- •Предисловие
- •Часть первая общие свойства пиротехнических составов и их компонентов
- •Глава I
- •Общее понятие о пиротехнических средствах и составах
- •§ 1.Классификация
- •§ 2.Горение составов
- •§ 3. Требования, предъявляемые к пиротехническим средствам и составам
- •§ 4. Назначение компонентов
- •§5. Возможные высокоэкзотермические реакции
- •§ 6. Способность к горению различных веществ и смесей
- •Глава II окислители
- •§ 1. Выбор окислителей
- •§ 2. Свойства окислителей
- •§ 3. Гигроскопичность
- •§ 4. Технические требования
- •Глава III горючие
- •§ 1.Выбор и классификация
- •§ 2. Высококалорийные горючие
- •Количество тепла в ккал, выделяющееся при сгорании 1 см3 некоторых горючих (q4)
- •§ 3. Технические требования к порошкам металлов
- •§ 4. Производство порошков металлов
- •§ 5. Неорганические горючие средней калорийности
- •§ 6. Органические горючие
- •Глава IV связующие - органические полимеры
- •§ 1. Роль связующих. Испытание прочности звездок
- •§ 2. Факторы, влияющие на прочность
- •Зависимость прочности изделия от давления прессования (испытывались высоты)шашки диаметром 20 мм и такой же высоты)
- •§ 3. Классификация связующих их свойства
- •Некоторые свойства органических горючих веществ
- •Глава V принципы расчета пиротехнических составов
- •§ 1. Двойные смеси
- •§2. Тройные и многокомпонентные смеси
- •§ 3. Составы с отрицательным кислородным балансом
- •§ 4. Металлохлоридные составы
- •§ 5. Составы с фторным балансом
- •Глава VI теплота горения, газообразные продукты и температура горения составов
- •§ 1. Вычисление теплоты горения
- •Теплота горения пиротехнических составов (без учета догорания за счет кислорода воздуха)
- •§ 2. Экспериментальное определение
- •§ 3. Связь между назначением составов и теплотой их горения
- •§ 4. Газообразные продукты горения
- •§ 5. Определение температуры горения
- •§ 6. Экспериментальное определение
- •Tипы оптических пирометров
- •§ 7. Связь между назначением состава и температурой горения
- •Глава VII чувствительность составов
- •§ 1. Определение чувствительности к тепловым воздействиям
- •Определение чувствительности к лучу огня
- •Дополнительные испытания
- •§ 2. Определение чувствительности к механическим воздействиям
- •Определение чувствительности к удару
- •§ 3. Факторы, влияющие на чувствительность составов к начальному импульсу
- •Глава VIII горение составов
- •§ 1. Механизм горения
- •§ 2. Факторы, влияющие на скорость горения
- •Каталитические добавки
- •Физические факторы
- •Глава IX взрывчатые свойства составов
- •Взрывчатые свойства двойных смесей:
- •Расширение в блоке Трауцля в см3 в зависимости от начального импульса; количество состава 20 г
- •Глава X физическая и химическая стойкость составов
- •§ 1. Физические изменения
- •§ 2. Химические изменения
- •Составы, содержащие порошки магния или алюминия и неорганические окислители
- •Составы, не содержащие порошков металлов
- •§ 3. Методы определения гигроскопичности и химической стойкости
- •§ 4. Допустимые сроки хранения
- •Специальные свойства отдельных видов пиротехнических составов
- •Глава XI осветительные составы
- •§ 1. Осветительные составы и средства
- •Классификация осветительных средств и составов
- •§ 2. Краткие сведения об устройстве осветительных средств Средства артиллерии
- •Основные характеристики американских саб (скорость снижения факелов 2,5—3,0 м/с)
- •Общевойсковые средства
- •§ 3. Световые характеристики осветительных составов и средств
- •§ 4. Тепловое и люминесцентное излучение
- •§ 5. Специальные требования к осветителным составам; двойные смеси
- •Термохимические характеристики двойных смесей
- •Световые показатели двойных смесей с различными окислителями (диаметр звездок 24 мм, оболочка картонная)
- •Светотехнические характеристики двойных смесей нитрата бария с алюминиевой пудрой
- •§ 6. Многокомпонентные осветительные составы
- •Самоотвёрждающиеся составы
- •Самоотвёрждающиеся составы на основе полимерных горючих-связующих (патенты сша 3.369.964, 1968; 3.462.325, 1969; 2.984.558, 1961)
- •§ 7. Факторы, влияющие на эффективность осветительных составов и средств
- •§ 8. Краткие сведения о пиротехнических ик-излучателях
