Pyroteknisk sammensætning: klassificering, komponenter, anvendelse

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

En pyroteknisk sammensætning er et stof eller en blanding af komponenter designet til at frembringe en effekt i form af varme, lys, lyd, gas, røg eller en kombination heraf, som et resultat af selvopretholdende eksoterme kemiske reaktioner, der foregå uden detonation. En sådan proces er ikke afhængig af ilt fra eksterne kilder.

Klassificering af pyrotekniske kompositioner

De kan opdeles efter handling:

• Fiery.
• Røg.
• Dynamisk.

De første to grupper kan opdeles i mindre typer.

Ildende: lysende, signal nat, sporstof og noget brandvækkende.

Røggruppen inkluderer kompositioner til signalering i dagtimerne og maskering (tåge).

Hovedtyper af pyroteknik

Ovenstående effekt (lys, lyd osv.) kan skabes ved hjælp af disse komponenter:

• Powder flash - brænder meget hurtigt, producerer eksplosioner eller lyse lysudbrud.
• Krudt - brænder langsommere end pulver, udsender en stor mængde gasser.
• Fast drivmiddel - producerer en masse varme dampe, der bruges som kilder til kinetisk energi til raketter og projektiler.
• Pyrotekniske initiatorer - producerer store mængder varme, flammer eller varme gnister, der bruges til at antænde andre sammensætninger.
• Ejection Charges - brænder hurtigt, producerer meget gas på kort tid, bruges til at frigøre nyttelast fra containere.
• Eksplosive ladninger - brænder hurtigt, producerer en stor mængde gas på kort tid, bruges til at knuse beholderen og dumpe dens indhold.
• Røgsammensætninger - brænd langsomt, frembring tåge (almindeligt eller farvet).
• Forsinkede tog - flammer med konstant stille hastighed, bruges til at indføre forsinkelser i brandreservatet.
• Pyrotekniske varmekilder - udsender en stor mængde varme og spreder praktisk t alt ikke gasser, langsomt brændende, ofte termit-lignende.
• Sparklers - producerer hvide eller farvede gnister.
• Blinker - brænd langsomt, skab en stor mængde lys, bruges til belysning eller signalering.
• Farverige fyrværkerikompositioner - producere lyse, hvide eller flerfarvede gnister.

Application

Nogle teknologier inden for pyrotekniske sammensætninger og produkter bruges i industrien og luftfarten til at generere store mængder gas (f.eks. i airbags) samt i forskelligefastgørelser og i andre lignende situationer. De bruges også i militærindustrien, når der kræves store mængder støj, lys eller infrarød stråling. For eksempel lokkeraketter, nødblus og stødgranater. En ny klasse af reaktive materialesammensætninger undersøges i øjeblikket af militæret.

Mange pyrotekniske forbindelser (især dem, der involverer aluminium og perchlorater) er ofte meget følsomme over for friktion, stød og statisk elektricitet. Selv så lidt som 0,1 til 10 millijoule gnist kan forårsage visse effekter.

Krudt

Dette er det berømte sorte krudt. Det er det tidligste kendte kemiske sprængstof, der består af en blanding af svovl (S), trækul (C) og kaliumnitrat (s altpeter, KNO 3). De første to komponenter fungerer som brændstof, og den tredje er et oxidationsmiddel. På grund af dets brandegenskaber og mængden af varme og gas, det producerer, er krudt meget brugt til fremstilling af drivladninger i skydevåben og artilleri. Derudover bruges det til fremstilling af raketter, fyrværkeri og eksplosive anordninger i stenbrud, minedrift og vejbyggeri.

Indikatorer

Krudt blev opfundet i Kina i det 7. århundrede og spredte sig over det meste af Eurasien i slutningen af det 13. århundrede. Oprindeligt udviklet af taoisterne til medicinske formål, blev pulveret brugt til krigsførelse omkring 1000 e. Kr.

Krudt er klassificeret isom et lille sprængstof på grund af dets relativt langsomme nedbrydningshastighed og lave brisance.

eksplosiv kraft

Antænding af krudt pakket bag projektilet skaber nok tryk til at få mundingen til at skyde med høj hastighed, men ikke kraftig nok til at sprænge løbet på en pistol. Krudt er således et godt brændstof, men det er mindre egnet til at ødelægge sten eller befæstninger på grund af dets lave eksplosive kraft. Ved at overføre nok energi (fra det brændende stof til massen af kanonkuglen og derefter fra det til målet via slagammunition), kan bombeflyet til sidst overvælde fjendens befæstede forsvar.

Krudt blev meget brugt til at fylde granater og blev brugt i minedrift og anlægsprojekter indtil anden halvdel af det 19. århundrede, hvor de første sprængstoffer blev testet. Pulveret bruges ikke længere i moderne våben og industrielle anvendelser på grund af dets relativt lave effektivitet (sammenlignet med nyere alternativer såsom dynamit og ammoniumnitrat eller brændselsolie). I dag er krudtskydevåben for det meste begrænset til jagt, målskydning.

Pyroteknisk varmekilde

Pyrotekniske sammensætninger er en enhed baseret på brændbare stoffer med en passende tænder. Deres rolle er at producere en kontrolleret mængde varme. Pyrotekniske kilder er norm alt baseret på termitlignende (eller sammensætningshæmmende) brændstofoxidationsmidler med lav forbrændingshastighed,høj varmeydelse ved den ønskede temperatur og ringe eller ingen gasdannelse.

De kan aktiveres på flere måder. Elektriske tændstikker og slaghætter er de mest almindelige.

