Способ изготовления детонирующего шнура
Владельцы патента RU 2697554:
Общество с ограниченной ответственностью "Промперфоратор" (RU)
Изобретение относится к производству шнуровых средств взрывания и может быть использовано при изготовления шнуров, функционирующих в условиях воздействия повышенных температур и давлений, и в агрессивных средах. Технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационных характеристик детонирующего шнура путем улучшения механических свойств таких, как водостойкость в течение 24 часов, эластичность при температурах минус 50°С и плюс 50°С, термостойкость при температуре 190±10°С, морозостойкость при температуре минус 50°С, термобаростойкость при температуре 150°С и давлении 100±5°С, стойкость к агрессивным средам достигается за счет выполнения защитного слоя детонирующего шнура в виде оболочки из смолы Zytel LC 7601, получаемой с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в количестве 5-7%. Оболочку выполняют экструдированием с автоматическим управлением постоянством скорости подачи и непрерывным контролем толщины оболочки шнура. Осушают оплетку сжатым воздухом. Маркировку наносят на предварительно уплотненный, с нанесенной оболочкой, шнур. Это позволяет шнурам функционировать в условиях воздействия повышенных температур, повышенных давлений и в агрессивных средах. 4 з.п. ф-лы.
Способ изготовления детонирующего шнура относится к области производства шнуровых средств взрывания, и может быть использован при изготовления шнуров, функционирующих в условиях воздействия повышенных температур, повышенных давлений и в агрессивных средах.
Детонирующие шнуры (ДШ) получили широкое распространение во взрывном деле и хорошо известны. Они применяются для осуществления одновременного взрыва от нескольких зарядов до нескольких сотен зарядов, а также для бескапсюльного взрывания зарядов.
Детонирующие шнуры имеют многослойную структуру. Сердцевину из взрывчатого вещества (ВВ) окружают одна или несколько оболочек из синтетических, хлопчатобумажных или льняных нитей различного плетения, а внешний защитный слой - это, как правило, покрытие из полимера.
Известен «Детонирующий шнур» по AC SU 1616059 от 12.05.1989 С06С 5/04 (1995.01), состоящий из ведущих нитей, сердцевины, обмоток и оболочки, при этом, обмотки выполнены из лавсановой пряжи, а оболочка из модифицированного поливинилхлоридного пластиката повышенной эластичности с относительным удлинением 250-460% пластифицированного диоктилсебацинатом, причем толщина оболочки определена соотношением h (0,05 1,0)d, где h толщина оболочки; d диаметр детонирующего шнура.
.Использование в качестве оболочки, выполненной из модифицированного поливинилхлоридного пластиката с относительным удлинением 250-460% пластифицированного диоктилсебацинатом, при толщине оболочки определенной соотношением h (0,05 1,0)d, где h толщина оболочки; d диаметр детонирующего шнура, из-за высокого % разбега относительного удлинения оболочки из модифицированного поливинилхлоридного пластиката при максимальных и минимальных температурах происходит большое колебания длины готового изделия. Это приводит к появлению разрывов (зазоров) в местах соединения бустера с детонирующим шнуром, а это недопустимо. В данной ситуации бустер не сработает и произойдет затухание детонации в следующей секции перфоратора, так как не будет передачи детонации от бустера одной секции к бустеру другой секции. Большое соотношение h (0,05-1,0)d значит, что данное покрытие не обеспечивает равномерное нанесение оболочки из модифицированного поливинилхлоридного пластиката, что создает проблему при обжатии детонирующего шнура помещенного в бустер, который монтируется при снаряжении перфораторов. После нанесения защитного слоя на основе полиамида, с течением времени морозостойкость данного пластиката при эксплуатации кабельных линий снижается, так через 3 суток при температуре 85°С улетучивается 0,8% пластификатора, тем самым ухудшаются свойства поливинилхлоридного пластиката.
Известен способ изготовления детонирующего шнура по патенту RU 2421439 «Детонирующий шнур» от 19.03.2009, дата публикации заявки: 27.09.2010, опубликовано: 20.06.2011, МПК С06С 5/04 (2006.01), заключающийся в формировании сердцевины, размещении сердцевины из взрывчатого вещества в полимерной трубке из термоусаживающегося материала и последующем термоусаживании полимерной трубки из термоусаживающегося материала термостатированием.
