Pürotehniline koostis: klassifikatsioon, komponendid, rakendus

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Pürotehniline kompositsioon on aine või komponentide segu, mis on loodud tekitama soojuse, valguse, heli, gaasi, suitsu või nende kombinatsiooni kujul isekestvate eksotermiliste keemiliste reaktsioonide tulemusena. toimuda ilma detonatsioonita. Selline protsess ei sõltu välistest allikatest pärinevast hapnikust.

Pürotehniliste kompositsioonide klassifikatsioon

Neid saab tegevusega jagada:

• Tuline.
• Suits.
• Dünaamiline.

Esimesed kaks rühma saab jagada väiksemateks tüüpideks.

Tuline: valgustav, signaali öö, jälg ja veidi süttivat.

Suitsugrupp sisaldab kompositsioone päevaseks signaalimiseks ja maskeerimiseks (udu).

Peamised pürotehnika tüübid

Ülalnimetatud efekti (valgus, heli jne) saab luua järgmiste komponentide abil:

• Puudervälk – põleb väga kiiresti, tekitab plahvatusi või eredaid valguspurskeid.
• Püssirohi – põleb aeglasem alt kui pulber, eraldab suures koguses gaase.
• Tahke raketikütus – tekitab palju kuumi aure, mida kasutatakse rakettide ja mürskude kineetilise energia allikana.
• Pürotehnilised initsiaatorid – tekitavad suures koguses soojust, leeke või kuumi sädemeid, mida kasutatakse muude kompositsioonide süütamiseks.
• Väljaheitelaengud – põlevad kiiresti, toodavad lühikese aja jooksul palju gaasi, kasutatakse kasulike koormate vabastamiseks konteineritest.
• Lõhkelaengud – põlevad kiiresti, tekitavad lühikese aja jooksul suures koguses gaasi, kasutatakse konteineri purustamiseks ja selle sisu väljaviskamiseks.
• Suitsukompositsioonid – põlevad aeglaselt, tekitavad udu (tavaline või värviline).
• Rongide hilinemine – leegitseb püsiva vaikse kiirusega, mida kasutatakse tuletõrjereservi viivituste tekitamiseks.
• Pürotehnilised soojusallikad - eraldavad suures koguses soojust ja praktiliselt ei levita gaase, aeglane põlemine, sageli termiiditaoline.
• Sädemed – tekitavad valgeid või värvilisi sädemeid.
• Sähvatused – põlevad aeglaselt, tekitavad palju valgust, kasutatakse valgustamiseks või signaalimiseks.
• Värvilised ilutulestikukompositsioonid – tekitavad heledaid, valgeid või mitmevärvilisi sädemeid.

Rakendus

Mõnda pürotehniliste koostiste ja toodete tehnoloogiaid kasutatakse tööstuses ja lennunduses suurte gaasikoguste tekitamiseks (näiteks turvapatjades), aga ka erinevateskinnitused ja muudes sarnastes olukordades. Neid kasutatakse ka sõjatööstuses, kui on vaja palju müra, valgust või infrapunakiirgust. Näiteks peibutusraketid, raketid ja granaadid. Sõjavägi uurib praegu uut reaktiivsete materjalide koostiste klassi.

Paljud pürotehnilised ühendid (eriti need, mis sisaldavad alumiiniumi ja perkloraate) on sageli väga tundlikud hõõrdumise, löögi ja staatilise elektri suhtes. Isegi nii väike kui 0,1–10 millidžauli säde võib põhjustada teatud tagajärgi.

Püssirohi

See on kuulus must pulber. See on varaseim teadaolev keemiline lõhkeaine, mis koosneb väävli (S), söe (C) ja kaaliumnitraadi (soolpeetri, KNO 3) segust. Kaks esimest komponenti toimivad kütusena ja kolmas on oksüdeerija. Püssirohtu kasutatakse selle süttimisomaduste ning tekitatava soojuse ja gaasi hulga tõttu laialdaselt tulirelvade ja suurtükiväe raketikütuse laengute valmistamisel. Lisaks kasutatakse seda rakettide, ilutulestiku ja lõhkekehade valmistamisel karjäärides, kaevandustes ja teedeehituses.

