Pirotegniese samestelling: klassifikasie, komponente, toepassing

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

'n Pirotegniese samestelling is 'n stof of mengsel van komponente wat ontwerp is om 'n effek te produseer in die vorm van hitte, lig, klank, gas, rook, of 'n kombinasie daarvan, as gevolg van selfonderhoudende eksotermiese chemiese reaksies wat sonder ontploffing plaasvind. So 'n proses is nie afhanklik van suurstof van eksterne bronne nie.

Klassifikasie van vuurwerk-komposisies

Hulle kan gedeel word deur aksie:

• Vurig.
• Rook.
• Dynamies.

Die eerste twee groepe kan in kleiner tipes onderverdeel word.

Vurig: verligtend, seinnag, sporer en 'n bietjie branderig.

Die rookgroep bevat komposisies vir dagseine en maskering (mis).

Hooftipes vuurwerk

Bogenoemde effek (lig, klank, ens.) kan geskep word deur hierdie komponente te gebruik:

• Poeierflits - brand baie vinnig, produseer ontploffings of helder sarsies lig.
• Kruit - brand stadiger as poeier, gee 'n groot hoeveelheid gasse uit.
• Vaste dryfmiddel - produseer baie warm dampe wat gebruik word as bronne van kinetiese energie vir vuurpyle en projektiele.
• Pirotegniese inisieerders - produseer groot hoeveelhede hitte, vlamme of warm vonke wat gebruik word om ander komposisies aan die brand te steek.
• Ejection Charges - brand vinnig, produseer baie gas in 'n kort tyd, gebruik om loonvragte uit houers vry te stel.
• Plofladings - brand vinnig, produseer 'n groot hoeveelheid gas in 'n kort tyd, gebruik om die houer te vergruis en sy inhoud te stort.
• Rooksamestellings - brand stadig, produseer mis (eenvoudig of gekleurd).
• Vertraag treine - brand teen 'n konstante stil spoed, gebruik om vertragings in die brandreservaat in te voer.
• Pirotegniese hittebronne - gee 'n groot hoeveelheid hitte uit en versprei feitlik nie gasse nie, brand stadig, dikwels termietagtig.
• Sparklers - produseer wit of gekleurde vonke.
• Flits - brand stadig, skep 'n groot hoeveelheid lig, gebruik vir beligting of sein.
• Kleurvolle vuurwerkkomposisies - produseer ligte, wit of veelkleurige vonke.

Aansoek

Sommige tegnologieë van pirotegniese samestellings en produkte word in die industrie en lugvaart gebruik om groot volumes gas op te wek (byvoorbeeld in lugsakke), sowel as in verskeiehegstukke en in ander soortgelyke situasies. Hulle word ook in die militêre industrie gebruik wanneer groot hoeveelhede geraas, lig of infrarooi bestraling benodig word. Byvoorbeeld lokvuurpyle, fakkels en skokgranate. 'n Nuwe klas reaktiewe materiaalsamestellings word tans deur die weermag nagevors.

Baie pirotegniese verbindings (veral dié wat aluminium en perchlorate behels) is dikwels baie sensitief vir wrywing, skok en statiese elektrisiteit. Selfs so min as 0,1 tot 10 millijoule vonk kan sekere effekte veroorsaak.

Kruit

Dit is die bekende swart poeier. Dit is die vroegste bekende chemiese plofstof, wat bestaan uit 'n mengsel van swael (S), houtskool (C) en kaliumnitraat (s altpeter, KNO 3). Die eerste twee komponente dien as brandstof, en die derde is 'n oksideermiddel. As gevolg van sy brandeienskappe en die hoeveelheid hitte en gas wat dit produseer, word kruit wyd gebruik in die vervaardiging van dryfkragladings in vuurwapens en artillerie. Daarbenewens word dit gebruik in die vervaardiging van vuurpyle, vuurwerke en ploftoestelle in steengroef, mynbou en padkonstruksie.

Aanwysers

Kruit is in die 7de eeu in China uitgevind en teen die einde van die 13de eeu oor die grootste deel van Eurasië versprei. Die poeier, wat oorspronklik deur die Taoïste vir medisinale doeleindes ontwikkel is, is omstreeks 1000 nC vir oorlogvoering gebruik.

