Ведение в пиротехнику (Ю.О. Ладягин) / 22 / pir-22

СОСТАВЫ СИГНАЛЬНЫХ (ЦВЕТНЫХ) ОГНЕЙ СОСТАВЫ СИГНАЛЬНЫХ (ЦВЕТНЫХ) ОГНЕЙ

Составы сигнальных огней предназначены для подачи сигналов днем или ночью. Наиболее употребительной сигнализацией при помощи огневых пиротехнических средств является трехцветная сигнализация с применением красного, желтого и зеленого огней. Желтый при необходимости заменяется белым огнем. Применение синих огней в большинстве случаев нецелесообразно, так как на большом расстоянии его цвет трудно отличим от белого цвета.

Составы сигнальных огней должны удовлетворять требованиям общим для всех видов пиротехнических составов и, кроме того, следующим специальным требованиям:

1. Пламя, получающееся при сгорании составов сигнальных огней, должно иметь достаточно характерную окраску, дающую возможность четко различать цвета сигналов. При количественной оценке цвета пламени указывается, что «чистота» цвета (отношение интенсивности монохроматического излучения пламени к интенсивности всего видимого излучения, выраженное в %) должна быть не менее 70…75%.

2. Количество световой энергии, выделяющейся при сгорании составов, должно быть максимальным, а удельная светосумма составов должна выражаться величиной, не меньшей чем несколько тысяч св-с/г. Сила света сигнальных звездок, для обеспечения их четкого наблюдения в ночных условиях, должна быть не меньшей, чем несколько тысяч свечей. Например, для наблюдения сигнала зеленого огня в ночных условиях на расстоянии 10км, сила его света по расчетам должна составлять 1120 свечей.

3. Горение составов должно протекать с определенной скоростью, составляющей единицы миллиметров в секунду. Обычно сигнальные звездки горят со скоростью 3…6мм/сек.

Характер излучения пламени

Пламя, имеющее малую чистоту цвета, не может при наблюдении на глаз иметь резко выраженный оттенок, так как обычный белый цвет может быть получен смешением 1/3 красного, 1/3 зеленого и 1/3 синего.

Для получения цветного пламени на основе атомарного излучения используют элементы, имеющие яркие спектральные линии только в какой-либо одной части спектра. В первую очередь к таким элементам относятся натрий, литий, таллий и индий. Они имеют характерные яркие линии: натрий — желтые 589 и 589,6ммк, литий — красную 671ммк и оранжевую 610ммк, таллий — зеленую 535ммк, индий — синюю 451ммк. Соли этих металлов при температурах 1000°С и выше легко диссоциируют, в результате чего в пламени появляется линейчатый спектр паров металлов.

Атомарное излучение паров натрия широко используется в составах желтого огня. Литий, таллий и индий в сигнальных огнях не используют вследствие дороговизны соединений этих металлов. Для получения цветного пламени также используются излучение монохлоридов металлов, которые образуются в результате термической диссоциации соответствующих хлоридов. Для получения зеленого огня используют хлористые соединения бария, красного огня — хлористые соединения стронция, синего огня — хлористые соединения меди. Во многих случаях в составы цветных огней нецелесообразно вводить хлориды соответствующих окрашивающих металлов, так как хлориды являются инертными веществами не участвующими в процессе горения. Для сохранения энергетических характеристик составов окрашивающие металлы выгодно вводить в них либо в виде нитратов, либо в виде хлоратов и перхлоратов. Однако, при введении в составы окрашивающих металлов в виде нитратов необходимо вводить также вещества, образующие при температуре реакции горения хлористые соединения с металлом. Такими соединениями чаще всего случают либо хлораты или перхлораты калия, содержащие в своем составе хлор, либо хлорорганические соединения, например, поливинилхлорид, гексахлорбензол и другие. Как хлораты и перхлораты, так и хлорорганические вещества, содержащие не менее 50% хлора, являются активными окислителями, реагирующими с содержащимся в составе цветных огней магнием, что улучшает энергетические показатели составов. Для получения лучшей чистоты цвета выгодно использовать окрашивающие металлы сразу в виде хлорных соединений-окислителей, например, хлората бария или хлората стронция. Однако, зеленые составы на основе хлората бария высокочувствительны и взрывчаты, красные составы на хлорате стронция также взрывчаты и сильно гигроскопичны. Применение перхлоратов указанных металлов также не представляется возможным из-за ряда их отрицательных свойств. Монохлорид стронция показывает характерные дублетные линии, относительная интенсивность Е этих полос в зависимости от длинны волны линии приведена ниже.

