Пиротехнически състав: класификация, компоненти, употреба

Пиротехническият състав е вещество или смес от компоненти, предназначени да предизвикат ефект под формата на топлина, светлина, звук, газ, дим или комбинация от тях, в резултат на самоподдържаща се екзотермична химическа реакция, протичаща без детонация. Такъв процес не зависи от кислород от външни източници.

Класификация на пиротехническия състав

Те могат да бъдат разделени според действието си:

• Пламтящ.
• Дим.
• Динамичен.

Първите две групи могат да бъдат разделени на по-малки типове.

Огнехвъргачки: огнехвъргачки, нощни сигнални, трасиращи и някои запалителни огнехвъргачки.

Групиране на дима - включва дневни и камуфлажни (мъгливи) композиции.

Основни видове пиротехнически изделия

Споменатите по-горе ефекти (светлина, звук и т.н.) могат да бъдат създадени с тези компоненти

• Светкавичен прах - изгаря много бързо, като предизвиква експлозии или ярки светлинни изблици.
• Прах - гори по-бавно от праха, отделя големи количества газ.
• Твърди горива - произвеждат много горещи изпарения и се използват като източници на кинетична енергия за ракети и снаряди.
• Пиротехнически инициатори - произвеждат много топлина, пламъци или горещи искри, които се използват за запалване на други композиции.
• Изхвърчащи заряди - изгарят бързо, произвеждат много газ за кратко време, използват се за освобождаване на полезен товар от контейнери.
• Експлозивни заряди - горят бързо, произвеждат големи количества газ за кратко време и се използват за разбиване на контейнера и изхвърляне на съдържанието му.
• Композиции от дим - горят бавно, създават мъгла (обикновена или цветна).
• Композиции със забавено действие - пламват с постоянна, безшумна скорост, използват се за въвеждане на забавяния в противопожарния резерв.
• Пиротехнически източници на топлина - произвеждат големи количества топлина и трудно разпръскващи се газове, бавно горящи, често подобни на термити.
• Бенгалски лампи - произвеждат бели или цветни искри.
• Флашки - горят бавно, произвеждат голямо количество светлина, използват се за осветление или сигнализация.
• Цветни фойерверки - произвеждат светли, бели или разноцветни искри.

Приложения

Някои технологии и продукти с пиротехнически състав се използват в промишлеността и авиацията за генериране на големи количества газ (напр въздушни възглавници), както и в различни монтажи и други подобни ситуации. Те се използват и във военната индустрия, когато е необходимо да се произвеждат големи количества шум, светлина или инфрачервено излъчване. Например ракети за примамка, сигнални ракети и зашеметяващи гранати. В момента военните проучват нов клас реактивни материални композиции.

Много пиротехнически композиции (особено тези, които включват алуминий и перхлорати) често са много чувствителни към триене, удар и статично електричество. Дори само 0,1 до 10 милиджаула искра може да предизвика определени ефекти.

Gunpowder

Това е черен прах, познат на много. Това е най-ранното известно химическо взривно вещество и се състои от смес от сяра (S), дървени въглища (C) и калиев нитрат (нитрат, KNO 3). Първите два служат като гориво, а третият - като окислител. Заради запалителните си свойства и количеството топлина и газ, които отделя, пушекът се използва широко в производството на горивни заряди за огнестрелни оръжия и артилерия. Използва се също така за производство на ракети, фойерверки и взривни устройства в кариерите, минното дело и пътното строителство.

Показатели

Прахът е изобретен в Китай през VII в. и се разпространява в голяма част от Евразия до края на XIII в. Първоначално разработен от даоистите за медицински цели, пушекът е използван във военни действия около 1000 г.

Прахът се класифицира като слабо взривно вещество поради сравнително ниската си скорост на разлагане и слабата си брилянтност.

Експлозивна мощност

Възпламеняването на праха, натъпкан зад снаряда, генерира достатъчно налягане, за да предизвика светкавица с висока скорост, но не достатъчно, за да разкъса цевта на оръжието. Така че пушекът е добро гориво, но не е толкова подходящ за разрушаване на камъни или укрепления поради ниската си взривна сила. Предавайки достатъчно енергия (от горящото вещество към масата на оръдейното кълбо, а след това от него към целта чрез ударни боеприпаси), бомбардировачът може в крайна сметка да разбие укрепената отбрана на врага.

Прахът е широко използван за пълнене на снаряди и се използва в минното дело и гражданското строителство до втората половина на XIX в., когато са изпитани първите експлозиви. Прахът вече не се използва в съвременните оръжия и за промишлени цели поради относителната му неефективност (в сравнение с по-нови алтернативи като динамит и амониев нитрат или мазут). Днес огнестрелните оръжия с прахово оръжие се използват предимно за лов, стрелба по мишени.

Пиротехнически източник на топлина

Пиротехническите композиции представляват устройство на основата на горими вещества с подходящ запалител. Тяхната роля е да произвеждат контролирано количество топлина. Пиротехническите източници обикновено се основават на термитоподобни (или забавящи състава) горивни окислители с ниска скорост на горене, високо производство на топлина при желаната температура и малко или никакво образуване на газ.

