Спосіб виготовлення теплової ударної трубки і теплова ударна трубка, виготовлена цим способом

1. Спосіб виготовлення теплової ударної трубки, що включає таку послідовність дій: - попередньо ретельно перемішують окислювачі, підсилювач адгезії і добавку, що знижує чутливість, з утворенням суміші І, - суміш І подають в один дозувальний бункер, а легкозаймисті речовини подають в інший дозувальний бункер, - розраховані пропорції суміші І і легкозаймистих речовин безупинно додають за допомогою двох рівнобіжних дозуючих шнеків чи за допомогою вібродозаторів або за допомогою будь-якого іншого звичайного засобу масового чи об'ємного мікродозування, оснащеного електричними двигунами з контролером частоти чи будь-яким іншим традиційним контролером у контурі керування з екструдером пластмасової трубки, причому ці пропорційні кількості безупинно подають на роликовий змішувач-гомогенізатор із сітчастим днищем, з одержанням невеликої кількості кінцевої чутливої піротехнічної суміші, причому сітчасте дни ще з'єднане з екструзійним кільцем екструдера пластмасової трубки; - паралельно з одержанням піротехнічної суміші розплавлений полімер витягують через кільце екструдера, формуючи пластмасову трубк у, одночасно з цим кінцева піротехнічна суміш під дією сил тяжіння надходить усередину формованої пластмасової трубки, формуючи теплову ударну трубк у. 2. Теплова ударна трубка, що містить здатну до окислювально-відновної реакції піротехнічну суміш, що містить такий оптимальний склад суміші: 2 (19) 1 3 83253 4 створення високотемпературної іскри, низька температура Тамана, генерування продуктів реакції з високою теплопровідністю і/чи конвекцією, створення об'єму газу, достатнього для проходження через вигини, вузли чи перешкоди в тр убках, посилення адгезивних властивостей і зниження чутливості піротехнічної суміші до удару і тертя. 6. Теплова ударна трубка за п. 2, яка відрізняється тим, що містить речовини з низькою температурою Тамана як добавки до активних сумішей, які використовують у відомих ударних тр убках. 7. Теплова ударна трубка за п. 2, яка відрізняється тим, що містить речовини, які мають властивість генерувати продукти реакції з високою теп лопровідністю і/чи конвекцією, як добавки до активних сумішей, які використовують у відомих ударних трубках. 8. Теплова ударна трубка за п. 2, яка відрізняється тим, що містить речовини, які мають властивість підсилювати адгезивні властивості, як добавки до активних сумішей, що використовують у відомих ударних трубках. 9. Теплова ударна трубка за п. 2, яка відрізняється тим, що містить речовини, які мають властивість знижувати чутливість суміші до удару й тертя, як добавки до активних сумішей, що використовують у відомих ударних тр убках. Даний винахід має відношення до способу виготовлення теплової ударної трубки і до теплової ударної трубки, виготовленої цим способом, яка використовується як пристрій для передавання сигналу для з'єднання і запалу колон вибухових зарядів або як вогнепровідного пристрою, що доповнюється, як правило, сповільнювачем, чи використовується як сповільнювач, який використовує піротехнічну суміш з низькою чутливістю до запалення від удар у чи тертя, з низькою токсичністю, що створює іскру з більш високою тепловою продуктивністю, причому зазначений спосіб надає можливість безупинного й окремо дозованого додавання індивідуальних неактивних компонентів із одночасним формуванням пластмасової трубки, що робить спосіб безпечним і більш точним з погляду доз ування, причому зазначений виріб зберігає переваги відомих піротехнічних ударних трубок щодо ударно-хвильових трубок: більш високу точність передачі й чутливість, поширення навіть при наявності розрізів чи прорізів у трубках і приналежність до транспортної групи малого ризику, а також має додаткові переваги: використання слабо токсичних компонентів, використання звичайних дешевих полімерів, що мають низьку адгезію, створює іскру, що може поширюватися через вузли, закриті вигини й перешкоди в трубках, стійкість до поломок при руйнуючому впливі компонентів гарячих емульсійних вибухови х речовин. З початку 1970-років плавкі запобіжники для малопотужних сигналів, у комерційному застосуванні відомі як «неелектричні детонатори» чи «ударні трубки», широко використовують для з'єднання і запалу вибухови х зарядів в області гірничорудних і кар'єрних розробок. Такі пристрої, що продаються під товарними знаками NONEL, EXEL, BRINEL і т.д., прийшли на зміну електричним капсулям-детонаторам, що підпалюються через металеву проводку, і зробили революцію на ринку детонаційних пристосувань, завдяки легкості їхнього приєднання і застосування, а також властивої їм безпеки від випадкового запалення під впливом індукції випадкового електричного струму. В даний час способами і виробами, що використовують як компоненти бризантні вибухові ре човини (надалі називані «традиційними ударними трубками»), є: 1) В американському патенті US 3,590,739 вперше розкрита традиційна ударна трубка. У цьому документі запропонований спосіб екструзії пластмаси, у результаті якого формується кругла трубка з зовнішнім діаметром, у межах від 2.0 до 6.0мм і внутрішнім діаметром, у межах від 1.0 до 5.0мм, у яку безупинно в міру формування трубки подають вторинний вибухо вий порошок типу НМХ (октоген), RDX (гексоген) чи PETN (пентрит), отриманий кінцевий продукт відомий як неелектрична ударна трубка, яка продається під товарними знаками