Compoziție pirotehnică: clasificare, componente, aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

O compoziție pirotehnică este o substanță sau un amestec de componente concepute pentru a produce un efect sub formă de căldură, lumină, sunet, gaz, fum sau o combinație a acestora, ca rezultat al reacțiilor chimice exoterme auto-susținute care are loc fără detonare. Un astfel de proces nu depinde de oxigenul din surse externe.

Clasificarea compozițiilor pirotehnice

Ele pot fi împărțite prin acțiune:

• Fiery.
• Fum.
• Dinamic.

Primele două grupuri pot fi subdivizate în tipuri mai mici.

Fiery: iluminare, semnal nocturn, trasor și unele incendiare.

Grupul de fum include compoziții pentru semnalizare și mascare în timpul zilei (ceață).

Principale tipuri de pirotehnice

Efectul de mai sus (lumină, sunet etc.) poate fi creat folosind aceste componente:

• Bliț de pulbere - arde foarte repede, produce explozii sau explozii strălucitoare de lumină.
• Pulb de pușcă - arde mai lent decât pulberea, emite o cantitate mare de gaze.
• Propelant solid - produce o mulțime de vapori fierbinți folosiți ca surse de energie cinetică pentru rachete și proiectile.
• Inițiatori pirotehnici - produc cantități mari de căldură, flăcări sau scântei fierbinți folosite pentru a aprinde alte compoziții.
• Taxe de evacuare - arde rapid, produce mult gaz într-un timp scurt, folosit pentru a elibera încărcăturile utile din containere.
• Încărcări explozive - ard rapid, produc o cantitate mare de gaz într-un timp scurt, folosit pentru a zdrobi recipientul și a arunca conținutul acestuia.
• Compoziții de fum - ard încet, produc ceață (ună sau colorată).
• Trenuri întârziate - arde cu o viteză constantă liniștită, folosită pentru a introduce întârzieri în rezerva de incendiu.
• Surse de căldură pirotehnice - emit o cantitate mare de căldură și practic nu împrăștie gaze, ardere lentă, adesea asemănătoare termitei.
• Sparklers - produc scântei albe sau colorate.
• Blițuri - arde încet, creează o cantitate mare de lumină, folosită pentru iluminare sau semnalizare.
• Compoziții de artificii colorate - produc scântei ușoare, albe sau multicolore.

Aplicație

Unele tehnologii de compoziții și produse pirotehnice sunt utilizate în industrie și aviație pentru a genera volume mari de gaz (de exemplu, în airbag-uri), precum și în diversefixări și în alte situații similare. De asemenea, sunt utilizate în industria militară atunci când sunt necesare cantități mari de zgomot, lumină sau radiații infraroșii. De exemplu, momeală rachete, rachete și grenade asomatoare. O nouă clasă de compoziții de materiale reactive este în prezent cercetată de armată.

Mulți compuși pirotehnici (în special cei care implică aluminiu și perclorați) sunt adesea foarte sensibili la frecare, șocuri și electricitate statică. Chiar și 0,1 până la 10 milijouli de scânteie pot provoca anumite efecte.

praf de pușcă

Aceasta este celebra pulbere neagră. Este cel mai vechi exploziv chimic cunoscut, constând dintr-un amestec de sulf (S), cărbune (C) și azotat de potasiu (salpetru, KNO 3). Primele două componente acționează ca combustibil, iar al treilea este un oxidant. Datorită proprietăților sale incendiare și cantității de căldură și gaz pe care o produce, praful de pușcă este utilizat pe scară largă la fabricarea încărcăturilor de propulsie în arme de foc și artilerie. În plus, este folosit la fabricarea de rachete, artificii și dispozitive explozive în cariere, minerit și construcție de drumuri.

indicatori

Praful de pușcă a fost inventat în China în secolul al VII-lea și s-a răspândit în cea mai mare parte a Eurasiei până la sfârșitul secolului al XIII-lea. Dezvoltată inițial de taoiști în scopuri medicinale, pulberea a fost folosită pentru război în jurul anului 1000 d. Hr.