- •Характеристики пиротехнических ик-излучателей
- •Энергетические характеристики пиротехнических источников ик-излучения
- •Энергетические величины и единицы
- •§ 9. Фотометрирование и радиометрирование пламен пиротехнических составов
- •Глава XII фотоосветительные составы
- •§ 1. Ночное воздушное фотографирование
- •§ 2. Фотоматериалы
- •§ 3. Фотоавиабомбы
- •§ 4. Фото патроны
- •Основные характеристики фотоосветительных патронов
- •§ 5. Фотосоставы. Факторы, влияющие на светотехнические характеристики вспышек и свойства фотосоставов
- •Светотехнические характеристики фотосмесей, содержащих кс104 и металлические горючие в стехиометрических соотношениях (ст) и с перегрузкой горючим (п) в количестве h'/ol против стехиометрии [119]
- •§ 6. Методы определения характеристик фотовспышек
- •§ 7. Световые имитаторы, фотозаряды-маркеры
- •Глава XIII трассирующие составы
- •§ 1. Трассирующие средства
- •Назначение трассеров и требования к ним
- •Классификация трассирующих средств
- •§ 2. Краткие сведения об устройстве трассеров Трассирующие пули
- •Артиллерийские снаряды
- •Снаряды с самоликвидацией через трассер
- •Трассеры к управляемым реактивным снарядам (pc) и авиабомбам. Специальные виды трассеров
- •§ 3. Трассирующие составы
- •§ 4. Воспламенительные составы для трассеров
- •§ 5. Факторы, влияющие на эффективность трассирующих составов и трассеров
- •§ 6. Видимость трассы и расчет необходимой силы света пламени
- •§ 7. Испытания трассеров
- •Глава XIV составы сигнальных огней
- •§ 1. Системы сигнализации. Требования, предъявляемые к составам
- •§ 2. Характер излучения пламени
- •§ 3.Разработка рецептов составов и основные требования к их компонентам
- •§ 4. Составы желтого огня
- •§ 5. Составы красного огня
- •§ 6. Составы зеленого огня
- •§ 7. Составы синего и белого огня
- •§ 8. Методы испытания
- •Глава XV зажигательные составы
- •§ 1. Зажигательные средства и зажигательные составы. Основные требования к составам
- •§ 2. Классификация зажигательных средств и составов Зажигательные средства
- •Зажигательные составы
- •§ 3. Составы с порошками металлов и окислителями — солями и применение их в малокалиберных снарядах
- •Воспламенение и горение жидких топлив
- •§ 4. Термитно-зажигательные составы
- •§ 5. Сплав «электрон» и его применение
- •§ 6. Смеси на основе нефтепродуктов напалм
- •§ 7. Фосфор и его соединения
- •§ 8. Галоидные соединения фтора
- •§ 9. Прочие зажигательные вещества и смеси
- •§ 10. Методы испытания зажигательных составов
- •Глава XVI составы маскирующих дымов
- •§ 1. Общие сведения об аэрозолях
- •§ 2. Способы получения аэрозолей.
- •§ 3. Составы маскирующих дымов и предъявляемые к ним требования
- •Глава XVII составы цветных дымов
- •§ 1. Цветные облака и способы их получения
- •§ 2.Красители
- •§ 3. Составы цветных дымов
- •Глава XVIII твердые пиротехнические топлива
- •§ 1. Классификация и энергетические характеристики
- •§ 2. Эксплуатационные требования
- •§ 3. Окислители
- •§ 4. Органические и металлические горючие
- •Глава XIX безгазовые составы
- •Глава XX воспламенительные составы. Газогенераторные составы. Прочие виды составов
- •§ 1. Воспламенительные составы и предъявляемые к ним требования
- •§ 2. Воспламенительные составыдля ракетных двигателей
- •§ 3. Газогенераторные составы
- •Высокоазотные газогенераторные составы по данным [117] в процентах
- •§ 4. Прочие виды составов
- •Глава XXI применение пиротехнических составов в народном хозяйстве
- •§ 1. Составы для получения химикатов
- •§ 2. Использование энергии пиротехнических составов
- •§ 3. Спичечные составы
- •§ 4. Фейерверочные составы
- •Глава XXII основы технологии и оборудование пиротехнического производства
- •§ 1. Подготовка компонентов
- •Техническая характеристика шкафа
- •§ 2. Приготовление составов
- •§ 3.Уплотнение составов
- •§ 4. Снаряжение и сборка изделий
- •Приложения
- •Список литературы
- •Оглавление
§ 3. Факторы, влияющие на чувствительность составов к начальному импульсу
Количество энергии, которое необходимо сообщить системе для возникновения в ней быстрой химической реакции, определяется, с одной стороны, возможяостя.ми ее собственной энергетики, а с другой — внутренним сопротивлением системы.