NONEL і EXEL. Збуджена за допомогою первинного вибухового капсуля-детонатора, традиційна ударна трубка створює газову ударну хвилю зі швидкістю передачі сигналу в діапазоні від 1,800 до 2,200м/с. Подальші удосконалення включають додавання алюмінію з метою збільшення питомої енергії і використання іономерних полімерів, типу SURLYN для поліпшення адгезивных властивостей порошку; 2) В американському патенті US 4,328,753 розкрита традиційна ударна трубка, що складається з двох шарів, внутрішнього шару, виконаного з полімеру, що забезпечує зчеплення з вибуховою порошковою сумішшю, і зовнішнього шару, виготовленого з полімеру, що забезпечує механічну міцність, причому найбільш придатним полімером для внутрішнього шару є іономер SURLYN, а для зовнішнього - поліпропілен, чи поліамід полібутен. Цей виріб став удосконаленням вихідної тр убки NONEL, оскільки застосування одного тільки іономера SURLYN є дорогим, а також тому, що іономер SURLYN має низьку стійкість до зовнішніх ушкоджень; 3) У європейському патенті ЕР 027 219 і його часткових продовженнях US 5,317,974 і US 5,509,355 розкриті одношарова ударна трубка і спосіб її виготовлення, у якій використовуваним полімером є лінійний поліетилен низької щільності (LLDPE - Linear Low Density Polyethylene) з незначною кількістю підсилювача адгезії, а трубку виготовляють екструзією із зовнішнім і внутрішнім діаметрами більшими, ніж у кінцевої трубки, потім трубку витягають з метою орієнтації молекул полі 5 83253 меру LLDPE, додаючи кінцевій трубці більшу межу міцності на розрив. Усі пункти формули винаходу передбачають наявність незначної кількості підсилювача адгезії в складі полімеру, оскільки загальновизнано серед фахівців, що вибухова речовина має слабке зчеплення з полімером LLDPE. Незважаючи на заяви даних формул винаходу, кращими традиційними ударними трубками продовжують залишатися трубки, виконані в два шари, а полімером для внутрішнього шару продовжує залишатися іономер SURLYN, незважаючи на те, що навіть невеликий зсув вибухового порошку з поганою адгезією робить можливими збої в поширенні сигналу внаслідок порушення безперервності шару вибухового порошку чи внаслідок концентрації сипучого вибухового порошку в нижніх частинах трубки під час експлуатації; 4) В американському патенті US 5,166,470 запропонована одношарова трубка, виготовлена з полімеру LLDPE, аналогічна описаній у ЕР 027 219, у яку поміщають додатковий тонкий шар гідрофільного полімеру, подібного до полівінілового спирту (PVA, полівінілацетат), пропускаючи пластмасову тр убу через розчин полімеру, наприклад, у воді, і висушуючи розчин. Мета полягає в тому, щоб зробити трубку менш проникною для вуглеводнів, що присутні в емульсійній вибуховій речовині. Особливо агресивним стосовно полімеру LLDPE є гаряче дизельне паливо, і тривалий контакт трубки з емульсіями, основу яких складає гаряче дизельне паливо, стає причиною збоїв у поширенні сигналу. Захисна плівка з PVA (полівінілацетат) тендітна і не прилипає до полімеру LLDPE, тому необхідно проводити попередню обробку очисником (наприклад, хромовою кислотою), гарячим повітрям чи підсилювачем адгезії (наприклад, сополімером етиленвінілацетата (EVA) фірми Vinamul). Подальшим розвитком вогнепровідних шн урів низькоенергетичної передачі став винахід трубок, усередині яких, замість вибухових речовин, що містять бризантну вибухову речовину, застосовувалися піротехнічні суміші. В даний час відомі наступні способи і вироби, що використовують піротехнічні суміші, згадувані далі як «піротехнічні ударні трубки»: 1) У бразильському патенті РІ 8104552, власником якого є заявник за даною заявкою, вперше розкрита піротехнічна ударна трубка. У ньому розкритий спосіб екструзії пластмаси, у результаті якого формується кругла трубка із зовнішнім діаметром, що знаходиться в діапазоні від 2.0 до 6.0мм, і внутрішнім діаметром, що знаходиться в діапазоні від 1.0 до 5.0мм, усередину якої безупинно в міру формування трубки вводиться вибуховий порошок піротехнічної суміші К2Cr2О7 + Аl чи Mg, Fе2 О3 + Al чи Mg; Sb2 O3 + Al чи Mg; Sb2O 5 + Al чи Mg; чи О2 + Al чи Mg, отриманий кінцевий продукт називають піротехнічною ударно-хвильовою трубкою, що продається під товарним знаком BRINEL. У подібній трубці, при її ініціації за допомогою первинного вибухового детонатора, генерується реакція алюмінотермії без вивільнення газів, і створюється плазма для передачі енергії; 2) В американському патенті US 4,757,764 6 описується неелектрична система керування ініціюючим сигналом у вибухових операціях, у якій використовують пластмасову трубку з нанесеною на її вн утрішню поверхню сповільнюючої піротехнічної суміші, зокрема, використовують повільні реакції, швидкості яких значно нижче, ніж у традиційних ударних трубках і детонаційних шнура х, з метою використання трубок попередньо заданої довжини, щоб одержати малий час затримки в діапазоні мілісекунд, замість традиційних елементів затримки. Капсулі-детонатори, приєднані до пластмасової трубки, завжди миттєвої дії, без елементів затримки в капсулі, і тому винахіднику не потрібно піклуватися ні про оптимізацію теплового впливу іскри, ні про видалення токсичних компонентів, ні про забезпечення проходження через перешкоди в трубці, ні про зменшення чутливості суміші до тертя і механічного удару, ні навіть про адгезивні властивості суміші щодо трубки, ні про опір руйнівному впливу гарячих вуглеводнів в емульсійних вибухови х