Pirotehnički sastav: klasifikacija, komponente, primjena

Pirotehnički sastav je tvar ili mješavina komponenata namijenjenih stvaranju učinka u obliku topline, svjetlosti, zvuka, plina, dima ili njihove kombinacije, kao rezultat samoodrživih egzotermnih kemijskih reakcija koje se odvijaju bez detonacije. Sličan postupak ne ovisi o kisiku iz vanjskih izvora.

Klasifikacija pirotehničkih sastava

Mogu se podijeliti prema akciji:

• Vatreni.
• Dim.
• Dinamički.

Prve dvije skupine mogu se podijeliti na manje vrste.

Plameni: rasvjeta, signalni noćni, tragači i neki zapaljivi.

Skupina dima uključuje sastave za dnevnu signalizaciju i maskiranje (magla).

Glavne vrste pirotehnike

Gore navedeni efekt (svjetlo, zvuk i tako dalje) može se stvoriti pomoću sljedećih komponenti:

• Bljesak praha-gori vrlo brzo, stvara eksplozije ili sjajne svjetlosne emisije.
• Barut-gori sporije od praha, emitira veliku količinu plinova.
• Kruto gorivo-proizvodi mnogo vrućih para koje se koriste kao izvori kinetičke energije za rakete i projektile.
• Pirotehnički pokretači-proizvode velike količine topline, plamena ili vrućih iskri koje se koriste za paljenje drugih sastava.
• Naboji za izbacivanje - brzo izgaraju, proizvode puno plina u kratkom vremenu, koriste se za oslobađanje korisnog tereta iz kontejnera.
• Eksplozivni naboji-brzo izgaraju, proizvode velike količine plina u kratkom vremenu, koriste se za drobljenje spremnika i ispuštanje njegovog sadržaja.
• Dimne kompozicije — sporo izgaraju, proizvode maglu (običnu ili obojenu).
• Odgoda sastava-plamti konstantnom tihom brzinom, koristi se za uvođenje kašnjenja u rezervu vatre.
• Pirotehnički izvori topline-emitiraju veliku količinu topline i praktički ne šire plinove, sporo izgaranje, često poput termita.
• Pjenušci — proizvode bijele ili obojene iskre.
• Bljeskalice-sporo gori, stvara veliku količinu svjetlosti, koristi se za osvjetljenje ili alarm.
• Kompozicije vatrometa u boji-proizvode svijetle, bijele ili raznobojne iskre.

Primjena

Neke tehnologije pirotehničkih spojeva i proizvoda koriste se u industriji i zrakoplovstvu za stvaranje velikih količina plina (npr zračnim jastucima), kao i u raznim nosačima i drugim sličnim situacijama. Također se koriste u vojnoj industriji kada je potrebna proizvodnja velike količine buke, svjetla ili infracrvenog zračenja. Na primjer, rakete mamaca, baklje i omamljujuće granate. Nova klasa sastava reaktivnih materijala trenutno istražuje vojska.

Mnoge pirotehničke formulacije (posebno one koje uključuju aluminij i perklorate) često su vrlo osjetljive na trenje, udarce i statički elektricitet. Čak i samo 0,1 do 10 milijula, iskra može izazvati određene učinke.

Barut

To je crni prah poznat mnogima. Najraniji je poznati kemijski eksploziv, a sastoji se od mješavine sumpora (Carpin), ugljena (Carpin) i kalijevog nitrata (salitra, Carpin 3). Prve dvije komponente djeluju kao gorivo, a treća je oksidirajuće sredstvo. Zbog svojih zapaljivih svojstava i količine proizvedene topline i plina, barut se široko koristi u proizvodnji pogonskih punjenja u vatrenom oružju i topništvu. Osim toga, primjenjuje se u proizvodnji raketa, vatrometa i eksplozivnih naprava u kamenolomu, rudarstvu i izgradnji cesta.

Pokazatelji

Barut je izumljen u Kini tijekom stoljeća, a proširio se većim dijelom Euroazije do kraja stoljeća. Izvorno razvijen od strane taoista u ljekovite svrhe, prah je korišten za ratovanje oko 1000. godine.

Barut je klasificiran kao mali eksploziv zbog relativno male brzine razgradnje i male brzine puhanja.

Eksplozivna snaga

Paljenje baruta spakiranog iza projektila stvara dovoljan pritisak da izazove pucanje iz njuške velikom brzinom, ali nedovoljno snažno da pukne cijev pištolja. Barut je stoga dobro gorivo, ali je manje pogodan za lomljenje kamena ili utvrda zbog svoje niske eksplozivne snage. Prenoseći dovoljno energije (od goruće tvari do mase topovske kugle, a zatim od nje do mete pomoću udarnog streljiva), bombarder na kraju može nadvladati utvrđenu neprijateljsku obranu.

Barut se široko koristio za punjenje projektila, a primjenjivao se u rudarskim i građevinskim projektima sve do druge polovice stoljeća, kada su testirani prvi eksplozivi. Prah se više ne koristi u modernom oružju i u industrijske svrhe zbog svoje relativno niske učinkovitosti (u usporedbi s novijim alternativama poput dinamita i amonijevog nitrata ili loživog ulja). Danas je vatreno oružje koje koristi barut ograničeno uglavnom na lov, gađanje meta.

Pirotehnički izvor topline

Pirotehničke formulacije su uređaj na bazi zapaljivih tvari s prikladnim upaljačem. Njihova je uloga proizvesti kontroliranu količinu topline. Pirotehnički izvori obično se temelje na oksidatorima goriva sličnim termitima (ili koji odgađaju sastav) s niskom brzinom Gorenje, visokom proizvodnjom topline na željenoj temperaturi i stvaranjem plinova s malo ili nimalo.