Praful de pușcă este clasificat înca un mic exploziv datorită vitezei de descompunere relativ lentă și a luminii scăzute.

Putere explozivă

Aprinderea prafului de pușcă împachetat în spatele proiectilului creează suficientă presiune pentru ca botul să tragă cu viteză mare, dar nu suficient de puternic pentru a sparge țeava unei arme. Astfel, praful de pușcă este un combustibil bun, dar este mai puțin potrivit pentru distrugerea pietrei sau a fortificațiilor datorită puterii sale explozive scăzute. Transferând suficientă energie (de la substanța care arde la masa ghiulei, apoi de la aceasta la țintă prin muniție de impact), bombardierul poate copleși în cele din urmă apărarea fortificată a inamicului.

Pilful de pușcă a fost folosit pe scară largă pentru umplerea obuzelor și a fost folosit în proiecte miniere și de inginerie civilă până în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, când au fost testați primii explozivi. Pulberea nu mai este folosită în armele moderne și în aplicațiile industriale datorită eficienței sale relativ scăzute (comparativ cu alternativele mai noi precum dinamita și azotatul de amoniu sau păcură). Astăzi, armele de foc cu praf de pușcă sunt în mare parte limitate la vânătoare, împușcături la țintă.

Sursă de căldură pirotehnică

Compozițiile pirotehnice sunt un dispozitiv pe bază de substanțe combustibile cu un aprinzător adecvat. Rolul lor este de a produce o cantitate controlată de căldură. Sursele pirotehnice se bazează, de obicei, pe oxidanți de combustibil de tipul termitei (sau care întârzie compoziția) cu o viteză scăzută de ardere,putere ridicată de căldură la temperatura dorită și formare mică sau deloc de gaz.

Ele pot fi activate în mai multe moduri. Chibriturile electrice și capacele de impact sunt cele mai comune.

Sursele de căldură pirotehnice sunt adesea folosite pentru a activa bateriile, unde servesc la topirea electrolitului. Există două tipuri principale de design. Se folosește o bandă fuzibilă (conținând cromat de bariu și zirconiu metal sub formă de pulbere în hârtie ceramică). Compozițiile de granulație pirotehnică termică trec de-a lungul marginii sale pentru a iniția arderea. Banda este de obicei pornită cu un aprinzător sau ștecher electric folosind curent.

Al doilea design folosește un orificiu central în acumulatorul în care un aprinzător electric de mare energie eliberează un amestec de gaze combustibile și lămpi cu incandescență. Designul cu orificiu central poate reduce semnificativ timpul de activare (zeci de milisecunde). Pentru comparație, observăm că în dispozitivele cu o bandă de margine, acest indicator este de sute de milisecunde.

Activarea unei baterii se poate face și cu un primer de impact asemănător pușcă. Este de dorit ca sursa de expunere să fie fără gaz. De obicei, compoziția standard a amestecurilor pirotehnice constă din pulbere de fier și perclorat de potasiu. În raporturile de greutate, acestea sunt 88/12, 86/14 și 84/16. Cu cât nivelul de perclorat este mai mare, cu atât debitul de căldură este mai mare (în mod nominal 200, 259 și 297 calorii/gram). Dimensiunea și grosimea tabletelor cu perclorat de fier au un efect redus asupra vitezei de ardere, dar o facare efecte asupra densității, compoziției, dimensiunii particulelor și poate fi folosit pentru a ajusta profilul dorit de eliberare a căldurii.

O altă compoziție folosită este zirconiu cu cromat de bariu. Un alt amestec conține 46,67% titan, 23,33% bor amorf și aproximativ 30% cromat de bariu. De asemenea, sunt disponibile 45% wolfram, 40,5% cromat de bariu, 14,5% perclorat de potasiu și 1% alcool vinilic și acetat de liant.

