тальк (магниевый и алюминиевый гидросиликат) и графит. Другой целью настоящего изобретения является предложение нового технологического процесса, в котором смешение окислителей и добавки происходит отдельно от легковоспламеняющихся веществ или восстановителей, и в котором конечная активная смесь получена в собственном экструдере для пластика автоматизированным, непрерывным или полунепрерывным технологическим процессом таким образом, что в любой текущий момент времени формируют лишь совсем незначительное количество пиротехнической смеси, минимизируя риски и последствия случайного воспламенения трубки в процессе промышленного производства. Еще одним аспектом, принятым за основу настоящего изобретения, является то, что для распространения через возможные разрезы или прорези, случайно сделанные в трубке во время эксплуатации, искра должна состоять в равной степени как из продуктов, обладающих высокой теплоотдачей, так и из газообразных продуктов с тем чтобы, если понадобится, то высокая теплоотдача обеспечила бы непрерывность передачи пиротехнического сигнала, а механический импульс обеспечил высекание искры на открытых участках трубки.

Для разработки оптимальной рецептуры для тепловой ударной трубки было проведено несколько практических испытаний. В этих испытаниях составы порошкообразных пиротехнических смесей добавлялись путем напыления по внутреннему диаметру расплавленного беспримесного полимера ББЭРЕ в экструдере, трубку охлаждали и вытягивали до получения гибкой трубки с внешним диаметром, равным 3,1 мм, и внутренним диаметром, равным 1,4 мм. Для сравнения были отобраны и проверены традиционные ударные трубки из иономера ЗБВБУН полученные от основного производителя, а также известные пиротехнические ударные трубки от заявителя.

Для лучшего понимания примеров приводится следующее описание испытаний:

1) испытание на скорость распространения: часть трубки длиной 5 м помещена между двумя оптическими датчиками, связанными с точным хронометром. После поджигания трубки свет от искры, достигая первого датчика, запускает отсчет времени, а достигая второго датчика - прерывает отсчет времени. Скорость распространения получают, деля 5 на подсчитанное в секундах время;

2) испытание на распространение через изгибы: в 10 образцах искра трубки должна распространиться через 10 близко расположенных равноудаленных изгибов на 180°. Наименьшее расстояние из следующих: 1 м, 50 см, 30 см, 20 см и 10 см, при котором во всех 10 образцах распространение происходит полностью (через все изгибы), без сбоев, указывают как «минимальное расстояние между изгибами»;

3) испытание на распространение через затянутый узел: образец трубки длиной 1 м завязан одним узлом в его средней части, а концы трубки удерживают тяговым устройством с гидравлическим приводом, с датчиком нагрузки, прикрепленным для измерения предела прочности на растяжение, которому подвергают завязанную узлом трубку. Трубку поджигают и фиксируют максимальную нагрузку, при которой в пяти последовательных тестах наблюдается распространение через узел. Чем выше максимальная нагрузка, тем лучше способность трубки в распространении через затянутые узлы, которые могли случайно возникнуть при эксплуатации. Этот тест для сравнения выполнен как для однослойных ударных трубок, так и для двухслойной (ББЭРЕ и δϋΚΕΥΝ) традиционной ударной трубки;

4) инициация низкоэнергетического детонационного шнура: 100 образцов трубки длиной 1 м присоединяют с помощью Т'-образного соединителя к линии детонационного шнура с помещенным внутрь зарядом из ΡΕΤΝ (пентрита) в количестве 2 г/м, линию детонационного шнура инициируют. Количество труб, в которых наблюдались отказы распространения, фиксируют как «процент отказов в инициировании посредством детонационного шнура с зарядом 2 г/м»;

5) чувствительность к механическому удару: образец взрывчатого вещества пиротехнической смеси подвергают воздействию молота известного веса, свободно падающего с заданной высоты. Энергию, при которой 5 последовательных образцов возгораются, рассчитывают по формуле Е = т.д.1, где т - масса свободно падающего груза, д - ускорение свободного падения и 1 - минимальная высота воспламенения;

