Pyrotechnické složení: klasifikace, komponenty, aplikace

Pyrotechnické složení je látka nebo směs složek určených k výrobě účinku ve formě tepla, světla, zvuku, plynu, kouře nebo jejich kombinace v důsledku soběstačných exotermických chemických reakcí, které probíhají bez detonace. Podobný proces nezávisí na kyslíku z vnějších zdrojů.

Klasifikace pyrotechnických formulací

Mohou být rozděleny podle akce:

• Ohnivý.
• Kouřový.
• Dynamický.

První dvě skupiny lze rozdělit na menší druhy.

Ohnivé: osvětlení, noční signalizace, sledování a některé zápalné.

Kouřová skupina zahrnuje formulace pro denní poplach a maskování (mlha).

Hlavní typy pyrotechniky

Výše uvedený efekt (světlo, zvuk atd.):

• Záblesk prášku-velmi rychle hoří, vytváří výbuchy nebo jasné světelné emise.
• Střelný prach-hoří pomaleji než prášek, uvolňuje velké množství plynů.
• Pevná paliva-produkuje mnoho horkých par používaných jako zdroje kinetické energie pro rakety a střely.
• Pyrotechnické iniciátory-produkují velké množství tepla, plamene nebo horkých jisker používaných k zapálení jiných kompozic.
• Výbojové náboje - rychle hoří, produkují hodně plynu v krátké době, používají se k uvolnění užitečných nákladů z kontejnerů.
• Výbušné náboje - rychle hoří, produkují velké množství plynu v krátké době, používají se k drcení nádoby a vypouštění jejího obsahu.
• Kouřové kompozice-hoří pomalu, produkují mlhu (jednoduchou nebo barevnou).
• Zpoždění formulací-hoří konstantní tichou rychlostí, používá se k zavedení zpoždění do palebné rezervy.
• Pyrotechnické zdroje tepla-produkují velké množství tepla a prakticky nerozšíří plyny s pomalým spalováním, často podobné termitům.
• Prskavky-produkují bílé nebo barevné jiskry.
• Blesky-hoří pomalu, vytvářejí velké množství světla, používají se k osvětlení nebo alarmu.
• Barevné kompozice ohňostrojů-produkují světlé, bílé nebo vícebarevné jiskry.

Uplatnění

Některé technologie pyrotechnických formulací a výrobků se používají v průmyslu a letectví k výrobě velkých objemů plynu (např airbag), stejně jako v různých držácích a v jiných podobných situacích. Používají se také ve vojenském průmyslu, když je vyžadována produkce velkého množství hluku, světla nebo infračerveného záření. Například návnadové rakety, světlice a omračující granáty. Nová třída kompozic reaktivních materiálů je nyní zkoumána armádou.

Mnoho pyrotechnických formulací (zejména těch, které zahrnují hliník a chloristany) je často velmi citlivých na tření, nárazy a statickou elektřinu. Dokonce i jen 0,1 až 10 milijoulů může jiskra způsobit určité účinky.

Prach

Je to známý černý prášek mnoha lidí. Je nejstarší známou chemickou výbušninou, která se skládá ze směsi síry( S), dřevěného uhlí (C) a dusičnanu draselného (ledek, KNO 3) . První dvě složky působí jako palivo, zatímco třetí je oxidační činidlo. Vzhledem ke svým zápalným vlastnostem a množství generovaného tepla a plynu je střelný prach široce používán při výrobě hnacích nábojů ve střelných zbraních a dělostřelectvu. Kromě toho se používá při výrobě raket, ohňostrojů a výbušnin při vývoji lomů, těžbě a stavbě silnic.

Ukazatele

Střelný prach byl vynalezen v Číně v 7. století a rozšířil se do velké části Eurasie do konce 13. století. Prášek, původně vyvinutý taoisty pro léčebné účely, byl použit pro válku kolem roku 1000 nl.

Střelný prach je klasifikován jako malá výbušnina kvůli své relativně nízké rychlosti rozkladu a malé brizantnosti.

Výbušná síla

Zapálení střelného prachu zabaleného za projektilem vytváří dostatečný tlak k vyvolání výstřelu z tlamy vysokou rychlostí, ale není dostatečně silné, aby prasklo hlaveň zbraně. Střelný prach je tedy dobrým palivem, ale je méně vhodný pro rozbití kamene nebo opevnění kvůli jeho nízké výbušné síle. Přenášením dostatečné energie (od hořící látky k hmotnosti dělové koule a poté od ní k cíli pomocí úderné munice) může bombardér nakonec přemoci opevněnou obranu nepřítele.

Střelný prach byl široce používán k plnění projektilů a byl používán v těžebních a stavebních projektech až do druhé poloviny 19. století, kdy byly vyzkoušeny první výbušniny. Prášek se již nepoužívá v moderních zbraních a pro průmyslové účely kvůli své relativně nízké účinnosti (ve srovnání s novějšími alternativami, jako je dynamit a dusičnan amonný nebo topný olej). Dnes jsou střelné zbraně s použitím střelného prachu omezeny hlavně na lov, střelbu na cíle.

Pyrotechnický zdroj tepla

Pyrotechnické formulace jsou zařízení na bázi hořlavých látek s vhodným zapalovačem. Jejich úlohou je produkovat kontrolované množství tepla. Pyrotechnické zdroje jsou obvykle založeny na termitových (nebo retenčních) palivových oxidačních činidlech s nízkou rychlostí hoření, vysokou produkcí tepla při požadované teplotě a nízkou nebo žádnou tvorbou plynů Gorenje.

Mohou být aktivováno několika způsoby. Elektrické zápalky a nárazové čepice jsou nejběžnější.