речовинах. Очевидно що, відповідно до опису винаходу і у всіх приведених прикладах, його використання як елемент затримки обмежено діапазоном десятків мілісекунд, що недостатньо для більшості сповільнювачів, застосовуваних на практиці. Існує безліч інших низькоенергетичних вогнепровідних шн урів, представлених у патентах чи у комерційному використанні, усі вони включені в даний опис як довідкова інформація. Трубки передачі сигналу звичайно доповнюють установкою в їхньому наконечнику капсулядетонатора сповільнювача, причому такий детонатор виконаний з металевого капсуля, що містить усередині два шари спресованого вибухового порошку, причому нижній шар є вторинною бризантною вибуховою речовиною, а верхній шар є первинною, чуттєвою до полум'я вибуховою речовиною, доповненою сповільнювачем, що складається з металевого циліндра, що містить усередині ущільнений стовпчик порошкоподібної сповільнюючої піротехнічної суміші і, найчастіше, додатковий стовпчик піротехнічної суміші, чуттєвої до високої температури, отриманої внаслідок ударної хвилі трубки. Спосіб виробництва традиційної ударної тр убки, так само як і сам кінцевий виріб, мають наступні недоліки: а) При виробництві трубки, заповненої вибуховими речовинами (RDX (гексоген), НМХ (октоген) чи PETN (пентрит) є токсичними й небезпечними речовинами), існують ризики як випадкових вибухів, так і ризики, типові при роботі з токсичними матеріалами, що вимагають особливої обережності і застосування спеціальних захисних засобів на виробничій лінії. Використання молекулярних вибухови х речовин затруднює додавання неактивних компонентів у процесі екструзії трубки; б) У традиційній ударній трубці продуктами реакції в основному є гарячі гази, що, виходячи з трубки, розширюються із втратою теплоти, причому така втрата теплоти перешкоджає запаленню сповільнюючої піротехнічної суміші. Вибухові порошки більш уповільненої дії особливо нечуттєві до газів, що виходять з ударної тр убки. Необхідно 7 83253 або додати додатковий стовпчик чуттєвої піротехнічної суміші, щоб зробити ланцюжок вибухів безупинним, або використовувати піротехнічні суміші, більш чуттєві до тепла і з більшою довжиною стовпчика. У результаті чого кінцевий продукт має більш високу собівартість виробництва, а при обробці і транспортуванні піротехнічної суміші є високі ризики випадкового запалення; в) Зчеплення кристалічних вибухови х речовин (RDX, НМХ, PETN) у пластмасових трубках - слабке, що вимагає застосування спеціальних виробничих процесів і використання спеціальних, дорогих полімерів, звичайно іономерних полімерів, наприклад іономера SURLYN, щоб мінімізувати скупчення сипучого порошку на окремих ділянках трубки й уникнути порожнеч. Погані адгезивні властивості полімеру LLDPE особливо відомі. Істотно, що найвідоміші комерційні марки продовжують використовува ти двошарові трубки, з іономером SURLYN як внутрішній шар, незважаючи на зусилля поліпшити адгезивні властивості полімеру, змінюючи його рецептуру; г) при традиційному заповненні ударної трубки недостатні критична маса і критичний діаметр для належного поширення ударної хвилі відповідно до класичної теорії вибуху. Дані, отримані покійним доктором Персоном, винахідником першої ударної трубки, полягали в тому, що ударна хвиля безупинно підтримується вибухом пилу вибухового порошку, зміщеного деформацією пластикової трубки, викликаною ударною хвилею за реактивним фронтом. Через цю особливість традиційна ударна трубка дає збої, якщо у вн утрішній трубці спостерігаються порізи чи близько розташовані перешкоди, що розсіюють ударну хвилю. На практиці у випадку несподіваних розрізів, розтягань, вузлів, отворів чи близько розташованих вигинів трубка могла давати збої в дистанційній детонації; д) Традиційна ударна трубка чуттєва до ефекту, що називається в промисловості «клацання, ляскання, постріл» ("slap, snap and shoot"): якщо при розтяганні трубки відбувався розрив, це могло привести до несподіваного запалення в специфічних умовах механічного вивільнення енергії, про що повідомлялося в статті, представленій на 28-ій щорічній конференції ISEE, Лас Вегас, 2002, і у всіх каталогах і те хнічних бюлетенях традиційних ударних тр убок. Стаття і технічні бюлетені деяких комерційних ударних трубок включені в даний опис як довідкова інформація. є) У багатьох країнах традиційна ударна трубка класифікується для транспортних цілей як вибухова речовина, що приведе до додаткових витрат і пов'язаних із транспортуванням труднощів, головним чином унаслідок пов'язаного з боротьбою з тероризмом жорсткості законодавства в сфері поводження з вибухонебезпечною продукцією; ж) Традиційна ударна трубка дає збої в поширенні після тривалого перебування під водою при тиску, що перевищує 2 бари, що часто відбувається на практиці, внаслідок гідрофільних властивостей іономерних каучуків, таких як SURLYN; з) Трубки, виготовлені тільки з іономера SURLYN, мають низьку межу міцності і низький 8 опір стиранню, вигинам, вузлам і т.