塑料导爆管的研究与制备

吴林美，黄 强，王艳芳

（中国石油石油化工研究院，北京100195）

塑料导爆管的研究与制备

吴林美，黄 强＊，王艳芳

（中国石油石油化工研究院，北京100195）

介绍了塑料导爆管（简称导爆管）的种类、起爆原理、生产工艺以及国内外的开发应用概况，比较了国内普通塑料导爆管常用原料低密度聚乙烯（PE－LD）各牌号间的性能差异，并考察了1I2A和18D0两种牌号原料制造导爆管的热稳定性和结晶性能。研究表明，两种牌号原料的熔体流动速率、密度等基本性能接近，其中1I2A制备的导爆管对炸药的粘附性略好。

塑料导爆管；低密度聚乙烯；结晶性能

0 前言

导爆管在民用爆破器材行业占有重要地位，已成为爆破工程中网络连接必要的组成部分。与导爆索、导火索等索类爆破器材相比，导爆管具有较高安全性、经济性、优良点火能力和对不同爆破环境的适应应力。因此，导爆管在我国发展迅速且前景良好。

导爆管是一种内壁涂敷有极薄层炸药粉（一般为黑索金、适量铝粉以及其他添加剂组成的混合药粉）的塑料空心软管。其外径通常为2.8～3.1mm，内径为（1.4±0.1）mm。

导爆管起爆后，管内将产生爆轰波，并以约2000m/s的速度在管内稳定传播。从外观来看，管中爆轰波的传播似一闪光在软管内通过，而管壁没有任何破损。导爆管通常不会在火焰和碰撞作用下被起爆，即使经过扭曲、打结后仍能正常使用。

1 导爆管的种类

导爆管按结构可分为单层、双层和3层，按拉伸强度可分为普通导爆管和高强度导爆管，按导爆管的颜色又可区分导爆管是否已经使用及所装配雷管的段别。

1.1 变色导爆管

普通导爆管传爆前后外观上无明显变化，只有在较强光线下逐根仔细对照方能鉴别是否传爆，存在安全隐患。使用变色塑料导爆管可增加产品的安全性。爆炸前的PE－LD管体基本为透明状态，在爆炸时有化学反应发生，除了生成气体，同时还生成固体着色物质，爆炸后，具有较高压力和较高温度的膨胀波将固体着色物质均匀地涂覆在导爆管内表面，同时导爆药本色随着爆炸化学反应而消失，传爆后导爆管呈现固体着色物质的颜色。这是由于在炸药中加入了氧化铜、氧化铁、炭黑、石墨及气体有机染色物质等着色物质［1］。目前，市场上的导爆管基本均为变色导爆管。

1.2 高强度导爆管

与普通导爆管相比，高强度导爆管拉伸强度更大，耐油、耐温的性能更好。一般单层导爆管为普通导爆管，原料为PE－LD，目前厂家应用的牌号有18D0和1I2A等。高强度导爆管一般为2层或3层，国内生产的高强度导爆管基本为2层。外层采用高密度聚乙烯（PE－HD）/PE－LD共混，PE－HD能增加导爆管的强度，PE－LD能提高其柔韧性和延伸性；内层采用黏稠性物质（聚异丁烯），可以增强对炸药的粘附性［2］。如专利00123243.6将 PE－HD（2098）作为增容剂与 PE－LD（GF7750）、PE－HD （2F0.3A）共 混，将 PE－HD（GC7260）作为增容剂与 PE－LD（2F0.4A）、PE－HD（5000S）共混均能作为高强度导爆管的原料。

高强度导爆管主要用于提高导爆管的拉伸强度、耐油、耐高低温等技术指标，从而提高导爆管的性能，扩大其应用范围。普通和高强度导爆管在持续拉伸时间均为1min时测得的拉伸性能如表1［3］所示。

表1 导爆管拉伸性能要求Tab.1 Tensile property of nonel tube

高强度导爆管的其他性能要求有：

爆速：导爆管在温度为（20±10）℃下，爆速应不小于1600m/s；

起爆感度：－40～50℃时，用1发8＃工业雷管能同时起爆20根导爆管；

安全性：导爆管在电压为30kV、电容为330μF、极距为10cm的静电场中，1min不起爆，导爆管受火焰作用不起爆；

传爆可靠性：在温度为（20±10）℃下起爆导爆管，应能正常传爆，且管壁不应被击穿；

抗震性能：导爆管在震动试验机上震动1min后，能正常传爆；

低温耐折性：导爆管在温度为－（40±3）℃下，贮存1h后取出，应不开裂、不折断、传爆性能可靠；

抗油性：高强度导爆管浸入温度为（80±5）℃、压力为（0.3±0.02）MPa的0＃柴油内，自然降温，经24h后取出，传爆性能可靠；

变色性：变色导爆管传爆前后管壁颜色应发生明显改变。

2 国外导爆管的研发

2.1 国外导爆管的发展过程

Persson［4］在1967年试验导爆管时，把两步起爆引到塑料管中，用长100m的塑料管，在其内壁涂上薄薄的1层炸药层（20mg/m）。该塑料管在炸药爆炸后部分破坏，爆炸时拿在手上也无不良感觉，这便是目前导爆管的雏形。

