CC BY
26
УДК 662.352:662.311.11
Корнеев О.С., Михалев Д.Б., Сизов В.А.
ПОИСКИ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ДЫМНОСТИ СОСТАВОВ ФЕЙЕРВЕРОЧНОГО ТИПА
Корнеев Олег Сергеевич, инженер кафедры химии и технологии органических соединений азота
Михалёв Дмитрий Борисович, старший преподаватель кафедры химии и технологии высокомолекулярных
соединений;
Сизов Владимир Александрович, к.т.н., ассистент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений;
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Исследовано влияние содержания нитрата аммония, ПАМ-4 и нитроцеллюлозы на коэффициент дымообразования цветопламенного состава красного огня на основе сополимера винилхлорида с винилацетатом ВА-15, изготавлиемый методом проходного прессования. Показано, что нитрат аммония является наиболее эффективной добавкой, снижающей коэффициент дымообразования при сохранении светотехнических характеристик, таких как яркость, длина волны и чистота цвета.
Ключевые слова: коэффициент дымообразования, цветное пламя, пиротехнические композиции.
SEARCH FOR WAYS TO REDUCE THE SMOKE OF COMPOSITIONS OF FIREWORKS TYPE.
Korneev O. S., Mikhalev D.B., Sizov V.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The effect of ammonium nitrate, PAM-4 and nitrocellulose on the smoke formation coefficient of the flame-color composition of red fire based on a copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate VA-15, produced by continuous pressing, was studied. It has been shown that ammonium nitrate is the most effective additive that reduces the coefficient of smoke coefficient while maintaining lighting characteristics, such as brightness, wavelength and color purity. Key words: smoke coefficient, color flame, pyrotechnic compositions.
В наше время фейерверочные шоу стали неотъемлемой частью любого праздника. Они становятся все более масштабнее и зрелищнее, однако, с увеличением числа используемых пиротехнических изделий при проведении праздника, растет и количество выделяемого при горении составов дыма. Дело в том, что образующиеся при горении пиротехнических составов продукты, обеспечивающие зрелищный эффект, как правило, и образуют дым, который не только снижает зрелищность проводимого шоу, но и сказываются на его безопасности, поскольку задымленность позиции, откуда производятся залпы, может затруднять работу обслуживающего персонала. В связи с этим все более актуальней становится вопрос о разработке пиротехнических составов и изделий, обладающих пониженным дымообразованием при их работе.
Дым - это устойчивая система, состоящая из высокодисперсных частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Частницы, образующие дымовую завесу, почти не оседают под действием силы тяжести. Образование газообразных веществ наблюдается при горении почти у всех составов, исключение составляют разве что термиты и некоторые безгазовые составы. При горении цветопламенных составов дым образуется за счет взаимодействия хлора с металлами, но при этом образование твердых частиц сказывается на яркости
пламени и чистоте цвета, так как основными цветообразующими веществами в составах красного огня являются хлориды и монохлориды стронция. Коэффициент дымообразования (Б) - это параметр, который показывает на сколько снижается светопроницаемость среды при сжигании образца состава. Для оценки эффективности действия пиротехнического состава нами был введен приведенный коэффициент дымообразования (Бр), показывающий какое количества дыма выделяется на единицу светоотдачи.
Исследования проводились на составе красного цветопламенного (КЦ) огня состоящем из нитрата стронция, хлорсодержащего полимера ВА-15, алюмомагниевого сплава ПАМ-4 и технологических добавок, изготовленного методом проходного прессования. Изучалось влияние содержания нитрата аммония, нитроцеллюлозы и ПАМ-4 на коэффициент дымообразования, а также на светотехнические характеристики: значений эквивалентной длины волны (X), чистоты цвета (Р), которые определялись с помощью спектрометра UPRtek МК350К, а также светоотдачу (1/Уш). Коэффициент дымообразования замерялся с помощью дымовой камеры.
На рисунках 1 и 2 представлены зависимости длины волны и чистоты цвета состава красного огня КЦ от содержания в нем таких веществ как нитрат аммония, нитроцеллюлозы и ПАМ-4.
}. нм
615
595
590 -I-.-1-.-1---1---.---1---1
О 10 ас 30 40 50 60
Сидсржаши; различных веществ,%
Рисунок 1 - зависимости длин волн от содержания различных веществ: ЮТ4ТО3; 2-НЦ; 3-ПАМ-4
Можно заметить, что нитрат аммония практически не оказывает влияния на светотехнические параметры (Таб.1). Введение же нитроцеллюлозы в состав за счет хлорсодержащего полимера ВА-15 приводит к довольно сильному изменению значения длины волны и ухудшению чистоты цвета (Таб.2), поскольку в продуктах не хватает хлора для образования основных цветообразующих компонентов, таких как хлориды и монохлориды стронция.
При введении ПАМ-4 в количестве 5% приводит к изминение длины волны с 609 до 592 нм, Таблица 1. Светотехнические характе]
р.% 100
55
50 -I--I-I-
О 10 20 30 40 50 60
Содержание ряялштньтх вещее ТВ, %
Рисунок 2 - зависимости чистоты цвета от содержания различных веществ: 1-№Н4ТО3; 2-НЦ; 3-ПАМ-4
смещая цвет пламени в область желтых оттенков (Таб.3).
