Pyroteknisk sammensetning: klassifisering, komponenter, anvendelse

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

En pyroteknisk sammensetning er et stoff eller en blanding av komponenter designet for å gi en effekt i form av varme, lys, lyd, gass, røyk eller en kombinasjon av disse, som et resultat av selvopprettholdende eksoterme kjemiske reaksjoner som skje uten detonasjon. En slik prosess er ikke avhengig av oksygen fra eksterne kilder.

Klassifisering av pyrotekniske komposisjoner

De kan deles ved handling:

• Fiery.
• Smoke.
• Dynamisk.

De to første gruppene kan deles inn i mindre typer.

Brennende: lysende, signal natt, sporstoff og noe brannstiftende.

Røykegruppen inkluderer komposisjoner for signalering på dagtid og maskering (tåke).

Hovedtyper av pyroteknikk

Effekten ovenfor (lys, lyd osv.) kan lages ved å bruke disse komponentene:

• Pulverblits - brenner veldig raskt, produserer eksplosjoner eller lyse lysutbrudd.
• Krutt - brenner saktere enn pulver, avgir store mengder gasser.
• Fast drivmiddel - produserer mye varme damper som brukes som kilder til kinetisk energi for raketter og prosjektiler.
• Pyrotekniske initiatorer - produserer store mengder varme, flammer eller varme gnister som brukes til å antenne andre komposisjoner.
• Ejection Charges - brenner raskt, produserer mye gass på kort tid, brukes til å frigjøre nyttelast fra containere.
• Eksplosive ladninger - brenner raskt, produserer store mengder gass på kort tid, brukes til å knuse beholderen og dumpe innholdet.
• Røyksammensetninger - brenn sakte, produsere tåke (vanlig eller farget).
• Forsinkede tog - brenner med konstant rolig hastighet, brukes til å introdusere forsinkelser i brannreservatet.
• Pyrotekniske varmekilder - avgir store mengder varme og sprer praktisk t alt ikke gasser, brenner sakte, ofte termittaktig.
• Sparklers – produserer hvite eller fargede gnister.
• Blinker - brenn sakte, skap en stor mengde lys, brukes til belysning eller signalering.
• Fargerike fyrverkerikomposisjoner - produsere lyse, hvite eller flerfargede gnister.

Application

Noen teknologier for pyrotekniske sammensetninger og produkter brukes i industri og luftfart for å generere store mengder gass (for eksempel i kollisjonsputer), samt i ulikefester og i andre lignende situasjoner. De brukes også i militærindustrien når det kreves store mengder støy, lys eller infrarød stråling. For eksempel lokkeraketter, fakkel og sjokkgranater. En ny klasse med reaktive materialsammensetninger blir for tiden undersøkt av militæret.

Mange pyrotekniske forbindelser (spesielt de som involverer aluminium og perklorater) er ofte svært følsomme for friksjon, støt og statisk elektrisitet. Selv så lite som 0,1 til 10 millijoule gnist kan forårsake visse effekter.

Krutt

Dette er det berømte svarte kruttet. Det er det tidligste kjente kjemiske sprengstoffet, bestående av en blanding av svovel (S), trekull (C) og kaliumnitrat (s altpeter, KNO 3). De to første komponentene fungerer som drivstoff, og den tredje er et oksidasjonsmiddel. På grunn av dets brennende egenskaper og mengden varme og gass det produserer, er krutt mye brukt til fremstilling av drivladninger i skytevåpen og artilleri. I tillegg brukes den til produksjon av raketter, fyrverkeri og eksplosive enheter i steinbrudd, gruvedrift og veibygging.

Indikatorer

Krutt ble oppfunnet i Kina på 700-tallet og spredte seg over det meste av Eurasia på slutten av 1200-tallet. Pulveret ble opprinnelig utviklet av taoistene for medisinske formål, og ble brukt til krigføring rundt 1000 e. Kr.

Krutt er klassifisert isom et lite eksplosiv på grunn av dets relativt langsomme nedbrytningshastighet og lave brisans.

eksplosiv kraft

Tenning av krutt pakket bak prosjektilet skaper nok trykk til å få munningen til å skyte i høy hastighet, men ikke kraftig nok til å sprenge løpet av en pistol. Dermed er krutt et godt drivstoff, men det er mindre egnet til å ødelegge stein eller festningsverk på grunn av dens lave eksplosive kraft. Ved å overføre nok energi (fra det brennende stoffet til massen av kanonkulen, og deretter fra den til målet via slagammunisjon), kan bombeflyet til slutt overvelde fiendens befestede forsvar.

Krutt ble mye brukt til å fylle skjell og ble brukt i gruve- og sivilingeniørprosjekter frem til andre halvdel av 1800-tallet, da de første eksplosivene ble testet. Pulveret brukes ikke lenger i moderne våpen og industrielle applikasjoner på grunn av dets relativt lave effektivitet (sammenlignet med nyere alternativer som dynamitt og ammoniumnitrat eller fyringsolje). I dag er kruttvåpen stort sett begrenset til jakt, målskyting.

Pyroteknisk varmekilde

Pyrotekniske sammensetninger er et apparat basert på brennbare stoffer med egnet tenner. Deres rolle er å produsere en kontrollert mengde varme. Pyrotekniske kilder er vanligvis basert på termittlignende (eller sammensetningsretarderende) drivstoffoksidasjonsmidler med lav brennhastighet,høy varmeeffekt ved ønsket temperatur og liten eller ingen gassdannelse.

De kan aktiveres på flere måter. Elektriske fyrstikker og slaghetter er de vanligste.