Влияние энергетики сказывается в способности реакции, начавшейся в малом объеме, к саморазвитию за счет выделяющейся энерпии. Чем эта склонность к саморазвитию будет больше, тем больше будет и вероятность распространения процесса даже при сравнительно слабом начальном импульсе.
Внутреннее сопротивление системы определяется тем количеством энергии, которое необходимо для разрыва связей; эту величину принято называть энергией активации процесса.
Абстрагируясь временно от влияния внешних физических факторов, можно сказать, что чувствительность химической системы определяется прежде всего величиной энергии активации и величиной теплового эффекта реакции. И та и другая величины выражаются в одинаковой размерности — ккал/г-моль (кДж/г-моль).
Однако это, безусловно, справедливое общее положение не дает возможности практически оценить чувствительность даже индивидуальных веществ (ВВ). Тем более затруднительно оценить чувствительность многокомпонентной микрогетерогенной системы — пиротехнического состава 1.
При .рассмотрении возможности возбуждения реакции в пиросоставе прежде всего следует обратить внимание на степень легкости осуществления отдельных процессов: распада окислителя н окисления горючего.
Характеристиками этих более простых (но по существу еще очень сложных) процессов должны были бы опять являться энергия 'активации и теплота реакции.
Однако практически приходится почти всегда ограничиваться рассмотрением температуры разложения окислителя и температуры самовоспламенения иди разложения горючего.
Чем меньше энергии требуется для разложения окислителя и чем ниже температура его разложения, тем при прочих равных условиях (одно и то же горючее) состав будет более чувствителен к начальным импульсам (см. табл. 7.1 и 7.3).
Из сравнения свойств составов с окислителями — КСl)з, КС104 и КNОз — следует, что наибольшей чувствительностью обладают хлоратные составы, так как процесс разложения хлората калия протекает уже при сравнительно низкой температуре ~350° С и в отличие от процессов разложения других окислителей сопровождается выделением ощутимого количества тепла.
Несколько меньшей чувствительностью обладают смеси с перхлоратом калия (реакция его разложения термонейтральна) и значительно меньшей чувствительностью — смеси с нитратом калия (процесс его разложения эндотермичен).
Наиболее трудно и при наиболее высокой температуре распадаются такие оксиды металлов, как, например, оксид железа.
Очевидно, изготовленные с участием F2O3 или Fс204'составы будут иметь наименьшую чувствительность ко всем видам начальных импульсов. Отметим, в частности, что железоалюминие-
' Основными затруднениями при этом являются:
1) то, что реальная энергия активации процесса имеет очень мало общего с энергией активации термического разложения;
2) влияние различных физических факторов, связанное с разной скоростью восприятия энергии, поступающий извне.
вый термит практически не чувствителен к удару и трению, имеет температуру воспламенения около 1300° С и не воспламеняется даже при длительном нагревании его пламенем газовой горелки.
Сложнее обстоит дело при рассмотрении чувствительности составов с одним и тем же окислителем, но с различными горючими.
Малую чувствительность имеют составы с низкокалорийными горючими и окислителями, требующими большого количества тепла на свое разложение. К таким составам относятся, например, двойные смеси нитратов с серой. Малую чувствительность имеют составы, содержащие в себе только очень трудноокисляемые горючие с высокой температурой воспламенения, например графит или кремний.
При рассмотрении чувствительности составов с различными горючими очень .большое значение приобретают физические свойства горючего — температура плавления и кипения, теплопроводность, пластичность, твердость я т. п.
Из двойных смесей следует отметить крайне высокую чувствительность смесей хлората калия с красным фосфором; они взрываются уже при легком растирании их резиновой пробкой или при самом легком ударе.
Весьма чувствительны к удару и трению смеси хлоратов с серой, селеном ;и сульфидами фосфора, мышьяка и сурьмы. Особо высокой чувствительностью к удару и трению обладают смеси хлоратов с роданидами, железо и железистосинеродистыми солями. Значительной чувствительностью к трению обладают смеси хлоратов с различными органическими горючими: углеводами, смолами и т. п.
Чувствительными к трению и очень опасными в обращении являются двойные смеси хлоратов с порошками металлов — магнием или алюминием 1.
