一体钉的研制与开发

周建强

摘  要：通过对一体钉的整体结构设计、射钉发射药柱的配方设计、制药及装配工艺设计，研制了一种一体钉。根据GB 19914-2005《射钉弹》的各项性能指标要求，对一体钉进行了相应的试验使其符合要求。研究表明：该一体钉的结构更加简单、药剂更加安全;药剂中取消了击发药，用民用硝化棉代替军用硝化棉，无有毒有害气体产生，提高了产品安全性与环保性;与传统含击发药铜壳射钉弹相比更具有先进性与可靠性，在紧固器材领域得到了用户的一致认可和广泛好评。

关键词：一体钉  射钉发射药  硝化棉  紧固器材

Abstract： Through the design of the overall structure design with integrated fastener， the formula design of propellant column， pharmacy and assembly process design， a integrated fastener was developed. According to GB 19914-2005 “Powder load”， each performance index requirements， has carried on the corresponding to integrated fastener test to make it conform to the requirements. The research shows that the structure of the integrated fastener is simpler and the drug is safer; The firing agent is canceled in the agent， and the civil nitrocotton is used instead of the military nitrocotton. There is no toxic and harmful gas， which improves the safety and environmental protection of the product; Compared with the traditional shot gun with percussion shells， it has advanced and reliable performance. It has been recognized and widely praised by users in the field of fastening equipment.

Key Words： Integrated fastener; Fastener-launching propellant; Nitrocotton; Fastening equipment

近年來，弹药的安全性已经成为了世界各国的热门话题[1-2]。目前，国内市场上的射钉紧固器材大都采用铜壳或覆铜壳的普通有壳射钉弹，该射钉弹是采用较敏感的针刺药，在生产和使用过程中存在安全隐患，危险等级较高，不利于公司的稳定发展，同时该种射钉枪和射钉弹容易被改装成猎枪而被不法分子利用，存在一定的安全隐患，社会治安的和谐与稳定得不到保障[3]。

公司经过近一年的摸索，成功研制了一体钉，该产品的主要药剂安全性能较好，具有良好的防潮性，有利于产品的安全生产、使用和贮存，更易于被客户接纳。同时，该种一体钉固钉器不易被改装成不法分子使用的猎枪，对社会稳定具有一定的保障作用，可进一步提高社会公共安全管理能力。另外，随着国家建筑等工程项目的增多，一体钉的需求量将逐年加大，因此，市场前景十分广阔。

1  绪论

1.1 产品用途

一体钉涉及紧固器材领域，因其自带能源、操作快捷、安装方便，在工装吊顶、管道固定、消防角铁架固定、龙骨固定等方面得到广泛应用。

1.2 产品结构

一体钉是由塑料管壳、射钉发射药柱、弹壳座及高强度钢钉组成的产品，结构详见图1。

1.3 作用原理

使用时，将一体钉装入专用的一体钉射钉器中，通过一体钉固钉器上的弹簧机构驱动击针，刺入一体钉内的药柱，通过激烈摩擦发火，药柱燃烧产生的高温高压气体在枪膛内膨胀做功，将钢钉楔入墙体（材质为砖或水泥）或钢板内，达到锚固的目的。

2  研制内容

2.1 发射药柱配方的研制

发射药作为一体钉的核心部件，其重要的一项指标敏感程度关系到一体钉在生产、运输和使用过程中的安全性[4]。在发射药配方的研制当中，王爱等[5]所使用的是经细断处理军用3#硝化棉，目前市场上的军用棉（含氮量不小于12.6%）被255厂组建的企业集团严格管控，没有军品合同订单和没有与该集团达成合作协议的企业，特别是一体钉生产企业很难买到军用硝化棉，因此开发类似产品技术难度很大。为了突破该弊端，通过组织有关工程技术人员对一体钉发射药的配方和生产工艺进行了技术攻关，确定使用民用硝化棉（含氮量低于12.6%）代替军用硝化棉。在经过大量试验后确定了配方A，该配方主要是由民用硝化棉、氧化剂、安定剂、粘合剂和敏化剂等组成[6-8]，该配方所生产的一体钉发火性能可靠，试验噪声较小，固体残渣较少，符合产品的市场需求。

2.1.1 撞击感度

依据GJB772A-1997《炸药试验方法》方法601.2撞击感度的特性落高法对发射药柱进行撞击感度测试，在温度为19℃、湿度（RH）为59%的条件下，用10kg锤重撞击50mg药量的发射药柱，其特性落高H50>60cm。

2.1.2 摩擦感度

依据GJB5891.24-2006《火工品药剂试验方法》第24部分摩擦感度试验对发射药柱进行摩擦感度测试，在温度为19℃、湿度（RH）为58%的条件下，实验数据如表1所示。

2.1.3 静电火花感度

依据GJB5891.27-2006《火工品药剂试验方法》第27部分静电火花感度试验对发射药柱进行静电火花感度测试，在温度为21℃、湿度（RH）为62%的条件下，实验数据如表2所示。