Märgid

Püssirohi leiutati Hiinas 7. sajandil ja levis 13. sajandi lõpuks üle suurema osa Euraasiast. Algselt töötasid taoistid välja meditsiinilistel eesmärkidel, kuid seda pulbrit kasutati sõjapidamises umbes aastal 1000 pKr.

Püssirohi on klassifitseeritudväikese lõhkeainena oma suhteliselt aeglase lagunemiskiiruse ja madala brisantsi tõttu.

Plahvatusjõud

Mürsu taha pakitud püssirohu süttimine tekitab piisava rõhu, et suudmest tulistada suurel kiirusel, kuid mitte piisav alt võims alt, et relvatoru lõhkeda. Seega on püssirohi hea kütus, kuid kivide või kindlustuste hävitamiseks sobib see oma vähese plahvatusjõu tõttu vähem. Piisav alt energiat (põlevast ainest kahurikuuli massile ja se alt löögilaskemoona kaudu sihtmärgile) üle kandes võib pommitaja lõpuks vaenlase tugevdatud kaitsevõime ületada.

Püssirohtu kasutati laialdaselt mürskude täitmiseks ning seda kasutati kaevandus- ja tsiviilehitusprojektides kuni 19. sajandi teise pooleni, mil katsetati esimesi lõhkeaineid. Pulbrit ei kasutata enam tänapäevastes relvades ja tööstuslikes rakendustes selle suhteliselt madala efektiivsuse tõttu (võrreldes uuemate alternatiividega nagu dünamiit ja ammooniumnitraat või kütteõli). Tänapäeval piirduvad püssirohurelvad enamasti jahipidamise ja sihtmärgi laskmisega.

Pürotehniline soojusallikas

Pürotehnilised koostised on põlevatel ainetel põhinev seade, millel on sobiv süütaja. Nende ülesanne on toota kontrollitud kogust soojust. Pürotehnilised allikad põhinevad tavaliselt madala põlemiskiirusega termiiditaolistel (või koostist aeglustavatel) kütuse oksüdeerijatel,kõrge soojusvõimsus soovitud temperatuuril ja gaasi moodustumist vähe või üldse mitte.

Neid saab aktiveerida mitmel viisil. Elektrilised tikud ja löökkatted on kõige levinumad.

Pürotehnilisi soojusallikaid kasutatakse sageli akude aktiveerimiseks, kus need sulatavad elektrolüüdi. Disainilahendusi on kaks peamist tüüpi. Ühes kasutatakse kaitsmeriba (sisaldab baariumkromaati ja pulbrilist tsirkooniummetalli keraamilises paberis). Termilised pürotehnilised granuleerimiskompositsioonid jooksevad mööda selle serva, et algatada põlemine. Riba käivitatakse tavaliselt elektrilise süüturi või pistikuga, kasutades voolu.

Teine konstruktsioon kasutab aku keskmist auku, millesse suure energiatarbega elektrisüütaja laseb põlevate gaaside ja hõõglampide segu. Keskse auguga disain võib aktiveerimisaega (kümneid millisekundeid) oluliselt vähendada. Võrdluseks märgime, et servaribaga seadmetes on see indikaator sadu millisekundeid.

Aku lubamist saab teha ka jahipüssilaadse löökkrundiga. Soovitav on, et kokkupuute allikas oleks ilma gaasita. Tavaliselt koosneb pürotehniliste segude standardkoostis rauapulbrist ja kaaliumperkloraadist. Kaalusuhetes on need 88/12, 86/14 ja 84/16. Mida kõrgem on perkloraadi tase, seda suurem on soojusväljund (nominaalselt 200, 259 ja 297 kalorit grammi kohta). Raua-perkloraadi tablettide suurus ja paksus mõjutavad põlemiskiirust vähe, kuid siiskimõju tihedusele, koostisele, osakeste suurusele ja seda saab kasutada soovitud soojuseraldusprofiili reguleerimiseks.

Teine kasutatav koostis on tsirkoonium baariumkromaadiga. Teine segu sisaldab 46,67% titaani, 23,33% amorfset boori ja umbes 30% baariumkromaati. Saadaval on ka 45% volframi, 40,5% baariumkromaati, 14,5% kaaliumperkloraati ning 1% vinüülalkoholi ja sideaineatsetaati.