Pyrotechnické zdroje tepla se často používají k aktivaci baterií, kde slouží k roztavení elektrolytu. Existují dva základní typy designu. Jeden používá proužek pojistky (obsahující chroman barnatý a kovový práškový zirkon v keramickém papíru). Podél jeho okraje probíhají tepelné pyrotechnické formulace peletizace, které iniciují Gorenje. Pás je obvykle spouštěn elektrickým zapalovačem nebo zástrčkou proudem.

Ve druhé konstrukci se používá centrální otvor v bateriovém bloku, do kterého vysokoenergetický elektrický zapalovač uvolňuje směs hořlavých plynů a žárovek. Konstrukce se středovým otvorem umožňuje výrazně zkrátit dobu aktivace (desítky milisekund). Pro srovnání si všimneme, že v zařízeních s okrajovým pruhem je tento indikátor stovky milisekund.

Zapnutí baterie lze také provést pomocí rázového primeru podobného brokovnici. Je žádoucí, aby zdroj expozice byl bez plynu. Standardní složení pyrotechnických směsí se obvykle skládá z prášku železa a chloristanu draselného. V hmotnostních poměrech je to 88/12, 86/14 a 84/16. Čím vyšší je hladina chloristanu ,tím větší je produkce tepla (nominálně 200, 259 a 297 kalorií / gram). Velikost a tloušťka tablet železa a chloristanu má malý vliv na rychlost hoření, ale má vliv na hustotu, složení, velikost částic a lze jej použít k nastavení požadovaného profilu uvolňování tepla Gorenje.

Další použitou kompozicí je zirkonium s chromátem barnatým. Další směs obsahuje 46,67% titanu, 23,33% amorfního boru a asi 30% chromanu barnatého. Mohou existovat také následující poměry: 45% wolframu, 40,5% chromanu barnatého, 14,5% chloristanu draselného a 1% vinylalkoholu a adstringentního acetátu.

Reakce za vzniku intermetalických složek pyrotechnických formulací, jako je zirkonium s bórem, lze použít, pokud je požadována práce bez plynu, nehygroskopické chování a nezávislost na tlaky prostředí.

Zdroj tepla

Může být přímou součástí pyrotechnické kompozice, například chemické generátory kyslíku používají takovou složku s velkým přebytkem oxidačního činidla. Teplo generované spalováním se používá k tepelnému rozkladu. Relativně studené Gorenje kompozice se používají k výrobě barevného kouře nebo k rozprašování aerosolu, jako jsou pesticidy nebo CS plyn, což zajišťuje teplo sublimace požadované sloučeniny.

Ke stabilizaci výšky hoření lze použít komponentu zpomalení fáze kompozice, která spolu se spalovacími produkty vytvoří směs s jednou samostatnou teplotou fázového přechodu Gorenje.

Materiály

Pyrotechnické formulace jsou obvykle homogenizované směsi malých částic paliva a oxidačních činidel. První mohou být zrna nebo cereálie. Obecně platí, že čím vyšší je povrchová plocha částic, tím vyšší je rychlost reakce a Gorenje. Pro některé účely se pojiva používají k přeměně prášku na pevný materiál.

Palivo

Typické druhy jsou založeny na kovových nebo metaloidních prášcích. Složení může naznačovat několik různých paliv. Některé mohou také sloužit jako pojiva.

Kov

Běžná paliva zahrnují takové prvky:

• Hliník je nejběžnějším palivem v mnoha třídách směsí a také regulátorem nestability Gorenje. Vysokoteplotní plamen s pevnými částicemi, které interferují s barvivy, reaguje s dusičnany (kromě amonného) za vzniku oxidů dusíku, amoniaku a tepla (reakce je pomalá při pokojové teplotě, ale bouřlivá nad 80° C, může se samo vznítit).
• Magnalium je slitina hliníku a hořčíku, stabilnější a levnější než samostatný kov. Méně reaktivní než hořčík, ale také snadněji hořlavý než hliník.
• Železo - vytváří zlaté jiskry, často používaný prvek.
• Ocel-slitina železa a uhlíku, která vytváří rozvětvené žlutooranžové jiskry.
• Zirkonium-produkuje horké částice užitečné pro hořlavé směsi, jako je standardní iniciátor NASA, a také potlačuje nestabilitu Gorenje.
• Titan-produkuje horké pyrotechnické prostředky a formulace, zvyšuje citlivost na nárazy a tření. Někdy se používá slitina Ti4Al6V, která produkuje mírně jasnější bílé jiskry. Spolu s chloristanem draselným se používá v některých pyrotechnických zapalovačích. Hrubý prášek vytváří krásné rozvětvené modro-bílé jiskry.
• Ferrotitan-slitina železa a titanu, vytváří jasné jiskry používané v pyrotechnických hvězdách, raketách, kometách a fontánách.
• Ferrosilicium-látka křemičitého používaná v některých směsích, někdy náhrada silicidu vápenatého.
• Mangan-používá se ke kontrole rychlosti hoření, například v kompozicích se zpožděním Gorenje.
• Zinek-používá se v některých kouřových formulacích spolu se sírou, která se používá jako Amatérské palivo pro rakety, stejně jako v pyrotechnických hvězdách. Citlivý na vlhkost. Může se spontánně vznítit. Zřídka se používá jako hlavní palivo (výjimkou jsou kouřové kompozice), lze jej použít jako další složku.
• Měď-používá se jako modré barvivo s jinými druhy.
• Mosaz-slitina zinku a mědi používaná v některých vzorcích pro ohňostroje.
• Wolfram-používá se k řízení a zpomalení rychlosti spalování kompozic Gorenje.

Stojí za zmínku, že je nebezpečné vyrábět pyrotechnické kompozice vlastními rukama.