Detonator udarne cevi, je neelektrični eksplozivni upaljač ili inicijator u obliku plastične cevi malog prečnika, koji se koristi za prenos signala za iniciranje eksploziva pomoću udarnog talasa (poznatog i kao perkusivni (udarni) talas) koji putuje dužinom cevi. Udarna cev se koristi za prenos detonacionog signala do detonatora. Šok cev je šuplja ekstrudirana cev koja sadrži tanak sloj energetskog materijala na svojoj unutrašnjoj strani. Jednom kada se pokrene, udarna cev prenosi signal do detonirajućeg izlaznog punjenja.
Ovaj uređaj je izumeo Per Anders Person iz kompanije Nitro Nobel AB, patentirali su je i prodavali pod zaštićenim imenom Nonel, počevši od 1973. godine. Sadrži malu količinu visokoeksplozivnog materijala, ali je bezbedniji i pouzdaniji od detonarajućeg kabla, uz istu količinu eksploziva. Jedan od ranih proizvoda sadržao je zatvoreno vlakno koje sagoreva, ali ne detonira.
Najčešći proizvod ima spoljni prečnik od 3 mm i unutrašnji prečnik od 1 mm, sa tankim slojem eksplozivnog praha HMX/aluminijuma na unutrašnjoj površini cevi, koji detonira duž cevi brzinom većom od 2.000 m/s (6.500 stopa/s), ali ne probija cev. Pošto je neelektrična i nemetalična, udarna cev je manje osetljiva na statički elektricitet i radio-frekventnu energiju i zbog toga je zamenila mnoge upotrebe električnih detonatora i bezbednija je za rukovanje i skladištenje od detonirajućeg kabla. Verzija koja sadrži eksplozivnu mešavinu gasa ima dodatnu prednost jer je potpuno inertna dok se cev ne napuni gasom.
Jedan proizvođač procenjuje da se svake godine širom sveta koristi preko 2 milijarde stopa (610.000 km) udarne (šok) cevi, u komercijalnim miniranjima, vojnom rušenju, pozorišnim specijalnim efektima, vazdušnim jastucima u automobilima, izbacivim sedištima u avionima, iniciranju improvizovanih eksplozivnih naprava (IED) i profesionalnim vatrometima. Detonator udarne (šok) cevi je dostupan sa opcionalnim patentiranim inicijatorom u liniji, koji se sastoji od navođenog adaptera sa navojem i prethodno instaliranog perkusivnog (udarnog) upaljača, što pruža praktično i pouzdano iniciranje.
Opis
Komercijalna udarna (šok) cev sadrži malu, kontinuiranu količinu slabo vezanog energetskog materijala u plastičnoj cevi malog prečnika. Kada se zapali toplim, impulsom visokog pritiska, poput perkusivnog (udarnog) upaljača ili perkusivnog (udarnog) električnog fitilja, energetski materijal sagoreva tipičnom brzinom od 6.500-7.000 stopa po sekundi.
U prošlosti je industrija komercijalnog miniranja zavisila od prenosa električne energije putem izolovanih žica i vrućih mostova za paljenje detonatora. Tokom poslednjih 20 godina, ovaj metod prenosa energije i paljenja detonatora je u velikoj meri zamenjen pronalaskom i razvojem komercijalne udarne (šok) cevi. Za razliku od bakarnih žica koje prenose električnu energiju do vrele žice u detonatorskoj kapisli (npr. jednosmerna struja, naizmenična struja ili impuls sa kapacitivnim pražnjenjem), udarna (šok) cev prenosi udarni talas niskog pritiska zajedno sa vrelim česticama i gasovima do pirotehničkog ili eksplozivnog receptora u detonatorskoj kapisli. Detonacija je ograničena na cev duž njene dužine i deluje samo na otvorenom kraju. Na ovaj način, udarna (šok) cev funkcioniše kao metoda prenosa signala.
Kako je upotreba udarne (šok) cevi široko prihvaćena kao novi standard u oblasti komercijalnog miniranja, primena u vojnom rušenju, seizmičkom istraživanju i sprovođenju zakona i dalje rastu. U poslednje vreme, udarna (šok) cev je prilagođena za upotrebu u vatrometima pod trgovačkim imenom NOMATCH(r). Glavni razlozi za popularnost udarne (šok) cevi u oblasti energetskih materijala zasnivaju se na njenoj prirodnoj sigurnosti i jednostavnoj primeni.