Pyrotekniske varmekilder brukes ofte til å aktivere batterier, der de tjener til å smelte elektrolytten. Det er to hovedtyper av design. Man bruker en sikringslist (som inneholder bariumkromat og pulverisert zirkoniummetall i keramisk papir). Termiske pyrotekniske granuleringsblandinger løper langs kanten for å starte forbrenning. Stripen startes vanligvis med en elektrisk tenner eller plugg som bruker strøm.

Den andre designen bruker et sentr alt hull i batteripakken der en høyenergi-elektrisk tenner slipper ut en blanding av brennbare gasser og glødelamper. Designet med et sentr alt hull kan redusere aktiveringstiden betydelig (titalls millisekunder). Til sammenligning legger vi merke til at i enheter med en kantstripe er denne indikatoren hundrevis av millisekunder.

Aktivering av et batteri kan også gjøres med en haglelignende slaggrunning. Det er ønskelig at eksponeringskilden er uten gass. Vanligvis består standardsammensetningen av pyrotekniske blandinger av jernpulver og kaliumperklorat. I vektforhold er disse 88/12, 86/14 og 84/16. Jo høyere perkloratnivå, jo større varmeeffekt (nominelt 200, 259 og 297 kalorier/gram). Størrelsen og tykkelsen på jern-perklorattabletter har liten innvirkning på brennhastigheten, men det gjør deeffekter på tetthet, sammensetning, partikkelstørrelse og kan brukes til å justere ønsket varmeavgivelsesprofil.

En annen sammensetning som brukes er zirkonium med bariumkromat. En annen blanding inneholder 46,67 % titan, 23,33 % amorft bor og ca. 30 % bariumkromat. Også tilgjengelig er 45 % wolfram, 40,5 % bariumkromat, 14,5 % kaliumperklorat og 1 % vinylalkohol og bindemiddelacetat.

Reaksjoner for å danne intermetalliske komponenter i pyrotekniske sammensetninger, som zirkonium med bor, kan brukes når gassfri drift, ikke-hygroskopisk oppførsel og uavhengighet av omgivelsestrykk er ønsket.

Varmekilde

Det kan være en direkte del av den pyrotekniske sammensetningen, for eksempel i kjemiske oksygengeneratorer brukes en slik komponent med et stort overskudd av oksidasjonsmiddel. Varmen som frigjøres ved forbrenning brukes til termisk nedbrytning. Når det gjelder kaldbrenning, brukes sammensetninger for å produsere farget røyk eller for å sprøyte en aerosol som plantevernmidler eller CS-gass, og gir sublimeringsvarmen til den ønskede forbindelsen.

Faseretardasjonskomponenten i sammensetningen, som sammen med forbrenningsproduktene danner en blanding med én distinkt faseovergangstemperatur, kan brukes til å stabilisere flammehøyden.

Materials

Pyrotekniske sammensetninger er vanligvis homogeniserte blandinger av smådrivstoffpartikler og oksidasjonsmidler. Førstnevnte kan være korn eller flak. Generelt, jo høyere overflateareal av partiklene, desto høyere er reaksjons- og forbrenningshastigheten. For noen formål brukes bindemidler for å gjøre pulveret om til et fast materiale.

Fuel

Typiske typer er basert på metallisk eller metalloid pulver. Sammensetningen kan indikere flere forskjellige typer drivstoff. Noen kan også fungere som permer.

Metals

Vanlige drivstoff inkluderer:

• Aluminium er det vanligste drivstoffet i mange klasser av blandinger, i tillegg til en regulator for forbrenningsustabilitet. Høytemperaturflamme med faste partikler som forstyrrer utseendet til fargestoffer, reagerer med nitrater (unntatt ammonium) for å danne oksider av nitrogen, ammoniakk og varme (reaksjon sakte ved romtemperatur, men voldsom over 80 ° C, kan selvantenne).
• Magnalium er en aluminium-magnesium-legering som er mer stabil og rimeligere enn et enkelt metall. Mindre reaktivt enn magnesium, men mer brennbart enn aluminium.
• Jern - lager gylne gnister, et ofte brukt element.
• Stål er en legering av jern og karbon som produserer forgrenende gul-oransje gnister.
• Zirkonium – Produserer varme partikler som er nyttige for brennbare blandinger, slik som NASAs standardinitiator, og for å undertrykke forbrenningsustabilitet.
• Titanium - produserer varm pyroteknikk og forbindelser, økerfølsomhet for støt og friksjon. Noen ganger brukes en Ti4Al6V-legering som gir litt lysere hvite gnister. Sammen med kaliumperklorat brukes det i noen pyrotekniske tennere. Det grove pulveret produserer vakre forgrenede blå-hvite gnister.
• Ferrotitanium er en jern-titanium-legering som lager skarpe gnister som brukes i pyrotekniske stjerner, raketter, kometer og fontener.
• Ferrosilisium er et jern-silisiumstoff som brukes i noen blandinger, og erstatter noen ganger kalsiumsilisium.
• Mangan – brukes til å kontrollere brennhastigheten, for eksempel i komposisjoner med forsinkelse.
• Sink - brukes i noen røyksammensetninger sammen med svovel, som brukes som amatørdrivstoff for raketter, så vel som i pyrotekniske stjerner. Følsom for fuktighet. Kan antennes spontant. Sjelden brukt som hoveddrivstoff (med unntak av røyksammensetninger), kan det brukes som en tilleggskomponent.
• Kobber - brukes som blått fargestoff med andre arter.
• Messing er en legering av sink og kobber som brukes i noen fyrverkeriformler.
• Tungsten - brukes til å kontrollere og senke brennhastigheten til komposisjoner.

Det er verdt å merke seg at det er farlig å lage pyrotekniske komposisjoner med egne hender.