Composizione pirotecnica: classificazione, componenti, applicazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Una composizione pirotecnica è una sostanza o una miscela di componenti progettata per produrre un effetto sotto forma di calore, luce, suono, gas, fumo o una loro combinazione, come risultato di reazioni chimiche esotermiche autosufficienti che avviene senza detonazione. Tale processo non dipende dall'ossigeno proveniente da fonti esterne.

Classificazione delle composizioni pirotecniche

Possono essere divisi per azione:

• Infuocato.
• Fumo.
• Dinamico.

I primi due gruppi possono essere suddivisi in tipi più piccoli.

Infuocato: illuminante, notturno di segnalazione, tracciante e alcuni incendiari.

Il gruppo del fumo include composizioni per la segnalazione diurna e il mascheramento (nebbia).

Principali tipi di pirotecnica

L'effetto sopra (luce, suono, ecc.) può essere creato usando questi componenti:

• Powder flash: brucia molto rapidamente, produce esplosioni o esplosioni luminose.
• Polvere da sparo: brucia più lentamente della polvere, emette una grande quantità di gas.
• Propellente solido: produce molti vapori caldi utilizzati come fonti di energia cinetica per razzi e proiettili.
• Iniziatori pirotecnici - producono grandi quantità di calore, fiamme o scintille calde usate per accendere altre composizioni.
• Cariche di espulsione: bruciano rapidamente, producono molto gas in breve tempo, vengono utilizzate per rilasciare carichi utili dai container.
• Cariche esplosive: bruciano rapidamente, producono una grande quantità di gas in breve tempo, usate per frantumare il contenitore e scaricarne il contenuto.
• Composizioni di fumo: brucia lentamente, produce nebbia (semplice o colorata).
• Treni in ritardo - divampa a una velocità costante e silenziosa, usata per introdurre ritardi nella riserva antincendio.
• Fonti di calore pirotecniche - emettono una grande quantità di calore e praticamente non diffondono gas, combustione lenta, spesso termite.
• Sparklers - producono scintille bianche o colorate.
• Lampeggia: brucia lentamente, crea una grande quantità di luce, utilizzata per l'illuminazione o la segnalazione.
• Composizioni colorate di fuochi d'artificio: producono scintille luminose, bianche o multicolori.

Applicazione

Alcune tecnologie di composizioni e prodotti pirotecnici vengono utilizzate nell'industria e nell'aviazione per generare grandi volumi di gas (ad esempio negli airbag), nonché in varifissaggi e in altre situazioni simili. Sono utilizzati anche nell'industria militare quando sono richieste grandi quantità di rumore, luce o radiazioni infrarosse. Ad esempio, razzi esca, razzi e granate stordenti. I militari stanno attualmente ricercando una nuova classe di composizioni di materiali reattivi.

Molti composti pirotecnici (soprattutto quelli che coinvolgono alluminio e perclorati) sono spesso molto sensibili all'attrito, agli urti e all'elettricità statica. Anche un minimo di 0,1-10 millijoule di scintilla può causare determinati effetti.

Polvere da sparo

Questa è la famosa polvere nera. È il primo esplosivo chimico conosciuto, costituito da una miscela di zolfo (S), carbone (C) e nitrato di potassio (salnitro, KNO 3). I primi due componenti fungono da combustibile e il terzo è un ossidante. A causa delle sue proprietà incendiarie e della quantità di calore e gas che produce, la polvere da sparo è ampiamente utilizzata nella produzione di cariche propellenti nelle armi da fuoco e nell'artiglieria. Inoltre, viene utilizzato nella produzione di razzi, fuochi d'artificio e ordigni esplosivi nelle attività estrattive, minerarie e stradali.

Indicatori

La polvere da sparo fu inventata in Cina nel 7° secolo e si diffuse in gran parte dell'Eurasia entro la fine del 13° secolo. Originariamente sviluppata dai taoisti per scopi medicinali, la polvere fu usata per la guerra intorno al 1000 d. C.