- 6 009360

6) чувствительность медленного замедлителя: замедлитель, время задержки которого составляет 8,3 с, с 24-миллиметровой колонкой спрессованного порошка замедлителя, содержащей смесь замедленного действия без какого-либо дополнительного слоя воспламеняющей смеси, помещают в конце поливинилхлоридной трубки с наружным диаметром 6 мм, имеющей переменную длину, к другому концу которой присоединен наконечник тепловой ударной трубки длиной 1,0 м. При зажигании тепловой ударной трубки искре необходимо пересечь свободное пространство от внутренней части трубки и активизировать замедлитель. Чем больше длина трубки, в которой замедлитель загорается всегда, тем лучше считается тепловая производительность искры. Наибольшая длина гибкой трубки, при которой воспламенение наблюдается в 5 последовательных образцах, фиксируется как чувствительность элемента медленного замедлителя;

7) «воздушный зазор» от трубки к трубке: тепловую ударную трубку длиной 3 м разрезают посередине поперек, и половинки трубок раздвигают на замеренное расстояние, сохраняя выравнивание по одной линии с помощью алюминиевой направляющей, форматом в «половину трубки». Наибольшее расстояние, при котором искра, пересекая свободный зазор между участками трубки, активизирует вторую часть в 5 последовательных образцах, фиксируют как «воздушный зазор, полностью перекрываемый искрой»;

8) активизация после воздействия горячими эмульсионными взрывчатыми веществами: 30 образцов тепловой ударной трубки длиной 12 м, концы которой закрыты резиновой пробкой и обжаты алюминиевым колпачком, как обычно в промышленности, опускают в горячее эмульсионное взрывчатое вещество температурой 65°С, с судовым дизельным топливом в качестве горючего вещества, и резервуар помещают в лабораторную печь на 24 ч при температуре 65°С. По истечении этого времени температуру в печи с помощью термостата понижают до 40°С и оставляют образцы в эмульсии еще на 48 ч, что в сумме дает 72 ч соответствующего воздействия. Трубки поджигают, и процент трубок, которые не зажглись, фиксируют как «отказы после воздействия горячими эмульсиями»;

9) сцепление смеси с трубкой: 10 образцов трубки длиной 5 м взвешивают на точных весах с погрешностью 0,0001 г. После этого внутреннюю часть трубок очищают сжатым воздухом при скорости потока 0,3 Нм³/мин в течение 2 мин с целью удаления плохо прилипшего порошка. Трубку взвешивают вновь и вес фиксируют. Внутреннюю часть трубки моют потоком водного раствора гидроксида натрия с целью растворения алюминия и перхлората и удаления окиси железа и талька, убирая прилипший порошок. Пустую пластмассовую трубку взвешивают. После определения внутреннего диаметра трубки рассчитывают поверхностную площадь и посредством разницы определяют загрузку свободным порошком на величину площади, загрузку прилипшим порошком на величину площади и процентное соотношение массы свободного порошка к массе всего порошка.

Результаты испытаний объединены и представлены в таблице.

Согласно результатам тестов, представленным в таблице, рецептура Л1/РезО₄/КС1О₄/Та1с в соответствующих процентных соотношениях 40/27,5/31,5/1,0 имеет наилучшую эффективность. Высокое содержание алюминиевого горючего с 65% А1 с соответствующей более низкой скоростью 750 м/с означает недостаточную эффективность искры для распространения через изгибы и узлы и очень низкую чувствительность медленного замедлителя. С другой стороны, очень низкое содержание алюминиевого горючего, такое как в рецептуре 30/32,5/36,5/1,0, создаст очень большой объем газа, рассеивая продукты искры в наконечнике трубки, снижая чувствительность медленного замедлителя и «воздушный зазор, полностью перекрываемый искрой». Также доказано влияние талька на усиление сцепления смеси к трубке и на уменьшение чувствительности смеси к удару. На основе проведенных исследований и практических испытаний можно сделать вывод, что оптимальная рецептура для тепловой ударной трубки включает от 32 до 60% порошкообразного алюминия. Можно использовать и другие порошкообразные легковоспламеняющиеся вещества или восстановительные реагенты, способные сгенерировать высокотемпературную искру, такие как магний, кремний, бор и цирконий;

