Pyroteknisk sammansättning: klassificering, komponenter, tillämpning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

En pyroteknisk komposition är ett ämne eller en blandning av komponenter som är utformade för att ge en effekt i form av värme, ljus, ljud, gas, rök eller en kombination därav, som ett resultat av självuppehållande exoterma kemiska reaktioner som ske utan detonation. En sådan process är inte beroende av syre från externa källor.

Klassificering av pyrotekniska kompositioner

De kan delas upp genom åtgärd:

• Fiery.
• Rök.
• Dynamic.

De två första grupperna kan delas in i mindre typer.

Brännande: lysande, signal natt, spår och en del eldsvåda.

Rökgruppen innehåller kompositioner för signalering på dagtid och maskering (dimma).

Huvudtyper av pyroteknik

Ovanstående effekt (ljus, ljud, etc.) kan skapas med dessa komponenter:

• Pulverblixt - brinner mycket snabbt, ger explosioner eller starka ljusskurar.
• Krut - brinner långsammare än pulver, avger en stor mängd gaser.
• Fast drivgas - producerar mycket heta ångor som används som källor till kinetisk energi för raketer och projektiler.
• Pyrotekniska initiatorer - producerar stora mängder värme, lågor eller heta gnistor som används för att antända andra kompositioner.
• Ejection Charges - brinna snabbt, producera mycket gas på kort tid, används för att frigöra nyttolaster från containrar.
• Explosiva laddningar - brinna snabbt, producera en stor mängd gas på kort tid, används för att krossa behållaren och dumpa dess innehåll.
• Rökkompositioner - brinna långsamt, producera dimma (vanlig eller färgad).
• Försenade tåg - brinner med konstant tyst hastighet, används för att införa förseningar i brandreservatet.
• Pyrotekniska värmekällor - avger en stor mängd värme och sprider praktiskt taget inga gaser, brinner långsamt, ofta termitliknande.
• Glossar – producera vita eller färgade gnistor.
• Blinkar - brinner långsamt, skapa en stor mängd ljus, används för belysning eller signalering.
• Färgstarka fyrverkeripjäser – producera ljusa, vita eller flerfärgade gnistor.

Application

Vissa tekniker för pyrotekniska kompositioner och produkter används inom industrin och flyget för att generera stora volymer gas (till exempel i krockkuddar), samt i olikafästen och i andra liknande situationer. De används också inom den militära industrin när stora mängder buller, ljus eller infraröd strålning krävs. Till exempel lockarraketer, bloss och elaktgranater. En ny klass av reaktiva materialkompositioner undersöks för närvarande av militären.

Många pyrotekniska föreningar (särskilt de som involverar aluminium och perklorater) är ofta mycket känsliga för friktion, stötar och statisk elektricitet. Även så lite som 0,1 till 10 millijoule gnista kan orsaka vissa effekter.

Krutt

Detta är det berömda svarta krutet. Det är det tidigaste kända kemiska sprängämnet, som består av en blandning av svavel (S), träkol (C) och kaliumnitrat (s altpeter, KNO 3). De två första komponenterna fungerar som bränsle och den tredje är ett oxidationsmedel. På grund av dess brandegenskaper och mängden värme och gas som det producerar, används krut i stor utsträckning vid tillverkning av drivladdningar i skjutvapen och artilleri. Dessutom används den vid tillverkning av raketer, fyrverkerier och explosiva anordningar vid stenbrott, gruvdrift och vägbyggen.

Indikatorer

Krutt uppfanns i Kina på 700-talet och spreds över större delen av Eurasien i slutet av 1200-talet. Ursprungligen utvecklat av taoisterna för medicinska ändamål, användes pulvret för krigföring runt 1000 e. Kr.

Krut klassificeras isom ett litet sprängämne på grund av dess relativt långsamma nedbrytningshastighet och låga brisans.

explosiv kraft

Antändning av krut packat bakom projektilen skapar tillräckligt med tryck för att få mynningen att skjuta i hög hastighet, men inte tillräckligt kraftfull för att spränga pipan på en pistol. Krut är alltså ett bra bränsle, men det är mindre lämpligt för att förstöra sten eller befästningar på grund av dess låga sprängkraft. Genom att överföra tillräckligt med energi (från det brinnande ämnet till massan av kanonkulan, och sedan från den till målet via slagammunition), kan bombplanet så småningom överväldiga fiendens befästa försvar.

Krutt användes i stor utsträckning för att fylla skal och användes i gruv- och anläggningsprojekt fram till andra hälften av 1800-talet, då de första sprängämnena testades. Pulvret används inte längre i moderna vapen och industriella tillämpningar på grund av dess relativt låga effektivitet (jämfört med nyare alternativ som dynamit och ammoniumnitrat eller eldningsolja). Idag är krutvapen mestadels begränsade till jakt, målskytte.

Pyroteknisk värmekälla

Pyrotekniska kompositioner är en anordning baserad på brännbara ämnen med en lämplig tändare. Deras roll är att producera en kontrollerad mängd värme. Pyrotekniska källor är vanligtvis baserade på termitliknande (eller sammansättningshämmande) bränsleoxidationsmedel med låg förbränningshastighet,hög värmeeffekt vid önskad temperatur och liten eller ingen gasbildning.

De kan aktiveras på flera sätt. Elektriska tändstickor och slaglock är de vanligaste.

