Pyrotekninen koostumus: luokitus, komponentit, käyttö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Pyrotekninen koostumus on aine tai aineosien seos, joka on suunniteltu tuottamaan vaikutus lämmön, valon, äänen, kaasun, savun tai niiden yhdistelmän muodossa itsestään jatkuvien eksotermisten kemiallisten reaktioiden seurauksena. tapahtuu ilman räjähdystä. Tällainen prosessi ei ole riippuvainen ulkoisista lähteistä tulevasta hapesta.

Pyroteknisten koostumusten luokitus

Ne voidaan jakaa toimilla:

• Tuline.
• Savua.
• Dynaaminen.

Kaksi ensimmäistä ryhmää voidaan jakaa pienempiin tyyppeihin.

Tuline: valaiseva, merkkiyö, jäljitys ja vähän sytyttävää.

Savuryhmä sisältää sävellyksiä päiväsaikaan signalointiin ja peittoon (sumu).

Pyrotekniikan päätyypit

Yllä oleva tehoste (valo, ääni jne.) voidaan luoda käyttämällä näitä komponentteja:

• Puuterisalama - palaa erittäin nopeasti, tuottaa räjähdyksiä tai kirkkaita valonpurkauksia.
• Ruuti - palaa hitaammin kuin ruuti, vapauttaa suuren määrän kaasuja.
• Kiinteä ponneaine - tuottaa paljon kuumia höyryjä, joita käytetään kineettisen energian lähteinä raketteissa ja ammuksissa.
• Pyrotekniset käynnistimet - tuottavat suuria määriä lämpöä, liekkejä tai kuumia kipinöitä, joita käytetään muiden koostumusten sytyttämiseen.
• Poistopanokset - palavat nopeasti, tuottavat paljon kaasua lyhyessä ajassa, käytetään hyötykuormien vapauttamiseen konteista.
• Räjähdepanokset - palavat nopeasti, tuottavat suuren määrän kaasua lyhyessä ajassa, käytetään säiliön murskaamiseen ja sen sisällön tyhjentämiseen.
• Savukoostumukset – palavat hitaasti, muodostavat sumua (tavallista tai värillistä).
• Viiveet junat – palavat tasaisella hiljaisella nopeudella, käytetään viivästyksiin paloreserviin.
• Pyrotekniset lämmönlähteet - säteilevät paljon lämpöä eivätkä käytännössä levitä kaasuja, palaa hitaasti, usein termiitin k altaisia.
• Sparklers - tuottavat valkoisia tai värillisiä kipinöitä.
• Välkähdys – palaa hitaasti, luo suuren määrän valoa, käytetään valaistukseen tai merkinantoihin.
• Värikkäät ilotulituskoostumukset - tuottavat valoa, valkoisia tai monivärisiä kipinöitä.

Hakemus

Joitakin pyroteknisten koostumusten ja tuotteiden teknologioita käytetään teollisuudessa ja ilmailussa suurten kaasumäärien tuottamiseen (esimerkiksi turvatyynyissä) sekä erilaisissakiinnikkeissä ja muissa vastaavissa tilanteissa. Niitä käytetään myös sotateollisuudessa, kun tarvitaan suuria määriä melua, valoa tai infrapunasäteilyä. Esimerkiksi houkutusraketit, soihdut ja tainnutuskranaatit. Armeija tutkii parhaillaan uutta reaktiivisten materiaalien koostumusten luokkaa.

Monet pyrotekniset yhdisteet (erityisesti alumiinia ja perkloraatteja sisältävät) ovat usein erittäin herkkiä kitkalle, iskuille ja staattiselle sähkölle. Jo 0,1-10 millijoulen kipinä voi aiheuttaa tiettyjä vaikutuksia.

Ruuti

Tämä on kuuluisa musta jauhe. Se on varhaisin tunnettu kemiallinen räjähdysaine, joka koostuu rikin (S), puuhiilen (C) ja kaliumnitraatin (suolapetri, KNO 3) seoksesta. Kaksi ensimmäistä komponenttia toimivat polttoaineena ja kolmas on hapetin. Sytytysominaisuuksiensa ja tuottaman lämmön ja kaasun määrän vuoksi ruutia käytetään laaj alti ampuma-aseiden ja tykistöjen ponnepanosten valmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään rakettien, ilotulitteiden ja räjähteiden valmistukseen louhinnassa, kaivostoiminnassa ja tienrakennuksessa.

Osoittimet

Ruuti keksittiin Kiinassa 700-luvulla ja levisi suurimmalle osalle Euraasiaa 1200-luvun loppuun mennessä. Alun perin taolaiset kehittivät jauheen lääkinnällisiin tarkoituksiin, mutta sitä käytettiin sodankäynnissä noin 1000 jKr.

