Pyrotechnické zloženie: klasifikácia, komponenty, použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Pyrotechnická kompozícia je látka alebo zmes zložiek navrhnutá tak, aby vyvolala efekt vo forme tepla, svetla, zvuku, plynu, dymu alebo ich kombinácie v dôsledku samoudržiavajúcich sa exotermických chemických reakcií, ktoré prebehnú bez výbuchu. Takýto proces nezávisí od kyslíka z externých zdrojov.

Klasifikácia pyrotechnických zloží

Dajú sa rozdeliť podľa akcie:

• Ohnivý.
• Dym.
• Dynamické.

Prvé dve skupiny možno rozdeliť na menšie typy.

Ohnivý: osvetľujúci, signálna noc, sledovač a nejaké zápalné.

Skupina dymu obsahuje kompozície na dennú signalizáciu a maskovanie (hmla).

Hlavné typy pyrotechniky

Vyššie uvedený efekt (svetlo, zvuk atď.) je možné vytvoriť pomocou týchto komponentov:

• Práškový záblesk – horí veľmi rýchlo, vytvára výbuchy alebo jasné záblesky svetla.
• Pušný prach – horí pomalšie ako prach, uvoľňuje veľké množstvo plynov.
• Pevné palivo – produkuje veľa horúcich pár používaných ako zdroje kinetickej energie pre rakety a projektily.
• Pyrotechnické iniciátory – produkujú veľké množstvo tepla, plameňov alebo horúcich iskier používaných na zapálenie iných kompozícií.
• Vyhadzovacie náboje – horia rýchlo, produkujú veľa plynu v krátkom čase, používajú sa na uvoľnenie užitočného zaťaženia z kontajnerov.
• Výbušné nálože – horia rýchlo, produkujú veľké množstvo plynu v krátkom čase, používajú sa na rozdrvenie nádoby a vysypanie jej obsahu.
• Zloženie dymu – horí pomaly, vytvára sa hmla (obyčajná alebo farebná).
• Meškanie vlakov – horí konštantnou tichou rýchlosťou, používa sa na zdržanie v požiarnej zálohe.
• Pyrotechnické zdroje tepla - vydávajú veľké množstvo tepla a prakticky nešíria plyny, pomalé horenie, často termitové.
• Prskavky – vytvárajú biele alebo farebné iskry.
• Bliká – horí pomaly, vytvára veľké množstvo svetla, používa sa na osvetlenie alebo signalizáciu.
• Farebné kompozície ohňostrojov – vytvárajú ľahké, biele alebo viacfarebné iskry.

Aplikácia

Niektoré technológie pyrotechnických zmesí a produktov sa používajú v priemysle a letectve na generovanie veľkých objemov plynu (napríklad v airbagoch), ako aj v rôznychupevnenia a v iných podobných situáciách. Používajú sa aj vo vojenskom priemysle, keď je potrebné veľké množstvo hluku, svetla alebo infračerveného žiarenia. Napríklad nástražné rakety, svetlice a omračujúce granáty. V súčasnosti armáda skúma novú triedu zložení reaktívnych materiálov.

Mnohé pyrotechnické zlúčeniny (najmä tie, ktoré obsahujú hliník a chloristany) sú často veľmi citlivé na trenie, otrasy a statickú elektrinu. Už len 0,1 až 10 milijoulov iskry môže spôsobiť určité účinky.

Gunpowder

Toto je známy čierny prášok. Ide o najstaršiu známu chemickú trhavinu, ktorá pozostáva zo zmesi síry (S), dreveného uhlia (C) a dusičnanu draselného (ledok, KNO 3). Prvé dve zložky pôsobia ako palivo a tretia je okysličovadlo. Kvôli svojim zápalným vlastnostiam a množstvu tepla a plynu, ktoré produkuje, je pušný prach široko používaný pri výrobe hnacích náplní v strelných zbraniach a delostrelectve. Okrem toho sa používa pri výrobe rakiet, ohňostrojov a výbušných zariadení v lomoch, baníctve a stavbe ciest.