Pyrotekniska värmekällor används ofta för att aktivera batterier, där de tjänar till att smälta elektrolyten. Det finns två huvudtyper av design. Man använder en säkringsremsa (innehållande bariumkromat och pulveriserad zirkoniummetall i keramiskt papper). Termiska pyrotekniska granuleringskompositioner löper längs dess kant för att initiera förbränning. Remsan startas vanligtvis med en elektrisk tändare eller stickpropp som använder ström.

Den andra designen använder ett centr alt hål i batteripaketet i vilket en elektrisk tändare med hög energi släpper ut en blandning av brännbara gaser och glödlampor. Designen med ett centr alt hål kan avsevärt minska aktiveringstiden (tiotals millisekunder). Som jämförelse noterar vi att i enheter med en kantremsa är denna indikator hundratals millisekunder.

Att aktivera ett batteri kan också göras med en hagelgevärsliknande slagprimer. Det är önskvärt att exponeringskällan är utan gas. Vanligtvis består standardsammansättningen av pyrotekniska blandningar av järnpulver och kaliumperklorat. I viktförhållanden är dessa 88/12, 86/14 och 84/16. Ju högre perkloratnivå, desto högre värmeeffekt (nominellt 200, 259 och 297 kalorier/gram). Storleken och tjockleken på järn-perklorattabletter har liten effekt på förbränningshastigheten, men det gör depåverkar densitet, sammansättning, partikelstorlek och kan användas för att justera önskad värmeavgivningsprofil.

En annan komposition som används är zirkonium med bariumkromat. En annan blandning innehåller 46,67 % titan, 23,33 % amorft bor och cirka 30 % bariumkromat. Även tillgängliga är 45 % volfram, 40,5 % bariumkromat, 14,5 % kaliumperklorat och 1 % vinylalkohol och bindemedelsacetat.

Reaktioner för att bilda intermetalliska komponenter i pyrotekniska kompositioner, såsom zirkonium med bor, kan användas när gasfri drift, icke-hygroskopiskt beteende och oberoende av omgivande tryck önskas.

Värmekälla

Det kan vara en direkt del av den pyrotekniska sammansättningen, till exempel i kemiska syregeneratorer används en sådan komponent med ett stort överskott av oxidationsmedel. Värmen som frigörs vid förbränning används för termisk nedbrytning. När det gäller kallförbränning används kompositioner för att producera färgad rök eller för att spraya en aerosol såsom bekämpningsmedel eller CS-gas, vilket ger sublimeringsvärme av den önskade föreningen.

Kompositionens fasfördröjningskomponent, som tillsammans med förbränningsprodukterna bildar en blandning med en distinkt fasövergångstemperatur, kan användas för att stabilisera flamhöjden.

Materials

Pyrotekniska kompositioner är vanligtvis homogeniserade blandningar av småbränslepartiklar och oxidationsmedel. De förra kan vara korn eller flingor. Generellt gäller att ju högre yta partiklarna har, desto högre reaktions- och förbränningshastighet. För vissa ändamål används bindemedel för att förvandla pulvret till ett fast material.

Fuel

Typiska typer är baserade på metalliska eller metalloidpulver. Sammansättningen kan indikera flera olika typer av bränsle. Vissa kan också fungera som pärmar.

Metals

Vanliga bränslen inkluderar:

• Aluminium är det vanligaste bränslet i många klasser av blandningar, samt en regulator av förbränningsinstabilitet. Högtemperaturlåga med fasta partiklar som stör uppkomsten av färgämnen, reagerar med nitrater (förutom ammonium) för att bilda oxider av kväve, ammoniak och värme (reaktion långsam vid rumstemperatur, men våldsam över 80 ° C, kan självantända).
• Magnalium är en aluminium-magnesiumlegering som är stabilare och billigare än en enskild metall. Mindre reaktivt än magnesium, men mer brandfarligt än aluminium.
• Järn – gör gyllene gnistor, ett vanligt förekommande element.
• Stål är en legering av järn och kol som producerar förgrenade gul-orange gnistor.
• Zirkonium - Producerar heta partiklar användbara för brandfarliga blandningar, såsom NASA:s standardinitiator, och för att undertrycka förbränningsinstabilitet.
• Titanium - producerar het pyroteknik och föreningar, ökarkänslighet för stötar och friktion. Ibland används en Ti4Al6V-legering som ger lite ljusare vita gnistor. Tillsammans med kaliumperklorat används det i vissa pyrotekniska tändare. Det grova pulvret producerar vackra förgrenade blåvita gnistor.
• Ferrotitanium är en järn-titanium-legering som skapar ljusa gnistor som används i pyrotekniska stjärnor, raketer, kometer och fontäner.
• Ferrokisel är ett järn-kiselämne som används i vissa blandningar och ersätter ibland kalciumsilicid.
• Mangan – används för att kontrollera brännhastigheten, till exempel i kompositioner med fördröjning.
• Zink - används i vissa rökkompositioner tillsammans med svavel, som används som amatörbränsle för raketer, såväl som i pyrotekniska stjärnor. Känslig för fukt. Kan antändas spontant. Används sällan som huvudbränsle (med undantag för rökkompositioner) och kan användas som en extra komponent.
• Koppar - används som ett blått färgämne med andra arter.
• Mässing är en legering av zink och koppar som används i vissa fyrverkeriformler.
• Tungsten - används för att kontrollera och bromsa brinnhastigheten för kompositioner.

Det är värt att notera att det är farligt att göra pyrotekniska kompositioner med egna händer.