Изготовление оболочки из термоусаживающегося материала и последующем термоусаживании полимерной трубки из термоусаживающегося материала термостатированием означает, что при повышении температуры материал сжимается, изменяя параметры изделия, в том числе и диаметр, в нашем случае диаметр детонирующего шнура. При сжатии снаряженный с бустером шнур уменьшит свой диаметр, появится зазор, а это не исключает демонтаж соединения бустер-детонирующий шнур. Также появляется зазор между чашечкой бустера и шнуром при монтаже. Зазор между шнуром и чашечкой бустера, это причина отказа секции перфоратора. Перфоратор собирают из множества секций, и если в какой-то из секций прекратится детонация, это послужит отказом всего перфоратора. Это, во первых, безопасность извлечения снаряженного перфоратора из скважины, и убытки, во вторых.
Наиболее близким техническим решением является «Способ изготовления детонирующего шнура…» по патенту RU 2556651 от 29.04.2014, Опубликовано: 10.07.2015 МПК С06С 5/04 (2006.01), включающий в себя нанесение защитного слоя на основе полиамида, в виде оболочки из нейлоновой смолы Зайтел® 350 PHS 2 на полуфабрикат изделия, намотанный на бобины, в экструзионной установке. Температура плавления смолы Зайтел® 350 PHS 2 составляет 215°С при нагревании с постоянной скоростью 10°С/мин,
Поскольку смола Зайтел® 350 PHS 2 обладает повышенным модулем упругости при растяжении и модулем упругости при изгибе (800 МПа), гибкость и эластичность изготовленного детонирующего шнура с таким покрытием, оказываются ниже требуемых для сборки перфораторов шнуров, которые должны легко сгибаться и выпрямляться, быть очень подвижным, легко проходить к местам соединения его с зарядами.
Задачей предлагаемого технического решения является создание технологии изготовления детонирующего шнура, обладающего высокими эксплуатационными (взрывчатыми) характеристиками.
Задача решена за счет способа изготовления детонирующего шнура, содержащего экструдирование сердцевины детонирующего шнура, оплетку сердцевины нитями, нанесение защитного слоя из полиамидной смолы Zytel, при этом, защитный слой в виде оболочки выполнен из смолы Zytel LC 7601, получаемой с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в соотношении, мас. %: полиамида ПА-612 HIP 93-95, пластификатор 5-7; нанесение оболочки осуществляют выдавливанием расплава смолы шнеком экструдера, с автоматическим управлением постоянством скорости подачи, и непрерывным контролем толщины оболочки шнура в пределах, определяемых соотношением h (0,047 0,085) d, где h толщина оболочки, d диаметр детонирующего шнура; нанесение защитного слоя осуществляют методом экструзии полиамидной смолы при температуре 230-255°С; в наносимой на шнур оболочке относительное удлинение смолы находится в пределах 350-400%; удаление поверхностной влаги с оплетки детонирующего шнура, образовавшейся в результате охлаждения его после экструзии водой, проводят сжатым воздухом; оболочку на различные марки шнуров наносят различной цветовой гаммой, обеспечиваемой добавлением к смоле полимерного красителя; в соотношении м.ч: смола : краситель, как 10:0,5-0,7; маркировку наносят на предварительно уплотненную оболочку.
Выполнение защитного слоя в виде оболочки из смолы Zytel LC 7601, получаемой с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в соотношении, мас. %: полиамида ПА-612 HIP 93-95, пластификатор 5-7; позволяет обеспечить изготовление детонирующего шнура стойкого к термохимическому, термобарическому воздействию и значительно улучшает механические свойства детонирующих шнуров производимых до настоящего времени в России, так как относительное изменение длины детонирующих шнуров с новым покрытием составляет не более 2-х % при повышенных до плюс 200°С и пониженных до минус 50°С температур. Из-за невысокого, по сравнению с аналогом, % разбега относительного удлинения оболочки. из модифицированного поливинилхлоридного пластиката при максимальных и минимальных температурах происходит меньшее колебание длины готового изделия, что обеспечивает передачу детонации от бустера одной секции к бустеру другой секции.
Нанесение смолы Zytel (Зайтель) LC 7601, получаемой с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в соотношении, мас. %: полиамида ПА-612 HIP 93-95, пластификатор 5-7; позволяет сохранить свойства шнура при воздействии на него в течении 2 часов повышенных температур и давлении одновременно, а также позволяет использовать данные шнуры при повышенном давлении и температуры в течении 2 часов в щелочной среде и среде дизельного топлива, а также в течении 90 минут в кислотной среде (соляная кислота с массовой долей 15%)
Выдавливание полученного расплава смолы шнеком экструдера с постоянной скоростью подачи и непрерывным контролем обеспечивает поддержание толщины оболочки шнура в необходимых пределах и определяется соотношением h (0,047 0,085) d где h толщина оболочки, d диаметр детонирующего шнура за счет использования необходимых датчиков и приборов контроля.