Tipovi detonatora udarne (šok) cevi
Udarne (šok) cevi se koriste dugi niz godina kao sredstvo za proučavanje sagorevanja gasova i mešavina gas/čvrsta supstanca, kako u deflagracionom, tako i u detonacionom režimu. A.G. Gaydon and I.R.Hurle: The Shock Tube in High Temperature Chemical Physics, Reinhold Publishing Corp, New York, 1963 Ove šok cevi su relativno velikog prečnika, npr. 1 inč unutrašnjeg prečnika, i konstruisane su u analitičke svrhe, opremljene raznim sondama i instrumentima za merenje. Pronalazak komercijalne udarne (šok) cevi pokazao je da sagorevanje gasova i čvrstih materijala može pouzdano reagovati u cevima manjeg prečnika od onih analitičkog tipa i da se proces može odvijati u cevima malog prečnika napravljenim od plastične konstrukcije. Ovaj pronalazak u kombinaciji sa razvojem plastike i tehnologije ekstruzije plastike, doveo je do širenja primene komercijalnih udarnih (šok) cevi.
Trenutno postoje tri osnovna tipa udarne (šok) cevi u komercijalnoj upotrebi:
Jezgro sa presvučenim vlaknima
Prvi stil udarne cevi je zasnovan na Burkdoll patentu. F.B. Burkdoll, US Patent 4 220 087(1981) Explosive Technology Fairfield,California Druga verzija cevi za prenos signala ovog tipa pokrivena je patentom Janovski. F.B. Janoski, US Patent 4 290 366(1981) Atlas Powder Co. Dallas, Texas Ovaj dizajn uključuje plastičnu cev malog prečnika koja sadrži vlakno presvučeno aluminijumom i amonijum perhloratom. Vlakno može biti napravljeno od nitroceluloze ili kevlara. U ovom dizajnu, količina/vrsta energetskih materijala može se lako prilagoditi za različite krajnje upotrebe podešavanjem debljine premaza, materijala za oblaganje i materijala od vlakana.
Jezgro ispunjeno gasom
Ovaj tip koristi gas kao zapaljivi materijal, npr. metan/kiseonik. Hurley US Patent 4 493 261 (1980), Hercules Powder Company, Wimington DE Ovaj dizajn uključuje punjenje plastične cevi sa zapaljivim gasom, npr. metan/kiseonik na terenu, a gas se pumpa u jednu cev koja se povezuje sa drugim cevima putem priključnih linija i jednostavnih T (konektora) spojeva. Da bi se proverilo da li je ceo uzorak cevi napunjen gasom, u šablon je projektovan povratni vod nazad do lokacije izvora gasa. Glavna prednost ovog dizajna je da je cev potpuno inertna tokom podešavanja šablona pre punjenja cevi gasom.
Jezgro sa tankim slojem praha
Treći i najčešće korišćeni tip je stil zasnovan na Persson patentu. Ova cev se sastoji od plastične cevi malog prečnika prekrivene tankim slojem eksplozivnog sastava, najčešće aluminijuma i HMX-a (eksplozivna smeša) koji je zalepljen za unutrašnji zid cevi.
Ove različite vrste šok cevi imaju specifične primene i razvijaju se prema potrebama različitih industrija, uključujući rudarsku, vojnu i pirotehničku industriju.
Materijali za izradu - Cev
Konstrukcija cevi se obično sastoji od jednog do tri sloja različitih plastičnih materijala. Prvi unutrašnji sloj mora imati lepljiva svojstva u fazi topljenja, tj. tokom ekstruzije, kako bi omogućio da se prah zalepi za unutrašnju stranu cevi. Ovaj prvi sloj i svi spoljni slojevi moraju u celini ili pojedinačno da ispunjavaju sledeća svojstva: sposobnost da izdrži abraziju, obezbediti dobru fleksibilnost i rukovanje, sprečavanje prodora vode, otpornost na hemikalije, sposobnost podnošenja visokih i niskih temperatura, zateznu čvrstoću za rukovanje i radijalnu čvrstoću za obuzdavanje udarne reakcije.
Prva ekstrudirana udarna (šok) cev bila je jednoslojna, L. Kristensen et. al., US Patent 4 328 753 (1982) Nitro Nobel AB Gyttorp,Sweden a materijal izbora za ovaj sloj bio je i još uvek jeste jonomer pod imenom Surlyn(r). Ovaj tip jonomera je slučajni kopolimer etilena i metakrilne kiseline, neutralisan metalima poput cinka ili natrijuma. Rastopljena plastika ima blago jonsko električno naelektrisanje ili lepljiva svojstva na površini kada izlazi iz ekstrudera. Prah se lepi za ovu površinu tokom proizvodnog procesa kao rezultat elektrostatičke adhezije i jednostavnog lepljenja. Drugi materijali, kao što su etilen/akrilna kiselina (EAA) i etilen-vinil acetat (EVA), takođe imaju lepljiva svojstva kao rastopljeni materijali, pružajući dobra svojstva za prijanjanje praha. G.R. Thureson et al, US Patent 4 607 573(1986) Ensign Bickford Industries Simsbury, Connecticut Drugi patent D.J. Welburn et al US Patent 5 317 974 (1994) Imperial Chemical Industries PLC Millbank, London navodi da nekoliko drugih specifičnih materijala takođe imaju neophodne adhezivne kvalitete.
