KR0124936B1 - 무 1차 폭약 기폭제용 기폭 부재 - Google Patents

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Description

무 1차 폭약 기폭제용 기폭 부재

본 발명은 2차 폭약(secondary explosive)을 담고 있는 용기(confinemen)를 포함하고 또 점화 장치에 의한 2차 폭약의 점화에 적합한 제1단부, 폭발 충격의 전달에 적합한 제2단부 및 점화시 2차 폭약이 폭연에서 폭발로까지 전이될 수 있는 중간부를 갖는, 무 1차 폭약 기폭제용 폭발 개시제에 관한 것이다.

기폭제는 그 자체로서 폭발 수단으로 사용될 수 있으나 통상 다른 폭약을 기폭하기 위해 사용된다. 일반적으로 기폭제는 격발 신호 즉, 통상 전압 또는 도화선으로부터의 열 및 충격에 대한 입력 단부, 및 통상 2차 폭약 주장약을 함유하는 출력 단부를 갖는다. 입력 단부와 출력 단부 사이에, 입력 신호를 주장약의 폭발로 변화시키기 위한 수단이 제공된다. 토목용 기폭제에서 이러한 작용은 통상 주장약에 인접한 1차 폭약이 소량 존재하여 열 또는 충격을 받을 때 일차적으로 고폭속으로 폭발하고 확실하게 기폭시킴으로써 실현된다. 한편, 고감도 1차 폭약의 경우 기폭제 제조 및 사용에 엄격한 안전예방책이 요구된다. 1차 폭약은 대량으로 수송될 수 없으며 각 기폭제 제조 공장에서 국부적으로 생산되어야 한다. 소량 단위의 높은 상대제조 비용 외에, 대부분의 1차 폭약은 독성 물질 또는 위험물질의 취급을 수반한다. 제조 공장내에서, 폭약은 소량의 뱃취로 처리 및 수송되어야 하고, 최종 투입 및 압착은 방호벽(blat shield) 뒤에서 원격 작동 장치에 의해 행해져야 한다. 기폭제 제품에 있어서 1차 폭약의 존재는 수송 및 사용도중 뜻하지 않은 폭발의 중요한 원인이다.

1차 폭약 위치에서의 어떠한 손상, 충격, 열 및 마찰도 기폭제를 기폭시킬 수 있다. 1차 폭약은 인접한 폭발로부터 충격을 받을 수 있어서 밀접하게 배열된 기폭제의 대규모 폭발을 유발한다. 이러한 이유 때문에, 기폭제 수송에 대해 정부 차원의 엄격한 통제가 가해진다. 현지 취급에 대해서도 유사한 제한이 가해진다.

1차 폭약을, 예를 들어 주장약에 사용되는 휠씬 덜 위험한 2차 폭약으로 대체하기 위해 노력해 왔다. 1차 폭약 기폭제는 제조를 단순화시키고, 항공기 수송을 포함하여 자유롭게 수송하도록 하며, 예컨대 드릴링 및 장입(charging)공정을 동시에 하는 등 사용 제한을 감소시킬 수 있다.

예컨대 프랑스공화국 특허원 제2 242 899호에 따른 폭선(exploding wire) 또는 폭면(exploding foil)형의 점화 장치는 높은 순간 전류에 노출될 때 2차 폭약의 폭발을 직접적으로 야기시킬 수 있을 만한 강도의 충격을 만들어 낼 수 있다. 이들은 통상 비싸고 정교한 발파기가 필요하고 보통의 불꽃 지연 장치와 맞지 않기 때문에 일반 토목분야에는 적합하지 않다.

미합중국 특허 제3 978 791호, 동 제4 144 814호 및 동 제4 239 004호에 설명된 다른 형태의 무 1차 폭약 기폭제는 수용체 폭약을 폭발시키기에 충분한 속도로 수용체 2차 폭약과 충돌하기 위한 임펙터 디스크(impactor disc)를 가속화시키는, 발화되어 폭연하는 2차 폭약을 사용하도록 제안한다. 내포된 힘을 견디기 위해서는, 구조가 크고 기계적으로 복잡하며 완전히 믿을 수 없다.

미합중국 특허 제3 212 439호에 기재된 다른 형태의 무 1차 폭약 기폭제는 적합한 조건하에 폭연에서 폭발까지 자발적으로 변화하는 발화되어 폭연하는 2차 폭약의 능력을 이용한다. 이러한 조건은 통상 더욱 많은 양의 폭약으로 인해 무거운 용기를 포함하며, 이로 인해 종래의 1차 폭약 기폭제에 비해 비용과 크기가 증가한다.

대체로, 이들 공지 형태의 무 1차 폭약 기폭제는 적어도 2가지 이유로 인해 성공적으로 상품화 되지 못하고 있다. 첫번째는 복잡한 구조 또는 무거운 용기가 필요하다는 것인데, 이로 인해 일반적인 생산 설비를 이용할 수 없을 때 물질 및 제조 비용이 증가한다. 표준 규격에서 벗어나는 것은 사용자에게도 부가 비용을 의미한다. 두번째로는, 다양한 무 1차 폭약 기폭제 구조로 일부 기능을 수득할 수 있는 반면 1차 폭약 기폭제의 극히 높은 기폭 신뢰도에 도달하기에는 매우 어렵다. 소비자는 불발탄을 다루는 위험한 일을 피하기 위해 그런 높은 신뢰도를 필요로 한다.

상기 측면의 개선은 부분적으로 모순되는 요구와 직면하게 된다. 축소된 용기는 기능의 신뢰도도 감소시키고 또한 최소한 운용 오차를 제한하여 생산 폐기 및 통제 비용을 증가시킬 수 있다. 폭연에서 폭발까지가 일어나는 기폭제 부분의 단순하고 작은 구조는 급속하고 재현성 있는 폭연을 일으키기 위한 보다 정교한 점화 장치를 필요로 할 수 있다.