Автоматическое управление поддержанием диаметра и непрерывный контроль за непрерывностью нанесения покрытия шнура исключает пребывание обслуживающего персонала в особо опасной зоне производства.
Однородность получаемого покрытия детонирующего шнура, позволяет его использовать как при высоких положительных так и отрицательных температурах, при высоком давлении, а также в агрессивных средах.
Создание технологии изготовления детонирующего шнура, с использованием предлагаемого способа, обеспечивает изготовление детонирующего шнура, обладающего высокими эксплуатационными (взрывчатыми) характеристиками.
Способ изготовления детонирующего шнура осуществляют следующим образом.
На оплеточном станке с помощью подачи сжатого воздуха давлением 0,15-0,2 Мпа проводят экструдирование непрерывной сердцевины детонирующего шнура, а оплетку сердцевины проводят полиэфирными нитями, с непрерывным контролем и поддержанием диаметра детонирующего шнура в пределах 4,4-4,9 мм
Наносят на оплетку защитный слой, получаемый из полиамидной смолы Zytel (Зайтель) LC 7601, с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в соотношении, мас. %: полиамида ПА-612 HIP 93-95, пластификатор 5-7.
Основным компонентом данной смолы является Nylon 612, российский аналог полиамид 612 (ПА 612). Но смола ZYTEL LC 7601 производства Du Pont США 2013 года содержит в своем составе необходимые пластификаторы, которые обеспечивают покрытию и изделию в целом, изготавливаемых с использованием данной смолы, необходимую эластичность и морозостойкость. Испытания показали, что эти показатели не изменяются даже после выдержки детонирующего шнура в течении 2-х часов при температурах минус 50±5°С и плюс 50±5°С.
Свойства смолы ZYTEL LC 7601 отличаются повышенной химической и термической стойкостью. Изделия, где применяется данная смола имеют низкую влагопоглащаемость.
Модуль упругости смолы при растяжении - 500 Мпа.
Модуль упругости при изгибе - 500 Мпа.
Температура плавления - 209°С при нагревании с постоянной скоростью 10°С/ мин.
Плотность - 1020 кг/м3.
При обработке выдавливанием (экструзия) диапазон температур плавления 230-255°С.
Оптимальная температура плавления - 245°С.
Время сушки смолы - 4 часа.
Температура сушки - 80°С.
Оптимальное содержание влаги в смоле не более 0,05°С.
Покрытие шнура с использованием данной смолы делает ДШ термобаростойким, что позволяет соответствовать всем необходимым характеристикам детонирующих шнуров, и после выдержки его в воде при температуре 150±5°С, и при давлении 100±5 МПа в течении 2-х часов.
ДШ с данным покрытием устойчив к агрессивным средам, а именно:
- дизельному топливу с температурой 150±5°С и при давлении 100±5 МПа в течении 2-х часов;
- щелочной среде (водный раствор гидроксида калия с массовой долей 2%) при температуре 150±5°С и при давлении 100±5 МПа в течении 2-х часов;
- кислотной среде (соляная кислота с массовой долей 15%) при температуре 150±5°С и при давлении 100±5 МПа в течении 10 минут;
- при температуре 130±5°С и при давлении 100±5 МПа в течении 40 минут;
- при температуре 80±5°С и при давлении 100±5 МПа в течении 90 минут.
Стойкость детонирующего шнура обеспечивают нанесением покрытия из смолы ZYTEL LC 7601 на шнур толщиной всего 0,2-0,4 мм. Дальнейшее увеличение толщины нанесения слоя покрытия стойкость шнура не увеличивает, а только снижает эластичность ДШ и увеличивает его себестоимость.
Покрытие детонирующих шнуров данной смолой позволяет производить сборку перфорационных систем в условиях пониженных отрицательных температурах до минус 50°С. При данных температурах нарушения целостности покрытия не происходит, а сам шнур позволяет производить с ним необходимые операции, в том числе и перегиб его сколько необходимо раз.
Нанесение оболочки осуществляют выдавливанием расплава смолы шнеком экструдера с автоматическим управлением постоянством скорости подачи и непрерывным контролем толщины оболочки шнура в пределах, определяемых соотношением h (0,047 0,085) d, где h толщина оболочки, d диаметр детонирующего шнура.