Kruit word geklassifiseer inas 'n klein plofstof as gevolg van sy relatief stadige ontbindingtempo en lae brisance.

Plofkrag

Ontsteking van kruit wat agter die projektiel gepak is, skep genoeg druk om die bek teen hoë spoed te laat afvuur, maar nie kragtig genoeg om die loop van 'n geweer te bars nie. Buskruit is dus 'n goeie brandstof, maar dit is minder geskik vir die vernietiging van klip of versterkings weens sy lae plofkrag. Deur genoeg energie oor te dra (van die brandende stof na die massa van die kanonkoeël, en dan daarvandaan na die teiken via impakammunisie), kan die bomwerper uiteindelik die vyand se versterkte verdediging oorweldig.

Kruit is wyd gebruik om doppe te vul en is gebruik in mynbou- en siviele ingenieursprojekte tot die tweede helfte van die 19de eeu, toe die eerste plofstof getoets is. Die poeier word nie meer in moderne wapens en industriële toepassings gebruik nie weens die relatief lae doeltreffendheid daarvan (in vergelyking met nuwer alternatiewe soos dinamiet en ammoniumnitraat of brandstofolie). Vandag is kruitvuurwapens meestal beperk tot jag, teikenskiet.

Pirotegniese hittebron

Pirotegniese samestellings is 'n toestel wat gebaseer is op brandbare stowwe met 'n geskikte ontsteker. Hulle rol is om 'n beheerde hoeveelheid hitte te produseer. Pirotegniese bronne is gewoonlik gebaseer op termietagtige (of samestelling-vertragende) brandstofoksideerders met 'n lae brandtempo,hoë hitte-uitset by die verlangde temperatuur en min of geen gasvorming.

Hulle kan op verskeie maniere geaktiveer word. Elektriese vuurhoutjies en impakdoppe is die algemeenste.

Pirotegniese hittebronne word dikwels gebruik om batterye te aktiveer, waar hulle dien om die elektroliet te smelt. Daar is twee hooftipes ontwerp. Mens gebruik 'n lontstrook (wat bariumchromaat en verpoeierde sirkoniummetaal in keramiekpapier bevat). Termiese pirotegniese granulasie samestellings loop langs die rand daarvan om verbranding te begin. Die strook word gewoonlik begin met 'n elektriese ontsteker of prop wat stroom gebruik.

Die tweede ontwerp gebruik 'n sentrale gat in die batterypak waarin 'n hoë-energie elektriese ontsteker 'n mengsel van brandbare gasse en gloeilampe vrystel. Die ontwerp met 'n sentrale gat kan die aktiveringstyd (tien millisekondes) aansienlik verminder. Ter vergelyking neem ons kennis dat in toestelle met 'n randstrook, hierdie aanwyser honderde millisekondes is.

Om 'n battery te aktiveer kan ook gedoen word met 'n haelgeweeragtige impakonderlaag. Dit is wenslik dat die bron van blootstelling sonder gas is. Tipies bestaan die standaardsamestelling van pirotegniese mengsels uit ysterpoeier en kaliumperchloraat. In gewigsverhoudings is dit 88/12, 86/14 en 84/16. Hoe hoër die perchloraatvlak, hoe groter is die hitte-uitset (nominaal 200, 259 en 297 kalorieë/gram). Die grootte en dikte van yster-perchloraat-tablette het min effek op die brandtempo, maar dit het weleffekte op digtheid, samestelling, deeltjiegrootte en kan gebruik word om die verlangde hittevrystellingsprofiel aan te pas.

Nog 'n samestelling wat gebruik word, is sirkonium met bariumchromaat. 'n Ander mengsel bevat 46,67% titaan, 23,33% amorfe boor en ongeveer 30% bariumchromaat. Ook beskikbaar is 45% wolfram, 40,5% bariumchromaat, 14,5% kaliumperchloraat, en 1% vinielalkohol en bindmiddel asetaat.