미합중국 특허 제4 727 808호는 2차 폭약 폭연에서 폭발로까지의 전이에 기초를 둔 신규한 무 1차 폭약 기폭제에 대해 기재하고 있다. 설명된 구조는 대부분의 기존 점화 장치에 의해 점화될 수 있고 종래의 기폭제 설비를 이용하므로서 제조될 수 있으며 보통의 기폭제 외피에 넣어질 수 있고 또 2차 폭약 장약을 소량만 갖고서도 신뢰성 있게 폭발될 수 있다. 그러나, 특히 극단의 조건에서 기폭신뢰도는 더욱 개선될 수 있다.

본 발명의 주목적은 지금까지 사용된 장치의 단점을 없앤 무 1차 폭약 기폭제용 폭발개시제를 제공하는데 있다. 더욱 특히는, 본 발명의 목적은 매우 신뢰성 있게 폭연에서 폭발까지 전이되는 부재를 제공하는데 있다. 다른 목적은 극단의 조건에서 높은 신뢰도에 도달하는데 있다. 또 다른 목적은 단순하고 주로 열을 발생하는 기존 점화 장치를 사용할 때 부재의 2차 폭약을 급속하고 신뢰성 있도록 폭연시키는데 있다. 다른 목적은 비교적 소량의 2차 폭약으로 폭연 및 기폭을 확립하는데 있다. 또 다른 목적은 크기가 작고 구조가 복잡하지 않은 폭발 개시제를 제공하는데 있다. 다른 목적은 1차 폭약 기폭제용 일반 설비를 사용하여 저렴한 비용으로 부재, 및 부재를 함유하는 기폭제를 제조할 수 있도록 하는데 있다.

이들 목적은 첨부된 특허청구의 범위에 기술된 특성에 의해 실현된다.

연소 촉매로 개질된 다공형 2차 폭약을 부재에 사용하므로서 반응 과정 중 결정적인 부분에서 반응 속도를 선택적으로 증가시킬 수 있다. 일반적으로 연소 촉매는, 반응물의 기체상 수송이 전체 반응 속도를 결정하는 저압에서, 반응 속도에 가장 뚜렷한 영향을 끼치는 것으로 생각된다. 본 목적을 위해서는, 이 특성을 이용하여 반응 가속화의 결정적인 제1기를 폭연 또는 폭발 속도 근처까지로 제한한다. 이 기간이 지나치게 연장되면, 수반된 압력이 반응 전에 기폭제 구조물을 파괴시켜 더 이상 진행되지 못하도록 할 수 있다. 본 제안에 의해 얻어진 단축된 기간을 이용하여, 예컨대 일반적으로 점화를 용이하게 하거나 또는 신뢰도 및 반복성을 개선시키기 위해 용기 크기를 감소시키고, 2차 폭약 컬럼(columm)의 길이 또는 나비를 제한하며 용기의 입구를 크게 할 수 있다. 연소 촉매 첨가제는 반응 속도 의존성을 고르게 하여 기폭제에 대한 작동온도 조건을 광범위하게 만들도록 작용한다. 이 첨가제는 2차 폭약에 있어서 안정한 선형 연소가 유지될 수 있는 최저압 수준을 낮추는 작용을 하며, 다르게는 대기압에 도달할 수 없다. 이로 인해 점화 장치 및 지연 장치에서 압력 발생에 대한 요구가 감소되고, 순수한 열-발생 성분을 사용할 수 있다. 기폭제 손상 및 가스 누출이 점화 장치 자체에 의해 유발된 상황에서도 완전한 기능을 기대할 수 있다. 뿐만 아니라, 촉매는 2차 폭약 장약의 보관 안정성 및 전도 특성을 증진시키는 것으로 관찰된다.

과립화된 폭약 결정의 입자 형태로 제조된 2차 폭약을 부재에 사용하므로서, 장약 점화 특성을 눈에 띄게 개선시킬 수 있다. 이러한 과립 입자는 본질적으로 특정 다면의 미소구조를 점화 장치에다 노출시키므로서 점화 장치에 의한 연속 열 발생의 필요성 없이 급속한 점화가 촉진된다. 과립상 물질의 다공성으로 인해 초기 점화점이 안정하고 편평한 대류성 앞면으로 측면 확장되기가 용이해 진다. 이들 특성은 상기에서 설명한 바와 같이 기폭제 시간 정밀도 및 기폭성에 영향을 끼칠 수 있는 길고 가변적인 점화 단계를 제거하는데 기여한다. 제조시 과립상 물질의 자유-유동 특성은 투입 및 압착을 용이하게 하고, 압축성은 발화단부로부터 뒤로 점진적으로 증가하는 바람직한 농도 구배를 형성하도록 한다. 바람직한 실시태양에 따라, 2차 폭약의 제1부분은 점화 목적을 위해 활용되고 과립상 물질로 구성되어 있는 반면 제2부분은 높은 반응속도를 위해 활용되고 미세한 결정성 물질로 구성되어 있으며, 후자의 구조체는 보다 높은 밀도, 보다 가파른 구배 및 보다 높은 장입성을 갖도록 한다. 제안된 두 부분을 모으면 신뢰도 성능을 두드러지게 개선시킬 수 있고 그 자체로서 또는 설명한 바와 같은 연소 촉매와 혼합하여 사용할 수 있다.

기타 목적 및 장점은 이하 본 발명의 상세한 설명에서 명백해질 것이다.

