Пиротехнические составы

3.1 Общие сведения о пиротехнических составах [4, 85, 86, 90]

Пиротехнические составы − это гетерогенные смеси, способные к самостоятельному горению и дающие при горении световые, дымовые, тепловые, звуковые и другие эффекты. В зависимости от назначения они делятся на осветительные, фотоосветительные, трассирующие, зажигательные, инфракрасного излучения, сигнальные, дымовые, безгазовые, газогенерирующие, воспламенительные, свистящие, имитационные, целеуказательные и др. Пиротехнические составы используют-ся в военном деле и народном хозяйстве. Среди пиротехнических составов, применяемых в народном хозяйстве, следует выделить: фейерверочные, термитные для воздействия на переохлажденные облака и туманы; газогенерирующие, пестицидные, для получения тугоплавких металлов, подогрева пищи и защиты садов; спичечные, составы для уменьшения усадки и образования раковин в процессе охлаждения расплавленного металла и т.д. Также они делятся на плазменные, аэрозолеобразующие, тепловые, газогенерирующие.

По технологическим свойствам пиротехнические составы делятся на порошкообразные, гранулированные, термоэластопластичные и литьевые.

Независимо от назначения они должны давать при сгорании максимальный пиротехнический эффект при минимальном расходе состава.

К пиротехническим составам предъявляются следующие требования:

- должны легко воспламеняться от воспламенительного состава или продуктов сгорания вышибного заряда, но не воспламеняться при небольшом повышении температуры или попадании искры;

- сгорать равномерно или в пульсирующем режиме с определенной скоростью;

- обладать минимальной зависимостью скорости горения от давления и температуры;

- иметь малую чувствительность к механическим импульсам и минимальные взрывчатые характеристики;

- обладать химической и физической стойкостью при длительном хранении;

- не содержать в себе дефицитных, токсичных и не имеющих широкой отечественной сырьевой и производственной базы компонентов;

- изделия должны обладать достаточной механической прочностью и не разрушаться при транспортировке и эксплуатации.

Технологический процесс изготовления должен быть простым и допускать возможность механизации и автоматизации производства.

Для изготовления пиротехнических составов используют окислители, горючие и цементирующие вещества.

В качестве окислителей в пиротехнических составах применяют вещества, содержащие достаточное количество кислорода и легко разлагающиеся при повышенных температурах (300–1200 °С). Из окислителей применяют:

- нитраты (соли азотной кислоты) – нитрат натрия NaNO₃, нитрат калия КNO₃, нитрат бария Ba(NO₃)₂, нитрат стронция Sr(NO₃)₂;

- перхлораты (соли хлорной кислоты) – перхлорат калия KClO_4, перхлорат натрия NaClO₄ и реже перхлорат аммония NH₄ClO₄ и перхлорат бария Ba(ClO₄)₂, т.к. они гигроскопичны;

- перекиси и оксиды металлов – BaO₂, SrO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄ и др.;

- сульфаты (соли серной кислоты) – BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄;

- соли хромовых кислот – KCrO₄, K₂Cr₂O₇ и др.

Наибольшее применение из указанных окислителей нашли KClO₃, KNO₃, NaNO₃, Ba(NO₃)₂, Sr(NO₃)₂, BaO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄.

Вторым составным компонентом пиротехнических составов является горючее вещество. Горючие вещества должны обладать большим сродством к кислороду и давать определенную температуру горения. Горючие вещества подразделяют на неорганические и органические.
В качестве неорганических горючих применяют:

- металлы и их сплавы (магний, алюминий, медь, марганец, сплав алюминия с магнием, сплав железа с кремнием и другие металлы и сплавы);

- неметаллические элементы (сера, селен, древесный уголь, графит, желтый фосфор, красный фосфор, хлористый аммоний и др.).

В качестве органических горючих используют:

- смолы (идитол, бакелит, шеллак, канифоль и ее соли и др.);

- масла (олифу, касторовое, веретенное);

- углеводы (сахар, крахмал, декстрин);

- нитросоединения и ряд других органических соединений.

Третьим компонентом пиротехнических составов являются цементирующие вещества. Они обеспечивают необходимую механическую прочность спрессованных изделий (звездки, сегменты, факелы и прочие).

В качестве цементирующих средств находят применение:

- смолы – идитол, бакелит, канифоль, резинат кальция, шеллак;

- высыхающие масла – олифа и др.;

- клеи – гуммиарабик (аравийская камедь), декстрин, крахмал и др.

В качестве цементаторов могут быть и неорганические вещества, например, жидкое стекло, гипс.

Производство пиротехнических составов представляет собой чисто механический процесс. Сущность его сводится к тому, что измельченные компоненты тщательно перемешиваются между собой, в результате чего получается однородный порошкообразный пиротехни-ческий состав. Последнему путем прессования придают определенную геометрическую форму, чаще всего в виде цилиндрических шашек.

Для того чтобы пиротехнический состав дал должный эффект, необходимо, чтобы компоненты были, во-первых, достаточно чистыми и сухими, во-вторых, тщательно измельченными и просеянными,
в-третьих, точно отвешенными по рецепту, в-четвертых, хорошо перемешанными между собой.

Технологический процесс приготовления пиротехнических составов включает следующие операции:

- подготовку компонентов;

- приготовление составов;

- прессование составов;

- сборку изделий.

Подготовка исходных компонентов складывается из следующих основных операций: предварительной сушки, измельчения, повторной или окончательной сушки и просеивания.

Предварительная сушка компонентов производится с целью облегчения измельчения их, так как чем вещество содержит меньше влаги, тем оно легче измельчается.

Для облегчения смешивания компонентов и равномерного процесса горения составов компоненты измельчают. Измельчение твердых веществ достигается путем применения усилий раздавливания, удара, истирания и раскалывания. Для измельчения компонентов используют шаровые мельницы, бегуны, дезинтеграторы и дисмембраторы.

После измельчения компоненты сушат до содержания в них влаги до 0,1–0,5 %.

Для получения необходимой величины частичек и отделения случайно попавших механических примесей компоненты перед приготовлением пиротехнических составов просеивают через сита, имеющие определенные размеры отверстий.

Приготовление составов включает операции: дозирования компонентов, их перемешивания, грануляции и сушки.

Смешение компонентов является важной операцией, так как от качества смешения зависит эффективность действия пиротехнического объекта. Состав считается равномерно смешанным, если проба, взятая в любом месте, по содержанию в ней компонентов соответствует рецептуре. Операция мешки составов опасна, так как при смешивании окислителей и горючих веществ возможны вспышки, а в некоторых случаях и взрывы. Мешка составов производится в отдельном здании, которое должно находиться на безопасном расстоянии от других мастерских. Обычно составы смешиваются в увлажненном состоянии. Это предохраняет составы от распыления и снижает их чувствительность к механическим воздействиям. Многие составы увлажняют этиловым спиртом или другими растворителями, которые химически не взаимодействуют с составными частями смеси. Смешение компонентов проводят в смесителях различной конструкции.

Грануляция пиротехнических составов заключается в протирании состава через сито со сравнительно большим размером ячеек. Цель грануляции − придать составу однородную, хорошо сыпучую форму в виде отдельных зерен и гранул. После грануляции почти полностью устраняется пыление пиротехнических составов, они быстрее и равномернее высыхают и легче прессуются.