Reaksies om intermetaalkomponente van pirotegniese samestellings te vorm, soos sirkonium met boor, kan gebruik word wanneer gaslose werking, nie-higroskopiese gedrag en onafhanklikheid van omgewingsdruk verlang word.

hittebron

Dit kan 'n direkte deel van die pirotegniese samestelling wees, byvoorbeeld in chemiese suurstofopwekkers word so 'n komponent met 'n groot oormaat oksideermiddel gebruik. Die hitte wat tydens verbranding vrygestel word, word vir termiese ontbinding gebruik. Met betrekking tot koue verbranding, word samestellings gebruik om gekleurde rook te produseer of om 'n aërosol soos plaagdoders of CS-gas te spuit, wat die hitte van sublimasie van die verlangde verbinding verskaf.

Die fasevertragingskomponent van die samestelling, wat saam met die verbrandingsprodukte 'n mengsel vorm met een duidelike fase-oorgangstemperatuur, kan gebruik word om die vlamhoogte te stabiliseer.

Materials

Pirotegniese samestellings is gewoonlik gehomogeniseerde mengsels van kleinbrandstofdeeltjies en oksideermiddels. Eersgenoemde kan korrels of vlokkies wees. Oor die algemeen, hoe hoër die oppervlakte van die deeltjies, hoe hoër is die tempo van reaksie en verbranding. Vir sommige doeleindes word bindmiddels gebruik om die poeier in 'n soliede materiaal te verander.

Brandstof

Tipiese tipes is gebaseer op metaal- of metalloïede poeiers. Die samestelling kan verskeie verskillende tipes brandstof aandui. Sommige kan ook as bindmiddels dien.

Metale

Algemene brandstof sluit in:

• Aluminium is die mees algemene brandstof in baie klasse mengsels, sowel as 'n reguleerder van verbrandingsonstabiliteit. Hoë-temperatuur vlam met vaste deeltjies wat inmeng met die voorkoms van kleurstowwe, reageer met nitrate (behalwe ammonium) om oksiede van stikstof, ammoniak en hitte te vorm (reaksie stadig by kamertemperatuur, maar gewelddadig bo 80 ° C, kan self ontbrand).
• Magnalium is 'n aluminium-magnesium-legering wat meer stabiel en goedkoper is as 'n enkele metaal. Minder reaktief as magnesium, maar meer vlambaar as aluminium.
• Yster - maak goue vonke, 'n element wat algemeen gebruik word.
• Staal is 'n legering van yster en koolstof wat vertakkende geel-oranje vonke produseer.
• Sirkonium - Produseer warm deeltjies wat nuttig is vir vlambare mengsels, soos NASA se standaard inisieerder, en vir die onderdrukking van verbrandingsonstabiliteit.
• Titanium - produseer warm vuurwerk en verbindings, neem toesensitiwiteit vir skok en wrywing. Soms word 'n Ti4Al6V-legering gebruik wat effens helderder wit vonke produseer. Saam met kaliumperchloraat word dit in sommige vuurwerkontstekers gebruik. Die growwe poeier produseer pragtige vertakkende blou-wit vonke.
• Ferrotitanium is 'n yster-titanium-legering wat helder vonke skep wat gebruik word in vuurpyrotegniese sterre, vuurpyle, komete en fonteine.
• Ferrosilikon is 'n yster-silikon-stof wat in sommige mengsels gebruik word, wat soms kalsiumsilisied vervang.
• Mangaan - word gebruik om die brandtempo te beheer, byvoorbeeld in komposisies met 'n vertraging.
• Sink – word in sommige rooksamestellings gebruik saam met swael, wat as amateurbrandstof vir vuurpyle gebruik word, sowel as in pirotegniese sterre. Sensitief vir vog. Mag spontaan ontbrand. Dit word selde as hoofbrandstof gebruik (met die uitsondering van rooksamestellings), dit kan as 'n bykomende komponent gebruik word.
• Koper - gebruik as blou kleurstof saam met ander spesies.
• Geelkoper is 'n legering van sink en koper wat in sommige vuurwerkformules gebruik word.
• Tungsten - word gebruik om die brandtempo van komposisies te beheer en te vertraag.

Dit is opmerklik dat dit gevaarlik is om vuurwerk-komposisies met jou eie hande te maak.