Из двойных смесей с нитратами металлов значительную чувствительность к удару и трению имеют, ие считая весьма чувствительных смесей с фосфором, только смеси с порошками высококалорийных металлов — магния, алюминия, циркония и др.
• Чувствительность смесей нитратов с органическими горючими в большинстве .случаев невелика.
Температура самовоспламенения алюминия значительно выше, чем у магния, и потому температура самовоспламенения составов с алюминием значительно выше, чем у магниевых составов; в связи с этим для составов с алюминием применяются воспламенительные составы с более высокой температурой горения.
* Ввиду большой взрывоопасности в некоторых странах запрещено изготовление смеси КСlOз+Al .
От луча огня легко воспламеняются дымдый порох, двойные смеси нитрата калия с древесным углем или идитолом и большинство хлоратных составов.
В спрессованном виде составы обычно менее восприимчивы к лучу огня, чем в виде порошка.
Обычно более чувствительны те составы, в которых компоненты находятся в стехиометряческих соотношениях; составы с большим избытком горючего, как правило, менее чувствительны к начальным импульсам.
В табл. 7.5 приведены данные о чувствительности двойных смесей (КСlOз — молочный сахар), содержащих различное количество горючего.
Таблица 7. 5
Чувствительность двойных смесей КСlO3 — молочный сахар [131]
|
Чувствительность |
| |
Вес. % |
|
|
Воспламеняемость |
молочного сахара |
k трению, минималь- |
к удару в кгс.м |
от бикфордова шнура |
|
ное устие, кгс |
(1 кгс м-9,81 Дж) |
|
10 |
8 |
1,5 |
- |
20 |
4 |
0,5 |
+ |
40 |
8 |
0,75 |
+ |
40 |
12 |
0,75 |
+ |
50 |
24 |
0,75 |
+ |
60 |
36 |
1,0 |
+ |
70 |
Не взрывает при 36 |
2,5 |
— |
80 и 90 |
То же |
2,5 |
- |
Примечания 1 При расчете на полное сгорание до СО2 и Н20 стехиометрическая смесь содержит 27% молочного сахара
2 Температура самовоспламенения всех смесей находится в пределах 199—206° С
Чувствительность реально используемых многокомпонентных составов показана ниже (см. табл. 7.6).
Данные о чувствительности к механическим импульсам, приведенные в табл. 7.5 и 7.6, получены на немецких приборах и потому не сравнимы с ранее приведенными данными в табл. 7.3 и 7.4.
Как видно из табл. 7.6, наибольшую чувствительность ко всем видам импульсов, имеют хлоратные составы: самыми опасными из них являются свистящие составы с галловой кислотой.
Весьма чувствительны перхлоратные (с КС104) фотосмеси.
Значительно менее чувствительны нитратные составы; введение серы в двойные смеси Ва(NОз)2+А1 несколько повышает их чувствительность. Мало чувствительны ко всем видам начальных импульсов дымовые смеси на основе окислителя гексахлорэтана — С2С16.
Таблица 76
Чувствительность к тепловым и механическим импульсам.
|
|
|
Чувствительность | ||
|
Темпера |
Воспламе |
|
| |
Тип и рецепт состава % |
тура вспышки, |
няемость от бикфор |
к трению, минималь |
к yдapy КГС.М | |
|
°С |
дова шнура |
ное усичие |
(1 ьгс.м— | |
|
|
|
КГС |
-9,81 Дж) | |
|
Свистящие: |
|
|
|
|
Х |
КСlOз 67—76 Галловая кислота 19—25 Флегматизатор 0—5 |
216-236 |
+ |
1-2 |
0,2 |
лор |
Зеленого огня |
|
|
|
|
атные |
Ва(С10з)2 75—78 Органические вещества 22—25 |
256-253 |
+ |
2-6 |
|
|
Красного огня |
|
|
|
|
|
КСlOз 55—58 SrC204 или SгСОз 19—28 Органические вещества 17-23 |
230-318 |
+ |
4-8 |
0,2—0,4 |
Перхлор |
Фотосмеси |
|
|
|
|
атные |
КС104 70—80 Al -20-30 |
360 |
+ |
6-12 |
0,5-0,4 |
Cмеша- |
Бенгальских огней |
|
|
|
|
ные |
Ва(NОз)2 или Sг(NОз)2 73-79 KClO3 8-13 Органические вещества 13-17 |
330-318 |
+ |
36 |
1,5-2,5 |
Нит |
Осветительные: |
|
|
|
|
ра |
Ва(NОз)2 64—66 Al 20-25 Сера 9—16 |
239-345 |
+ |
16 |
0,6-0,8 |
т |
Осветительный: |
|
|
|
|
ны |
NaN03—64 Mg—40 Воск—6 |
360 |
+ |
36 |
1 |
е |
Ва(NОз)2—50 А1 (пудра и порошок) — 50 |
360 |
+ |
36 |
|
Нитрат- |
Черный порох: |
|
|
|
|
ные |
KNOs—75, S—10 древесный уголь—15 |
304 |
+ |
36 |
1 |
Окисли- |
Составы маскирующих ды |
|
|
|
|
тель C2Cl6 |
C2Cl6 -84-86 Al -8-14 Mg -0-8 |
353-360 |
- |
36 |
1,5-2,5 |
Из факторов физического порядка следует отметить влияние измельчения компонентов: более тонкое измельчение должно способствовать более тесному их соприкосновению, а следовательно, и облегчать условия возникновения горения.