예컨대 처음에 설명한 각종 기폭제 구조에서 알려진 방식대로 2차 폭약이 반응 양식에 영향을 끼치는 것이 바람직할 때면 언제나 본 명세서에서 논의한 원리를 이용할 수 있다. 그러나, 폭연에서 폭발로의 전이(DDT)메카니즘에 의존하는 특수 형태의 무 1차 폭약 기폭제와 관련하여 원리를 이용하는 것이 바람직하며, 이 DDT 메카니즘은 적합한 조건하에서 폭연 2차 폭약이 자발적으로 폭발로 전이되는 능력에 의거한다. 본 발명은 이런 형태의 메카니즘을 이용하는 부재와 관련되어 주로 설명된다.

1차 폭약과 2차 폭약의 차이는 잘 알려져 있으며 당해 분야에서 널리 사용되고 있다. 실제적인 목적의 경우, 1차 폭약은 심지어 밀폐시키지 않은 상태에서도 수 입방 밀리미터 용량의 물질내에서 화염 또는 전도성 가열로 자극될 때 완전히 폭발할 수 있는 폭발성 물질로서 정의될 수 있다. 2차 폭약은 유사한 조건하에서 폭발할 수 없다. 일반적으로 2차 폭약은 훨씬 더 많은 양이 존재하거나 또는 무거운 벽이 있는 금속용기와 같은 무거운 용기내에 존재할 경우에 화염 또는 전도성 가열에 의해 점화될 때, 또는 두 단단한 금속 표면 사이에서 기계적 충격을 받음으로써 점화될 때 폭발할 수 있다. 1차 폭약의 예로는 풀민산수은, 스티픈산납, 아지드화납 및 디아조디니트로페놀 또는 이들 화합물 2이상 및/또는 기타 유사한 물질의 혼합물이 있다. 2차 폭약의 대표적인 예로는 펜타에리트리톨테트라니트레이트(PETN), 시클로트리메틸렌트리니트로아민(RDX), 시클로테트라메틸렌테트라니트로아민(HMX), 트리니트로페닐메틸니트로아민(Tetryl) 및 트리니트로톨루엔(TNT) 또는 이들 화합물 2이상 및/또는 기타 유사한 물질의 혼합물이 있다.

본 목적을 위해서는, 더욱 용이하게 점화 및 폭발되는 2차 폭약, 특히 RDX 및 PETN 또는 이들의 혼합물을 선택하는 것이 바람직하지만 상기 언급한 2차 폭약을 어느 것이든 사용할 수 있다. 상이한 기폭장치부는 상이한 2차 폭약을 함유할 수 있다. 장치를 폭연 부위 및 폭발부위로 넓게 나누고, 단 전이점의 정확한 위치가 변할 수 있으며 부위 분할이 부재의 어떠한 구조와도 부합할 필요가 없다면, 최소한 폭연 부위에서는 더욱 용이하게 점화 및 폭발되는 폭약을 사용하는 것이 바람직한 반면 폭발 부위의 폭약은 더욱 자유롭게 선택될 수 있다.

본 발명에 따라 만들어진 특수 첨가제 외에, 감도 및 반응 특성을 변화시키기 위해 과염소산칼륨 또는 금속(예; 알루미늄, 망간 또는 지르코늄 분말) 같은 일반적인 첨가제도 포함될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시태양에서는 연소 촉매로 개선된 2차 폭약을 부재에 혼입한다. 첨가하는 주목적은 예컨대 약 200바아(bar) 이하, 바람직하게는 약 500바아 이하 또는 약 1000바아 이하의 저압에서 반응 속도에 영향을 끼치는데 있다. 이들 압력 범위에서, 반응 속도는 비에일(Vieille)의 방정식 r=Ap^N(여기에서, r은 연소 표면을 기준으로 한 연소속도, p는 압력, N은 압력 지수, A는 속도 상수임)에 의해 대체적으로 표시된다.

언급한 압력 범위에서 요구되는 작용은 안정한 직선상의 연소 앞면을 신속하게 또 용이하게 형성하기 위하여 반응 속도를 예컨대 10% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 100% 이상 증가시키는(속도 상수 A의 증가로서 표시됨) 것이다. 속도 상수는 조성물이 일정한 대기압에서 안정한 직선상 연소를 유지하도록 하기에 충분할 정도로 높은 것이 적합하다. 다른 요구되는 작용은 개시 반응의 급속한 가속화를 위하여, 용기내의 증가하는 압력에 따르는 반응 속도를 갖기 위한 높은 압력 의존도이다. 이 목적을 위해, 고려되는 압력 범위에서 직선상 근사치로서 측정된 압력 지수(N)이 명확하게 0, 특히 1 및 바람직하게는 1.5를 초과해야 한다. 달리 표현하면, 촉매 첨가에 의해서는 촉매 없는 2차 폭약의 압력 지수를 내리지 못하고 바람직하게는 10% 이상, 또는 50% 이상 및 바람직하게는 100% 이상 증가시키는 것이 적합하다. 또 다른 요구되는 작용은, 상이한 작동 온도에서 신뢰성 있고 재현성 있는 성능을 얻기 위하여 저온에서의 반응 속도를 증가시키고 바람직하게는 통상 반응 속도의 온도 의존성을 낮추는 것이다. dA/dT(여기에서, A는 속도 상수이고 T는 온도임)로 표현되는 온도 의존성은 촉매를 첨가할 때 10% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 더욱 바람직하게는 100% 이상 감소될 수 있다.