д., вимагаючи спільної екструзії з додатковим зовнішнім шаром поліетилену. Хоча в даному способі також використовують дорогий іономер SURLYN; и) Звичайні вибухові порошки не мають достатньої енергії активації, необхідної для послідовної детонації, у випадку псування внутрішньої поверхні трубки гарячими вуглеводнями (найбільш імовірно - дизельним паливом) з вибухови х емульсій. Полімери, включаючи LLDPE, дуже чуттєві до агресивного середовища. Незначні кількості підсилювачів адгезії, найбільш імовірно - сополімерів EVA, навіть більш піддані руйнівному впливу з боку летучи х фракцій дизельного палива. Необхідна додаткова плівка з гідрофільного полімеру типу PVA, однак абразивна стійкість такої плівки в тяжких умовах експлуатації винятково низька, що стає причиною зняття плівки і збоїв у роботі. Автор провів ряд іспитів покритих полімером PVA трубок, що довели погані адгезивні властивості плівки; к) Відповідно до специфікацій, опублікованих виробниками, швидкість дефлаграції в традиційній ударній трубці коливається в діапазоні від 1,800 до 2,200м/с, тобто є відхилення в межах 10% від середньої швидкості, рівної 2,000м/с. Цей відносно широкий діапазон перешкоджає точному розрахунку сповільнювача. І в американських патентах 5,173,569, 5,435,248, 5,942,718 і в бразильському патенті РІ9502995 від автора даного винаходу, у всіх ци х патентах як ініціюючий заряд електронного сповільнювача капсуля-детонатора використовують ударну тр убку. Такі капсули характеризуються високоточним електронним сповільнювачем. Проте, до тимчасової погрішності, властивій електронному ланцюгу, додається тимчасова погрішність, що залежить від конкретної довжини трубки. У типовій трубці, що має довжину 21м, що використовують у кар'єрних розробках відкритим способом, така погрішність, приблизно, знаходиться в діапазоні +/- 1мс, тоді як погрішність, властивого електронного ланцюга, як правило, знаходиться в діапазоні +/- 0,1мс; л) У процесі дефлаграції в традиційних ударних трубках виникають газоподібні продукти реакції, що забезпечують ударну хвилю, що швидко розсіює більшу частину вивільненої теплової енергії, внаслідок розширення газів при виході їх з наконечника трубки. З цієї причини викид із традиційної ударної трубки не здатний запалити суміш сповільнювача, що має слабку чутливість до вогню і вимагає додаткового високочутливого до вогню запалюючого елемента для запалення сповільнювачів, що займаються повільніше. Суміші, високочутливі до вогню, звичайно також дуже чуттєві до механічного удару, тертя й електростатичного розряду, що збільшує випадкові ризики. Використання додаткового елемента збільшує виробничі витрати; Піротехнічна ударна трубка, розкрита в бразильському патенті РІ 8104552 від заявника даного винаходу, має наступні недоліки: А) піротехнічні суміші використовують токсичні компоненти (К2Сr2О7, Sb2O3 , Sb2O5) і легкозаймисті розчинники, що вимагає особливої уваги до утилізації розчинників, транспортуванню і належному 9 83253 похованню відходів; Б) процес екструзії пластмасової трубки включає додавання попередньо підготовленої чуттєвої піротехнічної суміші, під час формування цієї пластмасової трубки, що пов'язано з ризиками під час виробництва і при поводженні з кінцевим продуктом; В) як і в традиційної ударної трубки, у піротехнічної ударної трубки немає захисту від р уйнівного впливу вуглеводнів, що є присутнім в емульсійних вибухови х речовинах, і тривалий контакт із ними приводить до збоїв у дистанційній детонації; Г) виявилося, що суміші О2 + Аl чи Mg не можуть бути використані на практиці внаслідок витоку газів при виробництві й застосуванні продукції; Д) суміші Fе2О 3 + Аl чи Mg не можуть бути використані на практиці через слабку чутливість цієї піротехнічної суміші до запалення від капсулядетонатора і частих збоїв у дистанційній детонації. Головною причиною виявилася висока температура компонентів Тамана; Е) приймаючи до уваги обмеження, представлені в пунктах Г и Д, єдиною наявною альтернативою залишаються високотоксичні, високочутливі до тертя й ударів суміші К2Сr2О7, Sb2O 3, і Sb2O5 з Аl чи Mg; Ж) отримані в реакціях алюмінотермії продукти АІ2 О3, K2 O, Sb, окисли сурми, Сr2О3, обов'язково тверді відповідно до формул винаходів, мають низьку теплову провідність, що перешкоджає запаленню повільних, низько чуттєви х сповільнювачів; З) як і традиційна ударна трубка, порошкоподібна піротехнічна суміш також має слабке зчеплення з полімером трубки, особливо з полімером LLDPE; И) піротехнічні суміші не розраховані на поширення дистанційної детонації через близько розташовані вузли, розрізи чи вигини. Система керування ініціюючим сигналом при підривних роботах, представлена в американському патенті US 4,757,764, має наступні недоліки: Аа) як і у вихідній піротехнічній ударній трубці, спосіб також включає додавання попередньо підготовленої чуттєвої піротехнічної суміші в ході формування пластмасової трубки, що пов'язано з ризиками в процесі виробництва і маніпуляцій із продуктом; Бб) у системі застосовують прямі з'єднання трубки-з-трубкою з метою встановлення тимчасової затримки, обумовленої винятково попередньо заданою довжиною трубки, і обмежуються швидкодіючими (короткими) сповільнювачами, у діапазоні десятків мілісекунд, тоді як реальні вибухові операції вимагають вибору часу затримки аж до 10с; Вв) порошкоподібні суміші, рецептура яких не містить адгезивних добавок, мають погане зчеплення з полімером трубки, що вимагає використання дорогих матеріалів, наприклад, іономера SURLYN чи силікону, що можна бачити у всіх прикладах, приведених в описі; Гг) оскільки задачею автора було створення системи уповільнення, реалізованої за допомогою трубки з істотно меншою швидкістю, без сповіль 10 нювача, з безпосереднім запалюванням високочутливої первинної вибухової речовини в капсулідетонаторі, не починалися кроки для оптимізації теплової продуктивності передавального