Σύνθεση πυροτεχνίας: ταξινόμηση, συστατικά, εφαρμογή

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Μια πυροτεχνική σύνθεση είναι μια ουσία ή ένα μείγμα συστατικών που έχει σχεδιαστεί για να παράγει ένα αποτέλεσμα με τη μορφή θερμότητας, φωτός, ήχου, αερίου, καπνού ή συνδυασμό αυτών, ως αποτέλεσμα αυτοσυντηρούμενων εξώθερμων χημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται χωρίς έκρηξη. Μια τέτοια διαδικασία δεν εξαρτάται από το οξυγόνο από εξωτερικές πηγές.

Ταξινόμηση πυροτεχνικών συνθέσεων

Μπορούν να διαιρεθούν ανά ενέργεια:

• Φλογερό.
• Καπνός.
• Dynamic.

Οι δύο πρώτες ομάδες μπορούν να υποδιαιρεθούν σε μικρότερους τύπους.

Πύρινο: φωτιστικό, νυχτερινό σήμα, ιχνηλάτης και κάποιο εμπρηστικό.

Η ομάδα καπνού περιλαμβάνει συνθέσεις για σηματοδότηση και κάλυψη κατά τη διάρκεια της ημέρας (ομίχλη).

Κύριοι τύποι πυροτεχνικών ειδών

Το παραπάνω εφέ (φως, ήχος κ.λπ.) μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας αυτά τα στοιχεία:

• Φλας σε σκόνη - καίγεται πολύ γρήγορα, προκαλεί εκρήξεις ή έντονες εκρήξεις φωτός.
• Παρούτι - καίγεται πιο αργά από τη σκόνη, εκπέμπει μεγάλη ποσότητα αερίων.
• Στερεό προωθητικό - παράγει πολλούς θερμούς ατμούς που χρησιμοποιούνται ως πηγές κινητικής ενέργειας για πυραύλους και βλήματα.
• Πυροτεχνικοί εκκινητές - παράγουν μεγάλες ποσότητες θερμότητας, φλόγες ή θερμούς σπινθήρες που χρησιμοποιούνται για την ανάφλεξη άλλων συνθέσεων.
• Φορτίσεις εκτίναξης - καίγονται γρήγορα, παράγουν πολύ αέριο σε σύντομο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιούνται για την απελευθέρωση ωφέλιμων φορτίων από δοχεία.
• Εκρηκτικά γεμίσματα - καίγονται γρήγορα, παράγουν μεγάλη ποσότητα αερίου σε σύντομο χρονικό διάστημα, χρησιμοποιούνται για τη σύνθλιψη του δοχείου και την απόρριψη του περιεχομένου του.
• Συνθέσεις καπνού - καίγεται αργά, παράγει ομίχλη (απλή ή έγχρωμη).
• Delay τρένα - φλόγες με σταθερή αθόρυβη ταχύτητα, που χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή καθυστερήσεων στο αποθεματικό πυρκαγιάς.
• Πυροτεχνικές πηγές θερμότητας - εκπέμπουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας και πρακτικά δεν διαχέουν αέρια, βραδείας καύσης, συχνά σαν θερμίτης.
• Βεγγαλικά - παράγουν λευκούς ή έγχρωμους σπινθήρες.
• Αναβοσβήνει - καίγεται αργά, δημιουργείται μεγάλη ποσότητα φωτός, χρησιμοποιείται για φωτισμό ή σηματοδότηση.
• Πολύχρωμες συνθέσεις πυροτεχνημάτων - παράγουν ανάλαφρους, λευκούς ή πολύχρωμους σπινθήρες.

Αίτηση

Ορισμένες τεχνολογίες πυροτεχνικών συνθέσεων και προϊόντων χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία και την αεροπορία για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων αερίου (για παράδειγμα, σε αερόσακους), καθώς και σε διάφοραστερέωση και σε άλλες παρόμοιες καταστάσεις. Χρησιμοποιούνται επίσης στη στρατιωτική βιομηχανία όταν απαιτούνται μεγάλες ποσότητες θορύβου, φωτός ή υπέρυθρη ακτινοβολία. Για παράδειγμα, ρουκέτες δόλωμα, φωτοβολίδες και χειροβομβίδες κρότου-λάμψης. Μια νέα κατηγορία συνθέσεων αντιδραστικών υλικών ερευνάται επί του παρόντος από τον στρατό.

