Пиротехнические составы (ПС). Компоненты ПС, их назначение. Области применения ПС

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство науки и высшего образования

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Кафедра: «Технология твердых химических веществ»

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Переработка энергонасыщенных материалов и изделий»

На тему:

Пиротехнические составы (ПС). Компоненты ПС, их назначение. Области применения ПС

Выполнила: Корнилова О.А.

Студентка группы 1191-71

Проверил: доцент,

к.т.н. Иванов Н.Б.

Казань, 2022



Содержание

Введение

1. Классификация пиротехнических составов

1.1 Осветительные пиротехнические составы

1.2 Сигнальные пиротехнические составы

1.3 Трассирующие пиротехнические составы

1.4 Зажигательные пиротехнические составы

1.5 Дымовые пиротехнические составы

2. Компоненты пиротехнических составов

2.1 Окислители

2.2 Горючее

2.3 Цементаторы

2.4 Флегматизаторы

3. Области применения пиротехнических составов

Заключение

Список литературы



Введение

Многочисленные и весьма разнообразные пиротехнические средства находят широкое применение в военном деле и в различных отраслях народного хозяйства.

Слово "пиротехника" произошло от греческих слов: "пир" - огонь и "техне" - искусство, уменье.

Пиротехника - это наука о свойствах пиротехнических (огневых) составов и изделий из них и способах их изготовления.

Развитие химии и физики горения обеспечивает возможность создания новых видов пиротехнических составов.

В настоящее время в этой области накоплен значительный опыт.

Целью данной работы является изучение теоретических основ пиротехники.

Задачи:

Рассмотреть классификацию пиротехнических составов;

Изучить компоненты пиротехнических составов;

Анализ применения пиротехнических составов.



1. Классификация пиротехнических составов

Пиротехнические составы можно разделить на 2 группы

По назначению:

- фотоосветительные;

- осветительные;

- трассирующие;

- сигнальные;

- дымовые;

- зажигательные;

- инфракрасного излучения;

- ночных сигнальных огней;

- цветных сигнальных дымов;

- маскирующих дымов;

- твёрдое пиротехническое топливо;

- безпазовые (для замедлителей);

- газогенерирующие;

- воспламенительные, содержащиеся в небольшом количестве во всех пиротехнических средствах;

- прочие: имитационные, свистящие и др.

Многие составы применяются в самых различных видах средств; так, например, осветительные составы часто используют в трассирующих средствах; составы маскирующих дымов могут быть использованы и в учебно-имитационных средствах.

По применению:

- авиационные;

- ближнего действия;

- артиллерийские;

- стрелковые;

- дневного и ночного действия;

- наземного действия;

- накольные;

- взрывпакеты;

- патроны;

- шашки.

1.1 Осветительные пиротехнические составы

Данный вид пиротехнических составов используют для освещения местности. Основная характеристика осветительных пиротехнических составов - сила света.

В боеприпасе осветительный состав обычно размещается в специальном стакане - звездка. В определенной точке траектории осветительный состав воспламеняется и стакан с парашютом выбрасывается из снаряда. Горящая звездка медленно снижается на парашюте, освещая участок местности.

1.2 Сигнальные пиротехнические составы

Предназначены для сигнализации. Бывают двух видов: ночного действия и дневного действия.

Сигнальные пиротехнические составы ночного действия имеют яркое цветное пламя. По использованию окислителя делятся на хлоратные и нитрантные.

Сигнальные пиротехнические составы дневного действия при горении дают облако ярко цветного дыма. Получается он возгонкой органического окислителя путем нагревания.

Пламя дополнительных цветов может быть получено сложением излучения несколько типов молекул.



1.3 Трассирующие пиротехнические составы

Предназначены для обозначения траекторий и трасс, а также корректировки стрельбы по воздушным целям.

Устройство, которое снаряжается трассирующими составами, называются трассирами.

1.4 Зажигательные пиротехнические составы

Зажигательные пиротехнические составы применяются для зажжения для вызова пожара на территории противника.

Различают 4 группы зажигательных пиротехнических составов:

1) Зажигательные составы на основе металлических горючих и окислителя - температура горения высокая.

2) Зажигательные составы на основе металлического горючего, который сгорает за счет кислорода воздуха.

3) Зажигательные составы на основе жидких органических горючих, сгорающих за счет кислорода воздуха.

4) Самовоспламеняющиеся зажигательные вещества.

1.5 Дымовые (маскирующие) составы

Предназначены для маскировки объектов в ходе боя, постановки дымовых завес и ослепления противника.

Дым образуется в результате химической реакции и возгонки веществ , которые способны к дымообразованию.