сигналу. Повільній суміші не вистачає енергії для безпосереднього запалення повільних і малочутливих сумішей уповільненої дії і для поширення дистанційної детонації через близько розташовані вигини, вузли чи розрізи; «СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ТЕПЛОВОЇ УДАРНОЇ ТРУБКИ І ТЕПЛОВА УДАРНА ТРУБКА, ВИГОТОВЛЕНА ЦИ М СПОСОБОМ» був розроблений, щоб перебороти недоліки, пов'язані зі способом виготовлення й експлуатацією використовуваних у даний час ударних тр убок. Для рішення поставленої задачі був використаний новий підхід. У попередніх рішеннях дослідження були зосереджені на досягненні головним чином бажаних характеристик полімерів, що формують трубку, а не на оптимізації рецептури піротехнічних сумішей, з метою використання звичайних, дешеви х полімерів. Новий підхід є також багатоцільовим, тобто дозволяє одержати більшу можливу кількість бажаних характеристик завдяки складу піротехнічної суміші. Спосіб і виріб відповідно до даної заявки мають наступні переваги в порівнянні з використовуваними в даний час ударними трубками: - теплова ударна трубка використовує оптимальну піротехнічну суміш, що має низьку токсичність; - у способі під час екструзії допускається беззупинне додавання двох неактивних компонентів та їхнє змішання, причому всі ці компоненти до їхнього змішання фактично нечуттєві до тертя й ударів, у такий спосіб істотно знижується ймовірність випадкового порушення при переміщенні і, навіть у випадку запалення трубки при її виготовленні, можливі мінімальні ушкодження від дефлаграції дуже малої кількості суміші; - у способі досягається ще велика безпека піротехнічної суміші, з меншою чутливістю до тертя і механічного удару, за рахунок покриття компонентів окислювачів понижуючими чутливість добавками; - піротехнічна суміш здобуває прекрасну адгезію з пластмасовою трубкою, за рахунок використання тієї ж самої добавки, навіть у дешеви х, звичайних полімерах, включаючи LLDPE, що дозволяє попередити виникнення ділянок трубки з недостатнім чи надлишковим зарядом; - даний виріб зберігає деякі переваги, що знаходяться в поводженні піротехнічної ударної трубки, у порівнянні з традиційною ударною трубкою: більшу чутливість і сприйнятливість дистанційної детонації, подолання розрізів чи прорізів і транспортну класифікацію малого ризику; - іскра, що передає сигнал, формується в однаковій мірі як газами, так і розплавленими металами, і тому вона проходить через вузли, близько розташовані вигини чи перешкоди в трубці і створює оптимальну теплопередачу за рахунок теплопровідності і конвекції, безпосередньо запалюючи менш чуттєві, більш повільні сповільнюючі стовпчики. - теплова ударна трубка протистоїть впливу 11 83253 руйнуючого суднового дизельного палива, що присутній в емульсійних вибухови х речовинах, зберігаючи працездатність навіть після 72 годин впливу високої температури (65°С протягом 24 год.; + 40°С протягом 48 год. у чистому судновому дизелі); - Точність швидкості поширення в тепловій ударній трубці знаходиться в межах +/- 1,67% від середньої швидкості, тобто погрішність складає +/20м/с на 1,200м/с, додаючи до електронних детонаторів уповільненої дії тільки +/- 0.3мс погрішності для трубки довжиною 21м. Даний винахід заснований на знаннях винахідника про спосіб виготовлення і використання піротехнічної ударної трубки BRINEL, отриманих від заявника, доповнених дослідженнями, націленими на досягнення додаткових цілей: - заміни токсичних компонентів піротехнічної суміші; - посилення зчеплення суміші з внутрішньою поверхнею трубки; - зменшення чутливості суміші до удару й тертя; - зниження ризику при роботі з піротехнічною сумішшю; - заміни виробничих процесів обробки піротехнічних сумішей, що використовують трудомісткі роботи, які включають подрібнення, перекристалізацію з небезпечними розчинниками й обробку великих кількостей чуттєви х піротехнічних сумішей, автоматизованими, безпечними й екологічно чистими процесами; - генерації оптимальної іскри, що володіє чудовою теплопередачею за допомогою теплопровідності й конвекції, без розсіювання теплоти внаслідок розширення газів; - виробництво трубки, що зберігає працездатність навіть після триденного впливу емульсійними вибуховими речовинами на основі гарячого дизельного палива при температурі, що досягає 65°С. Одне з фундаментальних понять для розуміння отриманих винахідницьких результатів було описано російським хіміком Таманом. Відповідно до його теорії, енергія коливань, необхідна для початку окислювально-відновлювальної реакції у твердих речовинах, у значній мірі досягається при температурі, еквівалентній половині точки плавлення речовини по абсолютній шкалі (К). Ця температура Тамана пояснює, чому деякі компоненти роблять піротехнічні суміші дуже чуттєвими до нагрівання, полум'я і механічного удару, тоді як інші — значно утруднюють початок і подальший розвиток реакції. Наприклад, у суміші порошкоподібного алюмінію, температура Тамана якого складає 193°С, і закису-окису заліза Fe3O4, температура Тамана якого складає 632°С, особливо важким є початок і подальший розвиток реакції, тоді як суміші порошкоподібного алюмінію і хлорату калію, температура Тамана якого складає тільки 47,5°С, є особливо небезпечними. Одним з основних принципів даного винаходу є одержання енергії активації, достатньої, щоб гарантувати початок і поширення піротехнічної реакції навіть при забрудненні внутрішньої поверхні трубки вуглеводневим