Πολλές πυροτεχνικές ενώσεις (ειδικά αυτές που περιλαμβάνουν αλουμίνιο και υπερχλωρικά άλατα) είναι συχνά πολύ ευαίσθητες στην τριβή, τους κραδασμούς και τον στατικό ηλεκτρισμό. Ακόμη και 0,1 έως 10 χιλιοστά του χιλιοστογράμμου σπινθήρα μπορεί να προκαλέσει ορισμένα αποτελέσματα.

Gunpowder

Αυτή είναι η περίφημη μαύρη πούδρα. Είναι το αρχαιότερο γνωστό χημικό εκρηκτικό, που αποτελείται από ένα μείγμα θείου (S), άνθρακα (C) και νιτρικού καλίου (αλατούρα, KNO 3). Τα δύο πρώτα συστατικά λειτουργούν ως καύσιμο και το τρίτο είναι οξειδωτικό. Λόγω των εμπρηστικών της ιδιοτήτων και της ποσότητας θερμότητας και αερίου που παράγει, η πυρίτιδα χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή προωθητικών γομώσεων σε πυροβόλα όπλα και πυροβολικό. Επιπλέον, χρησιμοποιείται στην κατασκευή πυραύλων, πυροτεχνημάτων και εκρηκτικών μηχανισμών σε λατομεία, ορυχεία και οδοποιία.

Δείκτες

Η Η πυρίτιδα εφευρέθηκε στην Κίνα τον 7ο αιώνα και εξαπλώθηκε στο μεγαλύτερο μέρος της Ευρασίας μέχρι τα τέλη του 13ου αιώνα. Αρχικά αναπτύχθηκε από τους Ταοϊστές για ιατρικούς σκοπούς, η σκόνη χρησιμοποιήθηκε για πολέμους γύρω στο 1000 μ. Χ..

Η Η πυρίτιδα ταξινομείται σεως ένα μικρό εκρηκτικό λόγω του σχετικά αργού ρυθμού αποσύνθεσής του και του χαμηλού δυναμισμού του.

Εκρηκτική δύναμη

Η ανάφλεξη της πυρίτιδας που είναι συσκευασμένη πίσω από το βλήμα δημιουργεί αρκετή πίεση για να προκαλέσει το ρύγχος να πυροδοτήσει με υψηλή ταχύτητα, αλλά όχι αρκετά ισχυρή ώστε να σκάσει την κάννη ενός όπλου. Έτσι, η πυρίτιδα είναι ένα καλό καύσιμο, αλλά είναι λιγότερο κατάλληλο για την καταστροφή πέτρας ή οχυρώσεων λόγω της χαμηλής εκρηκτικής της δύναμης. Μεταφέροντας αρκετή ενέργεια (από την φλεγόμενη ουσία στη μάζα της οβίδας και στη συνέχεια από αυτήν στον στόχο μέσω πυρομαχικών κρούσης), το βομβαρδιστικό μπορεί τελικά να συντρίψει τις οχυρωμένες άμυνες του εχθρού.

Η πυρίτιδα χρησιμοποιήθηκε ευρέως για την πλήρωση κοχυλιών και χρησιμοποιήθηκε σε έργα εξόρυξης και πολιτικού μηχανικού μέχρι το δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, όταν δοκιμάστηκαν τα πρώτα εκρηκτικά. Η σκόνη δεν χρησιμοποιείται πλέον σε σύγχρονα όπλα και βιομηχανικές εφαρμογές λόγω της σχετικά χαμηλής αποτελεσματικότητάς της (σε σύγκριση με νεότερες εναλλακτικές λύσεις όπως ο δυναμίτης και το νιτρικό αμμώνιο ή το μαζούτ). Σήμερα τα πυροβόλα όπλα πυρίτιδας περιορίζονται κυρίως στο κυνήγι, τη σκοποβολή.

Πυροτεχνική πηγή θερμότητας

Οι Οι πυροτεχνικές συνθέσεις είναι μια συσκευή που βασίζεται σε εύφλεκτες ουσίες με κατάλληλο αναφλεκτήρα. Ο ρόλος τους είναι να παράγουν ελεγχόμενη ποσότητα θερμότητας. Οι πυροτεχνικές πηγές βασίζονται συνήθως σε οξειδωτικά καυσίμου που μοιάζουν με θερμίτη (ή που επιβραδύνουν τη σύνθεση) με χαμηλό ρυθμό καύσης,υψηλή απόδοση θερμότητας στην επιθυμητή θερμοκρασία και ελάχιστος ή καθόλου σχηματισμός αερίου.

