Pirotechnikai összetétel: osztályozás, összetevők, alkalmazás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A pirotechnikai kompozíció olyan anyag vagy összetevők keveréke, amely hő, fény, hang, gáz, füst vagy ezek kombinációja formájában olyan hatást vált ki, amely önfenntartó exoterm kémiai reakciók eredményeként történik. detonáció nélkül mennek végbe. Egy ilyen folyamat nem függ a külső forrásokból származó oxigéntől.

Pirotechnikai kompozíciók osztályozása

Műveletek szerint oszthatók:

• Tüzes.
• Smoke.
• Dinamikus.

Az első két csoport kisebb típusokra osztható.

Tüzes: világító, éjszakai jelzés, nyomjelző és némi gyújtó.

A füstcsoport nappali jelzésre és maszkolásra (köd) szolgáló kompozíciókat tartalmaz.

A pirotechnika fő típusai

A fenti hatás (fény, hang stb.) a következő összetevők használatával hozható létre:

• Púdervillanás – nagyon gyorsan ég, robbanásokat vagy erős fénykitöréseket okoz.
• Lőpor – lassabban ég, mint a por, nagy mennyiségű gázt bocsát ki.
• Szilárd hajtóanyag – sok forró gőzt termel, amelyeket rakéták és lövedékek kinetikus energiaforrásaként használnak.
• Pirotechnikai iniciátorok – nagy mennyiségű hőt, lángot vagy forró szikrát bocsátanak ki, amelyek más kompozíciók meggyújtására szolgálnak.
• Kidobó töltetek – gyorsan égnek, rövid időn belül sok gázt termelnek, hasznos terhek kiszabadítására szolgálnak a konténerekből.
• Robbanótöltetek – gyorsan égnek, rövid időn belül nagy mennyiségű gázt termelnek, a tartály összezúzására és tartalmának kidobására szolgál.
• Füstkompozíciók – lassan égnek, köd keletkezik (sima vagy színes).
• Vonatok késése – állandó halk sebességgel lángol, késéseket okoz a tűztartalékban.
• Pirotechnikai hőforrások - nagy mennyiségű hőt bocsátanak ki és gyakorlatilag nem terjesztenek gázokat, lassú égés, gyakran termitszerű.
• Sparklers – fehér vagy színes szikrákat bocsát ki.
• Villák – lassan égnek, nagy mennyiségű fényt hoznak létre, világításra vagy jelzésre használják.
• Színes tűzijáték-kompozíciók – világos, fehér vagy többszínű szikrákat bocsátanak ki.

Alkalmazás

A pirotechnikai összetételek és termékek egyes technológiáit az iparban és a repülésben alkalmazzák nagy mennyiségű gáz előállítására (például légzsákokban), valamint különfélerögzítéseknél és más hasonló helyzetekben. A hadiiparban is használatosak, amikor nagy mennyiségű zajra, fényre vagy infravörös sugárzásra van szükség. Például csalirakéták, fáklyák és kábítógránátok. A katonaság jelenleg a reaktív anyagösszetételek új osztályát kutatja.

Sok pirotechnikai vegyület (különösen az alumíniumot és a perklorátokat tartalmazó) gyakran nagyon érzékeny a súrlódásra, ütésre és statikus elektromosságra. Már 0,1-10 millijoule szikra is okozhat bizonyos hatásokat.

Pisztolypor

Ez a híres fekete por. Ez a legkorábbi ismert vegyi robbanóanyag, amely kén (S), faszén (C) és kálium-nitrát (só, KNO 3) keverékéből áll. Az első két komponens üzemanyagként működik, a harmadik pedig oxidálószer. Gyújtó tulajdonságai, valamint az általa termelt hő- és gázmennyiség miatt a lőport széles körben használják lőfegyverek és tüzérségi hajtóanyag töltetek gyártására. Ezenkívül rakéták, tűzijátékok és robbanószerkezetek gyártásához használják a kőfejtés, bányászat és útépítés során.

Mutatók

A lőport Kínában találták fel a 7. században, és a 13. század végére elterjedt Eurázsia nagy részén. A port eredetileg a taoisták fejlesztették ki gyógyászati célokra, de i.sz. 1000 körül használták hadviselésre.