паливом, що надходить від емульсійних вибухових 12 речовин, причому таке забруднення зменшує ентальпію піротехнічної реакції. Серед речовин, що мають низьку температур у Тамана, придатних, щоб увійти до складу піротехнічної суміші, можна згадати перхлорат калію, хлорат калію, трисульфід сурми, сірку, нітрат калію, перхлорат амонію, хлорат натрію чи будь-яку речовину, температура Тамана якої підходить для цієї мети. Винахід також ґрунтується, не обмежуючись ними, на результатах на укових спостережень, які показують, що піротехнічна реакція, у результаті якої виробляються продукти, що мають високий коефіцієнт теплопровідності і теплової конвекції, робить процес поширення більш безупинним і дозволяє запалювати сповільнювачі з великим тепловим коефіцієнтом корисної дії, дозволяючи використовува ти менші, більш повільні стовпчики, без додаткових запалюючих елементів. У якості можливих окислювально-відновлювальних реакцій, наведемо: 8 Аl + 3 Fe3O4 ® 4 АІ2О 3 (тверда речовина) + 9 Fe (рідина) чи 2 Аl + Fe2O 3 ® АІ2О 3 (тверда речовина) +2 Fe (рідина), у яких розплавлене металеве залізо дає чудовий теплообмін, в однаковій мірі як за рахунок теплопровідності, так і за рахунок конвекції. Результати іншого наукового спостереження, на якому базується винахід, показують, що утворення тільки твердих чи рідких продуктів перешкоджає проходженню через вузли, вигини, перешкоди і т.д. Необхідне створення достатнього об'єму газу, щоб стало можливим пружне розширення полімеру навколо згину чи перешкоди, примушуючи іскру перетнути ці ділянки. Однак даний об'єм газу не повинен бути надмірним, інакше відбудеться розсіювання твердих і рідких продуктів іскри в наконечнику трубки, одночасно з розширенням газів, що викликає втрату тепла, необхідного для запалення сповільнювача. Прикладами компонентів, придатних для утворення газів, є трисульфід сурми, перхлорат калію, нітрат калію, нітрат натрію, перхлорат амонію, перхлорат натрію і т.д. Іншими даними, прийнятими до уваги як основа для винаходу, є те, що деякі продукти мають мастильні властивості і чудове поверхневе зчеплення, що зменшує чутливість суміші до тертя і механічного удару і забезпечує зчеплення навіть з такими складними полімерами, як чистий LLDPE. Приклади таких виробів: тальк (магнієвий і алюмінієвий гідросилікат) і графіт. Іншою метою даного винаходу є пропозиція нового технологічного процесу, у якому змішування окислювачів і добавки відбувається окремо від легкозаймистих речовин чи відновлювачів, і в який кінцева активна суміш отримана у власному екструдері для пластику автоматизованим, безупинним чи підлог-безупинним технологічним процесом таким чином, що в будьякий сучасний момент часу формують лише зовсім незначну кількість піротехнічної суміші, мінімізуючи ризики й наслідки випадкового запалення трубки в процесі промислового виробництва. Ще одним аспектом, прийнятим за основу даного винаходу, є те, що для поширення через можливі розрізи чи прорізи, випадково зроблені в тр убці під час екс 13 83253 плуатації, іскра повинна складатися в однаковій мірі як із продуктів, що мають високу тепловіддачу, так і з газоподібних продуктів, для того щоб, якщо знадобиться, то висока тепловіддача забезпечила б безперервність передачі піротехнічного сигналу, а механічний імпульс забезпечив висікання іскри на відкритих ділянках трубки. Для розробки оптимальної рецептури для теплової ударної трубки було проведено кілька практичних іспитів. У цих іспитах склади порошкоподібних піротехнічних сумішей додавалися шляхом напилювання по внутрішньому діаметрі розплавленого бездомішкового полімеру LLDPE в екструдері, трубку прохолоджували і витягали до одержання гнучкої тр убки із зовнішнім діаметром, рівним 3.1мм, і внутрішнім діаметром, рівним 1.4мм. Для порівняння були відібрані та перевірені традиційні ударні трубки з іономера SURLYN, отримані від основного виробника, а також відомі піротехнічні ударні трубки від заявника. Для кращого розуміння прикладів приводиться наступний опис іспитів: 1) іспит на швидкість поширення: частина трубки довжиною 5м поміщена між двома оптичними датчиками, зв'язаними з точним хронометром. Після підпалювання трубки світло від іскри, досягаючи першого датчика, запускає відлік часу, а досягаючи другого датчика — перериває відлік часу. Швидкість поширення одержують, ділячи 5 на підрахований у секундах час; 2) іспит на поширення через вигини: в 10 зразках іскра трубки повинна поширитися через 10 близько розташованих рівновіддалених вигинів на 180°. Найменша відстань із наступних: 1м, 50см, 30см, 20см і 10см, при якій у всіх 10 зразках поширення відбувається цілком (через усі вигини), без збоїв, указують як «мінімальнувідстань між вигинами»; 3) Іспит на поширення через затягнутий вузол: зразок трубки довжиною 1м зав'язаний одним вузлом у його середній частині, а кінці трубки утримують тяговим пристроєм з гідравлічним приводом, з датчиком навантаження, прикріпленим для виміру межі міцності на розтягання, якому піддають зав'язану вузлом трубку. Трубку підпалюють і фіксують максимальне навантаження, при якому у п'ятьох послідовних теста х спостерігається поширення через вузол. Чим вище максимальне навантаження, тим краще здатність трубки в поширенні через затягнуті вузли, що могли випадково виникнути при експлуатації. Цей тест для порівняння виконаний як для одношарових ударних трубок, так і для двошарової (LLDPE і SURLYN) традиційної ударної