La polvere da sparo è classificata income un piccolo esplosivo a causa del suo tasso di decomposizione relativamente lento e della bassa brillantezza.

Potere esplosivo

L'accensione della polvere da sparo ammassata dietro il proiettile crea una pressione sufficiente per far sparare la volata ad alta velocità, ma non abbastanza potente da far scoppiare la canna di una pistola. Pertanto, la polvere da sparo è un buon combustibile, ma è meno adatta per distruggere pietre o fortificazioni a causa della sua bassa potenza esplosiva. Trasferendo abbastanza energia (dalla sostanza in fiamme alla massa della palla di cannone, e poi da essa al bersaglio tramite munizioni ad impatto), il bombardiere può eventualmente sopraffare le difese fortificate del nemico.

La polvere da sparo era ampiamente utilizzata per riempire i proiettili ed è stata utilizzata in progetti minerari e di ingegneria civile fino alla seconda metà del 19° secolo, quando furono testati i primi esplosivi. La polvere non è più utilizzata nelle armi moderne e nelle applicazioni industriali a causa della sua efficacia relativamente bassa (rispetto alle alternative più recenti come dinamite e nitrato di ammonio o olio combustibile). Oggi le armi da fuoco a polvere da sparo sono per lo più limitate alla caccia, al tiro al bersaglio.

Fonte di calore pirotecnico

Le composizioni pirotecniche sono un dispositivo a base di sostanze combustibili con un accenditore adatto. Il loro ruolo è quello di produrre una quantità controllata di calore. Le fonti pirotecniche sono generalmente basate su ossidanti per combustibili simili alla termite (o ritardanti la composizione) con una bassa velocità di combustione,elevata resa termica alla temperatura desiderata e formazione minima o nulla di gas.

Possono essere attivati in diversi modi. I fiammiferi elettrici e i cappucci a impatto sono i più comuni.

Le fonti di calore pirotecniche sono spesso utilizzate per attivare le batterie, dove servono a sciogliere l'elettrolito. Esistono due tipi principali di design. Uno utilizza una striscia di fusibili (contenente cromato di bario e metallo di zirconio in polvere in carta ceramica). Le composizioni di granulazione pirotecnica termica corrono lungo il bordo per avviare la combustione. La striscia viene solitamente avviata con un accenditore elettrico o una spina che utilizza la corrente.

Il secondo design utilizza un foro centrale nel pacco batteria in cui un accenditore elettrico ad alta energia rilascia una miscela di gas combustibili e lampade a incandescenza. Il design con foro centrale può ridurre notevolmente il tempo di attivazione (decine di millisecondi). Per fare un confronto, notiamo che nei dispositivi con una fascia perimetrale, questo indicatore è di centinaia di millisecondi.

L'abilitazione di una batteria può essere eseguita anche con un primer a impatto simile a un fucile. È auspicabile che la fonte di esposizione sia priva di gas. Tipicamente, la composizione standard delle miscele pirotecniche è costituita da polvere di ferro e perclorato di potassio. Nei rapporti di peso, questi sono 88/12, 86/14 e 84/16. Maggiore è il livello di perclorato, maggiore è la produzione di calore (nominalmente 200, 259 e 297 calorie/grammo). Le dimensioni e lo spessore delle compresse di perclorato di ferro hanno scarso effetto sulla velocità di combustione, ma lo fannoeffetti su densità, composizione, granulometria e può essere utilizzato per regolare il profilo di rilascio del calore desiderato.

Un' altra composizione utilizzata è lo zirconio con cromato di bario. Un' altra miscela contiene il 46,67% di titanio, il 23,33% di boro amorfo e circa il 30% di cromato di bario. Sono inoltre disponibili 45% di tungsteno, 40,5% di cromato di bario, 14,5% di perclorato di potassio e 1% di alcol vinilico e legante acetato.

