PT869935E - Carga pirotecnica para detonadores - Google Patents

Description

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Descrição “Carga pirotécnica para detonadores”

Campo técnico A presente invenção refere-se à técnica dos detonadores do tipo que compreende um invólucro com uma carga de base que compreende um explosivo secundário, disposto numa extremidade do referido invólucro, meios de inflamação dispostos na sua extremidade oposta e uma parte intermédia, com um trem pirotécnico, que é capaz de converter um impulso de inflamação proveniente dos meios de inflamação para uma detonação da carga de base. Mais especificamente, a invenção refere-se a novas composições de cargas pirotécnicas, para usar como cargas de inflamação nesses detonadores e para a inflamação de explosivos secundários em geral.

Fundamento da invenção

Os detonadores são usados para vários fins, tanto militares como civis, mas descrever-se-ão aqui principalmente em relação às aplicações na dinamitação comercial de rochas onde, tipicamente, uma pluralidade de detonadores de um sortido, com tempos de atraso internos diferentes, é ligada numa rede de condutores de sinais, eléctricos ou não eléctricos.

Em tais detonadores, podem usar-se cargas pirotécnicas para finalidades diferentes, num trem pirotécnico que converte um impulso de inflamação, proveniente de meios de inflamação e sinalização para uma detonação numa carga de base, por exemplo uma carga de transferência rápida ou amplificadora, uma carga lenta retardada, uma carga de vedação com um gás impermeável ou uma carga de inflamação para a detonação da referida carga de base. 2 É apresentado um exemplo de uma carga pirotécnica num trem pirotécnico na patente US-A-2 185 371, que apresenta uma carga retardada com uma liga de antimónio como combustível específico. Outros exemplos são dados na patente GB-A-2 146 014 e na patente DE-A-2 413 093, que apresentam uma composição de combustível pirotécnico, para o corte de condutas, e uma mistura explosiva, respectivamente. Como exemplo de um processo para a produção de cargas pirotécnicas, faz-se referência à patente EP 0 310 580, que descreve a produção de cargas retardadas e de inflamação.

No entanto, é comum a toda esta técnica anterior o facto de não expor nem mesmo sugerir a utilização da nossa carga de inflamação específica para detonar quantitativa e fíavelmente cargas explosivas secundárias.

Aumentam constantemente os requisitos colocados a todas as partes do trem pirotécnico. Um requisito principal é que as cargas devem arder com velocidades de reacção bem definidas e estáveis, com dispersão temporal limitada. A velocidade de combustão não pode ser significativamente influenciada pelas condições ambientais nem pelo envelhecimento. As cargas têm de ter propriedades de inflamação reprodutíveis, mas serem insensíveis ao choque, às vibrações, ao atrito e a descargas eléctricas. A velocidade de combustão nominal deve ser ajustável com modificações mínimas da carga. A mistura de carga tem de ser fácil de preparar e segura na sua preparação, doseamento e compressão, e não ser demasiado sensível às condições de produção. Além disso há uma exigência crescente para que as cargas não contenham substâncias tóxicas e que as preparações possam ser feitas sem perigo para a saúde, tais como o uso de solventes.

Embora as cargas pirotécnicas possam, em geral, ser vistas como misturas de um combustível e um oxidante, podendo portanto dispor-se potencialmente de muitas composições, os requisitos atrás descritos, conjuntamente, limitam de maneira significativa a escolha de composições apropriadas para cada uma das referidas cargas. Há, no entanto, a necessidade de mais aperfeiçoamentos, tanto a respeito da eficácia como devido ao facto de, por causa de os compostos até agora indicados para este fim, tais como compostos de chumbo ou cromatos, serem cada vez menos disponíveis e aceites.

Descrição geral da invenção O objecto principal da presente invenção consiste em proporcionar um detonador e cargas pirotécnicas nele utilizadas, com um comportamento melhorado e propriedades como atrás foram referidas.

Um objecto mais específico consiste em proporcionar um detonador com um trem pirotécnico com a capacidade de inflamar um explosivo secundário, de maneira qualitativa e fiável.

Um outro objecto consiste em proporcionar um detonador com propriedades estáveis, relativamente à velocidade de combustão, ao envelhecimento e à inflamação ambiental na fabricação, no armazenamento e na utilização.

Um outro objecto consiste em proporcionar um tal detonador com propriedades fiáveis, mas ainda seguro contra uma iniciação não intencional.

Um outro objecto consiste em proporcionar um tal detonador com menos componentes perigosos.

Ainda outro objecto consiste em proporcionar um tal detonador que permite condições seguras e sem perigo para o ambiente.

Ainda outro objecto consiste em proporcionar a utilização de uma carga pirotécnica para a inflamação de explosivos secundários em geral, e mesmo sem qualquer explosivo primário presente em ligação com ele.

Estes objectos são atingidos por meio das características apresentadas nas reivindicações anexas.

Assim, de acordo com a invenção, verificou-se inesperadamente que uma combinação específica de um combustível metálico e um óxido metálico oxidante possui a capacidade de inflamar, de maneira qualitativa e fiável, explosivos secundários, especialmente em detonadores do tipo especificado na parte de abertura da presente memória descritiva, e mesmo no caso em que não está presente qualquer explosivo primário.

Neste contexto, inflamação qualitativa ou similar, significa uma inflamação de um explosivo secundário sem qualquer combustão laminar, na qual a frente de combustão é plana, mas sim com um estádio de combustão convectiva, no qual a combustão é extremamente não homogénea.

Uma descoberta muito importante, em ligação com isso, é que, apesar do referido mecanismo de combustão ou queima, obteve-se uma inflamação muito fiável do explosivo secundário, não sendo as restantes funções do trem influenciadas negativamente.

Além disso, a inflamação qualitativa obtida permite um encurtamento considerável do desenvolvimento da detonação (tempo da deflagração à detonação) do detonador, o que, por sua vez, permite uma redução considerável do comprimento do trem pirotécnico, ou do elemento de iniciação e/ou uma redução da resistência ou espessura do invólucro, sem qualquer prejuízo para o funcionamento do detonador.

Sem querermos limitar-nos a qualquer teoria sobre os mecanismos da reacçao, a invenção parece estar baseada na geração, pela nova carga de inflamação, de gases extremamente quentes, com uma elevada capacidade técnica e sob uma pressão elevada. Provavelmente, os gases da inflamação consistem essencialmente em vapores dos metais presentes na carga de inflamação. Apenas estas propriedades parecem assegurar uma inflamação qualitativa de um explosivo secundário.

Mais especificamente, a invenção refere-se a um detonador, que compreende um invólucro com uma carga de base, que compreende um explosivo secundário numa sua extremidade, meios de inflamação dispostos na sua extremidade oposta e um trem pirotécnico intermédio, que converte um impulso de inflamação proveniente dos meios de inflamação para a carga de base para a detonação do mesmo, compreendendo o trem pirotécnico uma carga de ignição que compreende um combustível metálico, escolhido dos grupos 2, 4 e 13 do quadro periódico e um oxidante, na forma de um óxido de um metal escolhido dos períodos 4 e 6 do quadro periódico, estando o combustível metálico presente em excesso, relativamente à quantidade estequiométrica necessária para reduzir a quantidade de oxidante de óxido metálico, gerando a referida carga de inflamação um gás pressurizado quente, capaz de inflamar o referido explosivo secundário da carga de base, para um estado de deflagração convectiva, para fazer detonar o mesmo de maneira fiável.