瑞典的硝化诺贝尔公司首先推出Nonel系统，于1971年获得专利，1976年投产，并先后转让给美国、加拿大等国家，代诺诺贝尔股份有限公司、美国奥斯汀炸药公司、英国帝国化学工业集团等公司相继生产该产品。最初，国外的导爆管为单层结构，原料为苏林（Surlyn）塑料［乙烯－（甲基）丙烯酸锌盐、钠盐、锂盐等离子键聚合体］。其优点是对药粉粘附性较好，具有透光性，便于通过管壁检测药量，具有良好的熔化流动性；其缺点是拉伸强度和韧度不够，抗水和耐油性较差。瑞典诺贝尔公司也曾研制成功一种称为“HT”的高温导爆管，可在不大于65℃的情况下使用；1990年，英国ICI公司推出一种称为“EXEL”的新型单层塑料激波管起爆系统，能够在－40～70℃下使用。这种塑料管由聚烯烃制成，通过特殊处理强化其表面特性，能使薄层炸药粉末粘附在管内壁［4－5］，通过冷拉伸取向处理进一步提高其拉伸性能。国外又相继开发出耐温性和拉伸强度均较高的2层和3层复合导爆管，其内层一般为Surlyn塑料，外层为聚酰胺、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯或其他改性PE材料。其内层对药粉有良好的粘附性，兼有抗轴向破坏性能。中间层及外层具有抗轴向拉伸、防水、防油、防腐蚀、防老化、抗磨损及加颜色标记等作用［6］。如 Mudeg［7］发明的3层共挤出的导爆管，如图1所示，内层采用的是Surlyn塑料，中间层采用乙烯－乙酸乙烯共聚物（EVA）或者乙烯－丙烯酸甲酯共聚物 （EMA），外层采用聚烯烃树脂。

图1 高强度塑料导爆管的剖面示意Fig.1 Section structure for nonel tube with high strength

2.2 国外导爆管的研究现状

随着塑料及其挤出技术的不断发展，导爆管的品种更加多样化，应用领域也更加广泛，目前，国外市场塑料导爆管主要有3种。

（1）缠绕细丝型，是以 Posson［8］、Janoski等［9］的专利为基础，小尺寸导爆管外面套有光纤，内装高氯酸铝或铵化合物，光纤由硝化纤维制成。这种导爆管可以通过调整外层厚度、外层原料以及光纤材料等来适用不同量和种类的炸药；

（2）充气式，是以气体作为可燃物，在塑料导爆管中装入如氧气或甲烷的可燃性气体。用泵将气体压入一个管中，这个管通过三通连接许多管，为了确认整个管系统中充满气体，还要设计一个回到气体源的回路；

（3）薄层炸药型，是应用最广泛的一种导爆管，是基于Persson［10］专利的一种内壁粘附炸药的小管径的空心塑料管。

国外的单层塑料导爆管一般采用线形低密度聚乙烯（PE－LLD）、EVA、乙烯－丙烯酸共聚物（EAA）等共混制得。多层高强度导爆管一般采用极性较大的材料（如EVA和EAA）为主要原料，可以很好地粘附炸药粉末［11］。2层导爆管内层一般采用EVA，外层多用PE。而3层导爆管，内层采用Surlyn塑料，中间层采用EMA或者EVA，最外层为PE。Surlyn塑料与炸药不发生反应，熔融塑料只会产生轻微的静电载荷。在生产过程中，由于静电吸附，药粉会粘附在导爆管的内表面。尽管Surlyn塑料有较好的耐热性，但是单层Surlyn塑料管硬度较大，其传送性能较差。为提高其传送性能，外层多用聚烯烃类［如美国陶氏化学工业有限公司（简称陶氏化学）的PE－LLD（2045－A）］，可提高导爆管的弹性和柔韧性。Surlyn塑料目前只有美国杜邦公司能够生产，其具体牌号和相关性能如表2所示。国外导爆管常用的EVA、EMA、EAA相关牌号及性能如表3所示［12－14］。

表2 Surlyn塑料的牌号及性能Tab.2 Trademakes and properties of Surlyn

表3 国外导爆管常用原料牌号及其性能Tab.3 Material brands often used in foreign nonel tube and their performances

制备3层复合型导爆管时，一定要在精确温度下保证每一层均发挥相应作用。通常对第一层抽真空或预热，这样就会和护套层很好的黏结，最重要的是在加入第二层或者第三层之前要将第一层拉伸，其目的就是在减小层厚度的同时增加导爆管的拉伸强度。

3 国内导爆管的开发

我国自20世纪70年代开始研制导爆管，70年代末开始推广应用。由于导爆管具有抗静电性能好、操作安全简便、网络设计灵活、性能稳定等诸多优点，因此广泛应用于各种爆破场合。国内导爆管最早由南京理工大学研制成功，继而陆续开发出经济型、变色型导爆管，并将这些技术转让给导爆管生产厂家，得以推广和应用。