от 15 до 35% порошкообразной закиси-окиси железа Ре₃О₄. Можно использовать и другие вещества, которые в процессе окислительно-восстановительной реакции производят продукты с высокой теплопроводностью и конвекцией, такие как оксид железа - Ре₃О₄, закись железа - РеО, оксид кобальта, оксид меди - СиО и закись меди - Си₂О;

от 20 до 40% перхлората калия - КС1О₄. Другие вещества, такие как хлорат калия, нитрат калия, перхлорат аммония, перхлорат натрия, сера и трисульфид сурьмы, обладающие низкой температурой Таммана, способны понизить энергию инициирования пиротехнической реакции и создать объем газа, достаточный для распространения через изгибы, узлы или препятствия в трубках;

от 0.5 до 3.0% талька. Можно использовать и другие вещества, способные улучшить адгезивные свойства и снизить чувствительность к удару и трению, например графит.

Компоненты рецептуры пиротехнической смеси могут обладать совокупностью характеристик, другими словами, один и тот же компонент вещества может иметь более чем одну вышеуказанную функцию.

Характеристики входящих в рецептуру компонентов, каждую саму по себе или их совокупность,

- 7 009360 можно использовать в традиционных ударных трубках с целью их оптимизации, чтобы достичь лучшей эффективности, большей безопасности при производстве и снижения риска вредного воздействия на экологию и улучшения профессиональной гигиены труда.

Для лучшего понимания настоящего патента приведены следующие чертежи:

фиг. 1 показывает блок-схему способа производства тепловой ударной трубки;

фиг. 2 показывает искру тепловой ударной трубки на выходе из наконечника трубки;

фиг. 3 показывает, для сравнения, в основном газообразные продукты на выходе из наконечника традиционной ударной трубки, известной из уровня техники.

Согласно фиг. 1 способ производства тепловой ударной трубки имеет следующую последовательность действий:

а) предварительно тщательно перемешивают окислители, усилитель адгезии и добавку, понижающую чувствительность, с образованием смеси I;

б) смесь I подают в один дозировочный бункер, а легковоспламеняющиеся вещества подают в другой дозировочный бункер;

в) рассчитанные пропорции смеси I и горючих веществ непрерывно добавляют с помощью двух параллельных дозирующих шнеков или посредством вибродозаторов или с помощью любого другого обычного средства весового или объемного микродозирования, снабженного электрическими двигателями с контроллером частоты или любым другим традиционным контроллером в контуре управления с экструдером пластмассовой трубки, причем эти пропорциональные количества непрерывно подают на роликовый смеситель-гомогенизатор с сетчатым днищем, производя конечную чувствительную пиротехническую смесь, небольшие количества, причем сетчатое днище соединено с экструзионным кольцом экструдера пластмассовой трубки;

г) параллельно с созданием пиротехнической смеси расплавленный полимер вытягивают через кольцо экструдера, формируя пластмассовую трубку, одновременно с этим конечная пиротехническая смесь под действием сил тяжести поступает внутрь формируемой пластмассовой трубки, формируя тепловую ударную трубку.

Способ может включать дополнительные шаги - охлаждение трубки, вытягивание трубки с целью увеличения прочности на растяжение, тепловую обработку трубки и другие технологические шаги, обычные в области обработки пластмасс, в пределах раскрытого изобретения.