Iako Surlyn ima mnogo korisnih osobina kao što su lepljivost, radijalna čvrstoća i dobra otpornost na gorivo, jednoslojna Surlyn(r) cev je relativno kruta i ima loša svojstva rukovanja. Kako bi se poboljšale ove osobine, deo Surlyn-a je zamenjen spoljašnjim slojem od drugih plastika.
Najčešće korišćeni materijal za spoljašnje slojeve je polietilen niske i srednje gustine. Upotreba ovih materijala značajno poboljšava fleksibilnost i rukovanje cevima. Pored polietilena, upotrebljavaju se i drugi materijali poput najlona, zytel-a (smeša najlona i polietilena) i termoplastičnih poliestera. R.C. Greenhorn et al, AU Patent AU-A-46291/93 (1993)1993)ICI Canada, North York,Canada Važno je napomenuti da se rad u ovim patentima bavi mogućom potrebom za vezanim slojevima kako bi se omogućilo prianjanje susednih slojeva tokom procesa ekstruzije premaza ili omotača.
U daljem razvoju, problem krutosti je rešen kombinovanjem lepljivih materijala sa nelepljivim, kako bi se formirala stabilna smeša koja zadržava potrebnu snagu prijanjanja praha. Mešavina, iako sadrži samo mali deo lepljivog plastičnog materijala, održava potrebnu snagu lepka neophodnu za držanje praha na mestu tokom rukovanja.
Primarni napori u razvoju plastike na koje ukazuju patenti usredsređeni su na sposobnost da izdrži izlaganje visokim temperaturama dizel gorivu. Ovo se zasniva na potrebama industrije miniranja. Jedna metoda V. Parker, UK Patent GB 2 255 160 A (1992) Imperial Chemical Industries PLC Millbank, London oblaže cev sa šelak materijalom. Osnovna plastična cev je obrađena, na primer, termički, hemijski radi unapređenja dobrog prianjanja. Nanošenje premaza od polivinil acetata ili polivinil alkohola na cev je prijavljeno kao sredstvo za poboljšanje otpornosti na toplo dizel gorivo. R.F. Stewart, UK Patent GB 2 248 912 A (1992) Imperial Chemical Industries PLC Millbank, London U ovom razvoju, cev je takođe poželjno termički obrađena, hemijski tretirana ili obložena slojem za vezivanje da bi se unapredila adhezija spoljnog sloja barijere za ulje. Drugi patent M.W. Beck, AU Patent AU-B-81604/91(1991) Imperial Chemical Industries PLC Millbank, London izveštava o upotrebi materijala nekompatibilnih sa topljenjem u topljenju cevi koji deluju kao unutrašnje fizičke barijere za difuziju ulja.
Materijali za izradu - Energetski sastav
Mešavina koja se najčešće koristi kao energetski materijal sastoji se od kombinacije HMX-a i aluminijuma, koji obično sadrži 8-10% aluminijuma. Količina materijala po dužini cevi je obično 12-24 miligrama po metru, što se prevodi u površinsko opterećenje od oko 45 mg/cm² na unutrašnjem prečniku cevi. U nekim patentima su pomenuti i drugi materijali, kao što su eksplozivi PETN, RDX, TNT i mešavine PETN-a sa aluminijumom, kao i čisti aluminijum.
Aluminijum koji se koristi je u obliku pahuljica prekrivenih stearinskom kiselinom, sa površinom od oko 40.000 cm² po gramu. Kao što je uobičajeno za aluminijum, ove pahuljice imaju tanki sloj aluminijum oksida na spoljašnjoj površini, koji štiti ostatak aluminijuma od oksidacije pod normalnim uslovima. Međutim, skladištenje na visokim temperaturama može polako uzrokovati dalju oksidaciju. Tačka topljenja aluminijuma je oko , dok je tačka ključanja oko . Sloj aluminijum oksida ima tačku topljenja od oko , a sagorevanje aluminijuma verovatno započinje topljenjem ovog sloja.
Eksploziv Beta-HMX (ciklotetrametilen tetranitramin, poznat i kao Oktol) je kristalni, sa tipičnom veličinom čestica oko 20 mikrona. Tačka topljenja HMX-a je oko , a temperatura eksplozije je oko .