Pyrotekniske varmekilder bruges ofte til at aktivere batterier, hvor de tjener til at smelte elektrolytten. Der er to hovedtyper af design. Man bruger en sikringsstrimmel (indeholdende bariumchromat og pulveriseret zirkoniummetal i keramisk papir). Termiske pyrotekniske granuleringssammensætninger løber langs dens kant for at initiere forbrænding. Strimlen startes norm alt med en elektrisk tænder eller stik, der bruger strøm.

Det andet design bruger et centr alt hul i batteripakken, hvori en højenergi-elektrisk tænder frigiver en blanding af brændbare gasser og glødelamper. Designet med et centr alt hul kan reducere aktiveringstiden betydeligt (ti titalls millisekunder). Til sammenligning bemærker vi, at i enheder med en kantstrimmel er denne indikator hundreder af millisekunder.

Aktivering af et batteri kan også gøres med en haglgeværlignende slagprimer. Det er ønskeligt, at eksponeringskilden er uden gas. Typisk består standardsammensætningen af pyrotekniske blandinger af jernpulver og kaliumperklorat. I vægtforhold er disse 88/12, 86/14 og 84/16. Jo højere perkloratniveauet er, jo større varmeydelse (nominelt 200, 259 og 297 kalorier/gram). Størrelsen og tykkelsen af jern-perklorat-tabletter har ringe indflydelse på forbrændingshastigheden, men det gør depåvirker tæthed, sammensætning, partikelstørrelse og kan bruges til at justere den ønskede varmeafgivelsesprofil.

En anden anvendt sammensætning er zirconium med bariumchromat. En anden blanding indeholder 46,67 % titanium, 23,33 % amorft bor og ca. 30 % bariumchromat. Også tilgængelige er 45 % wolfram, 40,5 % bariumchromat, 14,5 % kaliumperchlorat og 1 % vinylalkohol og bindemiddelacetat.

Reaktioner til dannelse af intermetalliske komponenter i pyrotekniske sammensætninger, såsom zirconium med bor, kan anvendes, når der ønskes gasfri drift, ikke-hygroskopisk adfærd og uafhængighed af omgivende tryk.

Varmekilde

Det kan være en direkte del af den pyrotekniske sammensætning, for eksempel i kemiske oxygengeneratorer bruges en sådan komponent med et stort overskud af oxidationsmiddel. Den varme, der frigives under forbrændingen, bruges til termisk nedbrydning. Med hensyn til koldbrænding bruges sammensætninger til at producere farvet røg eller til at sprøjte en aerosol såsom pesticider eller CS-gas, hvilket giver sublimationsvarmen af den ønskede forbindelse.

Sammensætningens faseretarderende komponent, som sammen med forbrændingsprodukterne danner en blanding med én distinkt faseovergangstemperatur, kan bruges til at stabilisere flammehøjden.

Materials

Pyrotekniske sammensætninger er norm alt homogeniserede blandinger af småbrændstofpartikler og oxidationsmidler. Førstnævnte kan være korn eller flager. Generelt, jo højere overfladearealet af partiklerne er, jo højere er reaktions- og forbrændingshastigheden. Til nogle formål bruges bindemidler til at omdanne pulveret til et fast materiale.

Brændstof

Typiske typer er baseret på metalliske eller metalloide pulvere. Sammensætningen kan indikere flere forskellige typer brændstof. Nogle kan også fungere som bindemidler.

Metals

Almindelige brændstoffer omfatter:

• Aluminium er det mest almindelige brændstof i mange klasser af blandinger, såvel som en regulator for forbrændingsustabilitet. Højtemperaturflamme med faste partikler, der forstyrrer udseendet af farvestoffer, reagerer med nitrater (undtagen ammonium) for at danne oxider af nitrogen, ammoniak og varme (reaktion langsom ved stuetemperatur, men voldsom over 80 ° C, kan selvantænde).
• Magnalium er en aluminium-magnesium-legering, der er mere stabil og billigere end et enkelt metal. Mindre reaktivt end magnesium, men mere brandfarligt end aluminium.
• Jern - laver gyldne gnister, et almindeligt brugt element.
• Stål er en legering af jern og kulstof, der producerer forgrenede gul-orange gnister.
• Zirconium - Producerer varme partikler, der er nyttige til brændbare blandinger, såsom NASA's standardinitiator, og til at undertrykke forbrændingsustabilitet.
• Titanium - producerer varm pyroteknik og forbindelser, stigerfølsomhed over for stød og friktion. Nogle gange bruges en Ti4Al6V-legering, som giver lidt lysere hvide gnister. Sammen med kaliumperklorat bruges det i nogle pyrotekniske tændere. Det grove pulver producerer smukke forgrenede blå-hvide gnister.
• Ferrotitanium er en jern-titanium-legering, der skaber klare gnister, der bruges i pyrotekniske stjerner, raketter, kometer og springvand.
• Ferrosilicium er et jern-silicium-stof, der bruges i nogle blandinger, som nogle gange erstatter calciumsilicid.
• Mangan - bruges til at styre forbrændingshastigheden, for eksempel i kompositioner med en forsinkelse.
• Zink - bruges i nogle røgsammensætninger sammen med svovl, som bruges som amatørbrændstof til raketter, såvel som i pyrotekniske stjerner. Følsom over for fugt. Kan antændes spontant. Sjældent brugt som hovedbrændstof (med undtagelse af røgsammensætninger), kan det bruges som en ekstra komponent.
• Kobber - bruges som blåt farvestof med andre arter.
• Messing er en legering af zink og kobber, der bruges i nogle fyrværkeriformler.
• Tungsten - bruges til at kontrollere og sænke kompositionernes brændehastighed.

Det er værd at bemærke, at det er farligt at lave pyrotekniske kompositioner med egne hænder.