Данное изменение можно объяснить снижением температуры горения состава и как следствие снижается образование монохлорида строция, основного цветообразующего компонента. Увеличении содержания ПАМ-4 с 10% до 20% длина волны практически не меняется и соответсвует 609 нм. При 24% ПАМ-4 наблюдается снижение длины волны до 607 нм. Поэтому можно сделать вывод, что оптимальное содержание ПАМа составляет 15-20%.
гики состава КЦ с нитратом аммония.
Состав КЦ Исх. КЦ 2,5% НА КЦ 5% НА КЦ 10% НА КЦ 15% НА КЦ 20% НА КЦ 30% НА КЦ 40% НА КЦ 50%НА
L, нм 609 609 610 609 611 611 611 612 610
P, % 89,04 89,21 89,37 88,17 90,36 90,09 92,88 90,73 88
D 879 939 864 787 676 619 591 470 415
кд*с/г 14873 15715 24000 20874 14242 14242 11187 5501 2615
Dp 59,097 59,749 36,00 37,7 43,46 43,46 52,828 85,431 158,689
Таблица 2. Светотехнические характеристики состава КЦ с нитроцеллюлозой.
Состав КЦ Исх. КЦ НЦ 16,9% КЦ НЦ 27,2% КЦ НЦ 36,8% КЦ НЦ 50%
L, нм 609 605 604 602 597
P,% 89,04 80,5 78 77 68
D 879 374 360 348 243
14873 13703 13483 - -
Dp 59,097 27,291 26,698 - -
Таблица 3. Светотехнические характеристики состава КЦ с ПАМ-4.
Состав КЦ Исх. ПАМ-4 19% КЦ ПАМ-4 5% КЦ ПАМ-4 10% КЦ ПАМ-4 15% КЦ ПАМ-4 24%
L, нм 609 592 608 609 607
P,% 89,04 68,38 88,1 89,62 81,39
D 879 62 271 441 585
14873 58 7505 12970 17760
Dp 59,097 458,77 36,9 42,94 32,93
/V [1
25000 1 20000 - ■ I 1
15000 1 /Г >
Я \ 5 \ I
5000 - / / (..................
О - 1т —^— -'- -'- -'- -•-Г-'-1
20 30 40 50 60
Содержат 1С рл {.и[>[нм\ пс:дл'стс."'
Рисунок 3 - зависимости светоотдачи от содержания различных веществ: 1-]Н4]О3; 2-НЦ; 3-ПАМ-4
Рисунок 4 - зависимости коэффициентов дымообразования от содежания различных веществ: 1-]Ш4]ЧО3; 2-НЦ; 3-ПАМ-4
На рисунке 3 представлены зависимости светоотдачи состава красного огня КЦ от содержания различных добавок. Введение нитрата аммония в состав в количестве 5% приводит к росту светоотдачи с 14800 кд*с/г до 24000 кд*с/г, при дальнейшем увеличении содержания нитрата амония наблюдается снижение светоотдачи. Ввод нитроцеллюлозы не сказывается на светоотдачи, однако горение состава имеет пульсирующий характер, что приводит к большой погрешности полученных значений. При содержании ПАМа в количестве 5% светоотдача составляет всего 58,8 кд*с/г, что объясняется нехваткой тепла из-за малого содержания металла. Увеличение содержания металла приводит к увеличению яркости.
На рисунке 4 представленны зависимости коэффициентов дымообразования от содержания различных веществ. Ввод аммиачной селитры в состав снижает довольно сильно снижает коэффициент дымообразования. Это связано с тем, что аммиачная селитра, так же как и в случае с нитроцеллюлозой, при горении дает только газообразные продукты горения, которые разбавляют остальную к-фазу. Увеличение содержания металла приводит к значительному росту содержания к-фазы в продуктах горения, коэффициент дымообразования при этом возрастает с 27 до 585. Однако дальнейшее увеличение ПАМа в составе приводит к снижению дымности. Возможно это явление объясняется тем, что образующиеся частицы к-фазы начинают агломерироваться и уже не выбрасываются в воздух.
На рисунке 5 представлены зависимости приведенного коэффициента дымообразования от содержания различных добавок в составе. Приведенный коэффициент - это отношение коэффициента дымообразования к светоотдаче. Иначе говоря это отношение показывает сколько
образующегося дыма приходится на 1 канделу светоотдачи состава. Чем меньше значение коэффициента, тем больше эффективность состава. На основании представленного графика можно сказать, что оптимальным количеством будет 10% -30% нитрата аммония, по скольку кроме высокой эффективности действия, эта добавка сохраняет все прочие светотехнические характеристики в указанном диапазоне.
Рисунок 5 - зависимости приведенных коэффициентов дымообразования от содержания различных веществ 1-]Ш4]ЧО3; 2-НЦ; 3-ПАМ-4
Список литературы
1. Шидловский А. А. Основы пиротехники / А. А. Шидловский - Москва: «Машиностроение», 1973. -280 с.
2. Мельников В. Э. Современная пиротехника / В. Э. Мельников - Москва. 2014. - 480 с.
3. Характеристики цветного пиротехнического пламени. / Батурова Г.С [и др.] - Казань: КНИТУ. 2012. - 126 с.
