铅丹-硅系延期药延期时间的实验研究

刘立军

（河北六○七化工有限公司，河北邯郸056201）

随着工程爆破的发展，雷管在工程爆破中得到了广泛应用，同时雷管的延期精度根据不同的工程爆破要求也应作出相应改变。例如在煤矿井下就必须选用毫秒延期电雷管进行爆破[1]。当起爆多个装药时，不同段别的延期时间分段顺序起爆，产生的叠加现象使得岩石相互碰撞而变得更加粉碎，同时爆炸产生的地震效应也会因多次爆炸震波的相互干扰而削弱。

近年来，延期药应用技术在工程爆破领域得到了迅速发展，虽然该技术在控制延期时间的精度方面不如电子精确，但由于其结构简单、制造方便、成本低廉且延期时间范围广（毫秒～100秒）、可靠性强而广泛应用于工程爆破实践。S.S.AL-Kazraji等[2]研究了硅系延期药在配方或粒度不同时反应热和反应速度的变化，其中毫秒延期药及其延期雷管在工程爆破技术中得到了应用。延期精度的提高需要研究延期药的燃烧机理以及对各类延期药性能的改进[3]。颜事龙等[4]研究了铅丹-硅系延期药在常温密闭存储将会发生自身氧化还原反应及其反应机理。韩体飞[5]利用高速摄像技术记录了延期药在燃烧传播时的动态特性，并且计算了药柱在不同压药强度下的传播速度。孙玉玲等[6]采用高速摄影技术研究了延期药燃烧的瞬时速度和平均速度。

铅丹-硅系延期药作为一种快速毫秒级延期药，由于具有硅来源广、燃烧热值相对于铁较好、粉碎方便、燃速快、可供调节的延期时间范围广、延期精度高等优点而得到广泛运用。其中硅系毫秒延期药可以分为两种：一种是不含添加剂的基础延期药，另一种是在延期药中加入添加剂（主要是加速或减缓延期药燃速的调速剂、加强物理化学安定性的安定剂、降低摩擦等机械感度效应的钝感剂和延期效应的调节剂等）。韩国[7]采用AM-1和AM-3作为延期药的缓燃剂，测定了延期药的性能变化。廖凯峰[8]分析了DDNP敏化剂对铅丹硅系引火药头性能的影响，提出了DDNP的质量要求。袁和平等[9]为研究点火方式对民用雷管延期元件延期时间的影响，采用高速摄影观察延期体发火状态，得出在引火药头点火方式时，铅延期体延期时间更短的结论。张彦等[10]在研究点火方式对延期时间的影响时，发现同种配方在等差增加的切长时，电点火延期时间会逐渐降低。聂祥进等[11]通过改变雷管的卡腰尺寸与位置，研究压药对雷管延期时间的影响，得出卡腰尺寸越大，燃烧速度越快，延期时间越短，精度越高的结论。陈磊等[12]研究延期体芯数对延期时间精度的影响，具体研究了三芯和五芯延期体的喷火过程。

本文设计Pb3O4/Si系延期药延期时间的测试方法、药柱结构与设计工艺、延期药剂配方以及储存时间与延期时间的关系。通过铅丹-硅系延期药的配方、延期结构、制作工艺等因素对延期时间的影响做了实验研究。

1 实验部分

1.1 原材料

延期药为硅系延期药，氧化剂为铅丹Pb3O4，纯度98%，过80目筛，手工造粒20目；可燃剂硅粉，纯度为99.9%；AM-1和BM-3型缓燃剂；混合剂为无水乙醇。

1.2 延期药配方

将原料按照河北六○七化工厂的延期药配方，以表1质量比进行称量标注批号。

表1 铅丹-硅系延期药配方质量比

1.3 制备延期体

目前工业雷管所用的铅延期体根据拉拔形成中粗、单芯、三芯、五芯铅延期体等型号，具有延时精度高、安全、成本低、制作简单等特点。本文研究中粗、三芯、五芯铅延期体对延期时间的影响。

由于毫秒段别时间短，所以延期体的切长会比较小，本文将对改变延期体切长大小来进行实验研究，实验切长范围在6 mm～14.5 mm之间，研究了延期体切长对延期时间的影响。

本文对延期体的中腰卡印类型进行实验研究，类型分为单印与双印卡腰。卡腰对延期体延期精度的影响主要在于改变延期药的密度。本实验主要研究单印卡腰与双印卡腰的区别，其尺寸均为5.9 mm。

为了研究点火方式对延期元件延期时间的影响，本文试验的铅延期体点火方式分为普通导爆管点燃和电引火药头点燃两种方式。导爆管雷管特点是安全性较强，具有抗静电能力以及抗杂散电流的能力。

DDNP作为铅丹硅系引火药的敏化剂，该敏化剂的含量与发火电流密切相关。DDNP应多次漂洗以降低酸性，溶液酸性越弱，气体产生越少，操作性越强。

毫秒延期药由于延期时间短，延期药经过长时间储存后，延期药或延期体受潮，引起延期时间不准。

将表1中各配方装配成延期药制成的延期体按要求装配成导爆管雷管与电起爆雷管，按实验要求分为18组，每组测试20发，用BC-1B型多功能爆速仪测定秒量。

2 实验结果及分析

2.1 铅丹-硅系延期药燃烧反应机理

通过不同配比的Pb3O4/Si的反应机理的分析认为，在反应的初始阶段主要是氧化剂Pb3O4中的氧在硅的表面与硅充分发生反应，该反应的发生随着硅的表面积的增加而增加，但由于氧的含量有限，继而生成SiO2包裹在硅的表面。

当温度达到480℃时，Pb3O4分解反应开始发生，反应式如下：

表2 延期体实验设计及数据统计

其中固-固反应、固-气反应同时进行。

2.2 延期时间的测量结果

根据BC-1B型多功能爆速仪测定秒量得出延期时间制成表2。

2.3 结果分析

由表2测试结果可知：

（1）根据实验序号1与2实验数据，以三芯与五芯作为拉拔的铅丹硅系列延期药延期时间，五芯铅丹延期体的延期时间略高于三芯铅延期体。

（2）根据实验序号3、4实验数据，随着雷管切长的变化，延期时间也会有不同程度的改变。在批号650的两组实验中切长在10 mm～10.5 mm的延期时间明显高于8 mm～8.5 mm切长的延期时间。后面序号为9、12，13、14与17、18实验也验证了这一结论。

（3）根据实验序号3、5实验数据，单印卡中腰对比于双印卡中腰，单印卡中腰在延期时间上较长。

（4）根据实验7、8实验数据比对可知，二硝基重氮酚（代号DDNP）在延期药中起到敏化作用，所以含有DDNP的延期体延期时间较短。

（5）实验还设计了将批号为801延期药存放三个月后测试延期时间，延期时间将随存放时间的延长而增长。

（6）根据实验延期药配方的不同，Si的添加量增多，延期时间将会小范围增长，添加剂的增多也会增长一定延期时间。

3 结论

本文充分运用对比性实验，研究了不同芯数、不同切长、卡中腰的单双、DDNP的使用、储存时间、延期药配方对延期时间的影响。在相同条件下，采用三芯拉拔的延期体时间较短；延期体切长越长，延期时间越长；采用单印卡中腰相对于双印卡中腰延期时间越长；敏化剂（DDNP）会使延期药的延期时间缩短；延期药会随存放时间的增长，延期时间将增长；延期药配方中硅的含量减小，延期时间将减少；添加剂增多，延期时间也会增长。