Конечный продукт, тепловая ударная трубка, использует обычную пластмассовую трубку, например, выполненную из ЕУЛ, полиэтилена, ЕЕ-ЭРЕ или δυΚΕΥΝ, с внешним диаметром в диапазоне от 2,0 до 6,0 мм и внутренним диаметром в диапазоне от 1,0 до 5,0 мм и содержит от 5 до 40 мг/м пиротехнической смеси, нанесенной на ее внутренние стенки.

На фиг. 2 показана искра тепловой ударной трубки, покидающая в процессе распространения наконечник трубки, причем этот чертеж представляет собой высокоскоростную фотографию искры трубки, на которой можно заметить высокотемпературные твердые и расплавленные продукты (1), причем эти продукты включают расплавленное железо высокой теплопроводности и конвекции, а также газообразные продукты (2), ответственные за выброс расплава из конечной части трубки.

На фиг. 3 показаны, для сравнения, в основном газообразные продукты известной ударной трубки, покидающие в процессе распространения конец трубки, причем такой рисунок также представляет собой высокоскоростную фотографию пламени трубки, на которой, в основном, можно заметить газообразные продукты (1), рассеиваемые при расширении газа в конце трубки. Из этих сравнительных фотографий становится понятно, почему традиционная ударная трубка не может обеспечить распространение через разрезы и не имеет способности воспламенить низко чувствительные колонки замедленного действия.

- 8 009360

Таблица

Результаты испытаний

Состав	Скорость распрост ранения	Минималь ное расстояни е между изгибами в тесте на распростр анение через изгибы	Распространение через затянутый узел	Возбуждение низкоэнергетического детонационного шнура	Чувствительность к Удару	Чувствительность медленного замедлителя	Воздушный зазор, полностью перекрываемый искрой	Возбуждение после воздействия горячими взрывчатыми эмульсиями	Сцепление смеси с трубкой (% свободного порошка)
ΑΙ 65% Ре,04 17% КСЮ417% Тальк 1.0%	750 м/с	Сбои ппи .— любом расстоянии	3 кгс	8%	9.2 Н	8 см	80 мм	25%	5%
А! 50% Ре3О424.5% КС1О424.5% Тальк 1.0%	1170 м/с	1 м	8 кгс	отсутствие	9.2 Н	16 см	100 мм	отсутствие	3.8%
ΑΙ40% Ре3О427.5% КС1О431.5% Та/с 1.0%	1260 м/с	30 см	11 кгс	отсутствие	9.2 Н	22 см	120 мм	отсутствие	4.0%
ΑΙ30% Ре3О432.5% КС1О436.5% Тальк 1.0%	1290 м/с	30 см	12 кгс	отсутствие	9.2 Н	5 см	15 мм	15%	3.2%
А1/К2СГ2О7 Стандартный для известной пиротехнической ударной трубки	1000 м/с	Сбои при любом расстоянии	Зкгс	отсутствие	3.8 Н	8 см	100 мм	30%	18.3%
Смесь ΗΜΧ/ΑΙ, Стандартная для традиционной однослойной ударной трубки	2000 м/с	1 м	2 кгс	отсутствие	3.8 Н	Отказ в воспламенении, даже при нулевом расстоянии	10 мм	нет	Нет
Смесь НМХ/А1, Стандартная для традиционной двухслойной ударной трубки	2000 м/с	50 см	8 кгс	отсутствие	3.8 Н	Отказ в воспламенении, даже при нулевом расстоянии	10 мм	нет	Нет

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Тепловая ударная трубка, использующая для окислительно-восстановительной реакции пиротехническую смесь, характеризующаяся следующим оптимальным составом смеси:

   порошкообразное горючее вещество, или вещества, или восстановительный реагент, способные произвести высокотемпературную искру;

   горючее или окислители, которые посредством окислительно-восстановительной реакции генерируют продукты, обладающие высокой теплопроводностью и/или конвекцией;

   одно или более горючее или окислитель с низкой температурой Таммана, способные понизить энергию запуска пиротехнической реакции;