Одним из таких веществ является белый фосфор. Данное вещество нашло наибольшее применение в дымовых боеприпасах.

Механизм данной реакции следующий:

Химическое соединение белый фосфор вступает в реакцию с кислородом воздуха в результате чего происходит горение с образованием фосфорного ангидрида. Затем фосфорный ангидрид взаимодействует с парами воды и образуются кислоты:

Метафосфорная, фосфорная с последующим поглощением кислотами влаги с образованием тумана.

Для оценки эффективности дымных пиротехнических составов используется два критерия:

· дымообразующая способность - количество дыма, получаемого из 1 килограмма дымообразующего вещества в данных условиях;

· маскирующий вес - количество дымообразующего вещества, способного замаскировать 1 квадратный метр площади.



2. Компоненты пиротехнических составов

В основном пиротехнические составы состоят из окислителя, горючего и добавок (в случае необходимости), которые могут снизить чувствительность или повысить плотность.

сигнальный зажигательный дымовой пиротехнический состав

2.1 Окислители

Смесь горючего с окислителем является основой всякого пиротехнического состава.

Сгорание горючих веществ на воздухе протекает обычно медленнее, чем сгорание их за счет кислорода окислителя, и поэтому смеси, не содержащие в себе окислителя, используются пиротехниками реже, чем составы с окислителями.

Кроме кислородных соединений, в качестве окислителей используются иногда и вещества, не содержащие в себе кислорода.

Окислителями могут быть и простые вещества - неметаллы, находящиеся при обычных условиях в твердом состоянии. Так, в форме горения могут протекать реакции соединения между высококалорийными металлами (Mg, Al, Zr и др.) и такими неметаллами, как сера, фосфор, а также азот, углерод и бор. Однако использование реакций такого типа пока ограничено. В некоторых многокомпонентных осветительных и зажигательных составах используется реакция

2Al+3S = Al2S3+140 ккал (582 кДж),

что соответствует выделению 0,9 ккал (3,75 кДж) на 1 г смеси.

Из сложных веществ в качестве окислителей могут быть использованы только те, для разложения которых с выделением кислорода, галогенов или серы требуется значительно меньше тепла, чем то, которое выделяет при своем окислении горючее. Наибольшее выделение тепла, не считая кислорода, наблюдается при соединении металлов с фтором или хлором. Сравнительно малопрочные химические связи галогены имеют в соединениях с углеродом. Известны смеси с бескислородным балансом, окислителями в которых являются хлорорганические или фторорганические соединения.

В дымовых составах используются смеси с окислителем гексахлорэтаном. Реакция горения в таких смесях протекает по уравнению

3Mg+C2Cl6 = 2C+3MgCl2

Такие металлы, как магний или алюминий, при соединении с фтором выделяют больше тепла, чем при соединении с кислородом.

Способной к горению является смесь магния с политетрафторэтиленом (тефлоном):

(C2F4) n + 2nMg = 2nС + 2nMgF2.

Найденная расчетным путем теплота горения составляет около 2,3 ккал (9,6 кДж) на 1 г смеси. В специальных пиротехнических смесях окислителями могут служить галогениды, а также сульфиды и нитриды малоактивных металлов (меди, свинца и др.). Соединение магния или алюминия с азотом протекает с выделением ощутимого количества тепла

3Mg+N2 = Mg3N2+115 ккал (482кДж),

что соответствует 1,14 ккал (4,76 кДж) на 1 г смеси реагирующих веществ. Поэтому весьма возможно, что способными к горению окажутся смеси Mg или А1 с некоторыми богатыми азотом органическими соединениями (например, гуанидином CN3H5). Также, очевидно, будут способны к горению и смеси Mg или А1 с комбинированным серноазотным балансом, например смесь с тиомочевиной:

(NH2)2C = S+4Mg=Mg3N2+MgS+2H2.

К окислителям предъявляются следующие требования:

1. Максимальное содержание основного вещества (обычно не менее 98-99%).

2. Минимальное содержание влаги (не более 0,1-0,2%).

3. Минимальное содержание примесей гигроскопичных солей и солей тяжелых металлов.

4. Реакция водных растворов солей должна быть нейтральной.

5. Отсутствие горючих примесей и примесей твердых веществ (лесок, стекло и др.), повышающих чувствительность состава к механическим воздействиям.

6. Отсутствие примесей, понижающих химическую стойкость или ухудшающих специальный эффект состава.