A puskapor besorolásakis robbanóanyagként viszonylag lassú bomlási sebessége és alacsony fénysűrűsége miatt.

Robbanóerő

A lövedék mögé csomagolt lőpor meggyújtása elegendő nyomást hoz létre ahhoz, hogy a csőtorkolat nagy sebességgel tüzeljen, de nem elég erős ahhoz, hogy széttörje a fegyver csövét. Így a lőpor jó tüzelőanyag, de csekély robbanóereje miatt kevésbé alkalmas kövek vagy erődítmények megsemmisítésére. Elegendő energia átvitelével (az égő anyagról az ágyúgolyó tömegére, majd onnan a célpontra ütőlőszerrel) a bombázó végül legyőzheti az ellenség megerősített védelmét.

A lőport széles körben használták lövedékek töltésére, és bányászati és mélyépítési projektekben használták egészen a 19. század második feléig, amikor az első robbanóanyagokat tesztelték. A port viszonylag alacsony hatékonysága miatt már nem használják modern fegyverekben és ipari alkalmazásokban (az olyan újabb alternatívákhoz képest, mint a dinamit és az ammónium-nitrát vagy a fűtőolaj). Manapság a puskaporos lőfegyverek többnyire vadászatra és céllövészetre korlátozódnak.

Pirotechnikai hőforrás

A pirotechnikai kompozíciók éghető anyagokon alapuló eszközök, megfelelő gyújtóval. Feladatuk szabályozott mennyiségű hő előállítása. A pirotechnikai források általában termitszerű (vagy összetétel-késleltető) tüzelőanyag-oxidálószereken alapulnak, alacsony égési sebességgel,nagy hőteljesítmény a kívánt hőmérsékleten, és kevés vagy egyáltalán nincs gázképződés.

Többféleképpen aktiválhatók. Az elektromos gyufa és az ütközősapka a leggyakoribb.

A pirotechnikai hőforrásokat gyakran használják az akkumulátorok aktiválására, ahol az elektrolit megolvasztására szolgálnak. A tervezésnek két fő típusa van. Az egyik biztosítószalagot használ (bárium-kromátot és porított cirkóniumfémet tartalmaz a kerámiapapírban). A termikus pirotechnikai granulált kompozíciók a széle mentén futnak, hogy megindítsák az égést. A szalagot általában elektromos gyújtóval vagy áramot használó dugóval indítják.

A második kialakítás egy központi lyukat használ az akkumulátorcsomagban, amelybe egy nagy energiájú elektromos gyújtó éghető gázok és izzólámpák keverékét bocsátja ki. A központi furattal ellátott kialakítás jelentősen csökkentheti az aktiválási időt (tíz ezredmásodperc). Összehasonlításképpen megjegyezzük, hogy az élszalaggal rendelkező eszközökön ez a mutató több száz ezredmásodperc.

Az akkumulátor engedélyezése sörétes puskaszerű ütőalapozóval is elvégezhető. Kívánatos, hogy az expozíciós forrás gázmentes legyen. A pirotechnikai keverékek standard összetétele jellemzően vasporból és kálium-perklorátból áll. Súlyarányban ezek 88/12, 86/14 és 84/16. Minél magasabb a perklorát szint, annál nagyobb a hőteljesítmény (névlegesen 200, 259 és 297 kalória/gramm). A vas-perklorát tabletták mérete és vastagsága kevéssé befolyásolja az égési sebességet, de igenhatással van a sűrűségre, összetételre, részecskeméretre, és a kívánt hőleadási profil beállítására használható.

Egy másik használt összetétel a cirkónium bárium-kromáttal. Egy másik keverék 46,67% titánt, 23,33% amorf bórt és körülbelül 30% bárium-kromátot tartalmaz. 45% volfrám, 40,5% bárium-kromát, 14,5% kálium-perklorát, valamint 1% vinil-alkohol és kötőanyag-acetát is kapható.