3.1 国内导爆管市场和开发现状

我国在民用爆破器材行业“十·一五”发展计划纲要中明确提出要发展导爆管和导爆索，逐步限制和淘汰导火索，因此导爆管发展势头强劲。以普通导爆管用原料PE－LD为例，我国导爆管厂家的用量约为30～40kt/a，国内较大型的塑料导爆管厂家的PE－LD年用量如表4所示，基本为市场年用总量的一半。

由于导爆管自身的优异特性以及国家的政策引导，其市场需求量居高不下，国内生产的导爆管约占国内导爆管市场份额的80%。但是对于使用条件、性能要求高的导爆管的主要依赖进口。

为使导爆管满足更多、更高的要求，国内的一些导爆管生产厂家通过与科研院所合作、专利转让或者引进国外的先进技术等途径，开发出可应用特殊环境的导爆管。例如，西安庆华民用爆破器材有限公司和辽宁华丰化工集团开发的导爆管新产品前列全国；山东武岭爆破器材厂引进澳大利亚技术，生产出柔顺性好的“无记忆”复合高强度导爆管；刘永丰［2］使用PE－HD、改性PE－LD、注塑级PE－HD、抗氧剂等制备出强度高、耐低温性能好的“无记忆”高强度导爆管，其各项性能优于进口产品。

表4 国内主要导爆管厂家PE－LD的年用量Tab.4 PE－LD dosage of main nonel tube factories

3.2 普通导爆管用原料

目前，国内导爆管采用的主要原料基本为中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司（简称燕山石化）生产的PE－LD（1I2A）和中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司（简称大庆石化）的PE－LD（18D0），其主要性能列于表5。最初，导爆管生产厂家基本选用PE－LD（1I2A）为原料，因为其质量稳定、价格合理，生产的导爆管各方面性能良好。随着导爆管市场的发展，原料用量逐渐增大，PE－LD（1I2A）供不应求。2010年初，PE－LD（1I2A）的售价高达2万元/t，塑料导爆管厂家出于成本的考虑，开始试用其他牌号的PE－LD与其共混的方法生产。由于PE－LD（18D0）的价格优势，尽管用其制备的产品在性能上有一些不足（如料条带水、对炸药粘附性和变形回复性有待改善等），但部分导爆管生产厂通过改变生产工艺，也能生产出符合要求的导爆管。

表5 PE－LD（1I2A）和PE－LD（18D0）的基本性能Tab.5 Basic performance of PE－LD （1I2Aand 18D0）

3.3 普通导爆管的生产工艺

导爆管的生产步骤依次为挤出、冷却、牵引、缓冲。其中，缓冲是将牵引设备传送过来的导爆管储存在缓冲设备的滑轮上，然后将导爆管卷绕、捆扎和封口等。

目前国内大多数导爆管生产厂仍采用人工卷绕导爆管，费时费力。张加纯等［15］发明了一种导爆管的加工设备，将卷绕设备、捆扎设备、封口设备、剪断设备、脱料设备固定在机架上，捆扎设备、封口设备、剪断设备位于卷绕机的侧面，脱料设备位于卷绕机下面，实现了导爆管生产自动化，提高了生产效率。

国内导爆管生产企业通过引进国外高速、多层的导爆管全套生产设备不断完善生产工艺，生产速率将提高2倍以上，对原材料的品种、品质也会提出更新更高的要求。

从表5可以看出，PE－LD（18D0）和PE－LD（1I2A）的基本性能比较接近。PE－LD（1I2A）的结晶温度比PE－LD（18D0）低2.9℃，熔融温度低1.4℃，从熔融到结晶固化过程较长，使得PE－LD（1I2A）制备的导爆管对炸药品的粘附性能略好。

4 结语

国内塑料导爆管发展较快，但与国外同类产品还有很大差距，高强度、多功能导爆管的市场主要由国外产品占据，需要各石化公司和导爆管生产企业合作开发；国内普通导爆管所用原料市场缺口较大，目前PE－LD（1I2A）和PE－LD（18D0）是市场上主要的原料，建议石化企业加大导爆管专用料的开发力度，满足该领域对塑料不断提高的质和量的需求。随着高速多层挤出导爆管生产设备的引进，对原料的要求将有所变化和提高。

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Research and Preparation of Nonel Tubes

WU Linmei，HUANG Qiang＊，WANG Yanfang
（Petrochemical Research Institute of Petro China，Beijing 100195，China）

The classification and ignition principles of nonel tube as well as its foreign and domestic production and application were introduced.Two domestic PE－LD－based nonel tubes，trademark 1I2Aand 18D0，were compared.Although the melt flow rates and density of the two nonel tubes were similar，the gunpowder adhesion of 1I2Awas better.This was attributed to the difference in the thermal stability and crystallization behavior of the materials.

nonel tube；low density polyethylene；crystal property

TQ320.72＋4

A

1001－9278（2011）12－0012－05

2011－09－08

联系人，huangqiang＠petrochina.com.cn