Assim, por utilização da carga de inflamação definida, que geralmente reage por “inversão” do sistema metal/óxido, com produção de calor, e que pode considerar-se uma carga de termite, atingem-se os objectivos atrás referidos. O metal está presente antes, durante e depois da reacção, garantindo condutividades térmica e eléctrica elevadas. A condutividade eléctrica significa riscos reduzidos de 6

inflamação não intencional por electricidade estática ou outros distúrbios eléctricos. Condutividade térmica elevada significa riscos reduzidos de inflamação não intencional por sobreaquecimento local, devido a atrito, choque ou outra causa, enquanto que as propriedades de boa inflamação da carga reagida são asseguradas por transferência do calor elevada e sustentada. A presença de metal fundido nos produtos da reacção amplifica estas últimas propriedades. Os óxidos metálicos são geralmente produtos estáveis, mesmo na presença de água, sendo portanto os metais, muitas vezes através da passivação superficial, que proporcionam boas características de envelhecimento e permitem a preparação da carga em suspensões na água, e que também talvez expliquem a velocidade de reacção observada invariavelmente na presença da humidade. Os reagentes da carga de termite são geralmente não-tóxicos e sem dano para o ambiente. Uma outra característica valiosa da carga de termite usada é que reage sob produção substancial de calor, como atrás se disse, o que contribui não só para boas características de inflamação como, de maneira mais importante, para dispersões temporais limitadas da reacção, em parte devido à independência da reacção das condições de temperatura inicial.

Nas aplicações de concepção de detonadores, é especialmente benéfico que possam utilizar-se cargas para fins diferentes e satisfazer simultaneamente vários requisitos. As cargas usadas como cargas de ignição de acordo com a presente invenção, podem ser usadas como cargas de transferência rápida da combustão, utilizando a propriedade da reacção com formação generosa de gases intermédios, proporcionando velocidades de inflamação e reacção em cargas porosas. As cargas podem ser usadas para dispositivos de atraso pirotécnico, utilizando a estabilidade da carga em condições diferentes, velocidades de combustão estáveis e variabilidade da velocidade de combustão por adição de aditivos inertes. As cargas podem ser usadas como cargas de vedação, para controlo da penetração dos gases, utilizando as características excelentes de formação de escória, do produto da reacção metálico fundido, que podem facilmente ser ainda melhoradas, por adição de materiais de reforço e de enchimento. Finalmente, de acordo com a invenção, as cargas podem também ser usadas como cargas de inflamação para explosivos secundários, principalmente em detonadores do tipo com explosivo não primário, utilizando a gama completa das potentes capacidades de iniciação da composição, incluindo temperaturas elevadas e contra-vedação, para estabelecer a frente de inflamação muito rápida e fiável, necessária para este mecanismo de detonação.

Outros objectos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição de pormenor seguinte.

Descrição de pormenor da invenção

Muitas composições pirotécnicas contêm um par redox, no qual um redutor e um oxidante são capazes de reagir com produção de calor. Mas o que é característico da presente invenção é que, no entanto, o redutor, ou combustível, é um metal, que o oxidante é um óxido metálico e que o par redox é um par de termite capaz de reagir com oxidação do combustível metálico original e redução a metal do oxidante de óxido metálico original. O calor gerado durante a reacção deve ser o suficiente para deixar, pelo menos uma parte e, de preferência, todo o produto final metálico, no estado de fusão. O calor não tem necessariamente de ser suficiente para fundir quaisquer outros componentes adicionados ao sistema, tais como produtos de enchimento inertes, excessos de reagentes ou componentes de outros sistemas pirotécnicos reactivos. Na sua essência, na reacção, o combustível metálico original substitui o metal do óxido, o que pode ser descrito como uma “inversão” do sistema metal/óxido. Para que isto suceda, o combustível metálico deve ter uma maior afinidade para o oxigénio que o metal do óxido. Uma condição precisa para isso é difícil de ser proporcionada mas, como indicação geral, nas séries electroquímicas, considerando reacções correspondentes à variação da valência actual do metal elementar, o combustível metálico deve ser pelo menos 0,5 melhor, de preferência pelo menos 0,75 e de preferência pelo menos 1 V mais electronegativo que o metal do óxido metálico.

De acordo com a invenção, o combustível metálico é portanto escolhido dos grupos 2, 4 e 13 do quadro periódico. Neste contexto, deve notar-se que os grupos e os períodos (ver adiante) referidos no quadro periódico são os grupos e períodos definidos pelo quadro periódico apresentado a seguir.

Quadro periódico usado 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 0 1 ls_ He 2 Li Be B C N 0 F Ne 3 Na Mg AI Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Gâ Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In JLn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi Po At |Rn 7 Fr Ha Ac r-------1 não metais i J meios-metais metais

Por outras palavras, o grupo 2, no qual se escolhe o combustível metálico, contém, entre outros, os metais Re, Mg, Ua, Sr e Ba, enquanto o grupo 4 contém os 9

/ N metais Ti, Zr e Hf e o grupo 13 contém Al, Ga, In e TI.

No entanto, de preferência, o combustível metálico é escolhido nos períodos 3 e 4 dos referidos grupos 2, 4 e 13 isto é, Mg, Al, Ca, Ti e Ga. Mais preferentemente, o referido combustível é escolhido dos metais Al e Ti. O metal do oxidante de óxido metálico, como atrás se disse, é escolhido nos períodos 4 e 6 do quadro periódico, contendo o período 4 K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu e Zn e contendo o grupo 6 Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi e Po.

Mas os metais preferíveis do referido grupo 4 são Cr, Mn, Fe, Ni, Cu e Zn e, particularmente preferíveis Mn, Fe e Cu.

Os metais preferíveis do referido período 6 são Ba, W e Bi e o especialmente preferido é o Bi.

Neste contexto, os óxidos especialmente preferidos são Fe203, Fe304, Cu20, Cuo, Bi203 e Mn02.

Como está indicado, as cargas de inflamação de acordo com a invenção, são cargas de termite, que são capazes de produzir temperaturas de combustão muito elevadas. Como medida da temperatura de combustão pode usar-se a temperatura final, teoricamente calculada numa reacção para o equilíbrio final entre os reagentes presentes, num sistema isolado mecânica e termicamente, nas condições de densidade e de concentração actualmente presentes na carga considerada. Esta medida é independente da velocidade de combustão da carga, da permeabilidade e do isolamento dos gases e será designada como temperatura de combustão “ideal” da carga A temperatura de combustão ideal pode servir como uma aproximação da temperatura de combustão actual, para cargas com grande velocidade de combustão, 10 permeabilidade aos gases reduzida, dimensões físicas grandes ou, de outro modo, perdas reduzidas para o ambiente. Para as cargas que não possam ser consideradas como satisfazendo aproximadamente as condições atrás mencionadas, devem determinar-se temperaturas de combustão “actuais”, através de medições. Isso pode fazer-se, por exemplo, por inserção de um termopar na carga, por registo de espectros de emissão a partir da carga, quando reage num material transparente, ou a partir de uma fibra óptica colocada na carga, ou de qualquer outra maneira. Quando a temperatura de combustão da carga for um factor a considerar, como se descreverá mais adiante, a temperatura de combustão ideal deve ser superior a 2 000°K, de preferência superior a 2 300°K e, mais preferivelmente, superior a 2 600°K. A composição e a geometria da carga devem, de preferência, ser calculadas para proporcionar temperaturas de combustão actual superiores a 60%, de preferência superiores a 70% e, mais preferentemente, superiores a 80% da temperatura de combustão ideal expressa em graus Kelvin.