трубки; 4) ініціація низькоенергетичного детонаційного шнура: 100 зразків трубки довжиною 1м приєднують за допомогою "J''-образного з'єднувача до лінії детонаційного шнура з поміщеним усередину зарядом із PETN (пентрита) у кількості 2 грами/м, лінію детонаційного шнура ініціюють. Кількість труб, у яких спостерігалися відмови поширення, фіксують як «відсоток відмов в ініціюванні за допомогою детонаційного шнура із зарядом 2 грами/м»; 5) чутливість до механічного удару: зразок ви 14 бухової речовини піротехнічної суміші піддають впливу молота відомої ваги, що вільно падає із заданої висоти. Енергію, при якій 5 послідовних зразків займаються, розраховують по формулі Е = m.g.h, де m - маса вільно падаючого вантажу, g прискорення вільного падіння і h - мінімальна висота запалення; 6) чутливість повільного сповільнювача: сповільнювач, час затримки якого складає 8.3 секунди, з 24-міліметровим стовпчиком спресованого порошку сповільнювача, що містить суміш уповільненої дії без якого-небудь додаткового шару запальної суміші, поміщають наприкінці полівінілхлоридної трубки із зовнішнім діаметром 6мм, що має перемінну довжину, до іншого кінця якої приєднаний наконечник теплової ударної трубки довжиною 1.0м. При запалюванні теплової ударної трубки, іскрі необхідно перетнути вільний простір від внутрішньої частини трубки й активізувати сповільнювач. Чим більше довжина трубки, у якій сповільнювач загорається завжди, тим краще вважається теплова продуктивність іскри. Найбільша довжина гнучкої трубки, при якій запалення спостерігається в 5 послідовних зразках, фіксується як "чутли вість елемента повільного сповільнювача"; 7) «повітряний зазор» від трубки до трубки: теплову ударну тр убку довжиною 3м розрізають посередині поперек, і половинки трубок розсовують на заміряну відстань, зберігаючи вирівнювання по одній лінії за допомогою алюмінієвої спрямовуючої, форматом у «половину трубки». Найбільша відстань, при якій іскра, перетинаючи вільний зазор між ділянками трубки, активізує другу частину в 5 послідовних зразках, фіксують як «повітряний зазор, що повністю перекривається іскрою»; 8) активізація після впливу гарячими емульсійними вибуховими речовинами: 30 зразків теплової ударної трубки довжиною 12м, кінці якої закриті гумовою пробкою й обтиснуті алюмінієвим ковпачком, як звичайно в промисловості, опускають у гарячу емульсійну вибухову речовину температурою 65°С, із судновим дизельним паливом як пальну речовину, і резервуар поміщають у лабораторну піч на 24 години при температурі 65°С. Після закінчення цього часу температуру в печі за допомогою термостата знижують до 40°С, і залишають зразки в емульсії ще на 48 годин, що в сумі дає 72 години відповідного впливу. Тр убки підпалюють, і відсоток трубок, що не запалилися, фіксують як «відмовлення після впливу гарячими емульсіями»; 9) зчеплення суміші з трубкою: 10 зразків трубки довжиною 5м зважують на точних вагах із погрішністю 0.0001г. Після цього внутрішню частину трубок очищають стисненим повітрям при швидкості потоку 0.3Нм 3/хв протягом 2 хвилин із метою видалення погано прилиплого порошку. Трубку зважують знову, і вагу фіксують. Внутрішню частину тр убки миють потоком водяного розчину гідроксиду натрію, з метою розчинення алюмінію і перхлорату і видалення окису заліза і тальку, забираючи прилиплий порошок. Порожню пластмасову трубку зважують. Після визначення внут 15 83253 рішнього діаметра трубки розраховують поверхневу площу і, за допомогою різниці, визначають завантаження вільним порошком на величину площі, завантаження прилиплим порошком на величину площі і процентне співвідношення маси вільного порошку до маси всього порошку. Результати іспитів об'єднані й представлені в Таблиці 1. Відповідно до результатів тестів, представлених у Таблиці 1, рецептура АІ/Fе3 О4/KClO4/Talc у відповідних процентних співвідношеннях 40/27.5/31.5/1.0 має найкращу ефективність. Високий вміст алюмінієвого пального з 65% Аl з відповідною більш низькою швидкістю 750м/с означає недостатню ефективність іскри для поширення через вигини і вузли і дуже низьку чутливість повільного сповільнювача. З іншого боку, дуже низький вміст алюмінієвого пального, такий як у рецептурі 30/32.5/36.5/1.0, створить дуже великий об'єм газу, розсіюючи продукти іскри в наконечнику трубки, знижуючи чутливість повільного сповільнювача і «повітряний зазор, цілком перекриваний іскрою». Також доведений вплив тальку на посилення зчеплення суміші до трубки і на зменшення чутливості суміші до удару. На основі проведених досліджень і практичних іспитів можна зробити висновок, що оптимальна рецептура для теплової ударної тр убки включає: - від 32% до 60% порошкоподібного алюмінію. Можна використовувати й інші порошкоподібні легкозаймисті речовини чи відбудовні реагенти, здатні згенерувати високотемпературну іскру, такі як магній, кремній, бор і цирконій; - від 15% до 35% порошкоподібного закисуокису заліза Fе3О4. Можна використовувати й інші речовини, що у процесі окислювально-відновної реакції роблять продукти з високою теплопровідністю і конвекцією, такі як оксид заліза - Fе2О3, закис заліза - Fe, оксид кобальту, оксид міді - Сu і закис міді - Сu2О; - від 20% до 40% перхлорату калію - КСІО4. Інші речовини, такі як хлорат калію, нітрат калію, перхлорат амонію, перхлорат натрію, сірка й трисульфід сурми, що мають низьку температуру Тамана, здатні понизити енергію ініціювання піротехнічної реакції і створити