상기 언급한 결과를 이루기 위하여 많은 화합물을 사용할 수 있고, 본 발명은 특정 화합물 또는 화합물의 조합체로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적을 위한 촉매의 적용성(suitability)를 평가하는 일반적인 방법은 각각 촉매를 첨가하거나 또는 첨가하지 않고 2차 폭약에 대한 비에일 방정식의 A 및 N상수를 결정하여 결과적으로 얻어지는 개선 정도를 관찰하는 것이다. 표준 측정 기술은 반응 동안 거의 일정한 압력을 가할 수 있을 만큼 큰 용적을 갖는 폐쇄 가압 용기 중에서 연구하는 조성물을 연소시키는 것이다. 반응 시간을 측정하고 그 압력에서의 반응 속도를 얻는다. 각각의 압력에 대한 반응 속도 및 개를 로그 좌표에 표시하면 표준 압력에서의 상수 A값 및 압력 곡선(이 경우에는 거의 직선임)에서 속도의 기울기를 기본으로 한 상수 N값이 얻어진다. 온도 의존도는 몇가지 상이한 초기 온도에서 이들 조성물에 대해 이러한 측정을 반복하므로서 결정할 수 있다. 대체적으로 설명한 방법에 의해 어떠한 촉매도 주어진 절차에 따라 적합한 특성을 평가할 수 있다.

촉매는, 때때로 반응 속도의 증가가 주된 목적은 아니지만 부분적인 목적이 되는 추진제 분야에 알려져 있다. 참고 문헌으로서 본 명세서에 포함된 미합중국 특허 제3 033 718호 및 다수의 후속 특허는 이상에서의 고려에 따라 상기에서와 같이 또는 스크리닝(screening) 후에 사용될 수 있는 추진제 촉매 조성물을 밝히고 있다. 추진제와는 달리, 반응 속도의 비제한적 가속화는 본 목적용 폭발에서의 장점이고, 언급된 A 및 N상수의 높은 값과 큰 연소 표면을 노출시키기 위한 다공성은 본 장치에 적응된 결과이다.

촉매 예는 탄소, 빙정석, 알루미늄 또는 망간 또는 바람직하게는 중금속(예 : 철, 코발트, 니켈, 수은, 은, 아연, 또는 특히 납, 크롬 및 구리) 같은 금속의 화합물이다. 금속의 유기 화합물이 바람직하다. 이 화합물은 통상 한가지 이상의 방법으로 반응 양식에 작용하지만, 비제한적 제안으로서 탄소 분말은 상수 A의 값을 증가시키고, 빙정석은 온도 의존도를 감소시키며, 또 금속 화합물은 상수 A 또는 N에 영향을 끼친다고 언급할 수 있다. 복합적인 결과를 얻기 위해서는 촉매 혼합물이 바람직하다.

촉매와 폭약의 바람직한 긴밀한 혼합물은 촉매 용액 또는 현탁액으로 폭약 결정을 처리하므로서 수득될 수 있으며, 그러나 바람직하게는 과립상 물질에 대해 언급된 바와 같이 적합하게 미세-입자 성분의 건조-혼합에 의해 제조된다. 촉매의 양은 통상 혼합물의 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%와 같이 소량으로 유지될 수 있다.

발명된 부재의 바람직한 실시태양에서는 미립자의 과립상 형태로 변형된 2차 폭약이 혼입된다. 과립은 어떤 고유의 접착력 및 기계적 강도를 갖는 덩어리로 결합된 다수의 1차 입자로 형성되어 있다.

2차 폭약의 1차 입자는 점화 및 초기 폭연 단계에서 큰 비표면적을 가스상에 노출시키기 위하여 미세한 입도를 가져야 한다. 무게 평균 입도는 100미크론 미만, 특히 50미크론 미만, 또 바람직하게는 20미크론 미만이어야 한다. 극히 작은 입자는 지나치게 조립한 과립을 형성할 수 있으며, 제조 문제를 감소시키기 위해서는 0.1미크론 또한 1미크론을 초과하는 무게 평균 크기가 바람직하다. 단일 결정 또는 결정 몇개의 조합체가 바람직하지만 어떤 형태의 1차 입자라도 사용할 수 있다. 적합한 1차 입자 생성물은 좁은 크기 분포의 생성물을 회수하기 위하여 공지된 관례에 따라 더 큰 입자를 연마하므로서, 또는 바람직하게는 용액으로부터 침전시키므로서 수득될 수 있다.

1차 입자를 바람직한 크기 및 모양의 덩어리 또는 과립으로 만드는데에는 각종 방법을 이용할 수 있다. 1차 입자는 입자를 용해시키지 않는 비용매(non-solvent) 중의 현탁액으로부터 습윤 케이크를 형성하고 건조시키므로서 결합제 없이 완전히 접착될 수 있다. 현탁액에 결합제를 첨가하면 입자 사이의 접착력이 개선된다. 적합한 결합제는 현탁액 매질에 용해 또는 현탁될 수 있는 중합체(예 : 폴리비닐 아세테이트, 폴리메타크릴레이트 또는 폴리비닐알코올)이다. 결합제로서 자기-폭발성 또는 자기-반응성 화합물(예 : 폴리비닐니트레이트 또는 니트로셀룰로오스)이 선정되는 경우 결합제의 작용이 감소된다. 결합제는 2차 폭약용 비용매(예 : 에틸아세테이트)에 용해되어 첨가된다. 결합제 양은 후속 제조 단계에서 가해지는 힘에 의해 과립을 분해하고 압축시키는 능력을 보유하기 위하여 낮게 유지되어야 한다. 적합한 결합제 양은 과립상 생성물의 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 1 내지 5중량%이다. 건조 케이크를 조심스럽게 연마하거나 또는 체에 통과시키므로서 입자 크기 및 모양을 변화시킬 수 있고, 후자의 방법에 의해 길게 늘어진 과립을 제조할 수 있다. 다르게는, 동시에 건조 및 교반하므로서 조절된 크기의 구형 과립을 형성시킨다. 10 내지 2000미크론, 바람직하게는 100 내지 500미크론의 과립 무게 평균 크기가 적합하다. 지나치게 큰 입자 때문에 재현성 없는 장치 조건이 야기되며, 지나치게 작은 과립은 불충분한 장약 다공성을 생성시킬 수 있다.

