胡松濤

（安徽紅星機(jī)電科技股份有限公司，安徽 合肥，231135）

引火線是一種用于點(diǎn)火、傳火及控制時(shí)間的煙火藥制品，主要應(yīng)用于煙花爆竹的燃放，根據(jù)燃燒速度的不同可分為快速引火線和慢速引火線[1]。牛皮紙快速引火線（以下簡稱牛皮紙引火線）是目前煙花行業(yè)廣泛使用的一種快速引火線，由一根形狀扁平的牛皮紙長管作外殼，中間包裹一個(gè)煙火藥條制作而成，并且已走向了專業(yè)化生產(chǎn)。牛皮紙引火線使用時(shí)存在以下問題：外殼易扭折、開膠，煙火藥易受潮失效，燃燒時(shí)會產(chǎn)生濃烈的煙霧，同時(shí)外殼炸開形成大量的碎屑，既污染了環(huán)境，又存在一定的安全隱患。

為了克服傳統(tǒng)牛皮紙引火線的缺點(diǎn)，國內(nèi)一些單位開展了新型引火線的研究[2]。列入國標(biāo)的，如在牛皮紙引火線外層包裹塑料材質(zhì)或防水、免水膠帶，生產(chǎn)出防水快速引火線；以煙火藥為藥芯，以棉線作為包纏物制成外層，外涂以防潮材料，生產(chǎn)出安全快速引火線[1]。以上技術(shù)相對于傳統(tǒng)引火線有一定改進(jìn)，但均未從根本上解決快速引火線燃燒時(shí)煙霧與殘?jiān)^多的問題。為了解決上述問題，安徽紅星機(jī)電科技股份有限公司研制了一種新型塑料引火線，對其點(diǎn)火及燃燒性能進(jìn)行了改進(jìn)。引火線作為一種點(diǎn)火、傳火的火工品，其傳火速度v是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，直接關(guān)系到實(shí)際應(yīng)用時(shí)引火時(shí)間的長短及引火線長度的選擇。塑料引火線的燃燒及火焰?zhèn)鞑ミ^程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，其傳火速度v會隨著塑料管內(nèi)部環(huán)境壓力的變化而變化[3]。目前，還沒有一種理想的理論模型能精確地描述其燃燒時(shí)的傳火速度。因此，本文采用實(shí)驗(yàn)方法對這種新型塑料引火線的傳火速度的變化規(guī)律進(jìn)行了分析研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 引火線簡介

本文實(shí)驗(yàn)所用引火線實(shí)物如圖1所示。此型塑料引火線由藥芯和聚乙烯塑料管兩部分構(gòu)成，如圖2所示。

圖1 塑料引火線實(shí)體照片F(xiàn)ig.1 Photo of the plastic fuse

圖2 塑料引火線結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure graph of the plastic fuse

藥芯由棉線、含硼點(diǎn)火藥和粘合劑等組成。點(diǎn)火藥與粘合劑充分?jǐn)嚢韬螅苍诿蘧€上，通過專用設(shè)備擠出成型，該點(diǎn)火藥不吸潮，分解溫度高，氣體量少[4]；聚乙烯塑料管包裹在棉線外，具有較好的強(qiáng)度及柔韌性，為藥芯穩(wěn)定燃燒提供了良好的條件。

1.2 實(shí)驗(yàn)試樣

（1）牛皮紙引火線試樣：從成品牛皮紙引火線卷中截取1段，長度為1m。

（2）塑料引火線試樣：從成品塑料引火線卷中截取5段，長度分別為0.7m、1m、1.2m、2.2m、3.2m和5.2m。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

目前，關(guān)于燃燒或爆燃速度的測量方法主要有靶線法、攝影法、光電法、熱電偶法等十幾種方法[5]，結(jié)合引火線的結(jié)構(gòu)及燃燒特征，本文采用“光電法”對其傳火速度v進(jìn)行測量。

1.4 實(shí)驗(yàn)條件及工作原理

實(shí)驗(yàn)所需器材有高能脈沖起爆器（GM-100s）；光敏二極管；直流穩(wěn)壓電源（TPR3002-3C型）；數(shù)字示波器（TDS2012B型）；電阻（2k?）；電引火藥頭。

通過“光電法”測量距離引火線點(diǎn)火輸入端不同位置的傳火速度，實(shí)驗(yàn)原理如圖3所示。

圖3 “光電法”測量原理圖Fig.3 Measurement principle diagram of photo electricity

圖3所示測量原理為：以輸入端為起始點(diǎn)量取L長度，確定測量點(diǎn)A點(diǎn)位置。在A點(diǎn)兩側(cè)一定距離的B、C兩點(diǎn)各安裝一個(gè)光敏二極管，分別與電阻R1、R2串聯(lián)。電阻R1、光敏二極管和直流電源連接示波器的CH1通道，電阻R2、光敏二極管和直流電源連接示波器的 CH2通道。沒有光照時(shí)，光敏二極管反向電阻很大，兩端電壓接近12V；引火線燃燒發(fā)光，B、C兩處的光敏二極管分別受到光照，反向電阻顯著減小，兩端電壓出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，示波器記錄下兩次波動(dòng)的時(shí)間間隔Δt，從而近似地得到A點(diǎn)的傳火速度v。傳火速度v計(jì)算公式如下：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 引火線的完整性

