塑料导爆管吸水过程的热力学分析

《塑料导爆管吸水过程的热力学分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、塑料导爆管吸水过程的热力学分析1引言　　塑料导爆管的吸水行为是由其管壁材料的吸水性决定的，以高压聚乙烯为管壁材料的塑料导爆管的吸水行为及其对传爆可靠性的影响已有报道［1］，本研究在此基础上进一步探索水浸导爆管的吸水过程及其物理本质。研究发现，导爆管的吸水量是由热力学控制的；除温度、压力等基本的热力学参数以外，浸水方式是十分主要的影响因素。不同的浸水方式构成了不同的热力学过程，由此造成导爆管的吸水行为完全不同，传爆可靠性也有巨大差别。工程施工中导爆管雷管用于水下爆破时，恰恰处于容易引起其内腔进水的浸水方式(雷管在水下，网络连接在水上)。本文

2、分析了不同浸水方式下导爆管吸水过程的热力学特征，找出了常温下浸水导爆管内腔进水并引起拒爆的原因，可供导爆管雷管在有水环境下实施爆破时参考。2　试验原理　　当塑料导爆管浸在水中时，其管壁便开始吸水进而水汽进入管内腔，当进入内腔的水汽足够多且形成水珠时，便会引起导爆管的拒爆。导爆管的吸水情况可用吸水率来表示，传爆可靠性用导爆管传爆率来表示，有关导爆管的吸水率和传爆可靠性的测试方法已由文献［1］给出。本研究所采用的测试方法及器材均和文献［1］相同。3　试验过程及结果3．1　浸水方式对吸水率的影响一定的时间后观察管内腔进水情况，并测定其传爆可靠性

3、，结果见表1。     　　将1．2m长的导爆管两端热封，以每4根为一组分别浸在不同温度的水中。浸水方式分两种：一种是每根导爆管的两端各伸出水面10cm（称部分浸水），另一种为导爆管完全浸没在水中(称全浸)。用分析天平测定其吸水率随浸泡时间的变化。试验分别在25℃、35℃的恒温水槽内和在空气中自然存放的水中进行，结果分别见图1、图2和图3。3．2　不同浸水方式下导爆管的传爆可靠性　　长2．0m的塑料导爆管两端热封口，在不同的温度和不同的浸水方式条件下浸水，图1　环境温度6℃～15℃，水温　　25℃导爆管吸湿曲线图2　环境温度10℃～22℃

4、，　　水温35℃导爆管吸湿曲线图3　环境温度10℃～25℃，空气中自　　然存放的工业水中导爆管的吸湿曲线　　从试验结果可以观察到如下现象：　　（1）从图1和表1中可以看到，同在25℃的恒温水溶液中浸泡，部分浸水导爆管之吸水率明显高于全浸的导爆管。全浸时导爆管吸水很快达到饱和，吸水率低于0．03％，浸水22　d传爆可靠性未受影响；而部分浸水的导爆管吸水率直线上升，22　d未见饱和迹象，导爆管露出水面的部分明显可见水珠，导爆管拒爆。从35℃时的试验结果可得出相似的结论(见图2、表1)。表1　水浸导爆管的传爆可靠性试验浸水温度／℃环境温度／℃平

5、均温差／℃浸水时间／d部分浸水进水情况及传爆可靠性×100全浸进水情况及传爆可靠性×100256～1513．522明显可见水珠0未见水珠1003510～221934明显可见水珠0未见水珠10010～2510～25042未见水珠100未见水珠100注：本组试验是在室温下空气中自然存放的水中浸泡。　　（2）图3所示结果是将导爆管浸入空气中自然存放的水中所得。在试验温度下（10℃～25℃），两种浸水形式导爆管同时达到饱和，吸水率低于0．01％，且浸泡42d未见传爆异常。 　　进一步的分析可以看到，几种不同浸水方式的区别本质上是温度沿导爆管的分

6、布不同。　　（1）当导爆管浸于恒温水槽中，且采用全浸方式，无论水的温度多高，导爆管各部分始终处于相同的温度下，即温度沿导爆管的分布相同；　　（2）导爆管浸于恒温水槽，浸水方式为部分浸水，则水下部分的温度和水上部分有差异，此时温度沿导爆管的分布不同。试验观察到，当水下温度高于水上温度(环境温度)时，导爆管的吸水量便大大增加，产生拒爆；　　（3）当导爆管浸在自然存放于空气中的一定量的水中时，由于水和空气的温度基本保持平衡，水上水下温度大致相同，故此时无论全浸还是部分浸水，温度沿导爆管的分布都相同。试验观察到，吸水很快达到饱和，吸水量小，长时间

7、浸泡亦不影响传爆。　　以上现象的本质是热力学平衡问题［2］，下面就几种浸水情况分别予以分析。4．1　全部浸水　　设导爆管浸水时管内外水的化学势分别为μ内、μ外，水的活度分别为a内、a外，则有：μ内＝μ°（T，P°）＋RTlna内（1）μ外＝μ°（T，P°）＋RTlna外（2）则μ外－μ内＝RTln（3）　　对全浸方式，当导爆管刚浸入水中时，a外＞a内，ln＞0，故μ外－μ内＞0，μ外＞μ内，水汽便由导爆管外部向内腔迁移。一定的时间以后水汽进入内腔，a内↑，当a外＝a内时，RTln＝0，则μ外＝μ内。这时内外达到平衡，进入内腔的水量一定且不

8、再增加(分别见图1、图2中的全浸曲线)。试验测得25℃、35℃温度下饱和吸水量均在0．03％左右，且这样的吸水量不对导爆管的传爆可靠性造成影响。这就是采用全浸方式导爆管吸水行为的热力学本质。4