A pirotechnikai kompozíciók intermetallikus komponenseinek kialakítására szolgáló reakciók, mint például a cirkónium bórral, akkor használhatók, ha gázmentes működésre, nem higroszkópos viselkedésre és a környezeti nyomástól való függetlenségre van szükség.

Hőforrás

Közvetlen része lehet a pirotechnikai összetételnek, például kémiai oxigéngenerátorokban egy ilyen komponenst nagy feleslegben oxidálószerrel használnak. Az égés során felszabaduló hőt hőbontásra használják fel. A hidegégetés tekintetében a kompozíciókat színes füst előállítására vagy aeroszolok, például peszticidek vagy CS-gáz permetezésére használják, biztosítva a kívánt vegyület szublimációs hőjét.

A készítmény fáziskésleltető komponense, amely az égéstermékekkel együtt egyetlen fázisátalakulási hőmérsékletű keveréket alkot, felhasználható a láng magasságának stabilizálására.

Anyagok

A pirotechnikai kompozíciók általában kisméretű homogenizált keverékeküzemanyag-részecskék és oxidálószerek. Az előbbiek lehetnek szemek vagy pelyhek. Általában minél nagyobb a részecskék felülete, annál nagyobb a reakció és az égés sebessége. Bizonyos célokra kötőanyagokat használnak a por szilárd anyaggá alakítására.

Üzemanyag

A tipikus típusok fémes vagy metalloid porokon alapulnak. Az összetétel többféle tüzelőanyagot jelezhet. Néhányuk kötőanyagként is szolgálhat.

Fémek

A gyakori üzemanyagok a következők:

• Az alumínium a legelterjedtebb tüzelőanyag sok keverékosztályban, valamint az égési instabilitás szabályozója. Magas hőmérsékletű láng szilárd részecskékkel, amelyek zavarják a színezékek megjelenését, reakcióba lép nitrátokkal (az ammónium kivételével), nitrogén-, ammónia- és hő-oxidokat képezve (a reakció szobahőmérsékleten lassú, de 80 °C felett heves, magától meggyulladhat).
• A magnálium alumínium-magnézium ötvözet, amely stabilabb és olcsóbb, mint egyetlen fém. Kevésbé reaktív, mint a magnézium, de gyúlékonyabb, mint az alumínium.
• Vas – aranyszínű szikrákat hoz létre, gyakran használt elem.
• Az acél vas és szén ötvözete, amely elágazó sárgás-narancssárga szikrákat bocsát ki.
• Cirkónium – Forró részecskéket termel, amelyek hasznosak gyúlékony keverékekhez, például a NASA szabványos iniciátorához, valamint az égés instabilitásának elnyomásához.
• Titán - forró pirotechnikát és vegyületeket állít elő, növeliütés- és súrlódási érzékenység. Néha Ti4Al6V ötvözetet használnak, amely valamivel világosabb fehér szikrákat bocsát ki. A kálium-perkloráttal együtt egyes pirotechnikai gyújtókban használják. A durva por gyönyörű, elágazó kék-fehér szikrákat hoz létre.
• A ferrotitán egy vas-titán ötvözet, amely fényes szikrákat hoz létre pirotechnikai csillagokban, rakétákban, üstökösökben és szökőkutakban.
• A ferroszilícium egy vas-szilícium anyag, amelyet egyes keverékekben használnak, és néha helyettesítik a kalcium-szilicidet.
• Mangán – az égési sebesség szabályozására szolgál, például késleltetett kompozíciókban.
• Cink – egyes füstkészítményekben a kénnel együtt használják, amelyet amatőr üzemanyagként használnak rakétákhoz, valamint pirotechnikai csillagokban. Nedvességre érzékeny. Spontán meggyulladhat. Fő tüzelőanyagként ritkán használják (a füstösszetételek kivételével), kiegészítő komponensként is használható.
• Réz – kék festékként használják más fajoknál.
• A sárgaréz cink és réz ötvözete, amelyet néhány tűzijáték-formulában használnak.
• Tungsten – a kompozíciók égési sebességének szabályozására és lassítására szolgál.

Érdemes megjegyezni, hogy veszélyes saját kezűleg pirotechnikai kompozíciókat készíteni.