- Состав фейерверков
В основе действия пиротехнических составов лежит горение горючих веществ в кислороде окислителя. С целью повышения яркости пламени в ряде составов (осветительных и др.) используют горючие металлы. Для окрашивания пламени в необходимый цвет используются цветопламенные добавки.
Чтобы получить цветной дым, используют возгоняющиеся органические и дымообразующие вещества. Сцепление частиц состава производится введением цементаторов. Замедление горения и уменьшение чувствительности состава производится флегматизаторами
(обратное действие производится антифлегматизаторами и ускорителями горения). Введение цементаторов и флегматизаторов в состав проходит с применением растворителей. Чтобы исключить искрение состава с металлами используются особые добавки.
Для того, чтобы увеличить химическую стойкость ряда составов используют стабилизаторы. Для воспламенения составов используют воспламенительные средства. При сборке пиротехнических средств необходимы оболочки, сделанные из вспомогательных материалов. Некоторые такие материалы могут выполнять сразу несколько задач.
Горючие вещества. Горение в различных пиротехнических составах должно иметь различный пиротехнических эффект, поэтому число применяемых в пиротехнике горючих веществ довольно значительно. Для разных пиротехнических составов требуются различные горючие вещества. Так, к примеру, для осветительных, трассирующих и некоторых сигнальных огневых составов нужны вещества, дающие при горении большое количество световой энергии; для зажигательных составов – вещества, выделяющие большое количество тепла; для дымовых- вещества с относительно небольшой температурой и образующие много пара; для цветных огней – вещества с содержанием хлора, усиливающие окрас пламени. Наиболее применимые оказались такие горючие вещества, как алюминий, магний и их сплавы, немногим меньше такие вещества, как фосфор, сера, уголь, нафталин, антрацен, крахмал и сахар. Есть требования, предъявляемые при выборе горючих веществ, в отношении скорости горения, негигроскопичности, малой чувствительности вещества в составах и образования при горении большого количества газов и тугоплавких веществ, дающих сильный свет (для огневых составов).
Окислители. Действие пиротехнических составов основано на реакции горения горючих веществ с помощью вещества, богатого кислородом и легко его отдающего – кислорода-окислителя. В пиротехнике используются нитраты бария, калия, стронция, свинца, аммония и т. Д.; хлораты калия и бария, перхлорат калия; окислы металлов – двуокиси бария, свинца, марганца, окислы железа; другие окислители, такие как перманганат, хромат и бихромат калия. Важно, чтобы окислитель имел наибольшее количество активного кислорода на грамм окислителя. При горении с этим окислителем составов белого огня наибольшее количество энергии должно излучаться в видимой части спектра (это относится и к горючему металлу состава). При горении составов цветных огней с этим окислителем не должно быть побочного излучения какого-то иного цвета. Излучение должно находиться в невидимой глазом части спектра или должно соответствовать необходимому цвету. Окислитель должен иметь необходимую для условий применения температуру разложения. Он должен иметь высокую стойкость и малую чувствительность к механическим воздействиям и быть негигроскопичным. Также он должен быть обеспечен отечественной сырьевой и производственной базой и иметь невысокую стоимость. В пиротехнике наиболее употребительными являются нитрат бария (более всего удовлетворяет требованиям для составов осветительных и белого огня), нитраты калия и металла (для составов цветных огней) и хлорат калия (для дымовых составов).
Цементаторы – органические вещества, применяемые для цементации пиротехнических составов. При этом цементирующими свойствами обладают далеко не все органические вещества, а лишь их часть, среди которых смолы, высыхающие масла, клеи и т.д. Цементатор, как органическое вещество, является одновременно и горючим веществом, поэтому он должен всегда учитываться при расчёте реакций горения пиротехнических составов.
Ряд цементаторов является часто и флегматизаторами (замедлителями горения). Роль флегматизаторов играют, например, канифоль, резинат кальция и другие цементаторы. В целом, все цементаторы в той или иной степени замедляют горение составов. К цементаторам, применяемым в пиротехнике, предъявляются требования, такие как значительная механическая прочность цементированного изделия, малый процент цементатора, необходимый для получения прочного изделия, отсутствие способности вызывать коррозию металлов и химическая стойкость цементатора, минимальное влияние на увеличение искрения, минимальное влияние на снижение силы света объекта, достаточно высокая температура плавления (не ниже 80-100 °С), хорошая растворимость в обычных растворителях, допускающая изготовление высокопроцентных лаков, должен обеспечить равномерность горения объектов.
В пиротехнике в качестве цементаторов применяются следующие вещества:
- смолы - шеллак, бакелиты, идитол, лаккаин, акароидная смола, кумароновые смолы, канифоль, резинат кальция, битумы и т. д.; высыхающие масла - олифы и др.;
- клеи - гуммиарабик (аравийская камедь), вишнёвый клей, декстрин и др.
Цементаторами помимо вышеупомянутых являются некоторые хлорпроизводные. Это очень выгодно для разработки некоторых эффективных составов. Такие вещества являются одновременно носителями хлора и цементаторами.
Флегматизаторы. Пиротехнические составы должны иметь определённое время горения и малую чувствительность к механическим импульсам. Для придания этих свойств в составы иногда вводятся добавки, снижающие скорость горения и чувствительность состава, они и называются флегматизаторами. Флегматизаторами представляют собой «жирные» вещества, способные обволакивать частицы пиротехнического состава плёнкой, уменьшающей скорость передачи энергии от частицы к частице и, следовательно, снижающей скорость горения и чувствительность состава. Применяются флегматизаторы следующих видов:
- углеводороды жирного ряда — парафин, вазелин, церезин и др.;
- масла: касторовое и др.;
- другие флегматизаторы — стеарин (смесь жирных кислот), воск (имеет жирные кислоты) и т. д.
Все эти вещества являются горючими органическими веществами, а поэтому их необходимо учитывать при расчетах реакции горения пиротехнических составов.
В пиротехнике к флегматизаторам предъявляются следующие требования:
1) малый необходимый процент флегматизатора для получения необходимых скоростей горения и чувствительности состава;.
2) химическая стойкость флегматизатора и отсутствие способности вызывать коррозию металлов;
3) минимальное влияние на снижение силы света объекта;
4) минимальное влияние на увеличение искрения;
5) хорошая растворимость в обычных растворителях, допускающая введение флегматизатора в состав в виде раствора или эмульсии;
6) достаточная вязкость флегматизатора;
7) высокая температура кипения и отсутствие заметной упругости пара при температурах до 100 °С (иначе флегматизатор при хранении улетучится и состав изменит свои свойства).
Свойства флегматизаторов имеют и некоторые широко применяемые цементаторы, например, канифоль, резинат кальция, олифа и др. В некоторой степени флегматизируют пиротехнические составы все цементаторы, т. к. они в той или иной степени удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям.
В пиротехнике широко применяются в качестве флегматизаторов парафин и касторовое масло, реже применяются вазелин, церезин, стеарин и воск. Обозначенные флегматизаторы, кроме углеводородов, применяются реже.
Применяются и вспомогательные материалы. Например, для оболочек пиротехнических изделий используют бумагу, картон (переплетный, или коробочный, и водонепроницаемый), ткани (обычно это тканевые мешочки, в которые помещается дымовой состав), листовые металлы и др. Для пыжей, чтобы смягчить удар выстрела на звёздки, применяется войлок и картон.