об'єм газу, достатній для поширення через вигини, вузли чи перешкоди в трубках; - від 0.5% до 3.0% тальку. Можна використовувати й інші речовини, здатні поліпшити адгезивні властивості і знизити чутливість до удар у і тертя, наприклад, графіт. Компоненти рецептури піротехнічної суміші можуть мати сукупність характеристик, іншими словами, той самий компонент речовини може мати більше, ніж одну ви щевказану функцію. Характеристики вхідних у рецептур у компонентів, кожен сам по собі чи їхню сукупність, можна використовува ти в традиційних ударних трубках з метою їхньої оптимізації, щоб досягти кращої ефективності, більшої безпеки при виробництві і зниженні ризику шкідливого впливу на екологію і поліпшення професійної гігієни праці. Для кращого розуміння даного патенту приведені наступні креслення: 16 ФІГУРА 1: показує блок-схему способу виробництва теплової ударної тр убки; ФІГУРА 2: показує іскру теплової ударної трубки на виході з наконечника трубки; ФІГУРА 3: показує, для порівняння, в основному газоподібні продукти на виході з наконечника традиційної ударної трубки, відомої з рівня техніки; Відповідно до ФІГУРИ 1, спосіб виробництва теплової ударної трубки має наступну послідовність дій: а) Попередньо ретельно перемішують окислювачі, підсилювач адгезії й добавку, що знижує чутливість, з утворенням суміші І; б) Суміш І подають в один дозувальний бункер, а легкозаймисті речовини подають в інший дозувальний бункер; в) Розраховані пропорції суміші І і пальних речовин безупинно додають за допомогою двох рівнобіжних дозуючи х шнеків чи за допомогою вібродозаторів, чи за допомогою будь-якого іншого звичайного засобу вагового чи об'ємного мікродозування, постаченого електричними двигунами з контролером частоти чи будь-яким іншим традиційним контролером у контурі керування з екструдером пластмасової трубки, причому ці пропорційні кількості безупинно подають на роликовий змішувач-гомогенізатор із сітчастим днищем, виробляючи кінцеву чуттєву піротехнічну суміш, невеликі кількості, причому сітчасте днище з'єднане з екструзійним кільцем екструдера пластмасової трубки; г) Паралельно зі створенням піротехнічної суміші розплавлений полімер витягають через кільце екструдера, формуючи пластмасову трубку, одночасно з цим кінцева піротехнічна суміш під дією сил ваги надходить усередину формованої пластмасової трубки, формуючи теплову ударну трубк у. Спосіб може включати додаткові кроки - охолодження трубки, витягування трубки з метою збільшення міцності на розтягання, теплову обробку трубки й інші технологічні кроки, звичайні в області обробки пластмас, у межах розкритого винаходу. Кінцевий продукт, теплова ударна трубка, використовує звичайну пластмасову трубку, наприклад, виконану з EVA, ПОЛІЕТИЛЕНУ, LLDPE чи SURLYN, із зовнішнім діаметром у діапазоні від 2.0 до 6.0мм і внутрішнім діаметром у діапазоні від 1.0 до 5.0мм, і містить від 5 до 40мг/м піротехнічної суміші, нанесеної на її вн утрішні стінки; На ФІГУРІ 2 показана іскра теплової ударної трубки, що залишає у процесі поширення наконечник трубки, причому це креслення являє собою високошвидкісну фотографію іскри трубки, на якій можна помітити високотемпературні тверді і розплавлені продукти (1), причому ці продукти включають розплавлене залізо високої теплопровідності та конвекції, а також газоподібні продукти (2), відповідальні за викид розплаву з кінцевої частини трубки. На ФІГУРІ 3 показані, для порівняння, в основному газоподібні продукти відомої ударної трубки, що залишають у процесі поширення кінець трубки, причому такий малюнок також являє собою високошвидкісну фотографію полум'я трубки, на якій, в основному, можна помітити газоподібні продукти 17 83253 (1), що розсіюються при розширенні газу наприкінці трубки. З цих порівняльних фотографій стає зрозумілим, чому традиційна ударна трубка не 18 може забезпечити поширення через розрізи і не має здатності запалити низько чуттєві стовпчики уповільненої дії. Таблиця Результати іс питів Сполука Al 65% Fe3O4 17% КСlO4 17% Тальк 1.0% АІ 50% Fe3O4 24.5% КСlO4 24.5% Тальк 1.0% Аl 40% Fes O4 27.5% КСlO4 31.5% Talc 1.0% Al 30% Fe3O4 32.5% КСlO4 36.5% Тальк 1.0% АІ/К 2Сr 2O7 Стандартний для в ідомої піротехнічної ударної трубки Суміш НМХ/АІ, Стандартна для традиційної одношаров ої ударної трубки Суміш НМХ/АІ. стандартна для традиційної дв ошаров ої ударної трубки Шв идкість поширення Мінімальна Збудження в ідстань ЗчепленПошиПорушення Пов ітряний після між вигиЧутлив ість ня суміші рення низькоенерге- Чутлизазор, цілвплив у нами в пов ільного з трубкою через тичного дето- в ість до ком пере- гарячими спов ільню(% в ільтесті на затягнунаційного удару крив аний в ибухов ив ача поширення ного потий вузол шнура іскрою ми емульчерез в ирошку) сіями гини 750м/с Збої при будь-якій в ідстані 3кгс 8% 9.2Н 8см 80мм 25% 5% 1170м/с 1м 8кгс в ідсутність 9.2Н 16см 100мм в ідсутність 3.8% 1260м/с 30см 11кгс в ідсутність 9.2Н 22см 120мм в ідсутність 4.0% 1290м/с 30см 12кгс в ідсутність 9.2Н 5см 15мм 15% 3.2% 1000м/с Збої при будь-якій в ідстані 3кгс в ідсутність 3.8Н 8см 100мм 30% 18.3% 3.8Н Відмов а в запаленні, нав іть при нульов ій в ідстані 10мм немає Немає 3.8Н Відмов а в запаленні, нав іть при нульов ій в ідстані 10мм немає Немає 2000м/с 2000м/с 1м 50см 2кгс 8кгс в ідсутність в ідсутність 19 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 83253 Підписне 20 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601