Reaktsioone pürotehniliste kompositsioonide intermetalliliste komponentide moodustamiseks, nagu tsirkoonium ja boor, saab kasutada siis, kui soovitakse gaasivaba töötamist, mittehügroskoopset käitumist ja sõltumatust ümbritsevast rõhust.

Soojusallikas

See võib olla pürotehnilise koostise otsene osa, näiteks keemilistes hapnikugeneraatorites kasutatakse sellist komponenti suure liiaga oksüdeerijaga. Põlemisel vabanevat soojust kasutatakse termiliseks lagunemiseks. Seoses külmpõletamisega kasutatakse koostisi värvilise suitsu tekitamiseks või aerosooli, näiteks pestitsiidide või CS-gaasi pihustamiseks, mis tagab soovitud ühendi sublimatsioonisoojuse.

Leegi kõrguse stabiliseerimiseks saab kasutada kompositsiooni faasiaeglustuskomponenti, mis koos põlemisproduktidega moodustab ühe erineva faasisiirdetemperatuuriga segu.

Materjalid

Pürotehnilised kompositsioonid on tavaliselt homogeniseeritud segud väikestestkütuseosakesed ja oksüdeerijad. Esimesed võivad olla terad või helbed. Üldiselt, mida suurem on osakeste pindala, seda suurem on reaktsiooni- ja põlemiskiirus. Teatud eesmärkidel kasutatakse pulbri tahkeks materjaliks muutmiseks sideaineid.

Kütus

Tüüpilised tüübid põhinevad metalli- või metalloidpulbritel. Koostis võib tähistada mitut erinevat tüüpi kütust. Mõned võivad olla ka sideained.

Metallid

Levinud kütused on järgmised:

• Alumiinium on paljudes segude klassides kõige levinum kütus, samuti põlemise ebastabiilsuse regulaator. Kõrge temperatuuriga leek tahkete osakestega, mis segavad värvainete väljanägemist, reageerib nitraatidega (va ammoonium), moodustades lämmastikoksiide, ammoniaaki ja kuumust (reaktsioon on toatemperatuuril aeglane, kuid üle 80 °C äge, võib isesüttida).
• Magnaalium on alumiinium-magneesiumisulam, mis on stabiilsem ja odavam kui üksik metall. Vähem reageeriv kui magneesium, kuid süttivam kui alumiinium.
• Raud – tekitab kuldseid sädemeid, sageli kasutatav element.
• Teras on raua ja süsiniku sulam, mis tekitab hargnevaid kollakasoranže sädemeid.
• Tsirkoonium – toodab kuumi osakesi, mis on kasulikud tuleohtlike segude jaoks, nagu NASA standardne initsiaator, ja põlemise ebastabiilsuse pärssimiseks.
• Titanium – toodab kuuma pürotehnikat ja ühendeid, suurendabtundlikkus löögi ja hõõrdumise suhtes. Mõnikord kasutatakse Ti4Al6V sulamit, mis tekitab veidi heledamaid valgeid sädemeid. Koos kaaliumperkloraadiga kasutatakse seda osades pürotehnilistes süütajates. Jäme pulber tekitab ilusaid hargnevaid sinakasvalgeid sädemeid.
• Ferrotaan on raua-titaani sulam, mis tekitab eredaid sädemeid, mida kasutatakse pürotehnilistes tähtedes, rakettides, komeetides ja purskkaevudes.
• Ferrosilicon on raud-räni aine, mida kasutatakse mõnes segus, mis mõnikord asendab k altsiumsilitsiidi.
• Mangaan – kasutatakse põlemiskiiruse reguleerimiseks, näiteks viivitusega kompositsioonides.
• Tsink – kasutatakse mõnes suitsukompositsioonis koos väävliga, mida kasutatakse rakettide amatöörkütusena, aga ka pürotehnilistes tähtedes. Tundlik niiskuse suhtes. Võib süttida iseeneslikult. Peamise kütusena harva kasutatav (välja arvatud suitsu koostised), võib seda kasutada lisakomponendina.
• Vask – kasutatakse koos teiste liikidega sinise värvainena.
• Messing on tsingi ja vase sulam, mida kasutatakse mõnes ilutulestiku koostises.
• Volfram – kasutatakse kompositsioonide põlemiskiiruse kontrollimiseks ja aeglustamiseks.

Väärib märkimist, et pürotehnilisi kompositsioone oma kätega teha on ohtlik.