Спектр испускания монохлорида бария состоит из многочисленных полос в зеленой части спектра. Свечение атомарного стронция и бария не могут быть использованы, так как атомы этих элементов дают излучение в частях спектра, не совпадающих ни с красной ни с зеленой областями спектра.

Принципы построения составов сигнальных огней

1. Теплота горения составов сигнальных огней должна быть не меньше 0,8ккал/г, для того чтобы количество выделяющейся тепловой энергии было достаточно для возбуждения или ионизации находящихся в пламени в парообразном состоянии атомов или молекул.

2. При использовании молекулярного излучения температура пламени составов не должна превышать пределов значительной степени диссоциации молекул излучателей. Так, например, температура пламени составов зеленого огня не должна превышать 2000°С.

3. В пламени должно быть небольшое количество твердых продуктов реакции. Введение в составы сигнальных огней большого количества (больше 15…20%) порошков магния или алюминия, дающих при сгорании труднолетучие окиси, сильно увеличивает яркость пламени, но вместе с тем понижает чистоту его цвета.

4. Компоненты состава должны быть подобраны так, чтобы излучение в других частях спектра (кроме необходимых) было минимальным.

5. Получающиеся при горении составов элементы или соединения, окрашивающие пламя, должны быть легколетучими и уже при температуре 1000…1200°С полностью переходить в парообразное состояние. Обычно в качестве окрашивающих соединений применяют легколетучие хлориды щелочноземельных металлов.

Составы сигнальных огней содержат следующие компоненты:

1 Окислители.

2 Органические горючие-цементаторы.

3 Соли, окрашивающие пламя. Часто применяют так же вещества улучшающие окраску пламени — хлорорганические соединения

4. Порошки магния или алюминия, придающие пламени яркость.

Окислители, используемые в сигнальных огнях, должны быть солями того металла, соединение которого обеспечивают требуемую окраску пламени. В составах желтых огней — соли натрия, в красных — соли стронция и так далее. Если по причине гигроскопичности или взрывчатых свойств таких солей невозможно их использование, применяют соли калия (обычно хлорат), которые создают минимальное излучение в пламени не слишком сильно ухудшающее его цвет.

Органические вещества, используемые в качестве горючего-цементатора, не должны при горении портить окраску пламени. Идеальным связующим в составах сигнальных огней являлись бы вещества, дающие бесцветное пламя. Таким свойством обладают органические вещества, содержащие в своем составе не менее 50% кислорода, а также сера. Существуют вещества горящие на воздухе бесцветным пламенем, но не содержащие кислород, например, гексаметилентетрамин (уротропин), однако он не обладает цементирующими свойствами. В качестве горючего может применяться и метальдегид, горящий бесцветным пламенем.

Поливинилхлорид и гексахлорбензол часто применялись в сигнальных составах красного и зеленого огня во второй мировой войне.

Составы желтого огня

Рецепты составов желтого огня:

1.

2.Состав с большой яркостью пламени.

3.Германский состав времен II Мировой войны. Звезда диаметром 22мм, дает силу света 11000 св.

4. Американский состав.

5. Румынский состав.

6. Старинный рецепт.

Составы красного огня

Таблица 31. Рецепты составов красного огня

Компоненты

Содержание компонентов [%]

1

2

3

4

5

6

7

8

Хлорат калия

60

57

60

—

25

—

—

—

Нитрат стронция

—

—

—

30

66

57

52

55

Карбонат стронция

25

25

—

—

—

—

—

—

Оксалат стронция

—

—

25

—

—

—

—

—

Магний

—

—

—

40

—

23

20

30

Идитол

15

—

15

5

—

---

—

—

Шеллак

—

18

—

—

9

—

—

—

Поливинилхлорид

—

—

—

—

—

20

15

15

Гексахлорбензол

—

—

—

5

—

—

—

—

Моностирол

—

—

—

—

—

—

13

—

Перхлорат калия

—

—

—