밝혀진 바와 같은 선택적인 미립자 첨가제, 또는 종래의 촉매가 장약에 존재하는 경우, 생각할 수 있는 가능성은 첨가제 입자를 장약층에 분리 첨가하든가 또는 1차 입자에 포함하는 것이지만, 가장 자유로운 표면 친밀도를 위해서는 1차 입자 덩어리의 일부를 형성하므로서 과립상 물질에 바람직하게 포함된다.

상기에서 지적한 바와 같이, 설명한 폭발성 물질은 점화 장치에 의해서, 임의적으로는 지연 또는 화염-전도성 불꽃 조성물에 의해 2차 폭약의 점화에 적합한 제1단부, 폭발 자극의 전달에 적합한 제2단부 및 점화시 2차 폭약이 폭연되어 폭발로까지 전이될 수 있는 중간부를 갖는, 2차 폭약용 용기가 있는 기폭 부재에 포함된다. 부재의 바람직한 일반 설계는, 본 명세서에 참고 문헌으로서 포함된, 이미 언급한 미합중국 특허 제4 727 808호에 밝혀져 있다.

부재는 반응 속도가 폭발 또는 폭발 속도 부근까지 가속되는 폭발 개시 장약을 함유한다. 이 장약은 언급한 장점을 획득하기 위하여 개선된 2차 폭약을 함유한다. 바람직하게는 부재의 제1단부에 인접한 폭발 개시 장약 부위, 또는 저압, 즉 약 500바아 미만으로 유지되며 점화되는 부위는 본 발명의 물질을 함유한다. 폭발 개시 장약의 잔류 부위 또는 부재의 제2단부에 보다 가까운 부위가 개선된 2차 폭약을 더 적게 함유하거나 또는 전혀 함유하지 않으며, 또 바람직하게는 이상에서 설명한 이유 때문에 결정성 물질을 함유하거나 또는 결정성 물질로 구성되는 것이 더욱 바람직하다. 적합한 결정성 물질은 과립상 물질에 대해 논의한 바와 동일한 크기 특성을 가질 수 있다. 또한 이 부위가 더 적은 연소 촉매를 가지고 바람직하게는 전혀 가지지 않은 것이 바람직하다. 두 부위에서 폭약 중량비는 적합하게는 1 : 5 내지 5 : 1, 바람직하게는 1 : 2 내지 2 : 1이다.

폭발 개시 장약의 전체 압착 밀도는 적합하게는 사용되는 폭약에 대한 결정 밀도의 50 내지 90%, 바람직하게는 60% 내지 80%이다.

유리하게도 폭발 개시 장약은 제1단부에서부터 약으로 증가하는 압착 밀도 구배를 갖는다. 바람직하게는 구배는 직선상이 아니며, 장약 길이에 따라 증가가 가속화된다. 저밀도 단부의 밀도는 결정 밀도의 10 내지 50, 바람직하게는 20 내지 40%이고, 고밀도 단부에서의 밀도는 60 내지 100%, 바람직하게는 70 내지 95% 이다. 바람직한 밀도 측면도는 장약의 점증 압착에 의해 얻어질 수 있다. 그러나, 더욱 좋게는 실제적으로 1단계 압착 공정으로 전체적인 폭발 개시 장약을 제조하고, 이 1단계 압착 공정은 압력이 역방향으로 가해지는 경우 증가하는 농도 구배를 형성시킨다. 어떤 방법이 이용되든지, 제안된 과립상 물질은 높은 다공성의 저밀도 장약 단부 형성을 촉진하고 과립의 압축 및 부분적 분해 하에서는 점진적으로 더 높은 밀도의 장약 단부형성을 촉진한다. 고밀도 단부에서는 장약에 결정성 물질을 바람직하게는 포함하므로서 가장 좋은 특성과 가장 가파른 구배를 획득한다.

길이가 충분하고 설명한 바와 같이 구성된 폭발 개시 장약으로 인해 2차 폭약이 폭연에서 폭발까지 전이할 수 있고 부재가 폭발 자극을 전달할 수 있다. 이어 폭발 개시 장약의 고밀도 단부는 상기에서 언급한 부재의 제2단부와 동시에 위치하게 된다. 상기에서 언급한 미합중국 참고 문헌의 바람직한 관례에 따라 폭발 개시 장약과 제2단부 사이에, 또는 폭발성 물질 행렬의 폭발 개시 장약 뒤에 중간 장약을 배치하는 경우, 신뢰도 성능이 개선된, 일반적으로 더 작은 부재를 얻는다. 반응 영향에서 보여질 때 압착 밀도 강하는 폭발 개시 장약 및 중간 장약 사이의 경계에 존재하고, 바람직하게는 중간 장약은 폭발 개시 장약의 평균밀도와 비교될 때 더욱 낮은 총 밀도를 갖는다. 중간 장약의 평균 밀도는 사용되는 폭약의 결정 밀도에 대해 30 내지 80%, 바람직하게는 40 내지 75%일 수 있다. 폭발 개시 장약에서와 마찬가지로, 출력 단부를 향해 증가하는 압착 밀도 구배는 중간 장약에 바람직하게 존재한다. 밀도를 조절하기 위해 점증 압착을 이용할 수 있으나, 단일-단계 방법이 제조를 용이하게 하고 균일성 구배를 형성시키며, 바람직한 공정은 이미 존재하는 폭발 개시 장약과 함께 개방된 부재를 중간 장약용 2차 폭약층으로 밀어내는 것이다. 이들 폭약은 바람직하게는 바람직한 농도 측면도를 형성시키기 위하여 설명한 바와 같은 결정성 물질을 함유하거나 또는 그들로 구성되고, 여기의 반응 속도는 너무나 빨라서 연소 촉매 또는 과립상 물질로부터 이익을 받지 못하는 것으로 생각된다.