2.1.4 爆发点测定

依据GJB772A-1997《炸药试验方法》方法606.1爆发点5s延滞期发对发射药柱进行爆发点测定，其5s爆发点242℃的相关系数为98.5%。

2.1.5 检测结论

检测结果表明，发射药柱的撞击感度、静电火花感度均较低，爆发点较高，因此该发射药柱的性能稳定良好，安全系数较高。然而，实验检测显示表明，当压力为1.23MPa，摆角70°时，发射药柱的爆炸概率达到了78%，说明射钉发射药在较大压力、大幅度摩擦时容易发生爆炸，因此在实际生产过程中，生产人员在制药时应避免用力过猛，操作幅度过大。

2.2 药量确定

在探究装药量对一体钉威力的影响过程中[9]，要求黄色一体钉击穿6mm Q235施工用钢板，红色一体钉击穿8mm Q235施工用钢板，黑色一体钉击穿10mm Q235施工用钢板，取3种类型一体钉探究击穿相应钢板所需装药量，实验结果如表3所示。

由表3可知，不同规格的一体钉需击穿相应规格的钢板，黄色一体钉装药量为205mg/发，红色一体钉装药量为255mg/发，黑色一体钉装药量为270mg/发，就能分别达到规定要求的威力。而根据实际装配情况，为提高产品的可靠性，实验组规定其装药量分别为黄色一体钉（220±10）mg/发，红色一体钉（270±10）mg/发，黑色一体钉（285±10）mg/发。

3  工艺流程

根据对一体钉的特性及其研制要求，进行性能设计、结构设计，并通过对产品各项性能指标的验证型试验，完善了产品的生产工艺流程，详见图2。

4  试验情况

根据GB 19914-2005《射钉弹》相关技术要求，对一体钉的主要性能指标进行了相关试验，确定了产品质量的稳定性。

4.1 射击性能试验

一体钉用射钉器射击，应正常发火;不应有瞎火、迟发火、塑料壳横裂、底裂和纵裂等缺陷;不应影响射钉器装弹和退壳的可靠性和灵活性。试验32发均合格。

4.2 震动试验

一体钉在坐落高为80mm±1 mm，频率为每分钟（60±1）次的震动机上震动8min，振动试验时不应发火，经振动的一体钉零部件不应松动、脱落，且射击还应正常发火。试验32发均合格。

4.3 高低温性能试验

一体钉在50 ℃高温或 -40 ℃低温环境中，保持2h后取出射击，应正常发火。试验32发均合格。

4.4 受潮性能试验

一体钉单层置于相对湿度近于饱和、温度为25 ～35 ℃的受潮器皿中8 h，取出后射击应能正常发火。试验32发均合格。

试验结果表明，一体钉各项性能指标均符合GB 19914-2005《射釘弹》相关技术要求，产品质量稳定，具有良好的射击性能、抗震性能和抗潮性能，具有良好的贮藏性和发火可靠性，能够产生较好的经济和社会效益。

5  结语

一体钉属于紧固器材领域，该产品设计合理，质量可靠，便于批量生产。该项目成功研制出射钉发射药柱，取消了击发药，避免了一体钉因碰撞、摩擦等发生爆炸事故的概率，提高了药剂在生产、运输和使用过程中的安全性;产品设计安全、环保，生产时不产生环境污染，使用时无有毒气体排放，符合国家发展方向;用民用硝化棉取代了军用硝化棉，使原材料更易获得，具有良好的市场经济效益和较为广阔的市场前景。

参考文献

[1]YANG H W，YU Y G，Ye R，et al.Cook-off test and numerical simulation of AP/HTPB composite solid propellant[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2016，40：1-9.

[2]WENFENG LI，YONGGANG YU，RUI YE.Effects of Charge Size on Slow Cook‐Off Characteristics of AP/HTPB Composite Propellant in Base Bleed Unit[J].Propellants，Explosives，Pyrotechnics，2018，43（4）：404-412（9）.

[3]阎凤阁.射钉紧固技术与射钉紧固器材的发展研讨[J].四川兵工学报，1997（4）：6-10.

[4]杨丽侠，张衡，张玉成，张邹邹.不敏感发射药检测与评估技术研究综述[J].装备环境工程，2019，16（9）：44-47.

[5]王爱，常鹏程，张伟，刘吉祥，周志勇.无壳射钉弹的研制[J].采矿技术，2020，20（6）：189-191.

[6]邓维平，梁家豪，董朝阳.包覆工艺对无壳射钉弹药片吸湿性的影响研究[J].兵器装备工程学报，2019，40（3）：187-189，194.

[7]石先锐，贾永杰，胡睿，等.NC/DIANP/HATO发射药的制备及性能研究[J].兵器装备工程学报，2021，42（2）：199-204.

[8]解德富，黄振亚，宋亚苹，等.乙二胺-三乙烯二胺高氯酸盐对高能发射药热分解反应的影响[J].火炸药学报，2020，43（2）：208-212.

[9]田新.发射药对射钉弹穿透性能的影响[J].含能材料，2006（3）：218-220，159.

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