As cargas pirotécnicas para detonadores estão substancialmente contidas nos mesmos, sendo um requisito geral que toda a reacção seja substancialmente sem gases, para desintegrar as estruturas do detonador. As presentes composições, que são constituídas por um metal e um óxido metálico, que formam um par, ambos como reagentes e produtos, satisfazem de maneira excelente a condição de ausência de gases para toda a reacção.

Mas, como atrás se disse, crê-se que as boas características de combustão e propriedades de inflamação das composições são devidas essencialmente à formação de produtos gasosos intermédios, não presentes noutras composições semelhantes. Pelo menos em parte, devido às elevadas temperaturas de reacção, em combinação com pontos de ebulição relativamente baixos dos combustíveis metálicos que satisfazem às condições atrás referidas, crê-se que são produzidos produtos intermédios de vapores temporários do combustível metálico.

Este efeito pode ser amplificado pela adição de um outro componente facilmente vaporizável, embora a maneira preferida para esse fim seja a utilização de um excesso do combustível metálico, cujo tipo de composição será também designado por composição “ampliada por gases”. Quantidades demasiado grandes arrefecerão a composição e contrariarão a formação de gases. Por conseguinte, nessas composições, a quantidade de combustível metálico é geralmente mais de 1 e menos de 12 vezes a quantidade estequiometricarnente necessária para reduzir a quantidade de oxidante de óxido metálico, sendo 6 vezes o limite superior mais preferido, e o mais preferido sendo 4 vezes a referida quantidade estequiometricarnente necessária De acordo com uma outra forma de realização preferível da invenção, a quantidade de combustível está compreendida entre 1,1 e 6 vezes a referida quantidade e, mais preferivelmente, a quantidade de combustível metálico está compreendida entre 1,5 e 4 vezes a referida quantidade.

Expresso em percentagens, relativamente ao peso total de composição de carga de inflamação, o combustível metálico está geralmente presente numa quantidade de 10-50%, em peso, de preferência 15%-35%, em peso e, mais preferentemente 15%-25%, em peso. Assim, as percentagens correspondentes de oxidante de óxido metálico são 90%-50%, em peso, de preferência 85%-65%, em peso, e mais preferentemente 75% a 65%, em peso.

De acordo com uma forma de realização preferível da invenção, o combustível é AI e o oxidante de óxido metálico é Cu02 ou Bi203, sendo a 12 j- percentagem do referido combustível 15%-35%, em peso, e a percentagem do referido oxidante 65%-85%, em peso.

De acordo com uma outra forma de realização preferível da invenção, o combustível metálico é Ti e o oxidante de óxido metálico é BÍ2O3, a percentagem de combustível é 15%-25%, em peso, de preferência cerca de 20%, em peso, e a percentagem de oxidante 75%-85%, em peso, de preferência cerca de 80%, em peso.

Por várias razões, pode ser desejável incorporar na composição um componente sólido, mais ou menos inerte, ou mesmo activo, por exemplo para influenciar a velocidade de combustão da composição, para reduzir a sensibilidade da composição às descargas electrostáticas ou para afectar as propriedades das escórias. A utilização de um componente sólido inerte que seja um composto que é também um produto da reacção é benéfica não para alterar as propriedades do sistema e não para reduzir a referida formação de produtos intermediários de vapor. A adição de um óxido metálico é, no entanto, preferida, por exemplo para reduzir a velocidade de reacção sem arrefecimento excessivo. O referido óxido metálico pode ser um produto final do sistema actual usado, mas é possível também adicionar outro óxido metálico, por exemplo um produto final a partir de um outro sistema de inversão, como através se defmiu. Os óxidos especialmente preferidos a este respeito são os óxidos de Al, Si, Fe, Zn, Ti ou as suas misturas. O componente sólido inerte pode também ser um metal em partículas, que, entre outras coisas, contribui para fortalecer as escórias. Tais composições serão, de aqui em diante, designadas por “composições reforçadas com metais”. O produto metálico final pode ser usado como esse aditivo, nas composições reforçadas com metal. O produto metálico final produzido na reacção normalmente está na forma de material em fusão e a referida adição pode, por exemplo, dar uma mistura de metal fundido e não fundido, apropriada para a formação, tanto de escórias fortes como escórias impermeáveis.

Um controlo melhor, em comparação com esta fusão parcial, é obtido se o metal for sólido à temperatura da reacção da carga, por exemplo por adição de um metal sólido diferente do produto final e com uma temperatura de fusão mais elevada. Embora esse metal usado possa ser um qualquer, os metais particularmente utilizáveis incluem Ti, Ni, Mn e W ou as suas misturas ou ligas e, em particular, W ou uma mistura ou uma liga de W com Fe.

Os metais e/ou óxidos de metais atrás referidos são geralmente usados numa quantidade de 2%-30%, em peso, de preferência 4%-20%, em peso e, mais preferivelmente, 5%-15%, em peso, por exemplo 6%-10%, em peso, referindo-se essas percentagens ao peso da ou das cargas pirotécnicas, especialmente da carga de inflamação.

Como é prática comum, podem também incorporar-se nas misturas outros aditivos diferentes dos aditivos pirotécnicos, por exemplo para melhorar as propriedades de fluência livre ou compressibilidade, ou aditivos ligantes para melhorar a coesão ou permitir a granulação, por exemplo materiais argilosos ou carboximetilcelulose. Os aditivos para estas últimas são geralmente usados em pequenas quantidades, especialmente se os aditivos gerarem gases permanentes, por exemplo abaixo de 4%, em peso, de preferência abaixo de 2% e muitas vezes mesmo abaixo de 1%, em peso, com base no peso da ou das cargas pirotécnicas, especialmente a carga de inflamação.

De preferência, a carga de inflamação e quaisquer outras cargas pirotécnicas 14

são, normalmente, constituídas por misturas de pós. As dimensões das partículas podem ser usadas para influenciar a velocidade de combustão, podendo em geral estar compreendidas entre 0,01 μτη e 100 μπι e, especialmente entre 0,1 pm e 10 pm. De preferência, os pós podem ser granulados, para facilitar o doseamento e a compressão, por exemplo com dimensões compreendidas entre 0,1 mm e 2 mm, de preferência, entre 0,2 mm e 0,8 mm. De preferência formam-se grânulos a partir de uma mistura de pelo menos componentes pares redox.

Embora as composições sejam relativamente insensíveis a uma iniciação não intencional num estado seco, prefere-se misturar e preparar as composições numa fase líquida, de preferência um meio aquoso ou água substancialmente pura. A mistura pode ser granulada a partir da fase líquida, por meios convencionais. A velocidade de combustão da carga de inflamação pode variar dentro de largos limites, variando no entanto geralmente entre 0,001 m/s e 50 m/seg, especialmente entre 0,005 m/s e 10 m/s. As velocidades de combustão acima de 50 m/s e, em particular, acima de 100 m/s têm normalmente como consequência condições de carga inapropriadas ou atípicas para as aplicações nos detonadores. Como atrás se indicou, a velocidade de combustão pode ser afectada de várias maneiras, designadamente por selecção do sistema redox, do equilíbrio estequiométrico entre reagentes, o uso de aditivos inertes, as dimensões das partículas da carga e a densidade de compressão. Não podem pôr-se limites gerais à densidade de compressão, visto que as cargas podem ser usadas desde completamente não compactadas até altamente comprimidas. Para qualificar como cargas para as presentes finalidades, no entanto, devem usar-se quantidades suficientes das composições, para permitir a compressão, isto é, em todas as três dimensões das cargas, a extensão deve ser várias vezes e, de preferência, muitas vezes, maior que as dimensões das partículas, no caso de material granulado, relativamente a pelo menos as partículas primárias dos grânulos.

