Pirotehnički sastav: klasifikacija, komponente, primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Pirotehnički sastav je tvar ili mješavina komponenti dizajniranih da proizvedu učinak u obliku topline, svjetlosti, zvuka, plina, dima ili njihove kombinacije, kao rezultat samoodrživih egzotermnih kemijskih reakcija koje odvijati bez detonacije. Takav proces ne ovisi o kisiku iz vanjskih izvora.

Klasifikacija pirotehničkih sastava

Mogu se podijeliti radnjom:

• Vatreni.
• Dim.
• Dynamic.

Prve dvije grupe mogu se podijeliti u manje tipove.

Vatreno: osvjetljavajuće, signalna noć, tragač i nešto zapaljivo.

Dimna grupa uključuje kompozicije za dnevnu signalizaciju i maskiranje (magla).

Glavne vrste pirotehnike

Navedeni efekt (svjetlo, zvuk, itd.) može se stvoriti pomoću ovih komponenti:

• Bljesak praha - gori vrlo brzo, proizvodi eksplozije ili jarke bljeskalice.
• Barut - gori sporije od praha, ispušta veliku količinu plinova.
• Čvrsto gorivo - proizvodi puno vrućih para koje se koriste kao izvori kinetičke energije za rakete i projektile.
• Pirotehnički inicijatori - proizvode velike količine topline, plamena ili vrućih iskri koje se koriste za paljenje drugih kompozicija.
• Ejection Charges - brzo izgaraju, proizvode puno plina u kratkom vremenu, koriste se za oslobađanje tereta iz kontejnera.
• Eksplozivna punjenja - brzo izgaraju, proizvode veliku količinu plina u kratkom vremenu, koriste se za drobljenje kontejnera i izbacivanje njegovog sadržaja.
• Dimne kompozicije - gori polako, stvaraju maglu (običnu ili obojenu).
• Vlakovi odgode - bukti konstantnom tihom brzinom, koristi se za uvođenje kašnjenja u vatrogasnu pričuvu.
• Pirotehnički izvori topline - emitiraju veliku količinu topline i praktički ne šire plinove, sporo gore, često poput termita.
• Svjetlucave - proizvode bijele ili obojene iskre.
• Bljeskovi - gori polako, stvara veliku količinu svjetla, koristi se za osvjetljenje ili signalizaciju.
• Šarene kompozicije vatrometa - proizvode svjetle, bijele ili višebojne iskre.

Prijava

Neke tehnologije pirotehničkih sastava i proizvoda koriste se u industriji i zrakoplovstvu za stvaranje velikih količina plina (npr. u zračnim jastucima), kao i u raznimpričvršćivanja i u drugim sličnim situacijama. Također se koriste u vojnoj industriji kada su potrebne velike količine buke, svjetlosti ili infracrvenog zračenja. Na primjer, rakete za mamce, baklje i šok granate. Vojska trenutno istražuje novu klasu sastava reaktivnih materijala.

Mnogi pirotehnički spojevi (posebno oni koji uključuju aluminij i perklorate) često su vrlo osjetljivi na trenje, udar i statički elektricitet. Čak i samo 0,1 do 10 mililidžula iskre može uzrokovati određene učinke.

barut

Ovo je poznati crni prah. To je najraniji poznati kemijski eksploziv, koji se sastoji od mješavine sumpora (S), drvenog ugljena (C) i kalijevog nitrata (s altitra, KNO 3). Prve dvije komponente djeluju kao gorivo, a treća je oksidant. Zbog svojih zapaljivih svojstava i količine topline i plina koju proizvodi, barut se široko koristi u proizvodnji pogonskih punjenja u vatrenom oružju i topništvu. Osim toga, koristi se u proizvodnji raketa, vatrometa i eksplozivnih naprava u kamenolomima, rudarstvu i izgradnji cesta.

