CC BY
31
УДК 662.352:662.311.11
Готфрид С.Д., Михалёв Д.Б., Сизов В.А.
РАЗРАБОТКА ФЕЙЕРВЕРОЧНЫХ СОСТАВОВ ПЕРЕХОДНЫХ ОТТЕНКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
Готфрид Софья Дмитриевна, студентка пятого курса кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений, e-mail: sonyagotfrid@list.ru
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
Исследованы светотехнические характеристики термопластичных пиротехнических композиций синего и зеленого огня и возможность получения промежуточных оттенков пламен путем смешения данных композиций. Спектр излучения состава синего огня не зависит от природы цветообразующего компонента, а связан с образованием монохлорида меди в продуктах горения. Установлено, что в спектре излучения композиции, полученной путем смешения, присутствуют излучения, соответствующие только спектрам излучения исходных составов. Получение различных оттенков цветов пламени, лежащих на линии, соединяющей точки цветности синего и зеленого огней на диаграмме цветности, возможно путем смешения исходных составов.
Ключевые слова: пиротехнические композиции, цветное пламя, спектр излучения, чистота цвета, длина волны.
DEVELOPMENT OF FIREWORKS COMPOSITIONS OF TRANSITION SHADES OF EMITTING
Gotfrid S.D., Mikhalev D.B., Sizov V.A.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The lighting characteristics of thermoplastic pyrotechnic compositions of blue and green fire and the possibility of obtaining intermediate shades of flame by mixing these compositions are studied. The emission spectrum of the blue fire composition doesn't depend on the nature of the color-forming component, but is associated with copper monochloride formation in the combustion products. It was established that there are emission corresponding only to the emission spectrum of the initial compositions in the mixed compositions emission spectrum. Obtaining different color shades of flame lying on the line connecting the color points of the blue and green lights on the color diagram, is possible by mixing the original compositions.
Keywords: pyrotechnic compositions, color flame, emission spectrum, color cleanness, wavelength.
Долгие годы приоритет в области разработок пиротехнических средств был отдан главным образом разработкам военного назначения: сигнальные огни, осветительные, дымовые составы и т.д. Вопросам разработки пиротехнических составов для использования в фейерверочных изделиях развлекательного назначения внимания практически не уделялось. Основными цветами, используемыми в фейерверочных изделиях, в основном оставались составы красного, зеленого, и желтого сигнальных огней [1]. В настоящее время применению пиротехники в развлекательных целях уделяется все больше внимания. Для повышения зрелищности пиротехнических представлений необходимо иметь широкую гамму различных пиротехнических эффектов, что влечет за собой разработку новых пиротехнических составов: искрофорсовых, звуковых, составов цветного дыма, цветных огней переходных оттенков [2].
В [3, 4] показана система описания цвета в технике с использованием модели CIE XYZ, которая была принята на восьмой сессии Всемирной Комиссии по Освещению в 1931 году (International Commission on Illumination). Данный стандарт основан на описании цвета с помощью триады из
красного (X = 700 нм), зеленого (X = 546,1 нм) и синего (X = 435,1 нм) излучений (RGB), с последующей возможностью пересчета цвета из системы трехмерных координат XYZ в двухмерную систему: координаты цветности х и у, или в эквивалентную длину волны X и чистоту цвета Р. Система цветности RGB также применяется и при описании цвета излучения пламени, возникающего при горении пиротехнических составов. Наиболее интенсивную окраску цвета пламени пиротехнического состава придают монохлориды щелочноземельных металлов, меди и некоторых других элементов, которые должны образовываться в продуктах при горении пиротехнического состава [4]. Следовательно, состав пиротехнической композиции должен содержать, как элементы, обеспечивающие окраску пламени, так и хлорсодержащие компоненты.
Целью данной работы является изучение возможности получения пиротехнических пламен переходных цветов путем смешения пиротехнических составов, имеющих различные спектры излучения. Объектами исследования были выбраны термопластичные пиротехнические
композиции синего, зеленого огней [5, 6] и их смеси, изготавливаемые с помощью процесса вальцевания и метода проходного прессования.
Синий цветопламенный состав (СЦ) содержит: окислитель - перхлорат аммония (ПХА), связующее - коллоксилин (НЦ), пластифицированный дибутилфталатом (ДБФ) и технологические добавки. В качестве цветопламенной добавки использовали оксид или основной карбонат меди. В зеленый цветопламенный состав (ЗЦ) входят: окислитель -бариевая селитра, которая в данном составе также является и цветообразующей добавкой, связующее-
сополимер поливинилхлорид с винилацетатом (ВА-15), пластифицированный ДБФ, металлическое горючее - сплав алюминия с магнием ПАМ-4 и технологические добавки. Определение спектра излучения пламени пиротехнического состава и его светотехнических показателей - значений эквивалентной длины волны (X) и чистоты цвета (Р), координаты цветности х и у, проводили с помощью спектрометра МЯ350К+.
На рис. 1 и 2 представлены спектры излучения исходных составов синего и зеленого огня.