Como se mencionou inicialmente, as cargas de inflamação atrás descritas podem geralmente ser usadas para fins pirotécnicos, para inflamar explosivos secundários, mas têm um valor particular nos detonadores, principalmente para aplicações comerciais de explosões. Como atrás foi mencionado, um tal detonador compreende um invólucro com uma carga de base, que compreende ou é constituída por explosivo secundário disposto numa extremidade, meios de inflamação dispostos na extremidade oposta e uma parte intermédia ou secção intermédia com um trem pirotécnico que tem a capacidade de converter um impulso de inflamação proveniente de meios de inflamação para uma detonação da carga de base.

Os meios de inflamação podem ser de qualquer tipo conhecido, tais como uma cabeça de rastilho, iniciada electricamente, um rastilho de segurança, cordão de detonação brando, tubo de choque de baixa energia (por exemplo NONEL marca registada, arame ou película explosivos, impulsos de raios laser fornecidos, por exemplo, através de ópticas de fibra, dispositivos electrónicos, etc. Para a inflamação das cargas presentes, preferem-se meios de inflamação que geram calor. O trem pirotécnico pode incluir uma carga de efeito retardado, tipicamente na forma de uma coluna, alojada num elemento substancialmente cilíndrico. O trem pode também incluir cargas de transferência, para amplificar a combustão ou auxiliar a inflamação de cargas lentas, e pode incluir ainda cargas de vedação para controlar a permeabilidade aos gases. Uma parte final do trem é um passo de transformação da combustão, que principalmente gera calor, nas cargas pirotécnicas, em choque e detonação da carga de base.

Convencionalmente, isto tem sido feito pela incorporação de uma pequena quantidade de explosivo primário junto do explosivo secundário a detonar. Os explosivos primários detonam rápida e fiavelmente, quando sujeitos ao calor, ou a um choque suave. No entanto, desenvolvimentos recentes tomaram possível conceber um detonador comercial do tipo de explosivo não primário (de aqui em diante “NPED” - non-primary explosive detonator), no qual se substitui o explosivo primário por qualquer tipo de mecanismo, a discutir com mais pormenor mais adiante, para produzir directamente a detonação num explosivo secundário.

As composições atrás descritas podem também ser usadas como cargas de transferência rápidas, para detectar e amplificar impulsos de combustão fracos, ou ajudar a inflamação de composições mais lentas. As composições são apropriadas para este fim, graças às elevadas velocidades de combustão e à dispersão temporal reduzida, pequena dependência da pressão, facilidade de iniciação, insensibilidade à iniciação não intencional e capacidade de inflamação, relativamente a outras cargas. De preferência, a composição é ampliada por gases, como definido. Prefere-se que, na cadeia pirotécnica, a referida carga constitua ou faça parte de uma carga de transferência disposta nos meios de inflamação, para transferir o impulso de inflamação dos meios de inflamação para partes subsequentes do trem pirotécnico. Para manter a velocidade de reacção e a sensibilidade de inflamação, a porosidade da carga deve ser elevada e a densidade de compressão baixa. De preferência, a densidade da carga corresponde a uma força de pressão inferior a 100 MPa e, mais preferivelmente, inferior a 10 MPa, podendo usar-se cargas substancialmente não comprimidas. Preferentemente a carga contém material granulado e é comprimida 17 com uma força suficiente para proporcionar a porosidade máxima na carga.

Neste contexto, a velocidade de combustão da carga pode ser superior a 0,1 m/s, de preferência superior alm/s. São necessárias apenas pequenas cargas para este fim, sendo de preferência a quantidade de carga suficientemente pequena para proporcionar um tempo de atraso, na referida carga de transferência, inferior a 1 ms e, de preferência, inferior a 0,5 ms.

Normal e preferentemente, não há mais nenhuma carga nos meios de inflamação, mas a carga de transferência, ou um invólucro inerte da mesma, está directamente voltada para os meios de inflamação. Entre a carga e os meios de inflamação, pode estar presente um intervalo de ar, capaz de vencer o intervalo, por exemplo cabeças de rastilho ou um tubo de choque, o que facilita a fabricação. Os meios de inflamação podem também estar embebidos na carga, ajudando à detecção do impulso de inflamação. Neste último caso, pode obter-se uma vantagem especial, em combinação com meios eléctricos de inflamação, visto que a natureza de condução da electricidade das presentes composições toma possível a inflamação directa, por faísca, ponte de rastilho ou condução através da própria carga, garantindo o processo de ignição ou permitindo a utilização de meios de inflamação simples, tais como um intervalo eléctrico, sem uma cabeça de rastilho. A outra extremidade da carga de transferência pode estar em frente de qualquer outra carga, na cadeia pirotécnica, mais comummente uma carga de acção retardada, possivelmente através de uma outra carga.

Uma carga que contém as composições descritas atrás pode também constituir ou fazer parte de uma carga de atraso, utilizando, entre outras coisas, as velocidades de combustão fiáveis e reprodutíveis, dependência reduzida das /7 18 condições exteriores, variabilidade na velocidade e facilidade de fabrico.

As cargas de acção retardada são normalmente comprimidas com pressões mais elevadas que a densidade a granel do pó, de preferência correspondendo a densidade da carga a uma força de pressão superior a 10 MPa, mais preferivelmente superior a 100 MPa. A carga pode ter uma densidade superior a 1 g/cm3 e de preferência superior a 1,5 g/cm3. Para fins de atraso, a composição não deve ter velocidades de reacção demasiado elevadas, sendo de preferência a velocidade de combustão da carga inferior a lm/s, mais preferivelmente inferior a 0,3 m/s. Geralmente, a velocidade é superior a 0,001 m/s, de preferência superior a 0,005 m/s. É apropriado que a quantidade de carga seja suficientemente grande para proporcionar um tempo de atraso na referida carga de acção retardada superior a 1 ms, de preferência superior a 5 ms. A velocidade de combustão pode ser afectada por qualquer dos processos gerais definidos, embora uma via preferida para aumentar a velocidade seja a utilização de composições reforçadas com gás, como atrás se definiram, e a via preferida para reduzir a velocidade é a adição de um material de enchimento, de preferência um produto final da reacção, de preferência, o óxido metálico. Os óxidos de alumínio e os óxidos de silício mostraram-se ser materiais de enchimento utilizáveis, independentemente do sistema actual de inversão usado. A quantidade de material de enchimento pode ir de 10%, em peso, a 1 000%, em peso, sendo preferível o intervalo de 20% a 100%, em peso, dos componentes reactivos.

Uma outra maneira de reduzir a velocidade de uma carga de acção retardada consiste em escolher um semi-metal como combustível, em especial o silício. A carga de acção retardada pode ser comprimida directamente no invólucro do detonador, contra a carga subsequente do trem pirotécnico, solução que é preferida para cargas pequenas e atrasos curtos. Para cargas maiores, a carga de acção retardada pode ser encerrada num elemento colocado dentro do invólucro, de acordo com uma prática comum. A coluna da composição de acção retardada pode ser comprimida numa operação única, mas muitas vezes é comprimida por incrementos, no caso de colunas mais compridas. Os comprimentos das cargas típicos estão compreendidas entre 1 e 100 mm em particular entre 2 e 50 mm.

