Pirotehnična sestava: razvrstitev, komponente, uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Pirotehnična sestava je snov ali mešanica komponent, ki je zasnovana tako, da povzroči učinek v obliki toplote, svetlobe, zvoka, plina, dima ali kombinacije le-teh kot posledica samovzdrževih eksotermnih kemičnih reakcij, ki poteka brez detonacije. Tak proces ni odvisen od kisika iz zunanjih virov.

Razvrstitev pirotehničnih sestavkov

Delimo jih lahko po dejanjih:

• ognjeno.
• Dim.
• Dynamic.

Prvi dve skupini je mogoče razdeliti na manjše vrste.

Ognjeno: osvetlitev, signalna noč, sledilna in nekaj zažigalnega.

Dimna skupina vključuje kompozicije za dnevno signalizacijo in maskiranje (megla).

Glavne vrste pirotehnike

Zgornji učinek (svetloba, zvok itd.) je mogoče ustvariti s temi komponentami:

• Powder flash - gori zelo hitro, povzroči eksplozije ali svetle izbruhe svetlobe.
• Smodnik - gori počasneje kot smodnik, oddaja veliko količino plinov.
• Trdno gorivo - proizvaja veliko vročih hlapov, ki se uporabljajo kot viri kinetične energije za rakete in izstrelke.
• Pirotehnični iniciatorji - proizvajajo velike količine toplote, plamena ali vročih isker, ki se uporabljajo za vžig drugih kompozicij.
• Izmetne polnitve - hitro gorijo, proizvedejo veliko plina v kratkem času, uporabljajo se za sprostitev tovora iz zabojnikov.
• Eksplozivni naboji - hitro gorijo, v kratkem času proizvedejo veliko količino plina, ki se uporablja za drobljenje posode in odlaganje njene vsebine.
• Dimne kompozicije - gorijo počasi, proizvajajo meglo (navadno ali barvno).
• Vlaki zakasnitve - plameni s konstantno tiho hitrostjo, ki se uporablja za uvedbo zamud v požarno rezervo.
• Pirotehnični viri toplote - oddajajo veliko toplote in praktično ne širijo plinov, počasi gorejo, pogosto podobni termiti.
• Pekice - proizvajajo bele ali barvne iskre.
• Utripa - gorijo počasi, ustvarjajo veliko svetlobe, ki se uporablja za osvetlitev ali signalizacijo.
• Barvite kompozicije za ognjemet - ustvarjajo lahke, bele ali večbarvne iskrice.

Prijava

Nekatere tehnologije pirotehničnih sestavkov in izdelkov se uporabljajo v industriji in letalstvu za ustvarjanje velikih količin plina (na primer v zračnih blazinah), pa tudi v različnihpritrditev in v drugih podobnih situacijah. Uporabljajo se tudi v vojaški industriji, ko so potrebne velike količine hrupa, svetlobe ali infrardečega sevanja. Na primer rakete za vabo, rakete in paralne granate. Vojska trenutno raziskuje nov razred reaktivnih materialov.

Številne pirotehnične spojine (zlasti tiste, ki vključujejo aluminij in perklorate) so pogosto zelo občutljive na trenje, udarce in statično elektriko. Že samo 0,1 do 10 milijoulov iskre lahko povzroči določene učinke.

Gunpowder

To je slavni črni smodnik. Je najzgodnejši znani kemični eksploziv, sestavljen iz mešanice žvepla (S), oglja (C) in kalijevega nitrata (salitra, KNO 3). Prvi dve komponenti delujeta kot gorivo, tretja pa je oksidant. Zaradi svojih vžigalnih lastnosti ter količine toplote in plina, ki ga proizvaja, se smodnik pogosto uporablja pri izdelavi pogonskih nabojev za strelno orožje in topništvo. Poleg tega se uporablja pri proizvodnji raket, ognjemetov in eksplozivnih naprav v kamnolomih, rudarstvu in gradnji cest.