Pokazatelji

Barut je izumljen u Kini u 7. stoljeću i proširio se po većem dijelu Euroazije do kraja 13. stoljeća. Prvotno razvijen od strane taoista u medicinske svrhe, prah je korišten za ratovanje oko 1000. godine.

Barut je klasificiran ukao mali eksploziv zbog relativno spore brzine raspadanja i niskog sjaja.

Eksplozivna snaga

Paljenje baruta nabijenog iza projektila stvara dovoljan pritisak da izazove ispaljivanje njuške velikom brzinom, ali nije dovoljno snažno da pukne cijev pištolja. Dakle, barut je dobro gorivo, ali je zbog male eksplozivne snage manje pogodan za uništavanje kamena ili utvrda. Prenoseći dovoljno energije (sa goruće tvari na masu topovske kugle, a zatim s nje na metu putem udarnog streljiva), bombarder može na kraju svladati neprijateljsku utvrđenu obranu.

Barut je bio naširoko korišten za punjenje granata i korišten je u rudarskim i građevinskim projektima sve do druge polovice 19. stoljeća, kada su testirani prvi eksplozivi. Barut se više ne koristi u modernom oružju i industrijskim primjenama zbog svoje relativno niske učinkovitosti (u usporedbi s novijim alternativama kao što su dinamit i amonijev nitrat ili loživo ulje). Danas je barutno oružje uglavnom ograničeno na lov, gađanje u mete.

Pirotehnički izvor topline

Pirotehnička sredstva su uređaj na bazi zapaljivih tvari s odgovarajućim upaljačom. Njihova je uloga proizvesti kontroliranu količinu topline. Pirotehnički izvori obično se temelje na oksidantima goriva sličnih termitu (ili usporavanju sastava) s niskom brzinom gorenja,visok učinak topline na željenoj temperaturi i malo ili nimalo stvaranja plina.

Mogu se aktivirati na nekoliko načina. Električne šibice i udarne kapice su najčešći.

Pirotehnički izvori topline često se koriste za aktiviranje baterija, gdje služe za taljenje elektrolita. Postoje dvije glavne vrste dizajna. Jedan koristi traku osigurača (sadrži barijev kromat i metalni cirkonij u prahu u keramičkom papiru). Termički pirotehnički granulacijski sastavi prolaze duž njegovog ruba kako bi pokrenuli izgaranje. Traka se obično pokreće električnim upaljačom ili utikačem pomoću struje.

Drugi dizajn koristi središnju rupu u bateriji u koju visokoenergetski električni upaljač ispušta mješavinu zapaljivih plinova i žarulja sa žarnom niti. Dizajn sa središnjom rupom može značajno smanjiti vrijeme aktivacije (desetke milisekundi). Za usporedbu, napominjemo da u uređajima s rubnom trakom ovaj pokazatelj iznosi stotine milisekundi.

Omogućavanje baterije također se može obaviti udarnim temeljcem nalik sačmarici. Poželjno je da izvor izloženosti bude bez plina. Tipično, standardni sastav pirotehničkih smjesa sastoji se od željeznog praha i kalijevog perklorata. U težinskim omjerima to su 88/12, 86/14 i 84/16. Što je viša razina perklorata, veći je toplinski učinak (nominalno 200, 259 i 297 kalorija/gram). Veličina i debljina tableta željezo-perklorata imaju mali utjecaj na brzinu gorenja, ali imajuutječe na gustoću, sastav, veličinu čestica i može se koristiti za podešavanje željenog profila oslobađanja topline.

Drugi sastav koji se koristi je cirkonij s barijevim kromatom. Druga smjesa sadrži 46,67% titana, 23,33% amorfnog bora i oko 30% barijevog kromata. Dostupni su i 45% volframa, 40,5% barijev kromat, 14,5% kalij perklorat i 1% vinil alkohol i acetat veziva.