No caso das construções NPED, um explosivo secundário de montante está normalmente confinado no interior de um invólucro ou elemento separado, sendo aqui uma terceira possibilidade posicionar uma parte, ou toda a carga de acção retardada, no interior do mesmo espaço limitado. A extremidade de montante da carga de acção retardada pode estar equipada com meios para limitar o refluxo de gases e partículas de carga, a fim de melhorar ainda mais a estabilidade da velocidade de combustão, de preferência uma carga que forma escória e, mais preferivelmente, uma carga de vedação, por exemplo com a composição aqui descrita. A outra extremidade da carga de acção retardada pode enfrentar qualquer outra carga da cadeia pirotécnica, mas pode também estar em contacto com uma carga primária ou secundária, possivelmente por via de uma pequena quantidade de uma outra carga. Os explosivos primários podem ser detonados facilmente pela carga com acção retardada e, desse modo, inflamados os explosivos secundários, neste último caso de preferência através de uma carga de vedação ou de inflamação, como aqui se descreve.

As composições atrás descritas podem também ser usadas numa carga que constitui a carga de vedação ou fazer parte da mesma, retardando ou impedindo a passagem de gases depois da reacção da carga. A carga de vedação deve também ser resistente mecanicamente. O comportamento de reacção em cargas pirotécnicas depende fortemente da pressão dos gases, dependendo a combustão reprodutível do estabelecimento controlado e da manutenção da pressão. Mesmo as composições sem gases apresentam uma subida da pressão e potencialmente um refluxo dos gases, devido a produtos intermediários gasosos ou ao aquecimento dos gases presentes nos poros da carga. A coerência nas cargas em pó comprimidas é também limitada e a pressão pode causar interrupções.

As referidas cargas de vedação têm uma boa formação de escória e boas propriedades de vedação, o que pode ser melhorado por meio de aditivos de reforço. Para estes fins, é benéfico utilizar densidades de carga razoavelmente elevadas. De preferência, a densidade da carga corresponde a uma força de compressão superior a 10 MPa, mais preferivelmente superior a 100 MPa. Em termos absolutos, a carga de vedação comprimida pode ter uma densidade superior a 1,5 g/cm3 e, de preferência superior a 2 g/cm3. As cargas tendem a ter velocidades de combustão intermédias, de preferência superiores a 0,01 e mais preferivelmente superiores a 0,1 m/s, mas a velocidade é muitas vezes inferior a lm/s.

Quando usada puramente para fins de vedação, a referida carga é usualmente mantida pequena e, muitas vezes, suficientemente pequena para proporcionar um tempo de atraso na referida carga de vedação inferior a 1 s, mais ffequentemente inferior a 100 ms.

Quando usada como uma carga de vedação, a composição contém geralmente materiais de enchimento inertes, entre outras coisas para reduzir a permeabilidade, 21

por exemplo composições reforçadas com metais, como foram definidas, com as mesmas preferências dadas anteriormente visto que as escórias formadas são simultaneamente fortes mecanicamente e muito impermeáveis aos gases. Aqui, o equilíbrio estequiométrico entre os reagentes do metal e dos óxidos metálicos é menos crítico, visto que o material de enchimento tende a atenuar as diferenças, podendo, como se desejar, usar composições tanto sobre-equilibradas como sub--equilibradas, por exemplo para ajustar a velocidade de combustão. Mas, geralmente, prefere-se um equilíbrio estequiométrico correspondente às composições reforçadas com gás. A quantidade de material de enchimento pode variar-se dentro de largos limites mas, como indicação, a quantidade de material de enchimento situa-se entre 20% e 80%, em volume e, de preferência, entre 30% e 70%, em volume.

Num detonador, pode usar-se uma carga de vedação sempre que se deseje um efeito de vedação ou de reforço. Uma aplicação importante é vedar as cargas de acção retardada, contra o refluxo, para desse modo estabilizar as suas propriedades de combustão. Para isso, a carga de vedação deve localizar-se, no trem pirotécnico, antes da carga de acção retardada. Outras cargas pirotécnicas podem estar presentes entre as cargas de vedação e de acção retardada mas, graças ao seu bom comportamento na inflamação, a carga de vedação pode ser posicionada em contacto directo com a carga de acção retardada. Qualquer carga de acção retardada pode ser usada, embora as cargas de acção retardadas, como aqui se descrevem, tenham um valor especial. Se a carga de acção retarda estiver alojada num elemento ou invólucro especial, é apropriado, mas não necessário, comprimir a carga de vedação na mesma estrutura.

Uma forma de realização importante da invenção é um detonador do tipo NPED, isto é, no qual não está presente nenhum explosivo primário mas sim apenas um explosivo secundário. Neste caso, a nova carga reivindicada funciona também como carga de vedação, para fazer a vedação contra a pressão e o refluxo dos gases. Num tal detonador, a carga explosiva secundária é inflamada para transição imediata para detonação. E aqui crucial, com inflamação rápida, ter perdas de gases reduzidas e uma integridade estrutural mantida da área. Para isso, a carga de ignição (e de vedação) deve ser situada imediatamente antes do, ou adjacente ao explosivo secundário. A referida carga tem propriedades de inflamação suficientemente boas para ser usada para o explosivo secundário, embora possam interpor-se entre as mesmas outras cargas, de preferência cargas como aqui se descrevem. Normalmente, o explosivo secundário a ser submetido a inflamação é introduzido num espaço confinado. A carga de inflamação pode depois ser colocada no exterior desse espaço fechado mas, pelo menos alguma e, de preferência, toda a carga é vantajosamente disposta no interior do espaço fechado.

Para uma utilidade mais geral em detonadores e para simplificação do fabrico, a carga pode ser comprimida num elemento próprio, apropriadamente com um diâmetro adaptado ao interior do invólucro do detonador.

Assim, a nova carga de acordo com a invenção constitui ou faz parte de uma carga de inflamação que é capaz de inflamar um explosivo secundário num estado de combustão ou de deflagração. A utilização principal da inflamação de tal explosivo secundário é em detonadores do tipo NPED, onde a ausência de explosivo primário toma necessário proporcionar um mecanismo para a transição directa dos explosivos secundários para detonação. .-· {/ / ·;,Ά

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Os detonadores do tipo NPED foram desenvolvidos para evitar o problema da segurança inerentes a toda a manipulação do explosivo primário sensível, na fabricação e na utilização de detonadores que utilizam tais explosivos. Surgiram dificuldades quando se tentou aplicar os princípios dos NPED aos detonadores comerciais para a dinamitaçao de rochas, onde são necessárias disposições especiais e mecanismos de transição.

Os meios de inflamação do tipo dos arames ou fitas deflagradores, por exemplo de acordo com a patente FR 2 242 899, são próprios para criar um choque com uma intensidade suficiente para desencadear directamente a denotação em explosivos secundários, se os dispositivos de inflamação forem alimentados com correntes eléctricas instantâneas, muito intensas. Não são apropriados para as aplicações comerciais, devido às máquinas para dinamitaçao avançadas, com meios retardadores pirotécnicos comuns.

Em condições apropriadas, os explosivos secundários são capazes de sofrer uma deflagração para transição para a detonação (DDT). As condições normalmente exigem espaços de confinamento mais pesados e maiores quantidades de explosivos que os que podem aceitar-se nos detonadores comerciais. Apresenta-se um exemplo disso na patente US 3 212 439.

Um outro tipo de NPED, exemplificado nas patentes US 3 978 791, US 4 144 814 e US 4 239 004, utiliza um explosivo secundário dador iniciado e deflagrador, para a aceleração de um disco de impacto para chocar com uma carga receptora de explosivo secundário, com uma velocidade suficiente para provocar uma detonação da carga receptora. Para resistir às forças envolvidas, estas construções são grandes, mecanicamente deselegantes e não inteiramente fiáveis. Na patente WO 90/07689 apresenta-se uma construção semelhante.