Ukazovatele

Pušný prach bol vynájdený v Číne v 7. storočí a do konca 13. storočia sa rozšíril po väčšine Eurázie. Pôvodne vyvinutý taoistami na liečebné účely, prášok sa používal na vedenie vojny okolo roku 1000 nášho letopočtu.

Pušný prach je zaradený doako malá výbušnina vďaka relatívne nízkej rýchlosti rozkladu a nízkej brizancii.

Výbušná sila

Vznietenie pušného prachu nahromadeného za projektilom vytvára dostatočný tlak na to, aby hlaveň vystrelila vysokou rýchlosťou, ale nie dostatočne silný na to, aby praskol hlaveň pištole. Pušný prach je teda dobrým palivom, no na ničenie kameňa alebo opevnení je pre svoju nízku výbušnosť menej vhodný. Prenesením dostatočného množstva energie (z horiacej látky do hmoty delovej gule a následne z nej do cieľa prostredníctvom nárazovej munície) môže bombardér nakoniec premôcť opevnenú obranu nepriateľa.

Pušný prach sa široko používal na plnenie nábojníc a používal sa v banských a stavebných projektoch až do druhej polovice 19. storočia, kedy boli testované prvé výbušniny. Prášok sa už nepoužíva v moderných zbraniach a priemyselných aplikáciách kvôli jeho relatívne nízkej účinnosti (v porovnaní s novšími alternatívami, ako je dynamit a dusičnan amónny alebo vykurovací olej). Dnes sú strelné zbrane s pušným prachom väčšinou obmedzené na lov, streľbu na terč.

Pyrotechnický zdroj tepla

Pyrotechnické zmesi sú zariadenie na báze horľavých látok s vhodným zapaľovačom. Ich úlohou je produkovať kontrolované množstvo tepla. Pyrotechnické zdroje sú zvyčajne založené na termitových (alebo zložením spomaľujúcich) okysličovadlách paliva s nízkou rýchlosťou horenia,vysoký tepelný výkon pri požadovanej teplote a malá alebo žiadna tvorba plynu.

Dajú sa aktivovať niekoľkými spôsobmi. Elektrické zápalky a protinárazové kryty sú najbežnejšie.

Pyrotechnické zdroje tepla sa často používajú na aktiváciu batérií, kde slúžia na roztavenie elektrolytu. Existujú dva hlavné typy dizajnu. Jeden používa poistkový pásik (obsahujúci chróman bárnatý a práškový kovový zirkón v keramickom papieri). Tepelné pyrotechnické granulačné zmesi prebiehajú pozdĺž jeho okraja, aby iniciovali horenie. Pás sa zvyčajne začína elektrickým zapaľovačom alebo zástrčkou pomocou prúdu.

Druhý dizajn využíva stredový otvor v batérii, do ktorého vysokoenergetický elektrický zapaľovač uvoľňuje zmes horľavých plynov a žiaroviek. Konštrukcia so stredovým otvorom dokáže výrazne skrátiť čas aktivácie (desiatky milisekúnd). Pre porovnanie uvádzame, že v zariadeniach s okrajovým pásikom je tento indikátor v stovkách milisekúnd.

Aktiváciu batérie je možné vykonať aj pomocou nárazového základného náteru podobného brokovnici. Je žiaduce, aby zdroj expozície bol bez plynu. Typické štandardné zloženie pyrotechnických zmesí pozostáva z práškového železa a chloristanu draselného. V hmotnostných pomeroch sú to 88/12, 86/14 a 84/16. Čím vyššia hladina chloristanu, tým väčší tepelný výkon (nominálne 200, 259 a 297 kalórií/gram). Veľkosť a hrúbka tabliet chloristanu železa má malý vplyv na rýchlosť horenia, ale máovplyvňuje hustotu, zloženie, veľkosť častíc a možno ho použiť na úpravu požadovaného profilu uvoľňovania tepla.

Ďalším použitým zložením je zirkónium s chrómanom bárnatým. Ďalšia zmes obsahuje 46,67 % titánu, 23,33 % amorfného bóru a asi 30 % chrómanu bárnatého. K dispozícii je tiež 45 % volfrámu, 40,5 % chrómanu bárnatého, 14,5 % chloristanu draselného a 1 % vinylalkoholu a acetátu spojiva.