Reakcije za formiranje intermetalnih komponenti pirotehničkih sastava, kao što je cirkonij s borom, mogu se koristiti kada se želi rad bez plina, nehigroskopno ponašanje i neovisnost od pritiska okoline.

Izvor topline

Može biti izravni dio pirotehničkog sastava, na primjer, u kemijskim generatorima kisika takva komponenta se koristi s velikim viškom oksidatora. Toplina koja se oslobađa tijekom izgaranja koristi se za termičku razgradnju. S obzirom na hladno sagorijevanje, pripravci se koriste za proizvodnju obojenog dima ili za raspršivanje aerosola kao što su pesticidi ili CS plin, dajući toplinu sublimacije željenog spoja.

Komponenta za usporavanje faze sastava, koja zajedno s produktima izgaranja tvori smjesu s jednom jasnom temperaturom faznog prijelaza, može se koristiti za stabilizaciju visine plamena.

Materijal

Pirotehničke smjese su obično homogenizirane smjese sitnihčestice goriva i oksidanti. Prvi mogu biti zrna ili pahuljice. Općenito, što je veća površina čestica, to je veća brzina reakcije i izgaranja. U neke svrhe, veziva se koriste za pretvaranje praha u čvrsti materijal.

gorivo

Tipični tipovi temelje se na metalnim ili metaloidnim prahovima. Sastav može ukazivati na nekoliko različitih vrsta goriva. Neki mogu poslužiti i kao povezivači.

Metali

Uobičajena goriva uključuju:

• Aluminij je najčešće gorivo u mnogim klasama smjesa, kao i regulator nestabilnosti izgaranja. Plamen visoke temperature s čvrstim česticama koje ometaju pojavu boja, reagira s nitratima (osim amonijaka) stvarajući okside dušika, amonijaka i topline (reakcija spora na sobnoj temperaturi, ali burna iznad 80°C, može se samozapaliti).
• Magnalij je aluminij-magnezijeva legura koja je stabilnija i jeftinija od jednog metala. Manje reaktivan od magnezija, ali zapaljiviji od aluminija.
• Željezo - stvara zlatne iskre, često korišteni element.
• Čelik je legura željeza i ugljika koja proizvodi razgranate žuto-narančaste iskre.
• Cirkonij - proizvodi vruće čestice korisne za zapaljive smjese, kao što je NASA-in standardni inicijator, i za suzbijanje nestabilnosti izgaranja.
• Titan - proizvodi vruću pirotehniku i spojeve, povećavaosjetljivost na udarce i trenje. Ponekad se koristi legura Ti4Al6V koja proizvodi nešto svjetlije bijele iskre. Zajedno s kalijevim perkloratom koristi se u nekim pirotehničkim upaljačima. Grubi prah proizvodi prekrasne razgranate plavo-bijele iskre.
• Ferrotitanium je legura željeza i titana koja stvara svijetle iskre koje se koriste u pirotehničkim zvijezdama, raketama, kometama i fontanama.
• Ferrosilicij je tvar željezo-silicij koja se koristi u nekim mješavinama, ponekad zamjenjujući kalcijev silicid.
• Mangan - koristi se za kontrolu brzine gorenja, na primjer, u kompozicijama s kašnjenjem.
• Cink - koristi se u nekim dimnim kompozicijama zajedno sa sumporom, koji se koristi kao amatersko gorivo za rakete, kao i u pirotehničkim zvijezdama. Osjetljiva na vlagu. Može se spontano zapaliti. Rijetko se koristi kao glavno gorivo (s izuzetkom dimnih sastava), može se koristiti kao dodatna komponenta.
• Bakar - koristi se kao plava boja s drugim vrstama.
• Med je legura cinka i bakra koja se koristi u nekim formulama za vatromet.
• Volfram - koristi se za kontrolu i usporavanje brzine izgaranja kompozicija.

Vrijedi napomenuti da je opasno praviti pirotehničke kompozicije vlastitim rukama.