Рисунок 1 - Спектр излучения пиротехнического состава синего огня
В видимой области спектра излучение, с цветообразующей добавкой СиО, имеет сложный характер и состоит из ряда пиков (рис. 1). Наиболее интенсивное излучение находится в сине-зеленой области спектра в интервале X от 412 до 541 нм, с максимальными по интенсивности излучения пиками в синей области, в интервале X от 433 до 449 нм, принадлежащих излучению монохлорида меди. Кроме основных пиков в спектре также присутствуют пики таких соединений как фторид, оксид и гидроксид меди. По интенсивности излучения они в несколько раз меньше интенсивности излучения монохлорида меди, но, из-за особенностей восприятия цвета человеческим глазом [2, 4], ухудшают чистоту цвета пламени и смещают эквивалентную длину волны в область желтого излучения. Замена в составе СиО на основной карбонат меди не привела к значительным изменениям в спектре излучения (рис.3).
Спектры практически идентичны.
Наблюдается только уменьшение пика в области, близкой к инфракрасному излучению, с длиной волны 770 нм, что практически не оказывает влияния на X и Р, что связано с низкой чувствительностью человеческого глаза к электромагнитному излучению вблизи инфракрасной области [2, 4]. Светотехнические характеристики составов приведены в таблице 1. Установлено, что спектр излучения составов синего огня не зависит от природы цветообразующего компонента, а связан только с образованием монохлорида меди в продуктах горения состава.
Рисунок 2 - Спектр излучения пиротехнического состава зеленого огня
1)
«1
о-
и
и
и и и
1 ^ /
«1 Рч'
3 я ав « к и: 4Й «3 Я 23 Я! Ш Ж в: ЕЯ М' нО Ж ЛЯ 725 Г« « 1С
Рисунок 3 - ^ектр излучения состава синего огня с различными цветообразующими добавками: 1- СиО; 2 - Си2С03(0Н)2
Спектр излучения состава ЗЦ представлен на рис. 2. Он имеет ряд пиков в зеленой области спектра с длиной волны 507 - 532 нм, принадлежащих ВаС1. Также имеются пики вблизи инфракрасной области (> 740 нм), которые, как и в случае СЦ, не оказывают значительного влияния на X и Р (табл. 1).
В работе были исследованы светотехнические характеристики смесевых составов (рис. 4, табл. 2), полученных путем смешения, из исходных составов СЦ и ЗЦ, взятых в соотношениях: 80/20, 50/50, 20/80, соответственно
Таблица 1. Светотехнические характеристики составов синего и зеленого огня.
Светотехнические параметры Цвет пламени
Синий Зеленый
CuO CU2CO3(OH)2 Ba(NO3)2
x 0,232 0,231 0,331
y 0,170 0,181 0,526
X, нм 460 465 554
P, % 53,7 52,0 58,1
Wl Я0 400 «0 440 « « 500 «0 уо та мо ело со МЛ 6» «я ТОО 710 740 760 700
Wavelength {nm)
Рисунок 4 - Спектр излучения смесевых составов (СЦ/ЗЦ): 1 - 100/0; 2 - 80/20; 3 - 50/50; 4 - 20/80; 5 - 0/100
Таблица 2. Светотехнические характеристики смесевых составов
Светотехнические параметры Соотношение составов: СЦ/ЗЦ
100/0 80/20 50/50 20/80 0/100
x 0,231 0,234 0,274 0,315 0,331
y 0,181 0,251 0,334 0,425 0,526
X, нм 465 480 492 543 554
P, % 52,0 41,1 19,9 22,7 58,1
Анализ спектров излучений смесевых составов показал, что в них присутствуют излучения, соответствующие только спектрам излучения исходных составов СЦ и ЗЦ (рис. 4). Следует отметить, что одновременное образование в продуктах горения монохлоридов меди и бария является несколько неожиданным, т.к. по данным [4] образование данных соединений происходит при различных температурах, и механизм параллельного их образования в процессе горения пока не ясен. Зависимость эквивалентной длины волны, от соотношения исходных составов, носит линейный характер. Данный факт позволяет получать составы любых оттенков, с заданным спектром излучения, лежащих на этой линии, путем смешения исходных составов.
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. Jason I. S. Colorimetry: understanding the CIE system / I. S. Jason - Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2007. - 453 с.
4. Характеристики цветного пиротехнического пламени. / Батурова Г.С [и др.] - Казань: КНИТУ. 2012. - 126 с.
5. Rusin D.L., Voevodsky S.J., Mihalev D.B., Batarina E.T. Research of a complex of characteristics of the firework and spark-forcing composites made by through passage pressing // New Trends in Research of Energetic Materials. - Pardubice. - 2014. -Vol. 2. - pp. 937 - 944.
6. Д.Л. Русин, Д.Б. Михалев, М.П. Евланов Исследование и оптимизация комплекса характеристик фейерверочных пиротехнических композитов, перерабатываемых проходным прессованием // Успехи в специальной химии и химической технологии: Труды Всеросс. Научно-технич. конф., посвященной 75-летию основания Инженерного химико-технологического факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева, - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2010. - С. 500-505.