Indikatorji

Smodnik je bil izumljen na Kitajskem v 7. stoletju in se je razširil po večini Evrazije do konca 13. stoletja. Prah, ki so ga prvotno razvili taoisti za medicinske namene, je bil uporabljen za bojevanje okoli leta 1000 AD.

Smodnik je razvrščen vkot majhen eksploziv zaradi sorazmerno počasne hitrosti razgradnje in nizke brisance.

eksplozivna moč

Vžig smodnika, nabitega za izstrelkom, ustvari dovolj pritiska, da povzroči, da se gobec strelja z veliko hitrostjo, vendar ni dovolj močan, da bi počil cev pištole. Tako je smodnik dobro gorivo, vendar je zaradi nizke eksplozivne moči manj primeren za uničevanje kamna ali utrdb. S prenosom dovolj energije (iz goreče snovi v maso topovske krogle in nato z nje na tarčo prek udarnega streliva) lahko bombnik sčasoma premaga sovražnikovo utrjeno obrambo.

Smodnik se je pogosto uporabljal za polnjenje granat in se je uporabljal v rudarskih in gradbenih projektih vse do druge polovice 19. stoletja, ko so bili testirani prvi eksplozivi. Smodnik se zaradi relativno nizke učinkovitosti (v primerjavi z novejšimi alternativami, kot sta dinamit in amonijev nitrat ali kurilno olje) ne uporablja več v sodobnem orožju in industrijskih aplikacijah. Danes je strelno orožje s smodnikom večinoma omejeno na lov, streljanje na tarče.

Pirotehnični vir toplote

Pirotehnična sredstva so naprava na osnovi gorljivih snovi z ustreznim vžigalnikom. Njihova vloga je proizvajati nadzorovano količino toplote. Pirotehnični viri običajno temeljijo na oksidantih goriva, podobnih termitom (ali zaviralcem sestave) z nizko hitrostjo gorenja,visoka toplotna moč pri želeni temperaturi in malo ali nič nastajanja plina.

Aktivirate jih lahko na več načinov. Električne vžigalice in udarne kapice so najpogostejši.

Pirotehnični viri toplote se pogosto uporabljajo za aktiviranje baterij, kjer služijo za taljenje elektrolita. Obstajata dve glavni vrsti oblikovanja. Eden uporablja varovalni trak (ki vsebuje barijev kromat in kovinski cirkonij v prahu v keramičnem papirju). Po njegovem robu tečejo toplotno pirotehnične granulacijske sestavke, ki sprožijo zgorevanje. Trak se običajno začne z električnim vžigalnikom ali vtičem z uporabo toka.

Drugi dizajn uporablja osrednjo luknjo v bateriji, v katero visokoenergetski električni vžigalnik sprošča mešanico vnetljivih plinov in žarnic. Zasnova z osrednjo luknjo lahko znatno skrajša čas aktivacije (desetine milisekund). Za primerjavo ugotavljamo, da je pri napravah z robnim trakom ta indikator na stotine milisekund.

Omogočanje baterije se lahko izvede tudi z udarnim premazom, podobnim puški. Zaželeno je, da je vir izpostavljenosti brez plina. Običajno je standardna sestava pirotehničnih mešanic sestavljena iz železovega prahu in kalijevega perklorata. V masnih razmerjih so ta 88/12, 86/14 in 84/16. Višja kot je raven perklorata, večja je toplotna moč (nominalno 200, 259 in 297 kalorij/gram). Velikost in debelina tablet železovega perklorata malo vplivata na hitrost gorenja, vendar jevpliva na gostoto, sestavo, velikost delcev in se lahko uporablja za prilagoditev želenega profila sproščanja toplote.

Druga uporabljena sestava je cirkonij z barijevim kromatom. Druga mešanica vsebuje 46,67 % titana, 23,33 % amorfnega bora in približno 30 % barijevega kromata. Na voljo so tudi 45 % volframa, 40,5 % barijevega kromata, 14,5 % kalijevega perklorata in 1 % vinilnega alkohola in vezivnega acetata.