Действительно, чувствительность составов к лучу огня повышается при уменьшении размера частиц компонентов; меньшее влияние степень измельчения оказывает н.а температуру самовоспламенения 1 и чувствительность к удару многих составов. Влияние измельчения компонентов на чувствительность составов к трению мало изучено; известно, что в отдельных случаях наличие крупных зерен твердого окислителя несколько увеличивает чувствительность составов к трению.
Увеличение плотности состава понижает его чувствительность к начальным импульса.м (кроме температуры самовоспламенения), так как в этом случае то же количество энергии приходится на большее количество (большую массу) состава и эффективность воздействия на отдельные частицы состава оказывается меньшей.
С повышением начальной температуры чувствительность составов к механическим воздействиям и к лучу огня увеличивается, поэтому при сушке составов должны быть приняты соответствующие меры предосторожности.
Добавление к составам флегматизаторов — пластических веществ, например парафина, вазелина, стеарина, различных масел — уменьшает их чувствительность к трению и к лучу огня.
Чувствительность к трению уменьшается при этом вследствие распределения усилия трения по большей массе состава.
Чувствительность к лучу огня понижается вследствие того, что флегм атизатор покрывает пленкой отдельные частицы состава и тем самым затрудняет проникновение к ним тепла; сам флегматизатор обычно представляет собой малоактивное трудновоспламеняющееся вещество.
На чувствительность к удару введение флегматизаторов — органических веществ — оказывает в некоторых случаях обратное влияние при введении в составы, содержащие порошки металлов, парафина или сходных с ним веществ чувствительность к удару увеличивается; это наблюдается в смеси хлората калия с магнием или в случае фотосмесей.
Безусловными флегматизаторами, снижающими чувствительность составов ко всем видам начального импульса, если они введены в состав в большом количестве, являются инертные ве-
* В тех случаях, когда размеры частиц горючего очень малы (порядка 1 мкм и меньше), происходит очень большое увеличение поверхности вещества и значительное снижение температуры самовоспламенения горючего. Так, например, сублимированный магний, осевший на стенках сосуда в виде мельчайших кристаллов, самовоспламеняется при соприкосновении с воздухом уже при комнатной температуре.
щества, не принимающие активного участия в процессе горения. К таким веществам следует отнести оксид и фторид магния, фторид бария и др., а при отсутствии в составах порошков металлов также карбонаты, оксалаты и т. п.
Так, например, в составе красного огня, содержащего КСlOз+SгСО3+идитол, роль флегматязатора играет карбонат стронция; идитол же назвать флегматизатором здесь нельзя, так как он в данном случае является основным горючим и принимает активное участие в процессе горения.
Примеси песка, стекла и других твердых веществ значительно повышают чувствительность составов к механическим воздействиям и делают их очень опасными в обращении. В некоторых случаях увеличение чувствительности к удару и трению происходит и при введении в составы твердых порошков металлов (например, ферросилиция) или твердых кристаллов некоторых окислителей.
При добавлении к составу очень твердого вещества механические усилия (удар, трение) концентрируются на этих частицах. Эта местная концентрация энергии приводит к увеличению чувствительности состава.
Имеющиеся в литературе сведения о чувствительности пиротехнических составов в большинстве случаев скудны и разбросаны в различных периодических изданиях.
Из сообщений такого рода следует отметить статьи [131], [144]. Эллерн [118], отмечая особую опасность хлоратных смесей, указывает также на большую чувствительность смесей с окислителями NH4C104 и перхлоратами щелочных металлов. Чувствительны также составы с диоксидом свинца PbO2 или суриком РbзО4.
В [23] указывается на возможность инициирования статическим электричеством тонкодисперсных (единицы мкм) порошков металлов, в особенности порошка циркония.