Окислитель должен быть твердым веществом с температурой плавления не ниже 50-60°С и обладать следующими свойствами:

1) содержать максимальное количество кислорода;

2) легко отдавать кислород при горении состава;

3) быть устойчивым в интервале от -60 до +60 C и не разлагаться от действия воды;

4) быть по возможности малогигроскопичным;

5) не оказывать токсического действия на человеческий организм.

2.2 Горючее

При выборе горючего необходимо учитывать все требования, предъявляемые к составу. Наилучший специальный эффект в зажигательных, осветительных и трассирующих составах достигается при высокой температуре их горения; в этом случае необходимо применять высококалорийные горючие. В твердом пиротехническом топливе также должны использоваться высококалорийные горючие. Для дымовых составов высокая температуру горения в большинстве случаев нежелательна; часто для их изготовления или выбирают горючее со средней калорийностью или осуществляют неполное сгорание горючего (например, сгорание углерода в СО). Большое значение при выборе горючего имеют также физико-химические свойства продуктов его окисления, в первую очередь их агрегатное состояние при комнатной температуре и при температуре горения состава. Для осветительных составов важно соблюдать некоторое оптимальное соотношение между количеством газообразных продуктов, которые сильно влияют на размеры пламени (следовательно, и на силу света), и концентрацией в пламени твердых и жидких частиц излучателей. Как избыток, так и недостаток газообразных продуктов вызывают снижение силы света. В продуктах горения твердого пиротехнического топлива и газогенераторных составов должно содержаться максимальное количество газов и по возможности меньшее количество твердых веществ.

В дымовых составах количество газов, образующихся при горении, должно быть весьма значительным, потому что они выталкивают в атмосферу лары дымообразующих веществ.

Количество газов, образующихся при горении безгазовых составов, как следует из самого их названия, должно быть минимальным.

Таким образом, применяемые в составах горючие должны удовлетворять следующим требованиям:

1) иметь теплоту горения, обеспечивающую наилучший специальный эффект состава;

2) достаточно легко окисляться за счет кислорода окислителя или за счет кислорода воздуха;

3) давать при сгорании продукты, обеспечивающие получение наилучшего специального эффекта;

4) требовать для своего сгорания минимальное количество кислорода;

5) быть химически и физически стойкими при температуре от -60 до +60° С, быть по возможности устойчивыми к действию слабых растворов кислот и щелочей;

6) быть негигроскопичными (мало гигроскопичными);

7) легко измельчаться;

8) не оказывать токсического действия на человеческий организм.

Применяемые горючие можно разделить на следующие категории.

Неорганические горючие

1. Высококалорийные металлы: магний, алюминий, их сплавы; значительно реже используются цирконий, его сплавы и титан.

2. Металлы средней калорийности: цинк, железо, марганец, вольфрам, сурьма.

3. Неметаллы: фосфор, углерод (в виде сажи или древесного угля), сера, реже бор.

4. Неорганические соединения:

а) гидриды - бороводороды B10H14и их производные;

б) сульфиды - фосфора (Р4Sз), сурьмы (Sb2Sз) и др.;

в) прочие неорганические соединения - карбиды, силициды, фосфиды металлов.

Органические горючие

1. Индивидуальные углеводороды: бензол, толуол, нафталин и др.

2. Смеси углеводородов алифатического и карбоциклического ряда - бензин, керосин, нефть, мазут, парафин и др.

3. Углеводы: крахмал, сахара (молочный, свекловичный), древесные опилки.

4. Органические вещества других классов: стеарин, уротропин, дициандиам, тиомочевина и др.



2.3 Цементаторы

Цементаторы связывают и скрепляют все компоненты пиротехнических составов.

Примерами таких веществ являются: смолы, масла , крахмал и т.д.

2.4 Флегматизаторы

Флегамтизаторами называют вещество, жидкое, твердое или порошкообразное, применяемое в качестве примеси к взрывчатому веществу для снижения чувствительности к механическим воздействиям, а также снижают скорость горения.

Чаще всего в качестве флегматизатора используют нефтепродукты с температурой плавления + 50… + 80°С (парафины, стеарин, церезин, петролатум и другие), синтетические полимеры или их смеси. Часто в состав флегматизатора вводят краситель, что придает окраску зарядам.

Флегматизаторы представляют собой листы бумаги, пропитанные специальным составом. Эти листы свертываются в трубку и помещают в гильзу между стенками ее и картузом заряда по всей длине.