Ruuti luokitellaanpienenä räjähteenä suhteellisen hitaan hajoamisnopeuden ja alhaisen brisanssinsa vuoksi.

Räjähdysvoima

Amuksen taakse pakatun ruudin syttyminen luo tarpeeksi painetta saadakseen suon ampumaan suurella nopeudella, mutta ei tarpeeksi voimakas räjäyttämään aseen piipun. Ruuti on siis hyvä polttoaine, mutta se ei sovellu kiven tai linnoitusten tuhoamiseen vähäisen räjähdysvoimansa vuoksi. Siirtämällä riittävästi energiaa (palavasta aineesta kanuunan kuulan massaan ja sitten siitä kohteeseen iskupatseiden kautta), pommikone voi lopulta ylittää vihollisen linnoitettujen puolustuksellisten järjestelmien.

Ruutia käytettiin laaj alti kuorien täyttämiseen, ja sitä käytettiin kaivos- ja maa- ja vesirakennusprojekteissa 1800-luvun jälkipuoliskolle saakka, jolloin ensimmäisiä räjähteitä testattiin. Jauhetta ei enää käytetä nykyaikaisissa aseissa ja teollisissa sovelluksissa sen suhteellisen alhaisen tehokkuuden vuoksi (verrattuna uudempiin vaihtoehtoihin, kuten dynamiittiin ja ammoniumnitraattiin tai polttoöljyyn). Nykyään ruutituliaseet rajoittuvat enimmäkseen metsästykseen ja ammuntatarkoituksiin.

Pyrotekninen lämmönlähde

Pyrotekniset koostumukset ovat palaviin aineisiin perustuva laite, jossa on sopiva sytytin. Niiden tehtävänä on tuottaa kontrolloitu määrä lämpöä. Pyrotekniset lähteet perustuvat yleensä termiitin k altaisiin (tai koostumusta hidastaviin) polttoaineen hapettimiin, joilla on alhainen palamisnopeus,korkea lämmöntuotto halutussa lämpötilassa ja vähän tai ei ollenkaan kaasua.

Ne voidaan aktivoida useilla tavoilla. Sähköiset tulitikut ja iskusuojat ovat yleisimpiä.

Pyroteknisiä lämmönlähteitä käytetään usein akkujen aktivoimiseen, jolloin ne sulattavat elektrolyytin. Suunnittelussa on kaksi päätyyppiä. Yksi käyttää sulakenauhaa (sisältää bariumkromaattia ja jauhettua zirkoniummetallia keraamisessa paperissa). Lämpöpyrotekniset rakeistuskoostumukset kulkevat sen reunaa pitkin käynnistämään palamisen. Liuska käynnistetään yleensä sähkösytyttimellä tai pistokkeella virralla.

Toisessa mallissa akussa on keskireikä, johon suurienerginen sähkösytytin vapauttaa palavien kaasujen ja hehkulamppujen seoksen. Keskireiällä varustettu rakenne voi lyhentää aktivoitumisaikaa merkittävästi (kymmeniä millisekunteja). Vertailun vuoksi huomautamme, että laitteissa, joissa on reunalista, tämä ilmaisin on satoja millisekunteja.

Akun käyttöönotto voidaan tehdä myös haulikkomaisella iskuprimerillä. On toivottavaa, että altistumislähde on ilman kaasua. Tyypillisesti pyroteknisten seosten standardikoostumus koostuu rautajauheesta ja kaliumperkloraatista. Painosuhteissa nämä ovat 88/12, 86/14 ja 84/16. Mitä korkeampi perkloraattitaso, sitä suurempi lämpöteho (nimellisesti 200, 259 ja 297 kaloria/gramma). Rautaperkloraattitablettien koolla ja paksuudella ei ole juurikaan vaikutusta palamisnopeuteen, mutta vaikuttaavaikuttaa tiheyteen, koostumukseen, hiukkaskokoon ja sitä voidaan käyttää halutun lämmönluovutusprofiilin säätämiseen.

Toinen käytetty koostumus on zirkonium ja bariumkromaatti. Toinen seos sisältää 46,67 % titaania, 23,33 % amorfista booria ja noin 30 % bariumkromaattia. Saatavilla on myös 45 % volframia, 40,5 % bariumkromaattia, 14,5 % kaliumperkloraattia ja 1 % vinyylialkoholia ja sideaineasetaattia.