圖4所示為塑料引火線與牛皮紙引火線燃燒后的殘留對比照片。

圖4 引火線燃燒后的殘?jiān)鼘Ρ日掌現(xiàn)ig.4 Comparison photos of residua of the burned fuse

由圖4（a）可以看到，塑料引火線燃燒后不破裂，外殼保持完整，外觀顏色幾乎未變；圖4（b）表明，牛皮紙管明顯被燒斷，并留下燃燒碎渣和煙灰。分析認(rèn)為：塑料引火線與牛皮紙引火線燃燒時(shí)均產(chǎn)生管道效應(yīng)[6]。當(dāng)藥芯燃燒時(shí)，產(chǎn)生了大量氣體，由于管腔密封，氣體無法排出，導(dǎo)致管道內(nèi)氣壓急劇上升，高溫高壓氣體沿著管道方向擴(kuò)散傳播，并將火藥的燃燒瞬時(shí)波及整個(gè)管腔而形成火藥的爆燃，導(dǎo)致燃燒速度極快。塑料引火線與牛皮紙引火線制作藥芯的藥劑分別為含硼點(diǎn)火藥與煙火藥，含硼點(diǎn)火藥燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體較少，因此管腔內(nèi)的氣壓遠(yuǎn)低于牛皮紙引火線，加之塑料管具有較高的強(qiáng)度和柔韌性，故塑料引火線燃燒后外殼不破裂并保持完整。牛皮紙引火線管腔內(nèi)的壓力增大到一定時(shí)，管腔破裂，氣體外泄，產(chǎn)生大量碎屑。

2.2 燃燒煙霧

實(shí)驗(yàn)顯示，塑料引火線燃燒穩(wěn)定，傳火可靠，燃燒聲響微弱。與同等長度的牛皮紙引火線對比，塑料引火線燃燒煙霧明顯稀少，如圖5所示。據(jù)資料記載，火藥成分中的無機(jī)物、在燃燒中火藥的未分解物和固體炭粒、燃燒生成物中的固體粒子以及在點(diǎn)火能力不足、可燃物不能正常燃燒時(shí)，都將產(chǎn)生煙霧[3]。塑料引火線的燃燒，實(shí)際上是藥芯中的點(diǎn)火藥在燃燒，含硼點(diǎn)火藥分解溫度高，燃燒充分，固體殘?jiān)苌賉7-8]，故藥劑自身產(chǎn)生的煙霧少；其次，由于傳火速度快，局部過火時(shí)間短，棉線與塑料管不能被點(diǎn)燃而保留其原有成分，因此塑料引火線燃燒煙霧少。反觀牛皮紙引火線，藥芯中的煙火藥、棉線及部分牛皮紙碎屑同時(shí)燃燒，這些材料燃燒時(shí)都產(chǎn)生較大煙霧，導(dǎo)致牛皮紙引火線燃燒過程中出現(xiàn)濃煙。

圖5 不同引火線燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧對比照片F(xiàn)ig.5 Comparison photos of smog generated by different fuse

2.3 塑料引火線的傳火速度

根據(jù)“光電法”測得塑料引火線在不同測量距離L處的傳火速度v值，如表1所示。

表1 不同測量位置處引火線傳火速度Tab.1 Burning rate of the plastic fuse in different location

圖6為根據(jù)表1繪制的引火線傳火速度v與測量距離L之間的關(guān)系曲線。

圖6 傳火速度——測量距離關(guān)系圖Fig.6 Relation of the v & L

由圖6可以看出，燃燒初期，隨著測量距離L（火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x）值的不斷增加，塑料引火線傳火速度v值也在不斷增加；當(dāng)塑料引火線燃燒至距點(diǎn)火端大約2.5m左右時(shí)，傳火速度趨于穩(wěn)定，維持在50m/s左右。通過MATLAB中的相關(guān)數(shù)值擬合工具，對表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[9]，結(jié)果如下：

按式（2）對表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，如表2所示。

表2 v——L擬合與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表Tab.2 v ——L Contrast of computation and experiment

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)繪制擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比圖，如圖7所示。

圖7 v——L擬合與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比圖Fig.7 v——L Contrast of computation and experiment

通過表2及圖7可以看出，擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化規(guī)律基本吻合。

通過表2及圖7可以得出，式（2）能比較精確地反映塑料引火線傳火速度v隨火焰?zhèn)鞑ゾ嚯xL的變化規(guī)律，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)式（2）確定所需引火線的長度及傳火時(shí)間等相關(guān)參量。

3 結(jié)論

（1）塑料引火線燃燒后不破裂，外殼保持完整。

（2）用塑料引火線代替牛皮紙引火線后，燃燒煙霧明顯減少。

（3）通過實(shí)驗(yàn)確定了塑料引火線傳火速度與火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x之間的關(guān)系，相關(guān)結(jié)果可用于實(shí)際應(yīng)用時(shí)引火線的長度及傳火時(shí)間的確定。

[1]GB 19595-2004 煙花爆竹 引火線[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[2]張友元.塑料全封防水快速引線:中國,200520052409.4 [P].2006-11-08．

[3]陳舒林,李風(fēng)生.火藥設(shè)計(jì)與制造[M].北京:兵器工業(yè)部教材編審室,1987.

[4]蔡瑞嬌.火工品設(shè)計(jì)原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1999．

[5]王麗瓊,杜志明,馮長根.延期藥及固體推進(jìn)劑的燃速測定方法[J].火工品,1995(1):34-38．

[6]歐陽衛(wèi)國．花炮技術(shù)[M]．長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2009．

[7]張致魁.硼系延期藥燃燒時(shí)間與配比的關(guān)系探討[J].火工品,2004(4):38-41．

[8]車吉成.硼系延期藥的反應(yīng)性研究[D].南京:南京理工大學(xué),2007．

[9]占君,張倩,滿謙.MATLAB 函數(shù)查詢手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010．