3. Области применения пиротехнических составов

Пиротехнические составы являются одним из эффективных средств воздействия на атмосферные процессы: с их помощью ведется борьба с градом путем введения в переохлажденные облака аэрозолей веществ, выступающих в роли центров кристаллизации; с помощью аэрозолей, создаваемых при сгорании пиротехнических составов, производится также искусственное вызывание осадков при тушении лесных пожаров, очистка («раскрытие») аэродромов от туманов и низкой облачности. Суть активного воздействия на атмосферные явления заключается во введении в облако веществ, которые вызывают или образование мелких кристаллов льда вместо крупных градин, образующихся при естественной кристаллизации воды, или в коагуляции переохлажденных капелек тумана или облака в дождевые капли.

Основная роль пиросостава при борьбе с градом - образовать аэрозоль в районе опасного по граду облака. Для доставки активного реагента к облаку используются артиллерийские снаряды и ракеты. При стрельбе из артиллерийского оружия распыление активного льдообразующего вещества производится за счет взрыва заряда ВВ. Этот метод имеет существенные недостатки: точечный засев облака, при котором значительные зоны остаются вне действия льдообразующего вещества, и плохое диспергирование активного вещества при взрыве.

Ракеты «Алазань» имеют радиус действия 4-8 км, запуск производится с 12-стволшой установки. Ракеты серии «Кристалл» обладают в 1,3-1,5 раза увеличенным по сравнению с «Казанью» радиусом эффективного действия, в 2 раза большей длиной эффективного по засеву участка трассы и в 15 раз превосходящей выход активных ядер кристаллизации.

Весьма перспективной областью применения пиротехнических изделий является вторжение, казалось бы, в совершенно не подвластную человеку область - сферу искусственного регулирования осадков! Уже сегодня при систематическом воздействии на облака удается увеличить примерно на 20% объем выпадающих осадков в год, что дает ощутимую прибавку водных ресурсов рек и озер, позволяющую расходовать большее количество воды на нужды народного хозяйства. Искусственные дожди облегчают борьбу с лесными пожарами. Наиболее эффективным методом воздействия на облака с целью вызова осадков является применение пиропатронов выстреливаемых с самолета или наземных пусковых установок.

Принцип генерации аэрозолей с помощью пиротехнических составов нашел также широкое применение при борьбе с вредителями сельского хозяйства.

Нельзя обойти еще одну область применения пиротехнических изделий. Это область праздничных украшений фейерверками, огненными фонтанами и другими пироэффектами.

Пиротехнические составы, используемые для снаряжения праздничных и увеселительных средств, аналогичны сигнальным составам, применяемым в сигнальных пиротехнических боеприпасах. Введением в их состав специальных добавок достигаются необходимые скорости и режимы горения, различные оттенки цвета пламени, искрообразования и т.д.

Прочное место в различных народнохозяйственных работах завоевали методы термитной сварки металлов с помощью пиросоставов. С помощью термитных составов свариваются трамвайные рельсы, привариваются различные детали, провода заземления к железнодо­рожным рельсам и т.д. Пиротехнические составы нашли применение при штамповке тонких листовых материалов из титана, молибдена, вольфрама.



Заключение

Проведен анализ литературных источников

1. Пиротехнические средства находят широкое применение в военном деле и в различных отраслях народного хозяйства. Пиротехнические составы классифицируются по характеру процессов, протекающих при их горении: пламенные составы, тепловые составы, дымовые составы, вещества и смеси, сгорающие за счет кислорода воздуха.

2. В форме горения могут протекать высокоэкзотермические химические реакции. Горение пиротехнического состава - это окислительно-восстановительная реакция, в которой окисление горючих идет одновременно с восстановлением окислителей. Различают несколько видов горения: горение твердого или жидкого топлива за счет кислорода воздуха - это гетерогенное горение; горение взрывчатых газовых (или жидких) смесей или индивидуальных взрывчатых веществ -- это горение гомогенное.

3. Сигнальные огни могут быть разных цветов: желтый, красный, зеленый, белый и синий. Например, желтая окраска пламени, получающаяся при сгорании на воздухе высокоуглеродистых органических веществ, объясняется наличием в пламени несгоревших частиц углерода.

4. К основным физико-химическим свойствам пиротехнического состава относятся: чувствительность, стойкость, гигроскопичность, взрывчатые свойства и горение состава.



Список литературы

1. «Взрывчатые вещества и пороха». А.Н. Каляженков, Д.П. Мальгин.

2. Андреев, К.К., Беляев, А.Ф. Теория взрывчатых веществ - M.: Оборонгиз, 1960.

3. Шидловский А.А. Основы пиротехники 4-е изд. 1973

4. «Гражданская пиротехника» И.А. Абдуллин, М.С. Резников, А.И. Сидоров, Н.Е. Тимофеев, В.Н. Лепин, А.Ш. Мингазов.

Размещено на allbest.ru