Μπορούν να ενεργοποιηθούν με διάφορους τρόπους. Τα ηλεκτρικά σπίρτα και τα καπάκια κρούσης είναι τα πιο συνηθισμένα.

Οι πυροτεχνικές πηγές θερμότητας χρησιμοποιούνται συχνά για την ενεργοποίηση των μπαταριών, όπου χρησιμεύουν για την τήξη του ηλεκτρολύτη. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι σχεδιασμού. Κάποιος χρησιμοποιεί μια λωρίδα ασφάλειας (που περιέχει χρωμικό βάριο και κονιοποιημένο μέταλλο ζιρκόνιο σε κεραμικό χαρτί). Οι θερμικές πυροτεχνικές συνθέσεις κοκκοποίησης τρέχουν κατά μήκος της άκρης του για να ξεκινήσουν την καύση. Η λωρίδα ξεκινά συνήθως με ηλεκτρικό αναφλεκτήρα ή βύσμα που χρησιμοποιεί ρεύμα.

Το δεύτερο σχέδιο χρησιμοποιεί μια κεντρική οπή στο πακέτο μπαταριών, μέσα στην οποία ένας ηλεκτρικός αναφλεκτήρας υψηλής ενέργειας απελευθερώνει ένα μείγμα εύφλεκτων αερίων και λαμπτήρων πυρακτώσεως. Ο σχεδιασμός με μια κεντρική τρύπα μπορεί να μειώσει σημαντικά τον χρόνο ενεργοποίησης (δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου). Για σύγκριση, σημειώνουμε ότι σε συσκευές με λωρίδα άκρων, αυτός ο δείκτης είναι εκατοντάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Η ενεργοποίηση της μπαταρίας μπορεί επίσης να γίνει με ένα κρουστικό αστάρι σαν κυνηγετικό όπλο. Είναι επιθυμητό η πηγή έκθεσης να είναι χωρίς αέριο. Συνήθως, η τυπική σύνθεση πυροτεχνικών μειγμάτων αποτελείται από σκόνη σιδήρου και υπερχλωρικό κάλιο. Σε αναλογίες βάρους, αυτές είναι 88/12, 86/14 και 84/16. Όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο υπερχλωρικού, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση θερμότητας (ονομαστικά 200, 259 και 297 θερμίδες/γραμμάριο). Το μέγεθος και το πάχος των δισκίων σιδήρου-υπερχλωρικού έχουν μικρή επίδραση στον ρυθμό καύσης, αλλά έχουνεπιπτώσεις στην πυκνότητα, τη σύνθεση, το μέγεθος σωματιδίων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμογή του επιθυμητού προφίλ απελευθέρωσης θερμότητας.

Μια άλλη σύνθεση που χρησιμοποιείται είναι το ζιρκόνιο με χρωμικό βάριο. Ένα άλλο μείγμα περιέχει 46,67% τιτάνιο, 23,33% άμορφο βόριο και περίπου 30% χρωμικό βάριο. Διατίθενται επίσης 45% βολφράμιο, 40,5% χρωμικό βάριο, 14,5% υπερχλωρικό κάλιο και 1% βινυλική αλκοόλη και οξικό συνδετικό.

Αντιδράσεις για το σχηματισμό διαμεταλλικών συστατικών πυροτεχνικών συνθέσεων, όπως το ζιρκόνιο με το βόριο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν όταν είναι επιθυμητή η λειτουργία χωρίς αέριο, η μη υγροσκοπική συμπεριφορά και η ανεξαρτησία από την πίεση του περιβάλλοντος.

Πηγή θερμότητας

Μπορεί να είναι άμεσο μέρος της πυροτεχνικής σύνθεσης, για παράδειγμα, σε χημικές γεννήτριες οξυγόνου ένα τέτοιο συστατικό χρησιμοποιείται με μεγάλη περίσσεια οξειδωτικού. Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την καύση χρησιμοποιείται για θερμική αποσύνθεση. Όσον αφορά την κρύα καύση, οι συνθέσεις χρησιμοποιούνται για την παραγωγή έγχρωμου καπνού ή για τον ψεκασμό ενός αερολύματος όπως φυτοφάρμακα ή αέριο CS, παρέχοντας τη θερμότητα εξάχνωσης της επιθυμητής ένωσης.

Το συστατικό επιβράδυνσης φάσης της σύνθεσης, το οποίο μαζί με τα προϊόντα καύσης σχηματίζουν ένα μείγμα με μία ξεχωριστή θερμοκρασία μετάβασης φάσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σταθεροποίηση του ύψους της φλόγας.