Nas patentes US 4 727 808 e US 5 385 098 descreve-se um outro tipo de NPED, baseado no mecanismo DDT. A construção permite a inflamação com a maior parte dos meios de inflamação convencionais, pode ser fabricada com utilização de equipamentos de cobertura de detonadores convencionais, pode ser alojada em invólucros de detonadores normais e pode ser detonada de maneira fiável com apenas um confinamento ligeiro da carga de explosivo secundário. No entanto, a fiabilidade de iniciação depende de um certo desenho ou divisão do explosivo onde se planeia colocar a transição.

Os problemas gerais com as concepções NPED são a obtenção de uma transição suficientemente rápida para detonação, para proporcionar quer uma inflamação fiável, quer a precisão de tempos satisfatória e a obtenção disso em combinação com as cargas pirotécnicas comuns. Nos detonadores do tipo NPED, a velocidade é da máxima importância nas sequências de explosivos secundários. A detonação tem de estabelecer-se rapidamente para impedir que se destruam as estruturas do detonador permaturamente, pelas forças de expansão provenientes do explosivo reagente. A inflamação lenta significa também maior dispersão temporal, que tem importância quer para detonadores instantâneos, quer detonadores atrasados. Crê-se que a inflamação rápida proporciona uma frente de combustão mais suave, optimizando a formação da pressão. Estes factores são cruciais em todos os tipos de NPED atrás mencionados. No mecanismo DDT a zona de transição tem de ser o mais curta possível e no mecanismo de placa volante, a combustão rápida da carga dadora de explosivo secundário, o corte da placa e a sua aceleração têm de ter lugar antes de a câmara ser afastada. 25 -v," Ç

As composições apresentadas aqui provaram ser composições de inflamação excelentes para explosivos secundários, nas aplicações atrás referidas, utilizando, entre outras coisas, o impulso de inflamação quente e sustentado proveniente das cargas que contêm o sistema redox de termite indicado, para criar uma iniciação rápida e fiável dos explosivos secundários.

Embora as composições sejam geralmente apropriadas para o fim indicado, algumas combinações têm uma utilidade especial. As composições reforçadas por gás, atrás descritas, são vantajosas especialmente quando o explosivo secundário a inflamar tem uma certa porosidade na parte a inflamar. Nestes casos, de preferência, a densidade do explosivo secundário mais próximo da carga está compreendida entre 40% e 90%, e de preferência entre 50% e 80% da densidade de cristais do explosivo secundário. As forças de compressão apropriadas podem situar-se entre 0,1 MPa e 50 MPa, de preferência entre 1 MPa e 10 MPa. O explosivo secundário muito comprimido é difícil de inflamar, mas quando inflamado a reacção ulterior tem lugar rapidamente. Para essas cargas podem usar-se cargas de inflamação ricas em gás, mas as composições podem ser escolhidas de maneira mais livre. Prefere-se em especial usar composições que contêm materiais de enchimento para esse fim e, em particular, composições reforçadas com metais. Embora estas composições possam ser usadas para inflamar explosivos secundários com densidades variáveis, prefere--se usar as mesmas quando a densidade do explosivo secundário mais próximo da carga estiver compreendida entre 60% e 100%, e de preferência entre 70% e 99% da densidade de cristais do explosivo secundário. As forças de pressão apropriadas são superiores a 10 MPa, de preferência superiores a 50 MPa, em princípio sem limite superior. Prefere-se que a densidade da carga de inflamação seja um tanto adaptada à densidade do explosivo secundário a inflamar, tendo de preferência a carga de inflamação uma densidade, expressa em percentagem da densidade absoluta da carga não porosa, no interior dos mesmos intervalos que foram indicados anteriormente para as cargas de baixa e de alta densidades, respectivamente. Os intervalos atrás citados são apenas indicativos e têm de ser verificados para a construção actual e o explosivo secundário usado. A distinção entre explosivos primários e secundários é bem conhecida e largamente usada na técnica. Para os fins práticos, um explosivo primário pode definir-se como uma substância explosiva capaz de desenvolver uma detonação completa, quando estimulado com uma chama ou um aquecimento por condução, no interior de um volume de alguns milímetros cúbicos da substância, mesmo sem qualquer confinamento da mesma. Um explosivo secundário não pode ser detonado nessas condições. Geralmente, um explosivo secundário pode ser detonado, quando inflamado por uma chama ou aquecimento por condução apenas, quando estiver presente em quantidades muito maiores ou no interior de um espaço fechado, tal como um recipiente metálico de parede espessa, ou ao ser exposto a um impacto mecânico entre duas superfícies metálicas duras. São exemplos de explosivos primários o fulminado de mercúrio, o estifnato de chumbo, a azida de chumbo e o diazodinitrofenol ou misturas de dois ou mais destas e/ou de outras substâncias.

Exemplos representativos de explosivos secundários são pentaeritritoltetranitrato (PETN), ciclotrimetilenotrinitramina (RDX), ciclotetrametilenotetranitramina (HMX), trinitrofenilmetilnitramina (Tetryl) e trinitrotolueno (TNT) ou misturas de duas ou mais destas e/ou outras substâncias semelhantes. Uma definição alternativa prática consiste em considerar como explosivo secundário qualquer explosivo tanto ou menos sensível que PETN.

Para os fins presentes, qualquer dos explosivos secundários atrás referidos pode ser usado, embora se prefira escolher explosivos secundários que se inflamam e detonam mais facilmente, em particular RDX e PETN ou as suas misturas.

Partes diferentes do elemento de iniciação podem conter explosivos secundários diferentes. Se o elemento estiver largamente dividido, numa secção de deflagração e uma secção de detonação, com a condição de a posição exacta do ponto de transição poder variar e a divisão em secções não necessitar de corresponder a qualquer estrutura física do elemento, prefere-se utilizar os explosivos mais fáceis de inflamar e detonar, pelo menos na secção de deflagração, enquanto que o explosivo na secção de detonação pode ser escolhida com maior liberdade. O explosivo secundário pode ser usado na forma cristalina pura, pode ser granulado e conter aditivos. O explosivo cristalino é preferido para densidades de compressão mais elevadas, enquanto se prefere material granulado para densidades menores e cargas porosas. As presentes composições são susceptíveis de inflamar explosivos secundários sem quaisquer aditivos, embora possam ser usados, se se desejar, por exemplo de acordo com a referida patente US 5 385 098. O explosivo secundário é geralmente comprimido comprimido para uma densidade superior à densidade a granel, por exemplo por incrementos, para se obter uma densidade mais homogénea em cargas maiores ou numa operação única para cargas mais pequenas ou para criar um gradiente de densidade, de preferência aumentando-se no interior de cada carga a densidade no sentido da reacção, obtida 28 f? / < /' / ?/\ /y ^ ^ apropriadamente por compressão no sentido inverso. O presente mecanismo de inflamação não exige qualquer divisão física do explosivo secundário numa secção de transição e uma secção de detonação, podendo permitir-se que a carga possa iniciar directamente uma carga de base convencional, sem qualquer confinamento ou outro confinamento que não seja o invólucro convencional do detonador. Prefere-se, no entanto, que pelo menos a secção de transição receba um certo confinamento, por exemplo por um confinamento radial correspondente a um invólucro de aço cilíndrico com 0,5 mm a 2 mm, de preferência 0,75 mm a 1,5 mm de espessura.

Uma disposição apropriada consiste em incluir, quer a carga pirotécnica, quer o explosivo na secção de transição, num elemento comum, que se insere no detonador, ficando a secção de transição voltada para a carga de base. O elemento pode ser desenhado genericamente cilíndrico.