Reakcije za tvorbo intermetalnih komponent pirotehničnih sestavkov, kot je cirkonij z borom, se lahko uporabijo, kadar je zaželeno delovanje brez plina, nehigroskopsko obnašanje in neodvisnost od tlaka okolice.

Vir toplote

Lahko je neposreden del pirotehnične sestave, na primer v kemičnih generatorjih kisika se taka komponenta uporablja z velikim presežkom oksidanta. Toplota, ki se sprosti med zgorevanjem, se uporablja za toplotno razgradnjo. V zvezi s hladnim gorenjem se sestavki uporabljajo za proizvodnjo obarvanega dima ali za razprševanje aerosolov, kot so pesticidi ali plin CS, ki zagotavljajo toploto sublimacije želene spojine.

Za stabilizacijo višine plamena je mogoče uporabiti komponento za zaviranje faz, ki skupaj s produkti zgorevanja tvori mešanico z eno samo temperaturo faznega prehoda.

Materiali

Pirotehnične sestavke so običajno homogenizirane mešanice majhnihgorivni delci in oksidanti. Prvi so lahko zrna ali kosmiči. Na splošno velja, da večja kot je površina delcev, večja je hitrost reakcije in zgorevanja. Za nekatere namene se veziva uporabljajo za pretvorbo prahu v trden material.

gorivo

Tipične vrste temeljijo na kovinskem ali metaloidnem prahu. Sestava lahko kaže na več različnih vrst goriva. Nekateri lahko služijo tudi kot vezivo.

kovine

običajna goriva vključujejo:

• Aluminij je najpogostejše gorivo v številnih razredih mešanic, pa tudi regulator nestabilnosti zgorevanja. Visokotemperaturni plamen s trdnimi delci, ki motijo videz barvil, reagira z nitrati (razen amonijevega), da tvori dušikove okside, amoniak in toploto (reakcija je počasna pri sobni temperaturi, vendar burna nad 80 °C, se lahko samovneti).
• Magnalij je zlitina aluminija in magnezija, ki je bolj stabilna in cenejša od posamezne kovine. Manj reaktiven kot magnezij, vendar bolj vnetljiv kot aluminij.
• Železo - ustvarja zlate iskre, pogosto uporabljen element.
• Jeklo je zlitina železa in ogljika, ki proizvaja razvejane rumeno-oranžne iskre.
• Cirkonij - proizvaja vroče delce, uporabne za vnetljive zmesi, kot je NASA-in standardni iniciator, in za zatiranje nestabilnosti zgorevanja.
• Titan - proizvaja vročo pirotehniko in spojine, povečujeobčutljivost na udarce in trenje. Včasih se uporablja zlitina Ti4Al6V, ki proizvaja nekoliko svetlejše bele iskre. Skupaj s kalijevim perkloratom se uporablja v nekaterih pirotehničnih vžigalnikih. Grobi prah ustvari čudovite razvejane modro-bele iskrice.
• Ferotitan je zlitina železa in titana, ki ustvarja svetle iskre, ki se uporabljajo v pirotehničnih zvezdah, raketah, kometih in fontanah.
• Ferosilicij je železo-silicijeva snov, ki se uporablja v nekaterih mešanicah in včasih nadomešča kalcijev silicid.
• mangan - uporablja se za nadzor hitrosti gorenja, na primer v kompozicijah z zamudo.
• Cink - uporablja se v nekaterih dimnih kompozicijah skupaj z žveplom, ki se uporablja kot amatersko gorivo za rakete, pa tudi v pirotehničnih zvezdah. Občutljiv na vlago. Lahko se spontano vname. Redko se uporablja kot glavno gorivo (z izjemo dimnih sestavkov), lahko pa se uporablja kot dodatna komponenta.
• Baker - uporablja se kot modro barvilo z drugimi vrstami.
• Medenina je zlitina cinka in bakra, ki se uporablja v nekaterih formulah za ognjemet.
• Volfram - uporablja se za nadzor in upočasnitev hitrosti gorenja kompozicij.

Omeniti velja, da je nevarno izdelovati pirotehnične kompozicije z lastnimi rokami.