Те могат да бъдат активира се по няколко начина. Електрическите мачове и ударните капачки са най-често срещаните.

Пиротехническите източници на топлина често се използват за активиране на батерии, където служат за разтопяване на електролита. Има две основни видове дизайн . Използва се предпазна лента (съдържаща бариев хромат и циркониев метален прах в керамична хартия). По ръба му се използват термични пиротехнически пелети за иницииране на горенето. Обикновено лентата се запалва с електрически запалител или свещ.

Втората конструкция използва централен отвор в кутията на акумулатора, в който високоенергиен електрически запалител освобождава смес от горими газове и нажежаема жичка. Една конструкция с централен отвор позволява значително по-кратко време за активиране (десетки милисекунди). За сравнение, при устройствата с ръбове тази стойност е стотици милисекунди.

Батерията може да се активира и с ударно зареждане, подобно на това в пушката. За предпочитане е източник на експозиция без газ. Типичните пиротехнически смеси се състоят от железен прах и калиев перхлорат. В тегловни съотношения 88/12, 86/14 и 84/16. Колкото по-високо е нивото на перхлорат, толкова по-голямо е отделянето на топлина (номинално 200, 259 и 297 калории/грам). Размерът и дебелината на пелетите от железен перхлорат имат малко влияние върху скоростта на горене, но влияят върху плътността, състава и размера на частиците и могат да се използват за регулиране на желания профил на отделяне на топлина.

Друг използван състав е цирконий с бариев хромат. Друга смес съдържа 46,67% титан, 23,33% аморфен бор и около 30% бариев хромат. Съотношението може да бъде и следното: 45 % волфрам, 40,5 % бариев хромат, 14,5 % калиев перхлорат и 1 % винилов алкохол и свързващ ацетат.

Реакциите, включващи образуването на интерметални компоненти на пиротехническите състави, например цирконий и бор, могат да се използват, когато се работи без газ, нехигроскопично поведение и независимост от Околно налягане.

Източник на топлина

Той може да бъде директна част от пиротехнически състав, напр. химическите генератори на кислород използват такъв компонент с голям излишък на окислител. Топлината, която се отделя при горенето, се използва за термично разлагане. Композициите за студено горене се използват за получаване на цветен дим или за разпръскване на аерозоли, като например пестициди или газ CS, като се осигурява топлината на сублимация на желаното съединение.

За стабилизиране на височината на горене може да се използва фазово забавящ компонент на състава, който образува смес с продуктите на горене с една-единствена температура на фазов преход.

Материали

Пиротехническите композиции обикновено са хомогенизирани смеси от фини горивни частици и окислители. Първите могат да бъдат на зърна или на люспи. Като правило, колкото по-голяма е повърхността на частиците, толкова по-висока е скоростта на реакцията и горенето. За някои приложения се използват свързващи вещества, за да се превърне прахът в твърд материал.

Гориво

Типичните видове са на базата на метални или металоидни прахове. Съставът може да показва няколко различни горива. Някои от тях могат да служат и като папки.

Метали

Общите видове горива включват следните елементи

• Алуминият е най-разпространеното гориво в много класове смеси и регулатор на нестабилността на горенето. Високотемпературен пламък с прахови частици, които пречат на багрилата, реагират с нитрати (с изключение на амониеви), като образуват азотни оксиди, амоняк и топлина (реакцията е бавна при стайна температура, но бурна над 80°С, може да се самозапали).
• Магнезий - сплав от алуминий и магнезий, която е по-стабилна и по-евтина от единичния метал. По-малко реактивен от магнезия, но по-лесен за запалване от алуминия.
• Желязо - прави златни искри, често използван елемент.
• Стомана - сплав от желязо и въглерод, която създава разклонени жълто-оранжеви искри.
• Цирконий - произвежда горещи частици, които са полезни за запалване на смеси, като например стандартния инициатор на НАСА, и за потискане на нестабилността на горенето.
• Титан - произвежда горещи пиротехнически изделия и композиции, повишава чувствителността към удар и триене. Понякога се използва сплавта Ti4Al6V, която дава малко по-ярки бели искри. Заедно с калиев перхлорат се използва в някои пиротехнически запалители. Грубият прах произвежда красиви разклоняващи се синьо-бели искри.
• Феротитанът, сплав от желязо и титан, произвежда ярки искри, използвани в пиротехнически звезди, ракети, комети и фонтани.
• Феросилиций - феросилициево вещество, използвано в някои смеси, понякога като заместител на калциевия силицид.
• Манган - използва се за контролиране на скоростта на горене, напр. в забавени състави.
• Цинк - използва се в някои димни състави заедно със сяра, която се използва като любителско гориво за ракети и в пиротехнически звезди. Чувствителни към влага. Може да се самозапали. Рядко се използва като основно гориво (изключение: димни състави), може да се използва като допълнителен компонент.
• Мед - използва се като синьо багрило с други видове.
• Месинг - сплав от цинк и мед, използвана в някои фойерверки.
• Волфрам - използва се за контролиране и забавяне на скоростта на горене на съставите.

Струва си да се отбележи, че пиротехническите композиции са опасни за ръчно изработване.