Um melhor confinamento é obtido se a extremidade de montante for provida de uma constrição, de preferência com um furo que permita a inflamação fácil. Como alternativa, ou adicionalmente, a extremidade pode ser provida de uma carga de vedação, de preferência do tipo corrente atrás descrito, carga de vedação que pode ser colocada a montante do confinamento, mas que é de preferência colocada no interior do confinamento. A partir das considerações feitas, é evidente que as presentes composições podem actuar quer como cargas de vedação, quer como cargas de inflamação e, nesse caso, apenas é necessária uma carga. De outro modo, a carga de inflamação é interposta entre a carga de vedação e o explosivo. O desenho da extremidade de jusante depende grandemente do mecanismo de detonação escolhido, que pode ser um qualquer dos tipos atrás descritos e que são 29

conhecidos, não necessitando de ser aqui descritos em pormenor. Um tipo NPED preferido é o descrito nas referidas patentes US 4 727 808 e US 5 385 098, que aqui se incorporam por referência.

Por conseguinte, numa forma de realização, o explosivo secundário a inflamar é uma carga dadora, para impulsionar um disco de impacto através de uma calha, no sentido de um explosivo secundário, para desse modo ser detonado.

Numa outra forma de realização, o explosivo secundário a inflamar é a primeira parte de uma cadeia de transição de deflagração para detonação, compreendendo a referida cadeia, de preferência, ainda uma segunda parte que contém explosivo secundário de densidade menor que a da primeira parte. Comum a todos estes mecanismos de detonação é que, num primeiro passo, se inflama uma carga secundária para um estádio de combustão ou de deflagração, por utilização de meios prmcipalmente de produção de calor, para o que as presentes composições são apropriadas de maneira excelente. A carga é posicionada no explosivo a inflamar de modo que ele seja afectado pelo calor proveniente da carga e, de preferência, há contacto directo entre a carga e o explosivo. As condições atrás indicadas para cargas correntes referem-se à parte que, desta maneira, é usada para a inflamação do explosivo. A carga pode ser preparada por processos usualmente utilizados na técnica. Uma maneira preferida implica a mistura dos ingredientes da carga, a moedura da mistura até à dimensão das partículas desejada, num moinho que proporcione uma trituração maior que a de uma acção de corte, a compactação da mistura assim preparada, sob uma pressão elevada, para obter blocos, triturar os blocos, para obter partículas constituídas por partículas mais pequenas e, fínalmente, efectuar uma crivação para obter a fracção com a dimensão desejada. O detonador pode ser preparado por compressão separada da carga de base na extremidade fechada do invólucro do detonador, com a compressão subsequente das cargas pirotécnicas de acordo com a invenção ou inserção dos elementos ou os confinamentos descritos, na carga de base. Pode inserir-se uma carga de acção retardada juntamente com uma carga de transferência mais superior, se se desejar. Na extremidade aberta do invólucro colocam-se meios de inflamação, que são vedados por um tampão, com meios de sinalização, por exemplo um tubo de choque ou condutores eléctricos que penetram no tampão.

Exemplo 1

Comprimiu-se uma carga de inflamação de Al-Fe203 com uma quantidade de AI duas vezes superior às proporções estequiométricas, num tubo de aço, com um diâmetro exterior de 6,3 mm e uma espessura de parede de 0,8 mm. Uma extremidade do referido tubo era aberta e a outra continha um diafragma, com um furo com um diâmetro de 1 mm, A carga de inflamação foi comprimida no interior do referido diafragma. Comprimiu-se depois uma coluna de 4 mm de PETN no interior da mesma e, fmalmente, introduziu-se, por pressão, uma tampa de alumínio. Fabricaram-se estes elementos em número de 100. Introduziu-se com pressão os elementos em invólucros de alumínio normalizados, que contêm segundas partes de explosivos secundários de um sistema NPED.

Disparos de ensaio mostraram que todos os detonadores funcionaram de uma maneira excelente, não sendo o tempo de operação, incluindo a deflagração do tubo de Nonel (3,6 m), superior a 4 ms.

Fabricaram-se depois 100 detonadores, com o mesmo desenho, mas com uma 31

composição pirotécnica estequiométrica. No disparo de ensaio houve dois disparos falhados, nos quais o PETN não se inflamou. Ouve um aumento do tempo de operação do detonador até 8-10 ms.

Exemplo 2

Utilizaram-se tubos de aço com um diâmetro exterior de 6,3 mm e a espessura de parede de 0,5 mm e um comprimento de 10 mm. Uma das extremidades de tais tubos era aberta e a outra extremidade tinha um diafragma com um furo com o diâmetro de 1 mm.

Comprimiram-se no interior do referido diafragma cargas pirotécnicas, para utilizar como cargas de inflamação, e comprimiram-se depois no mesmo explosivos PETN.

Utilizaram-se três tipos de composições de inversão sem escória, por exemplo 40% de AI + 60% de Fe^Os; 20% de AI + 80% de Bi203 e 30% de AI + 70% de Cu20, sendo todas estas percentagens expressas em peso. Os resultados das experiências foram que todas as cargas mostraram a mesma capacidade para inflamar explosivos secundários PETN. Genericamente, pode dizer-se que se obteve a melhor inflamação com uma densidade de PETN de 1,3 g/m3 e que o limite em que foi prejudicada a inflamação é a uma densidade de cerca de 1,5 g/m3.

Exemplo 3

Comprimiu-se no interior de 20 elementos de iniciação, na forma de tubos de alumínio, cada um com um comprimento de 20 mm e um diâmetro interior de 3 mm e um diâmetro exterior de 6 mm, uma carga de inflamação constituída por 20%, em peso, de Ti + 80%, em peso de Bi2C>3 para se obter uma coluna com a altura de 5 mm. Adjacente à mesma comprimiu-se uma coluna de PETN com uma densidade de 32 1,3 g/cm3.

Da mesma maneira, fabricaram-se 20 elementos de iniciação, com a excepção de a carga de inflamação (isto é, 20% de Ti + 80% de Bi203) conter 8%, em peso, de Fe^ como aditivo.

Esta experiência mostrou que todos os 40 detonadores com os referidos elementos de iniciação funcionaram excelentemente, com uma detonação qualitativa da carga de base.

Exemplo 4

Examinou-se, de acordo com processos de ensaio normalizados, a influência do aditivo Fe^ numa carga de inflamação constituída por 20% em peso, de Ti + 80%, em peso de Bi203, relativamente à sensibilidade às faíscas electrostáticas. A sensibilidade da única carga de 20% de Ti + 80% de Bi203 foi -0,5 mJ. A adição de 2% a 10%, em peso, de Fe203 à referida carga reduziu a sensibilidade da carga num grau considerável (-2-5 mJ) e teve uma influência insignificante na operabilidade da carga de inflamação.