상기에서 언급한 참고 문헌에 따라, 장약을 담고 뚜렷한 폭발 전이를 시키기 위하여 폭발 개시 장약과 중간 장약 사이의 경계에 얇은 벽이 바람직하게 존재한다. 그 벽은 적합하게는 금속이고 두께가 1mm미만, 바람직하게는 0.5mm미만이고, 침투를 용이하게 하기 위해 구멍 또는 구멍내기 위한 홈을 함유할 수 있다. 벽은 부재 자체의 구성 요소일 수 있으나 바람직하게는 모든 작동 조건하에서 자체가 유지되기 위해 부재 내부에 비해 약간 더 큰 분리컵 또는 디스크이며, 바람직하게는 폭발 개시 장약 압착 공정과 접속되어 삽입된다.

부재의 주 용기는 적어도 폭발 개시 장약을, 바람직하게는 존재할 경우 중간 장약도 내포된다. 용기는 실질적으로 두께가 2mm미만, 심지어는 1mm미만인 벽을 갖는, 단단한 물질(예 : 강철, 놋쇠 또는 아마도 알루미늄)의 실린더형 관일 수 있다. 직경은 15mm미만, 또는 10mm미만일 수 있고 뇌관 외피의 크기에 적합하게 될 수 있다.

용기의 제2단부가 몇개의 부가적인 축방향 용기를 포함할 수 있으나, 그런 용기는 불필요 하기 때문에 바람직하게 빠뜨린다. 그러나, 제1단부에는 반응에서 결정적인 제1단계에 급속하게 압력을 증대시키도록 하기 위하여 방사상 용기 외에 축방향 용기가 제공된다. 반응 가스 누출을 제한할 수 있는 어떠한 구조물이라도 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 불꽃 조성물, 특히 지연 조성물로부터의 비침투성 슬랙 컬럼이 이 목적에 기여한다. 사용되는 경우 지연 조성물 장치는 바람직하게는 폭발 개시 장약의 2차 폭약 컬럼보다 더 좁은 반응물 컬럼을 갖는다. 임의적인 지연, 화염-전도성 또는 기타 조성물은 부재 주용기의 물리적 한계 내 또는 밖에 위치할 수 있다. 다르게는, 축방향 용기는 벽을 포함할 수 있으며, 이것은 주용기로부터 분리될 수 있으나 바람직하게는 주용기의 구성 요소이다. 제1단부는 완전히 폐쇄될 수 있다. 이 경우, 봉입 내에 점화장치를 포함하고, 예컨대 열 또는 충격 수단에 의해 폐쇄된 벽에서 점화되도록 하며, 또는 앞으로 신호를 보내고 가스를 흐르게 하는 밸브를 배열하도록 배열하여야 한다. 그러나, 보통의 점화 장치로 간단하게 점화시키기 위해 제1단부 용기에 구멍이 포함되는 것이 바람직하며 본 발명의 원리를 이용할 때 압력 손실은 수용될 만하다. 구멍은 폭발개시 장약에 인접한 부재의 제1단부에, 또는 부재의 제1단부와 점화 장치 사이에 위치하는 불꽃 장치에 직접 부여될 수 있다.

부재가 실린더형 구조체라고 설명되었으나, 상응하는 강도 특성을 갖는 기타 형태의 용기도 본 발명의 영역내에 있다.

반응 행렬의 부재 제1단부 앞에 제공된 점화 장치는 상기에서 상술한 이유로 인해 고안되고 자유롭게 선정된다. 전기 뇌관(fusehead), 도화선, 도폭선, 저에너지 도폭선, 중공 저에너지 도화선(예 : NONEL, 등록상표), 폭 호일 또는 필름, 광섬유를 통해 전달되는 레이저 펄스, 전자 장치 등 종래의 어떠한 형태의 장치든 이용할 수 있다. 바람직한 것은 주로 열발생 장치이다.

본 명세서에서 실현한 부재는 각종 목적을 위한 독립적 폭발 장치로서 사용될 수 있으며, 또는 점화기, 기폭제, 뇌관(primer) 등에 포함될 수 있다. 그러나 주된 용도는 토목용 기폭제에 사용되는 것이며, 이는 전형적으로 2차 폭약 주장약이 있는 한쪽 단부, 설명한 바와 같은 점화 장치가 삽입되어 있거나 또는 삽입되기 위한 반대쪽 개방 단부 및 적어도 전폭 장치 또 임의적으로 지연 또는 화염-전도성 요소를 함유하는 중간 부위가 있는 공동 관을 포함한다. 그러한 기폭제에서 본 폭발 개시제는, 초기의 저속 신호를, 주장약을 폭발시키기 위한 폭발로 변형시키는 전폭 장치를 구성하기 위한 것이다. 보통의 1차 폭약 전폭 장치는 제2단부를 기본 장약에 접하게 하고(임의적인 중간 장약을 가질 수 있다) 또 제1단부를 점화 장치에 접하게 하여(임의적인 중간 장치를 가질 수 있다) 본 부재로 치환하므로서 대체될 수 있다. 부재 용기는 기폭제 외피관의 구성 요소일 수 있으나, 바람직하게는 관으로 삽입된 분리 구조체이며, 이 목적을 위해 부재와 외부 표면이 관의 내부 표면과 일치될 수 있다.