Использование оболочки из полиамидной смолы Zytel (Зайтель) LC 7601 с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в количестве 5-7%, полностью устраняет проблемы аналогов, в виде больших колебания длины готового изделия, из-за относительного изменения длины детонирующих шнуров.
С новым, вышеукзанным покрытием, относительное изменение длины детонирующих шнуров составляет не более 2-х %, при повышенных до плюс 200°С и пониженных до минус 50°С температур, а также, не происходит изменения состава смолы как при положительных так и отрицательных рабочих температурах.
Оболочку на различные марки шнуров наносят различной цветовой гаммой, обеспечиваемой добавлением к смоле полимерного красителя, в соотношении м.ч: смола : краситель, как 10:0,5-0,7;
С целью поддержания высокой стойкости ДШ к различным средам краситель также изготавливается на основе смолы ZYTEL LC 7601.
Перед выдавливанием смолы Zytel (Зайтель) LC 7601 ее смешивают с красителем, в зависимости от марки производимого шнура. Затем смесь расплавляют за счет ТЭНов, установленных на головке экструдера, а шнур проходя через головку экструдера покрывается расплавом смолы Zytel (Зайтель) LC 7601.
Автоматическое управление поддержанием диаметра и непрерывный контроль за непрерывностью нанесения покрытия шнура, исключает пребывание обслуживающего персонала в особо опасной зоне производства.
Кстати, в России таких систем контроля и управления до настоящего времени не было. Появилась возможность изготавливать шнур с необходимым точным диаметром.
С целью повышения качества детонирующего шнура маркировку наносят на предварительно уплотненный давлением 0,045-0,05 Мпа, совместно с оболочкой шнур.
В существующих технологиях производств детонирующих шнуров данная операция, уплотненние шнура совместно с оболочкой, отсутствует
Изготовленный предлагаемым способом детонирующий шнур при испытаниях показал следующие характеристики: внешний диаметр 5,1±0,2 мм; масса ВВ на 1 п.м шнура 19,0 г; скорость детонации ≈ 7700 м/с; шнур выдерживает температуру 190±10°С в течение 1 часа, что полностью соответствует техническим условиям на детонирующий шнур ТУ 7287-001- 09344304-2014 и ТУ 7287-002-09344304-2014
Технический результат выражается в повышении эксплуатационных характеристик детонирующего шнура путем улучшения механических свойств таких, как водостойкость - в течении 24 часов, эластичность - при температурах минус 50°С и плюс 50°С, термостойкости при температуре 190±10°С, морозостойкости при температуре минус 50°С, термобаростойкости при температуре 150°С и давлении 100±5°С, стойкости к агрессивным средам, за счет способа изготовления детонирующего шнура, при котором защитный слой в виде оболочки выполнен из смолы Zytel, получаемой с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в количестве 5-7%; осуществляют экструдированием с автоматическим управлением постоянством скорости подачи и непрерывным контролем толщины оболочки шнура. Осушают оплетку сжатым воздухом. Маркировку наносят на предварительно уплотненный, с нанесенной оболочкой, шнур. Это позволяет шнурам функционировать в условиях воздействия повышенных температур, повышенных давлений и в агрессивных средах.
1. Способ изготовления детонирующего шнура, содержащий экструдирование сердцевины детонирующего шнура, оплетку сердцевины нитями, нанесение защитного слоя из полиамидной смолы Zytel, отличающийся тем, что защитный слой в виде оболочки выполнен из смолы Zytel LC 7601, получаемой с использованием полиамида ПА-612 HIP и пластификатора в соотношении, %:
| полиамида ПА-612 HIP | 93-95 |
| пластификатор | 5-7, |
нанесение оболочки осуществляют выдавливанием расплава смолы шнеком экструдера с автоматическим управлением постоянством скорости подачи и непрерывным контролем толщины оболочки шнура в пределах, определяемых соотношением h=(0,047-0,085)d, где h - толщина оболочки, d - диаметр детонирующего шнура.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение оболочки осуществляют методом экструзии полиамидной смолы при температуре 230-255°С с последующим охлаждением водой и сушкой сжатым воздухом.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в наносимой на шнур оболочке относительное удлинение смолы находится в пределах 350-400%.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оболочку на различные марки шнуров наносят различной цветовой гаммой, обеспечиваемой добавлением к смоле полимерного красителя в соотношении, м.ч.: смола : краситель как 10:0,5-0,7.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что маркировку наносят на предварительно уплотненный совместно с оболочкой детонирующий шнур.