Mogu biti aktivirano na nekoliko načina. Električne šibice i udarne kape su najčešći.

Pirotehnički izvori topline često se koriste za aktiviranje baterija, gdje služe za topljenje elektrolita. Postoje dva glavne vrste dizajn. Jedan koristi traku osigurača (koja sadrži barijev kromat i metalni cirkonij u prahu u keramičkom papiru). Uz njegov rub prolaze termički pirotehnički spojevi za granulaciju kako bi se pokrenulo Gorenje. Traka se obično pokreće električnim upaljačem 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 središnje rupe može značajno smanjiti vrijeme aktivacije (deseci milisekundi). Za usporedbu, napominjemo da je u uređajima s rubnom trakom ovaj pokazatelj stotine milisekundi.

Uključivanje baterije može se obaviti i udarnim temeljnim premazom sličnim sačmarici. Poželjno je da izvor izloženosti bude bez plina. Obično se standardni sastav pirotehničkih smjesa sastoji od željeza u prahu i kalijevog perklorata. U težinskim omjerima to su 88/12, 86/14 i 84/16. Što je viša razina perklorata, to je veća proizvodnja topline (nominalno 200, 259 i 297 kalorija / gram). Veličina i debljina tableta željeza i perklorata imaju mali utjecaj na brzinu gorenje, ali imaju utjecaj na gustoću, sastav, veličinu čestica i mogu se koristiti za podešavanje željenog profila proizvodnje 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. Mogu postojati i sljedeći omjeri: 45% volframa, 40,5% barijevog kromata, 14,5% kalijevog perklorata i 1% vinilnog alkohola i adstrigentnog acetata.

Reakcije za stvaranje intermetalnih komponenata pirotehničkih sastava, na primjer cirkonija s borom, mogu se koristiti kada se želi rad bez plina, nehigroskopsko ponašanje i neovisnost od pritisci okoline.

Izvor topline

To može biti izravan dio pirotehničkog sastava, na primjer, kemijski generatori kisika koriste takvu komponentu s velikim viškom oksidansa. Toplina koja nastaje izgaranjem primjenjuje se za toplinsku razgradnju. Relativno hladno Gorenje pripravci se koriste za proizvodnju obojenog dima ili za raspršivanje aerosola, na primjer pesticida ili plina, pružajući toplinu sublimacije željenog spoja.

Komponenta usporavanja faze sastava, koja zajedno s produktima izgaranja tvori smjesu s jednom odvojenom temperaturom faznog prijelaza, može se koristiti za stabilizaciju visine Gorenje.

Materijali

Pirotehničke formulacije obično su homogenizirane smjese finih čestica goriva i oksidansa. Prvi mogu biti žitarice ili pahuljice. Općenito, što je veća površina čestica, to je veća brzina reakcije i gorenje. U neke svrhe, veziva se koriste za pretvaranje praha u čvrsti materijal.

Gorivo

Tipične vrste temelje se na metalnim ili metaloidnim prahovima. Sastav može ukazivati na nekoliko različitih goriva. Neki mogu poslužiti i kao veziva.

Metali

Uobičajena goriva uključuju sljedeće elemente:

• Aluminij je najčešće gorivo u mnogim razredima smjesa, kao i regulator nestabilnosti Gorenje. Visokotemperaturni plamen s česticama koje ometaju boje reagira s nitratima (osim amonijaka) stvarajući dušikove okside, amonijak i toplinu (reakcija je spora na sobnoj temperaturi, ali nasilna iznad 80.
• Magnalij-aluminijsko-magnezijeva legura, stabilnija i jeftinija od pojedinačnog metala. Manje reaktivan od magnezija, ali i lakše zapaljiv od aluminija.
• Željezo-stvara zlatne iskre, često korišteni element.
• Čelik-legura željeza i ugljika koja stvara razgranate žuto-narančaste iskre.
• Cirkonij-proizvodi vruće čestice korisne za zapaljive smjese, poput NASA-inog standardnog inicijatora, kao i za suzbijanje nestabilnosti Gorenje.
• Titan-proizvodi vruća pirotehnička sredstva i spojeve, povećava osjetljivost na udarce i trenje. Ponekad se koristi legura Ama4 Ama6 Ama koja daje nešto svjetlije bijele iskre. Zajedno s kalijevim perkloratom koristi se u nekim pirotehničkim upaljačima. Grubi prah proizvodi prekrasne razgranate plavo-bijele iskre.
• Ferotitan-željezna legura titana, stvara svijetle iskre koje se koriste u pirotehničkim zvijezdama, raketama, kometama i fontanama.
• Ferosilicij je željezno-Silicijska tvar koja se koristi u nekim smjesama, ponekad zamjena kalcijevog silicida.
• Mangan — koristi se za kontrolu brzine gorenje, na primjer u sastavima s odgodom.
• Cink-koristi se u nekim dimnim spojevima zajedno sa sumporom, koji se koristi kao Amatersko gorivo za rakete, kao i u pirotehničkim zvijezdama. Osjetljiv na vlagu. Može se spontano zapaliti. Rijetko se koristi kao glavno gorivo (izuzetak su dimne kompozicije), može se koristiti kao dodatna komponenta.
• Bakar-koristi se kao plava boja s drugim vrstama.
• Mjed-legura cinka i bakra koja se koristi u nekim formulama za vatromet.
• Volfram-koristi se za kontrolu i usporavanje brzine Gorenje kompozicija.

Vrijedno je napomenuti da je opasno napraviti pirotehničke sastave vlastitim rukama.