烟花爆竹用烟火药剂时间—压力测试研究

张光辉 谭爱喜 江资成 邱昭树 肖家勇

(1.湖南出入境检验检疫局 湖南浏阳 410300;2.北京理工大学机电学院)

烟花爆竹用烟火药剂时间—压力测试研究

张光辉1,2谭爱喜1江资成1邱昭树1肖家勇1

(1.湖南出入境检验检疫局 湖南浏阳 410300;2.北京理工大学机电学院)

根据联合国《关于危险货物运输的建议书——试验手册》(小橙皮书)的要求,建立了烟火药剂时间-压力测试系统,对不同烟火药剂进行了测试,获得的试验结果对黑药、白药判定提供了试验数据,为烟花爆竹危险性分级提供了依据。

烟火药;时间—压力测试;黑药;白药;危险性分级

1 前言

烟花爆竹是特殊消费品,被出口到世界各地。由于烟花爆竹属于《联合国关于危险货物运输的建议书》所规定的第一类爆炸危险品,其安全性能,尤其是运输危险性等级倍受各国政府的重视。2004年联合国危险货物运输专家委员会发布了烟花爆竹运输危险级别默认表(Default list)[1]用以确定烟花爆竹的危险级别,烟花爆竹白药含量是判定其危险级别的主要依据,2006年英国HSL提出以联合国《关于危险货物运输建议书—实验与标准手册》中的2(c)试验[2](时间—压力试验)结果为判定烟火药剂是否为白药的依据[2],即0.5g烟火药剂的从670 kPa到2070 kPa的时间如小于8m s则为白药,否则为黑药,联合国危险货物运输专家委员会采纳了英国的提议,并修改了默认表,2008年HSL向TDG提出议案,修改时间—压力测试的试验装置[3]。时间—压力测试的开展以及联合国默认表的修改将改变现行的烟花爆竹定级体系,影响每年近5亿美元烟花爆竹的贸易。本文在中国率先建立了烟火药时间—压力测试系统对不同类别的烟火药剂进行测试,测试结果与文献资料基本相符,研究为与国外进行技术交流提供了平台,为有效应对国外技术壁垒提供了依据。获得的实验结果对黑药、白药判定提供了试验数据,为烟花爆竹危险性分级提供了依据,为烟花爆竹的安全性评价提供了理论依据。

2 材料与方法

2.1 测试方法

联合国《关于危险货物运输建议书—实验与标准手册》所推荐的2(c)试验可以用于衡量危险性物质被点燃后成长为爆燃的可能性以及压力随时间的变化关系。对烟花爆竹用烟火药剂的时间—压力测试采取的是联合国2(c)试验方法,测试其压力从670 kPa上升到2070 kPa的时间,以时间是否超过8m s作为是否产生爆燃和判断是否为白药的依据。

2.2 仪器设备

2.2.1 压力容器

长89mm,外径60mm,内径20mm,两端开口,一端为点火电极,一端为带泄爆片的泄爆口,筒体开孔装压力传感器,筒体材料为不锈钢材质。

2.2.2 支架

235mm×184mm×6mm的软钢底板和长188mm的70mm×70mm×4mm的方形空心型材。

2.2.3 铝质防爆片厚度0.2mm。

2.2.4 点火系统烟花用电点火头,12v直流恒压点火器。

2.2.5 压力信号处理系统

0-5M pa压阻式压力传感器,集成信号放大器的数据动态存储系统,动态存储系统通过数据线与计算机相连。设备组成如图1所示。

图1 时间—压力测试系统

2.3 试验样品

试验样品是地面礼花的发射药、开苞药,根据要求分别选取了不同药量的粒状黑火药发射药、黑火药开爆药、不同包裹型式的粉状白药开爆药、哨声开爆药作为试验样品,试验时样品状态保持了其在烟花中的状态,未作处理。

3 结果与讨论

3.1 烟花发射药时间—压力测试

烟花发射药一般是黑火药,主要用于将烟花部件发射升空,配方为:硝酸钾75%、硫磺10%、木碳15%,样品状态为粒状。试验曲线见图2、3,试验结果见表1。

表1 发射药p-t结果表

图2 0.5g粉状黑火药p-t曲线

图3 0.2g粒状黑火药p-t曲线

从图2以及表1可以看出0.5g传统黑火药压力从0.69M pa上升到2.07M pa的时间为6.04m s,与HSL的8.6m s相比压力上升时间更短;传统黑火药的测试数据显示,默认表规定的8m s作为判定是否是白药的依据不恰当。比较图2、3以及表1可以得出,压力上升时间随着药量的增大而缩短。

3.2 烟花开爆药时间——压力测试

烟花开爆药用于烟火效果部件的开炸,是衡量烟花危险级别的关键指标。分别选取白药开爆药、哨声开爆药以及不含金属粉高钾/硝钾开爆药作为试验样品,测试时样品状态为粉状。

图4 0.5g包裹白药开爆药p-t曲线

图5 0.5g松散白药开爆药p-t曲线

图6 0.5g哨声开爆药p-t曲线

表2 开爆药p-t结果表

从图4、5以及表2可以看出含金属粉的白药开爆药压力上升时间只是传统黑火药的12%,反应时间越短越容易产生爆燃,相应的危险级别更高,如密闭空间存积的含金属粉白药过多,则可能发生整体爆炸;对包裹/松散药剂的试验还可以得到是否对试样进行包裹对结果的影响不大。

从图6以及表2可以得到,新型开爆药——哨声开爆药的压力上升时间与白药基本相同,且最高压力更大,其产生爆燃的可能性比白药更高。

图7以及表2可以得到,高氯酸钾/硝酸钾开爆药0.69M pa到2.07M pa压力上升时间远长于含金属粉的白药开爆药。考虑到烟花开爆效果的需要,只含硝酸钾而不含高氯酸钾的开爆药无法达到开爆效果,笔者建议将烟火药p-测试时压力从0.69M pa上升到2.07M pa是否大于3m s作为判定烟火药是否为白药的依据,大于3m s为黑药,否则为白药。

图7 0.5g黑药开爆药p-t曲线

4 结论

(1)时间-压力测试结果可以用于衡量烟火爆竹用烟火药剂是否产生爆燃。

(2)白药开爆药与传统黑火药相比压力上升更快,新配方开爆药爆炸性能有必要通过时间-压力测试获得,从而更准确的界定其储运危险级别。

(3)0.5g烟火药剂的从670 kPa到2070 kPa的时间是否小于8s作为判定烟火药剂是否为白药的判据有待进一步完善。

[1] Recommendations on the Transport of Dangerous Goods–Manual of Tests and Criteria-Fifth revised edition.

[2] Twenty-ninth session Geneva,3-12(a.m)July 2006 Item 2 of the provisional agenda

[3] Twenty-fourth session Geneva,1-9 December2008 Item 2 of the provisional agenda

Experimental Study on Time/Pressure Tests for Pyrotechnic Com position in Fireworks

Zhang Guanghui1,2,Tian A ixi1,Jiang Zicheng1,Qiu Zhaoshu1,Xiao Jiayong
(1.Hunan Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Liuyang,Hunan,410300;2.College of Mechatronic Engineering of Beijing Institute of Techno logy)

Based on the requirements of UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods–Manual of Tests and Criteria(Small Orange Book),the time/pressure test system for pyrotechnic composition has been established to test different kinds of pyrotechnic composition.The testing results are the evidences for the determination of the black pow der and flash composition and the classification of it’s hazard characteristics.

Pyrotechnic Composition;Tim e/Pressure Test;B lack Powder;Flash Composition;Classification of the Hazard Characteristics

TQ51