Le reazioni per formare componenti intermetallici di composizioni pirotecniche, come lo zirconio con boro, possono essere utilizzate quando si desidera il funzionamento senza gas, il comportamento non igroscopico e l'indipendenza dalla pressione ambiente.

Fonte di calore

Può essere una parte diretta della composizione pirotecnica, ad esempio, nei generatori di ossigeno chimici tale componente viene utilizzato con un grande eccesso di ossidante. Il calore rilasciato durante la combustione viene utilizzato per la decomposizione termica. Per quanto riguarda la combustione a freddo, le composizioni vengono utilizzate per produrre fumo colorato o per spruzzare un aerosol come pesticidi o gas CS, fornendo il calore di sublimazione del composto desiderato.

Il componente ritardante di fase della composizione, che insieme ai prodotti della combustione forma una miscela con una distinta temperatura di transizione di fase, può essere utilizzato per stabilizzare l' altezza della fiamma.

Materiali

Le composizioni pirotecniche sono solitamente miscele omogeneizzate di piccole dimensioniparticelle di carburante e ossidanti. I primi possono essere grani o fiocchi. Generalmente, maggiore è la superficie delle particelle, maggiore è la velocità di reazione e combustione. Per alcuni scopi, i leganti vengono utilizzati per trasformare la polvere in un materiale solido.

Carburante

I tipi tipici sono basati su polveri metalliche o metalloidi. La composizione può indicare diversi tipi di carburante. Alcuni possono anche fungere da raccoglitori.

Metalli

I combustibili comuni includono:

• L'alluminio è il combustibile più comune in molte classi di miscele, nonché un regolatore dell'instabilità della combustione. Fiamma ad alta temperatura con particelle solide che interferiscono con l'aspetto dei coloranti, reagisce con i nitrati (tranne ammonio) formando ossidi di azoto, ammoniaca e calore (reazione lenta a temperatura ambiente, ma violenta sopra gli 80°C, può autoinfiammarsi).
• Il magnesio è una lega di alluminio-magnesio più stabile e meno costosa di un singolo metallo. Meno reattivo del magnesio, ma più infiammabile dell'alluminio.
• Ferro: crea scintille dorate, un elemento comunemente usato.
• L'acciaio è una lega di ferro e carbonio che produce scintille ramificate giallo-arancio.
• Zirconio - Produce particelle calde utili per miscele infiammabili, come l'iniziatore standard della NASA, e per sopprimere l'instabilità della combustione.
• Titanium - produce pirotecnici e composti caldi, aumentasensibilità agli urti e all'attrito. A volte viene utilizzata una lega Ti4Al6V che produce scintille bianche leggermente più luminose. Insieme al perclorato di potassio, viene utilizzato in alcuni accenditori pirotecnici. La polvere grossolana produce bellissime scintille bianco-blu ramificate.
• Il ferrotitanio è una lega ferro-titanio che crea scintille luminose utilizzate in stelle pirotecniche, razzi, comete e fontane.
• Il ferrosilicio è una sostanza ferro-silicio utilizzata in alcune miscele, che a volte sostituisce il siliciuro di calcio.
• Manganese - utilizzato per controllare la velocità di combustione, ad esempio, nelle composizioni con un ritardo.
• Zinco - usato in alcune composizioni di fumo insieme allo zolfo, che viene utilizzato come combustibile amatoriale per i razzi, così come nelle stelle pirotecniche. Sensibile all'umidità. Può accendersi spontaneamente. Usato raramente come combustibile principale (ad eccezione delle composizioni di fumo), può essere utilizzato come componente aggiuntivo.
• Rame - usato come colorante blu con altre specie.
• L'ottone è una lega di zinco e rame utilizzata in alcune formule di fuochi d'artificio.
• Tungsteno - usato per controllare e rallentare la velocità di combustione delle composizioni.

Vale la pena notare che è pericoloso creare composizioni pirotecniche con le tue mani.