설명된 종류의 기폭제는, 부재를 사용하여 주장약을 압착하는 것도 가능하지만, 기폭제 외피관의 바닥에 주장약을 압착하고 이어 주장약에 인접하는 위치에 부재를 삽입하므로서 제조될 수 있다. 상기 부재는 바람직하게는 지연 장치와 개시 부재 사이의 점화 또는 화염-전도성 불꽃 조성물과 함께 개시 부재에 임의적으로 삽입된다. 점화 장치는 외피관의 개방 단부에서 삽입되고, 이것은 신호장치(예 : 퓨우즈 튜브 또는 전선)를 통해 연장되면서 신호 장치의 플러그에 의해 밀봉된다. 개선된 신뢰도 및 안정성으로 인해 새로운 경쟁 분야로 더욱 용도가 확장될 것으로 생각되지만, 본 발명의 기폭제는 종래의 기폭제에 적합한 어떠한 분야에서라도 사용될 수 있다.

본 발명은 하기 실증적이고 비제한적인 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명된다.

[실시예 1]

실험실 규모의 볼밀에서 거친 PETN 결정 200g을 8시간 동안 습식분쇄하므로서 PETN의 과립상 생성물을 제조하였다. 결정을 물과 분리한 후 70℃에서 철야 건조하였다. 결정 크기는 2 내지 20미크론이었다. 폴리비닐아세트 약 3g을 에틸아세테이트 약 100g에 용해시킨 후 그 용액을 결정에 첨가하였다. 얻어진 페이스트를 35메쉬 체에 통과시킨 후 얻어진 긴 과립을 70℃에서 철야 건조시켰다. 너무 크거나 너무 작은 입자는 체로 쳐서 제거하였다. 얻어진 과립의 크기는 약 2mm×0.5mm이었다.

길이 23mm, 외부 너비 6.4mm 및 벽 두께 0.6mm인, 저 탄소강의 고인발된 개시 부재를 제조하였다. 부재의 한쪽 단부는 2.5mm의 구멍을 남기고 수축시켰다. 산화납, 규소 및 결합제를 함유하는 불꽃 지연 조성믈 약 300mg을 약 2500N의 힘으로 부재의 제한 단부에 압축시켜 넣었다. 상기 과립상 물질 약 280mg을 지연 장약상의 부재에 채운 후 약 1400N의 힘으로 압축시켰다. 동시에, 압축핀과 장약 사이에 알루미늄 컵(두께가 약 0.3mm이고 중앙 오목 부분의 두께가 약 0.1mm임)을 놓고 부재에 압축시켜 넣었다. 폭발 개시 장약의 평균 밀도는 약 1.25g/cc이었다.

길이가 74mm이고 외경이 7.5mm인 기폭제 외피의 폐쇄된 한쪽단부에 RDX/왁스의 주장약 700mg을 95/5의 비로 채운 후 3000N의 힘으로 압축시켜 최종 밀도가 약 1.5g/cc로 되도록 하였다. 과립상 물질 약 200mg을 주장약상의 외피에 느슨하게 채운후, 컵이 설비된 개방 단부를 갖는 개시 부재를 주장약 쪽으로 약 800N의 힘을 가해 압착시키므로서 주장약과 폭발 개시 장약 사이의 중간 장약에 대한 최대 평균 밀도 약 1.0g/cc를 얻는다.

표준 전기 뇌관 헤드를 기폭제 외피의 개방 단부에 삽입 및 밀봉시켰다. 그와 같이 제조된 기폭 장치 1000개 중 995개는 발사했을 때 적절히 폭발하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 기재된 형태의 개시 부재 구조물을 설명한 바와 같은 지연 조성물로 먼저 채웠다. 실시예 1에 기재된 과립상 물질 140mg 및 200미크론의 입도를 갖는 결정성 PETN 140mg을 지연 장약 위에 채운 후 설명한 바와 같은 알루미늄 컵으로 압축하여 상기와 똑같은 최종 평균 밀도를 갖도록 하였다. 주장약과 개발 개시 장약 사이의 중간 장약에 대해서 상기와 똑같은 결정성 물질 200mg을 사용하였다. 실시예 1에서와 같이 기폭장치를 완성하였으며 1000개의 기폭 장치가 모두 실패없이 발사되었다.

[실시예 3]

표준 튜브로 절단하여 양쪽 단부가 개방된 통상의 건축용 강철(길이 17mm 및 직경 6.4mm)로 개시 부재를 제조하였다. 이 부재에 상기 결정성 물질 140mg 및 과립상 물질 140mg을 넣고 실시예 2에서와 거의 같은 최종 밀도를 얻기 위해 컵으로 압착하였다. 주장약과 느슨한 폭약을 갖는 기폭제 외피에 부재를 밀어넣어 상기와 같은 중간 장약을 형성시켰다. 부재를 삽입한 후, 화염-전도성 조성물 약 100mg을 부재 상에 채운 다음, 실시예 1에서와 똑같은 조성물로 충전된 길이 9mm 및 내경 3mm의 지연 부재를 약 2000N의 힘으로 개시 부재에 대향하여 누른다. 저에너지 퓨우즈 튜우브인 Nonel(등록상표)을 개방된 기폭제 외피단부에 삽입 및 밀봉시켰다. 이러한 종류의 기폭 장치 4000개는 실패없이 발사되었다.

[실시예 4]

거친 PETN이 200g에 스테아르산납 약 2g, 디크롬트리옥시드 1g, 칼륨크리올라이트 1g 및 카아본 블랙 0.2g을 분쇄 전에 가하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 과립상 생성물을 제조하였다. 이 혼합물을 실시예 1에서처럼 분쇄 및 과립화하였다.

점화 장치로서 Nonel(등록상표)을 사용하여 실시예 2에서와 같이 기폭제를 제조하였다. -30℃에서 18개의 기폭 장치가 실패없이 발사되었다.