Reakcie na vytváranie intermetalických zložiek pyrotechnických kompozícií, ako je zirkónium s bórom, sa môžu použiť, keď je požadovaná prevádzka bez plynu, nehygroskopické správanie a nezávislosť od okolitého tlaku.

Zdroj tepla

Môže byť priamou súčasťou pyrotechnického zloženia, napríklad v chemických generátoroch kyslíka sa takáto zložka používa s veľkým prebytkom okysličovadla. Teplo uvoľnené pri spaľovaní sa využíva na tepelný rozklad. Čo sa týka spaľovania za studena, kompozície sa používajú na vytváranie farebného dymu alebo na rozprašovanie aerosólu, ako sú pesticídy alebo plyn CS, poskytujúce teplo sublimácie požadovanej zlúčeniny.

Fázová retardačná zložka kompozície, ktorá spolu so splodinami horenia tvorí zmes s jednou odlišnou teplotou fázového prechodu, sa môže použiť na stabilizáciu výšky plameňa.

Materiály

Pyrotechnické zmesi sú zvyčajne homogenizované zmesi malých látokčastice paliva a oxidanty. Prvým z nich môžu byť zrná alebo vločky. Vo všeobecnosti platí, že čím väčší je povrch častíc, tým vyššia je rýchlosť reakcie a horenia. Na niektoré účely sa na premenu prášku na pevný materiál používajú spojivá.

Fuel

Typické typy sú založené na kovových alebo metaloidných práškoch. Zloženie môže naznačovať niekoľko rôznych druhov paliva. Niektoré môžu slúžiť aj ako viazače.

Metals

Bežné palivá zahŕňajú:

• Hliník je najbežnejším palivom v mnohých triedach zmesí, ako aj regulátorom nestability spaľovania. Vysokoteplotný plameň s pevnými časticami, ktoré rušia vzhľad farbív, reaguje s dusičnanmi (okrem amónneho) za vzniku oxidov dusíka, amoniaku a tepla (reakcia je pomalá pri izbovej teplote, ale prudká nad 80°C, môže sa samovznietiť).
• Magnálium je zliatina hliníka a horčíka, ktorá je stabilnejšia a lacnejšia ako jeden kov. Menej reaktívny ako horčík, ale horľavejší ako hliník.
• Železo – vytvára zlaté iskry, bežne používaný prvok.
• Oceľ je zliatina železa a uhlíka, ktorá vytvára rozvetvené žlto-oranžové iskry.
• Zirkónium – produkuje horúce častice užitočné pre horľavé zmesi, ako je štandardný iniciátor NASA, a na potlačenie nestability horenia.
• Titan – produkuje horúcu pyrotechniku a zlúčeniny, zvyšuje sacitlivosť na otrasy a trenie. Niekedy sa používa zliatina Ti4Al6V, ktorá vytvára o niečo jasnejšie biele iskry. Spolu s chloristanom draselným sa používa v niektorých pyrotechnických zapaľovačoch. Hrubý prášok vytvára krásne rozvetvené modro-biele iskry.
• Frotitanium je zliatina železa a titánu, ktorá vytvára jasné iskry používané v pyrotechnických hviezdach, raketách, kométach a fontánach.
• ferosilícium je železo-kremíková látka používaná v niektorých zmesiach, niekedy nahrádzajúca silicid vápenatý.
• Mangán – používa sa na ovládanie rýchlosti horenia, napríklad v kompozíciách s oneskorením.
• Zinok – používa sa v niektorých dymových kompozíciách spolu so sírou, ktorá sa používa ako amatérske palivo do rakiet, ako aj do pyrotechnických hviezd. Citlivý na vlhkosť. Môže sa spontánne vznietiť. Zriedkavo sa používa ako hlavné palivo (s výnimkou dymových kompozícií), môže sa použiť ako doplnková zložka.
• Meď – používa sa ako modré farbivo s inými druhmi.
• Mosadz je zliatina zinku a medi používaná v niektorých ohňostrojoch.
• Tungsten – používa sa na kontrolu a spomalenie rýchlosti horenia kompozícií.

Za zmienku stojí, že je nebezpečné vyrábať pyrotechnické kompozície vlastnými rukami.