Reacțiile pentru a forma componente intermetalice ale compozițiilor pirotehnice, cum ar fi zirconiul cu bor, pot fi utilizate atunci când se dorește funcționarea fără gaz, comportament nehigroscopic și independență față de presiunea ambientală.

Sursă de căldură

Poate fi o parte directă a compoziției pirotehnice, de exemplu, în generatoarele chimice de oxigen, o astfel de componentă este utilizată cu un exces mare de oxidant. Căldura degajată în timpul arderii este folosită pentru descompunerea termică. În ceea ce privește arderea la rece, compozițiile sunt folosite pentru a produce fum colorat sau pentru a pulveriza un aerosol, cum ar fi pesticidele sau gazul CS, oferind căldura de sublimare a compusului dorit.

Componenta de întârziere de fază a compoziției, care împreună cu produsele de ardere formează un amestec cu o temperatură de tranziție de fază distinctă, poate fi utilizată pentru a stabiliza înălțimea flăcării.

Materiale

Compozițiile pirotehnice sunt de obicei amestecuri omogenizate de miciparticule de combustibil și oxidanți. Primele pot fi boabe sau fulgi. În general, cu cât suprafața particulelor este mai mare, cu atât este mai mare viteza de reacție și ardere. În anumite scopuri, lianți sunt folosiți pentru a transforma pulberea într-un material solid.

Combustibil

Tipurile tipice se bazează pe pulberi metalice sau metaloide. Compoziția poate indica mai multe tipuri diferite de combustibil. Unele pot servi și ca lianți.

Metale

Combustibilii obișnuiți includ:

• Aluminiul este cel mai comun combustibil în multe clase de amestecuri, precum și un regulator al instabilității arderii. Flacără la temperatură ridicată cu particule solide care interferează cu aspectul coloranților, reacționează cu nitrații (cu excepția amoniului) formând oxizi de azot, amoniac și căldură (reacție lentă la temperatura camerei, dar violentă peste 80 ° C, se poate autoaprinde).
• Magnaliul este un aliaj de aluminiu-magneziu care este mai stabil și mai puțin costisitor decât un singur metal. Mai puțin reactiv decât magneziul, dar mai inflamabil decât aluminiul.
• Fier - face scântei aurii, un element folosit în mod obișnuit.
• Oțelul este un aliaj de fier și carbon care produce scântei galben-portocalii ramificate.
• Zirconiu - Produce particule fierbinți utile pentru amestecuri inflamabile, cum ar fi inițiatorul standard al NASA și pentru suprimarea instabilității combustiei.
• Titan - produce pirotehnică fierbinte și compuși, creștesensibilitate la șoc și frecare. Uneori se folosește un aliaj Ti4Al6V care produce scântei albe puțin mai strălucitoare. Împreună cu perclorat de potasiu, este folosit în unele aprinderi pirotehnice. Pulberea grosieră produce scântei frumoase ramificate alb-albastru.
• Ferrotitanul este un aliaj fier-titan care creează scântei strălucitoare utilizate în stele pirotehnice, rachete, comete și fântâni.
• Ferosiliciul este o substanță fier-siliciu utilizată în unele amestecuri, înlocuind uneori siliciul de calciu.
• Mangan - folosit pentru a controla viteza de ardere, de exemplu, în compoziții cu întârziere.
• Zinc - folosit în unele compoziții de fum împreună cu sulful, care este folosit ca combustibil pentru amatori pentru rachete, precum și în stele pirotehnice. Sensibilă la umiditate. Se poate aprinde spontan. Folosit rar ca combustibil principal (cu excepția compozițiilor de fum), poate fi folosit ca componentă suplimentară.
• Cupru - folosit ca colorant albastru cu alte specii.
• Alama este un aliaj de zinc și cupru utilizat în unele formule de artificii.
• Tungsten - folosit pentru a controla și a încetini viteza de ardere a compozițiilor.

Este de remarcat faptul că este periculos să faci compoziții pirotehnice cu propriile mâini.