[실시예 5]

실시예 4의 과립상 물질 대신에 실시예 1의 과립상 생성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 4에서 처럼 기폭제를 제조하였다. 기폭 장치는 -30℃에서 발사되었고, 18개의 기폭 장치 중에서 2개가 폭발하지 않았다.

[실시예 6]

실시예 1의 과립상 물질과 실시예 4의 과립상 물질을 평면상에 별도로 또 자유롭게 위치한 약 2mm 높이의 띠 형태로 만들었다. 2개의 띠를 고온의 화염으로 점화시켰다. 실시예 1의 물질은 화염에 의해 연소될 수 없다. 실시예 4의 물질은 점화 후에 띠의 단부까지 정상적으로 연소되었다.

Claims (26)

1. 2차 폭약중 저압에서 반응 속도를 증가시키도록 적어도 일부가 개질된 것을 특징으로 하는, 지연 또는 화염-전도성 불꽃 조성물을 가지는 점화 수단에 의해, 2차 폭약의 점화에 적합한 제1단부, 기폭 충격의 전달에 적합한 제2단부 및 점화시 2차 폭약이 폭연에서 폭발로까지 전이될 수 있는 중간부를 갖는, 2차 폭약용 용기를 포함하는 무 1차 폭약형 기폭제 부재.
2. 제1항에 있어서, 2차 폭약이 반응 촉매에 의해 개질되는 것을 특징으로 하는 부재.
3. 제2항에 있어서, 촉매의 양이 혼합물의 0.1 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 부재.
4. 제2항에 있어서, 촉매가 미분입자 분말인 것을 특징으로 하는 부재.
5. 제2항에 있어서, 촉매가 과립화된 2차 폭약에 혼입되는 것을 특징으로 하는 부재.
6. 제2항에 있어서, 촉매로서 탄소, 빙정석 또는 알루미늄, 망간, 철, 코발트, 니켈, 수은, 은, 아연, 납, 크롬 및 구리 같은 금속의 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 부재.
7. 제1항에 있어서, 2차 폭약이 개질되어 과립화된 2차 폭약 결정 물질이 되는 것을 특징으로 하는 부재.
8. 제7항에 있어서, 과립상 물질의 2차 폭약 결정이 0.1 내지 100미크론의 무게 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 부재.
9. 제7항에 있어서, 과립상 물질이 2차 폭약 결정용 결합제를 과립상물질의 0.1 내지 10중량% 만큼 함유하는 것을 특징으로 하는 부재.
10. 제7항에 있어서, 2차 폭약 과립이 10 내지 2000미크론의 무게 평균 입도를 갖는 것을 특징으로 하는 부재.
11. 제1항에 있어서, 개질된 2차 폭약이 부재의 제1단부에 인접한 부위에 위치하고, 또 제1단부에 인접한 부위와 제2단부 사이에 보다 적게 개질되거나 개질되지 않은 2차 폭약의 장약을 배열하는 것을 특징으로 하는 부재.
12. 제11항에 있어서, 보다 적게 개질되거나 개질되지 않은 2차 폭약의 부위가 폐쇄된 과립상 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 부재.
13. 제11항에 있어서, 보다 적게 개질되거나 개질되지 않은 2차 폭약의 부위가 결정성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 부재.
14. 제1항에 있어서, 제1단부에 인접한 발화 개시 장약 및 발화 개시 장약과 제2단부 사이의 중간 장약에서 부재가 발화 개시 장약으로부터 중간 장약으로 압착 밀도를 단계적으로 강하시키므로서 장약이 분할되는 것을 특징으로 하는 부재.
15. 제14항에 있어서, 발화 개시 장약이 제1단부 인접에서 개질된 2차 폭약이고 중간 장약 인접에서 결정성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 부재.
16. 제15항에 있어서, 결정성 물질에 대한 개질된 2차 폭약의 중량비가 1 : 5 내지 5 : 1인것을 특징으로 하는 부재.
17. 제14항에 있어서, 발화 개시 장약에서의 압착 밀도 구배가 제1단부로부터 제2단부로 증가하는 것을 특징으로 하는 부재.
18. 제14항에 있어서, 발화 개시 장약의 평균 압착 밀도가 사용되는 폭약의 결정 밀도의 50 내지 90%인 것을 특징으로 하는 부재.
19. 제14항에 있어서, 중간 장약이 결정성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 부재.
20. 제14항에 있어서, 중간 장약에서의 압착 밀도 구배가 제1단부로부터 제2단부로 증가하는 것을 특징으로 하는 부재.
21. 제14항에 있어서, 중간 장약의 평균 압착 밀도가 사용되는 폭약의 결정 밀도의 30 내지 80%인 것을 특징으로 하는 부재.
22. 제14항에 있어서, 발화 개시 장약과 중간 장약 사이의 경계에 벽을 배열하는 것을 특징으로 하는 부재.
23. 제14항에 있어서, 벽이 용기로부터 분리된 컵 또는 디스크이지만 용기에 부착되는 것을 특징으로 하는 부재.
24. 제1항에 있어서, 지연 또는 화염-전도성 불꽃 조성물의 점화수단과 2차 폭약 사이의 용기에 존재하는 것을 특징으로 하는 무 1차 폭약형 기폭 부재.
25. 제1항 내지 제23항중 어느 하나 또는 제24항에 있어서, 부재가 PETN 또는 RDX 또는 둘 모두의 2차 폭약을 함유하는 것을 특징으로 하는 부재.
26. 제1항 내지 제23항중 어느 하나 또는 제24항에 있어서, 부재의 제2단부 부근에 2차 폭약 주장약을 포함하고 부재의 제1단부 부근에 지연 및 화염-전도성 불꽃 조성물을 함유하는 점화수단을 포함하는 무 1차 폭약 중공관 기폭제에 사용되는 부재.