   вещества, способные произвести объем газа, достаточный для прохождения через изгибы, узлы или препятствия в трубках;

   вещества, понижающие чувствительность пиротехнической смеси к удару и трению;

   вещества, повышающие сцепление.
2. 2. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся следующим оптимальным составом:

   а) от 32 до 60% порошкообразного алюминия;

   б) от 15 до 35% порошкообразной закиси-окиси железа Рс₃О₄;

   в) от 20 до 40% перхлората калия КС1О₄;

   г) от 0,5 до 3,0% талька.
3. 3. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся тем, что в качестве порошкообразного горючего вещества или восстановительного реагента, способных произвести высокотемпературную искру, используют магний, кремний или цирконий;

   в качестве вещества, генерирующего продукты реакции, обладающие высокой теплопроводностью и/или конвекцией, используют оксид железа Ге₂О₃, закись железа ЕеО, оксид кобальта, оксид меди СиО или закись меди Си₂О;

   - 9 009360 в качестве вещества с низкой температурой Таммана, способного понизить энергию запуска пиротехнической реакции и создать объем газа, достаточный для прохождения через изгибы, узлы или препятствия в трубках, используют хлорат калия либо нитрат калия, перхлорат аммония, перхлорат натрия, серу или трисульфид сурьмы;

   в качестве вещества, способного улучшить адгезивные свойства и снизить чувствительность пиротехнической смеси к удару и трению, используют графит.
4. 4. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся тем, что в ней используют вещества, обладающие некоторой совокупностью из нескольких характеристик: возможность создания высокотемпературной искры, низкая температура Таммана, формирование продуктов реакции с высокой теплопроводностью и/или конвекцией, создание объема газа, достаточного для прохождения через изгибы, узлы или препятствия в трубках, усиление сцепления и снижение чувствительности пиротехнической смеси к удару и трению;
5. 5. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся тем, что в ней используют вещества с низкой температурой Таммана в качестве добавок к активным смесям, используемым в известных ударных трубках.
6. 6. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся тем, что в ней используют вещества, обладающие свойством производить продукты реакции с высокой теплопроводностью и/или конвекцией, в качестве добавок к активным смесям, используемым в известных ударных трубках.
7. 7. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся тем, что в ней используют вещества, обладающие свойством улучшать сцепление, в качестве добавок к активным смесям, используемым в известных ударных трубках.
8. 8. Тепловая ударная трубка по п.1, характеризующаяся тем, что в ней используют вещества, обладающие свойством снижать чувствительность смеси к удару и трению, в качестве добавок к активным смесям, используемым в известных ударных трубках.
9. 9. Способ изготовления тепловой ударной трубки по п.1, характеризующийся следующей последовательностью действий:

   предварительно тщательно перемешивают окислители, усилитель адгезии и добавку, понижающую чувствительность, с образованием смеси I;

   смесь I подают в один дозировочный бункер, а горючие вещества подают в другой дозировочный бункер;

   рассчитанные пропорции смеси I и горючих веществ непрерывно добавляют с помощью двух параллельных дозирующих шнеков, или посредством вибродозаторов, или с помощью любого другого обычного средства весового или объемного микродозирования, снабженного электрическими двигателями с контроллером частоты или любым другим традиционным контроллером в контуре управления с экструдером пластмассовой трубки, причем эти пропорциональные количества непрерывно подают на роликовый смеситель-гомогенизатор с сетчатым днищем, производя конечную чувствительную пиротехническую смесь, небольшие количества, причем сетчатое днище соединено с экструзионным кольцом экструдера пластмассовой трубки;

   параллельно с созданием пиротехнической смеси расплавленный полимер вытягивают через кольцо экструдера, формируя пластмассовую трубку, одновременно с этим конечная пиротехническая смесь под действием сил тяжести поступает внутрь формируемой пластмассовой трубки, формируя тепловую ударную трубку.