Pyroteknisten koostumusten metallien välisten komponenttien muodostavia reaktioita, kuten zirkoniumia boorin kanssa, voidaan käyttää, kun halutaan kaasutonta toimintaa, ei-hygroskooppista käyttäytymistä ja riippumattomuutta ympäristön paineesta.

Lämmönlähde

Se voi olla suora osa pyroteknistä koostumusta, esimerkiksi kemiallisissa happigeneraattoreissa tällaista komponenttia käytetään suuren hapetusaineen ylimäärän kanssa. Palamisen aikana vapautuva lämpö käytetään lämpöhajoamiseen. Mitä tulee kylmäpolttoon, koostumuksia käytetään tuottamaan värillistä savua tai suihkuttamaan aerosolia, kuten torjunta-aineita tai CS-kaasua, jolloin saadaan halutun yhdisteen sublimaatiolämpö.

Seoksen faasin hidastuskomponenttia, joka yhdessä palamistuotteiden kanssa muodostaa seoksen, jolla on yksi erillinen faasimuutoslämpötila, voidaan käyttää liekin korkeuden stabilointiin.

Materiaalit

Pyrotekniset koostumukset ovat yleensä homogenoituja pienten seoksiapolttoainehiukkasia ja hapettimia. Ensimmäiset voivat olla jyviä tai hiutaleita. Yleensä mitä suurempi hiukkasten pinta-ala on, sitä suurempi on reaktio- ja palamisnopeus. Joihinkin tarkoituksiin käytetään sideaineita jauheen muuttamiseksi kiinteäksi materiaaliksi.

Polttoaine

Tyypilliset tyypit perustuvat metalli- tai metalloidijauheisiin. Koostumus voi viitata useisiin eri polttoainetyyppeihin. Jotkut voivat toimia myös sideaineina.

Metallit

Yleisiä polttoaineita ovat:

• Alumiini on yleisin polttoaine monissa seosluokissa sekä palamisen epävakauden säätelijä. Korkean lämpötilan liekki kiinteillä hiukkasilla, jotka häiritsevät väriaineiden ulkonäköä, reagoivat nitraattien (paitsi ammoniumin) kanssa muodostaen typen, ammoniakin ja lämmön oksideja (reaktio hidas huoneenlämmössä, mutta raju yli 80 °C, voi syttyä itsestään).
• Magnalium on alumiini-magnesiumseos, joka on vakaampi ja halvempi kuin yksittäinen metalli. Vähemmän reaktiivinen kuin magnesium, mutta syttyvämpi kuin alumiini.
• Rauta - tekee kultaisia kipinöitä, yleisesti käytetty alkuaine.
• Teräs on raudan ja hiilen seos, joka tuottaa haarautuvia keltaoransseja kipinöitä.
• Zirkonium - Tuottaa kuumia hiukkasia, jotka ovat hyödyllisiä syttyvissä seoksissa, kuten NASAn vakiokäynnistimessä, ja palamisen epävakauden estämisessä.
• Titanium - tuottaa kuumaa pyrotekniikkaa ja yhdisteitä, lisääherkkyys iskuille ja kitkalle. Joskus käytetään Ti4Al6V-seosta, joka tuottaa hieman kirkkaampia valkoisia kipinöitä. Yhdessä kaliumperkloraatin kanssa sitä käytetään joissakin pyroteknisissä sytyttimissä. Karkea jauhe tuottaa kauniita haarautuvia sinivalkoisia kipinöitä.
• Ferrotitanium on rauta-titaaniseos, joka luo kirkkaita kipinöitä, joita käytetään pyroteknisissä tähdissä, raketteissa, komeetoissa ja suihkulähteissä.
• Ferrosilikoni on rauta-pii-aine, jota käytetään joissakin sekoituksissa ja joka joskus korvaa kalsiumsilisidin.
• Mangaani - käytetään säätämään palamisnopeutta esimerkiksi viiveellä varustetuissa koostumuksissa.
• Sinkki - käytetään joissakin savukoostumuksissa rikin ohella, jota käytetään rakettien amatööripolttoaineena sekä pyroteknisissä tähdissä. Herkkä kosteudelle. Saattaa syttyä itsestään. Sitä käytetään harvoin pääpolttoaineena (savukoostumuksia lukuun ottamatta), sitä voidaan käyttää lisäkomponenttina.
• Kupari - käytetty sinisenä väriaineena muiden lajien kanssa.
• Mesinki on sinkin ja kuparin seos, jota käytetään joissakin ilotulitusmuodoissa.
• Volframi - käytetään sävellysten palamisnopeuden säätelyyn ja hidastamiseen.

On syytä huomata, että on vaarallista tehdä pyroteknisiä sävellyksiä omin käsin.