Lisboa, 6 de Junho de 2001

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Claims (39)

1. Reivindicações 1. Detonador, que compreende um invólucro com uma carga de base, que compreende explosivo secundário numa sua extremidade, meios de inflamação dispostos na sua extremidade oposta e um trem pirotécnico intermédio, que converte um impulso de inflamação, proveniente dos meios de inflamação, para a carga de base para a detonar, compreendendo o trem pirotécnico uma carga de inflamação, que compreende um combustível metálico, escolhido dos grupos 2, 4 e 13 da tabela periódica e um oxidante na forma de um óxido de um metal, escolhido nos períodos 4 e 6 da tabela periódica, estando o combustível metálico presente em excesso, relativamente à quantidade estequiometricamente necessária para reduzir a quantidade de oxidante de óxido metálico, gerando a referida carga de inflamação um gás quente sob pressão, capaz de inflamar o referido explosivo secundário da carga de base num estado de deflagração de convexão, para detonar o mesmo de maneira fiável.
2. 2. Detonador de acordo com a reivindicação 1, no qual o combustível metálico é pelo menos 0,5, de preferência pelo menos 0,75 e, mais preferivelmente, pelo menos 1 V mais electronegativo que o metal do oxidante de óxido metálico.
3. 3. Detonador de acordo com qualquer das reivindicações 1 e 2, no qual o combustível metálico foi seleccionado a partir dos períodos 3 e 4 da tabela periódica.
4. 4. Detonador de acordo com a reivindicação 3, no qual o combustível metálico foi escolhido de entre Al e Ti.
5. 5. Detonador de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, no qual o oxidante de óxido metálico compreende um metal escolhido de Cr, Mn, Fe, 2 / ·,. .. ··' Ni, Cu, Zn, Ba, W e Bi.
6. 6. Detonador de acordo com a reivindicação 5, no qual o referido metal é escolhido de entre Mn, Fe, Cu e Bi.
7. 7. Detonador de acordo com a reivindicação 6, no qual o referido óxido metálico é escolhido de entre Mn02, Fe203, Fe304, Cu20, CuO e Bi203.
8. 8. Detonador de acordo com a reivindicação 6, no qual a referida combinação de combustível metálico-oxidante metálico compreende AI em combinação com um óxido de Fe, Bi ou Cu.
9. 9. Detonador de acordo com a reivindicação 8, no qual a referida combinação é Al-Fe203, Al-Bi203 ou Al-Cu20, de preferência Al-Fe^.
10. 10. Detonador de acordo com a reivindicação 6, no qual a referida combinação de combustível metálico-oxidante de óxido metálico compreende Ti em combinação com um óxido de Bi, de preferência Ti-Bi203.
11. 11. Detonador de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, no qual a quantidade de combustível metálico é mais de 1 e menos de 12, de preferência menos de 6, mais preferivelmente menos de 4 vezes a quantidade estequiometricamente necessária para reduzir a quantidade de oxidante de óxido metálico.
12. 12. Detonador de acordo com a reivindicação 11, no qual a quantidade de combustível metálico está compreendida entre 1,1 e 6 vezes a referida quantidade estequiometricamente necessária.
13. 13. Detonador de acordo com a reivindicação 12, no qual a quantidade de combustível metálico está compreendida entre 1,5 e 4 vezes a referida quantidade estequiometricamente necessária. 3
14. 14. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a percentagem de combustível metálico é 10-50%, em peso, de preferência 15-35%, em peso, mais preferivelmente 15-25%, em peso, e a percentagem de oxidante de óxido metálico é 90-50%, em peso, de preferência 85-65%, em peso, mais preferivelmente 75-65%, em peso, estando as referidas percentagens baseadas na composição da carga de inflamação.
15. 15. Detonador de acordo com a reivindicação 14, no qual o combustível metálico é AI e o oxidante de óxido metálico é Cu20 ou Bi203, sendo a percentagem do referido combustível 15-35%, em peso, e a percentagem do referido oxidante 65--85%, em peso.
16. 16. Detonador de acordo com a reivindicação 14, no qual o combustível metálico é Ti e o oxidante de óxido metálico é Bi203, sendo a percentagem do referido combustível 15-25%, em peso, de preferência cerca de 20%, em peso, e sendo a percentagem do referido oxidante 75-85%, em peso, de preferência cerca de 80%, em peso.
17. 17. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida carga de inflamação tem uma composição tal que a sua velocidade de inflamação está compreendida entre 0,001 e 50 m/segundo, de preferência entre 0,005 e lOm/s.
18. 18. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida carga de inflamação tem uma composição que tem uma temperatura de combustão ideal superior a 2 000 graus Kelvin.
19. 19. Detonador de acordo com a reivindicação 18, no qual a referida carga de ignição tem uma composição tal que a temperatura de combustão real excede 4

    70% da temperatura de combustão ideal.
20. 20. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida carga de inflamação contém um aditivo componente sólido na forma de um metal e/ou um óxido. r
21. 21. Detonador de acordo com a reivindicação 20, no qual o referido aditivo está presente numa quantidade de 2 a 30%, em peso, de preferência 4 a 20%, em peso, mais preferivelmente 5 a 15%, em peso, por exemplo 6 a 10% em peso, com base no peso da referida carga de inflamação.
22. 22. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 20 e 21, no qual o referido aditivo é um composto que é também um produto da reacção entre o combustível metálico e o oxidante de óxido metálico.
23. 23. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 20 e 21, no qual o referido aditivo é um metal em partículas.
24. 24. Detonador de acordo com a reivindicação 23, no qual o referido metal é sólido à temperatura de reacção da carga de inflamação. «
25. 25. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 20-22, no qual o referido óxido é escolhido dos óxidos de Al, Si, Zn, Fe, Ti e as suas misturas.
26. 26. Detonador de acordo com a reivindicação 25, no qual o referido óxido é um óxido de alumínio, um óxido de silício ou uma mistura dos mesmos.
27. 27. Detonador de acordo com a reivindicação 25, no qual o referido óxido é um óxido de ferro, em especial Fe203.
28. 28. Detonador de acordo com qualquer das reivindicações 20-24, no qual o referido metal é escolhido de W, Ti, Ni e misturas e ligas dos mesmos.
29. 29. Detonador de acordo com a reivindicação 28, no qual o referido metal 5 é W ou uma mistura ou liga de W e Fe.
30. 30. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida carga de inflamação foi comprimida e colocada em contacto com o referido explosivo secundário. Ψ
31. 31. Detonador de acordo com a reivindicação 30, no qual a referida carga foi colocada em contacto com o explosivo secundário numa secção de transição, situada no trem pirotécnico antes da carga de base, onde o explosivo secundário é envolvido por um confinamento.
32. 32. Detonador de acordo com a reivindicação 31, no qual também a referida carga foi colocada no confinamento.
33. 33. Detonador de acordo com qualquer das reivindicações 30 a 32, no qual a densidade do explosivo secundário mais próximo da referida carga está compreendida entre 60 e 100%, de preferência entre 70 e 99%, da densidade de cristal, do explosivo secundário. ♦
34. 34. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 30 a 32, no qual a densidade do explosivo secundário mais próximo da referida carga está compreendida entre 40 e 90% e, de preferência, entre 50 e 80% da densidade de cristal do explosivo secundário.
35. 35. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 31 a 34, no qual o explosivo secundário na secção de transição é uma carga de explosivo doador, para propulsar um disco de impacto no sentido de um outro explosivo secundário, para desse modo ser detonado.
36. 36. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 31 a 34, no qual o explosivo secundário na carga de transição é uma carga de explosivo 6 dador para propulsar um disco de impacto através de um canal, no sentido de outro explosivo secundário para desse modo ser detonado.
37. 37. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações 31-34, caracterizado por o explosivo secundário na carga de transição ser a primeira parte de uma deflagração para a cadeia de transição de detonação, compreendendo a referida cadeia de preferência uma segunda parte que contém um outro explosivo secundário, de menor densidade que a da primeira parte.
38. 38. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida carga de base é apenas de explosivo secundário.
39. 39. Detonador de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, no qual o referido explosivo secundário é escolhido de tetranitrato de pentaeritritol (PETN), trinitrofemlmetilmtramina (Tetryl) e trinitrotolueno (TNT) e de preferência éPETN. Lisboa, 6 de Junho de 2001