Υλικά

Οι πυροτεχνικές συνθέσεις είναι συνήθως ομογενοποιημένα μείγματα μικρώνσωματίδια καυσίμου και οξειδωτικά. Το πρώτο μπορεί να είναι κόκκοι ή νιφάδες. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια των σωματιδίων, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός αντίδρασης και καύσης. Για ορισμένους σκοπούς, χρησιμοποιούνται συνδετικά για τη μετατροπή της σκόνης σε στερεό υλικό.

Καύσιμα

Οι τυπικοί τύποι βασίζονται σε μεταλλικές ή μεταλλοειδείς σκόνες. Η σύνθεση μπορεί να υποδεικνύει πολλούς διαφορετικούς τύπους καυσίμου. Μερικά μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως συνδετικά.

Μέταλλα

Τα κοινά καύσιμα περιλαμβάνουν:

• Το αλουμίνιο είναι το πιο κοινό καύσιμο σε πολλές κατηγορίες μειγμάτων, καθώς και ρυθμιστής της αστάθειας της καύσης. Φλόγα υψηλής θερμοκρασίας με στερεά σωματίδια που παρεμβαίνουν στην εμφάνιση βαφών, αντιδρά με νιτρικά άλατα (εκτός αμμωνίου) σχηματίζοντας οξείδια αζώτου, αμμωνίας και θερμότητας (αντίδραση αργή σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά βίαιη πάνω από 80 ° C, μπορεί να αυτοαναφλεγεί).
• Το μαγνάλιο είναι ένα κράμα αλουμινίου-μαγνήσιου που είναι πιο σταθερό και λιγότερο ακριβό από ένα μόνο μέταλλο. Λιγότερο αντιδραστικό από το μαγνήσιο, αλλά πιο εύφλεκτο από το αλουμίνιο.
• Σίδηρος - κάνει χρυσούς σπινθήρες, ένα στοιχείο που χρησιμοποιείται συνήθως.
• Ο χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα που παράγει διακλαδιζόμενους κίτρινο-πορτοκαλί σπινθήρες.
• Ζιρκόνιο - Παράγει θερμά σωματίδια χρήσιμα για εύφλεκτα μείγματα, όπως ο τυπικός εκκινητής της NASA, και για την καταστολή της αστάθειας της καύσης.
• Τιτάνιο - παράγει θερμές πυροτεχνικές ουσίες και ενώσεις, αυξάνειευαισθησία σε κραδασμούς και τριβή. Μερικές φορές χρησιμοποιείται ένα κράμα Ti4Al6V που παράγει ελαφρώς φωτεινότερους λευκούς σπινθήρες. Μαζί με το υπερχλωρικό κάλιο, χρησιμοποιείται σε ορισμένους πυροτεχνικούς αναφλεκτήρες. Η χοντρή σκόνη παράγει όμορφα διακλαδιζόμενα μπλε-λευκά σπινθήρες.
• Ferrotitanium είναι ένα κράμα σιδήρου-τιτανίου που δημιουργεί φωτεινούς σπινθήρες που χρησιμοποιούνται σε πυροτεχνικά αστέρια, ρουκέτες, κομήτες και σιντριβάνια.
• Το σιδηροπυρίτιο είναι μια ουσία σιδήρου-πυριτίου που χρησιμοποιείται σε ορισμένα μείγματα, μερικές φορές αντικαθιστώντας το πυριτικό ασβέστιο.
• Μαγγάνιο - χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ρυθμού καύσης, για παράδειγμα, σε συνθέσεις με καθυστέρηση.
• Ψευδάργυρος - χρησιμοποιείται σε ορισμένες συνθέσεις καπνού μαζί με θείο, το οποίο χρησιμοποιείται ως ερασιτεχνικό καύσιμο για πυραύλους, καθώς και σε αστέρια πυροτεχνίας. Ευαίσθητο στην υγρασία. Μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα. Σπάνια χρησιμοποιείται ως κύριο καύσιμο (με εξαίρεση τις συνθέσεις καπνού), μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο συστατικό.
• Χαλκός - χρησιμοποιείται ως μπλε βαφή με άλλα είδη.
• Ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα ψευδάργυρου και χαλκού που χρησιμοποιείται σε ορισμένες συνθέσεις πυροτεχνημάτων.
• Tungsten - χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και την επιβράδυνση του ρυθμού καύσης των συνθέσεων.

Αξίζει να σημειωθεί ότι είναι επικίνδυνο να φτιάχνεις πυροτεχνικές συνθέσεις με τα χέρια σου.