ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ

Тепло, выделяющееся при горении составов, используется для многих различных целей.

Термитные составы как источник энергии. Применение термитных составов для сварки рельс общеизвестно. В настоящее время разработаны пиропатроны для сварки проводов на линиях электропередачи. Пиропатрон — это цилиндрическая шашка с продольным отверстием, спрессованная из магниевого термита и снабженная запальной головкой. Диаметр пиропатро-нов варьирует в пределах от 38 до 65 мм, а вес от 50 до 500 г [49]. При горении магниевого термита развивается высокая температура, вполне достаточная для осуществления сварки проводов, а шлак, остающийся после его сгорания, сохраняет форму пиролатрона. При сварке концы проводов сближаются при ломо-286

щи специальных клещей, после чего поджигают надетый на место стыка проводов пиропатрон.

Медный термит, состоящий из 64% CuO, 16% ферромарганца (80% Mn) и 20% сплава CuAl (46% Al), применяется для приварки к рельсам стыковых соединений [66].

Для приварки заземляющих проводников к металлическим конструкциям употребляют термит, состоящий из 72,5% Fe3O4, 18% Al, 4,5% Mg5% сплава FeMn (1 : 1).

В швейцарском патенте 268.855, 1950 г. для целей сварки алюминиевых кабелей указывается более простой рецепт магниевого термита: Fe3O4—67—78%, Mg—20—30%, A1—2—7%.

Разработка специальных составов делает возможной горячую штамповку деталей из тонколистных материалов, таких, как титан, молибден, вольфрам. При этом тонкая (1 мм) листовая заготовка обмазывается слоем высококалорийного пиротехнического состава; при его поджигании лист сразу по всей поверхности нагревается до нужной температуры. Из-за кратковременности нагрева металлы (молибден, вольфрам) не успевают окисляться на воздухе [60].

Тепло, выделяющееся при горении пиросоставов, используется и для получения аэрозолей различных веществ.

Аэрозоли. В СССР значительное применение нашли противоградовые ракеты. Исследования, проведенные в Советском Союзе и за рубежом, показали, что, вызывая в облаках искусственную кристаллизацию переохлажденных водяных капель, можно воздействовать на микрофизические процессы. Это создает возможность регулирования естественных процессов с целью предотвращения образования облаков и туманов. Наиболее активными веществами, вызывающими кристаллизацию переохлажденных капель воды, являются иодиды серебра (AgJ) и свинца (POJ2).

Обычный не пиротехнический способ использования иодидов свинца и серебра состоит- в том, что коллоидные растворы их вводятся в облако или в туман путем распыления с самолета.

При использовании пиротехнических составов [1; 21] возможны два варианта: 1) AgJ или PbJa содержатся в составе в готовом виде; 2) они же образуются в результате химической реакции, протекающей при горении состава.

Рецепт состава первого варианта: AgJ или PbJ2—40—60%, NH4C104—24—45%, идитол — 10—25% и графит (или индустриальное масло) 1,5—2%.

В составы, относящиеся ко второму варианту, входят порошок свинца и иодосодержащие вещества — NH4J, СHJ3 (йодоформ) или C6J4O2 (иоданил). К этим веществам добавляется термическая смесь из горючего и окислителя: идитол + NH4C1O4. В качестве примера можно привести состав, состоящий из следующих компонентов: Pb—20—25%, NH4J—25—34%, NH4C1O4—20—30%, смола (идитол) — 10—20%.

Дымовые составы, содержащие инсектисидные вещества (или образующие их ,в процессе горения), широко используются для борьбы с вредными насекомыми. Этими составами снаряжаются дымовые шашки. Состав содержит токсическое вещество и термическую смесь, при горении которой осуществляется возгонка токсического вещества.

В качестве окислителя используется чаще всего КСlO3, в качестве горючего — антрацен, дициандиамид (ДЦДА), уротропин и др. Из токсикантов используются гексахлоран (гексахлорциклогексан, сокращенно ГХЦГ), гекса-хлорэтан С2С1в, ДДТ и др.

В качестве примера приведем состав: ГХЦГ — 50—52°/о, КСЮз — 23— 26%, NH4C1 — 9—12%, антрацен — 9—12»/о, ДЦДА — 4—6%.

Известны также фунгицидные составы (от лат. фунгус — гриб). Эти смеси содержат вещества, применяющиеся для борьбы с грибными, бактериальными и вирусными заболеваниями растений. Приведем рецепт следующего состава (в »/о): дихлорнафтохинон — 58, КСlO3 — 22, NH4C1—10, ДЦДА—5 и антрацен—5.

Разработаны также акарицидные дымовые составы (акарициды — это химические средства борьбы с клещами). Например, состав, в который входят (в %) тедион технический — 50, КClO3—20, ДЦДА — 30. Дымообразование этого состава беспламенное, температура горения около 25(У С.)

Дымовые составы используют также для защиты садов (в особенности, цитрусовых) от заморозков.

В 1958 г. в СССР для создания натриевого облака в высших слоях атмосферы были использованы термитные смеси, содержащие металлический натрий. Фотометрические наблюдения за скоростью диффузии натриевого обла.ка использовались для определения .плотности атмосферы.

При горении термита натрий испарялся и пары его .выбрасывались через выхлопное отверстие в цилиндре.

По сообщению [145, стр. 4,25], литиевые облака имеют преимущество перед натриевыми в том, что их можно фотографировать при дневном овете, если .пользоваться фильтрами с малым интервалом пропускания (narrow—band).

В более поздних работах появились сообщения, что для исследования высших слоев атмосферы (150—200 км) использовались облака, полученные при испарении бария или стронция

Для получения паров этих металлов использовались смеси:

Ba(NO3)2+6Mg и Sr(N03)2+6Mg, но лучшие результаты были получены при использовании термической смеси

СиО+1, 2/3Ва=Си+ВаО+2/3Ва пар,

в которой было добавлено несколько процентов овязующего (силиконы, коллодий). При горении такой смеси выделялось 0,34 ккал/.г .(1,42 кДж/г). Общее время горения смеси в контейнере с соплом не превышало 2 с. В одном из опытов для создания бариевого облака на .высоте 170 км было использовано 48 кг смеси. Через 1—2 мин после создания облака пары бария разделились на два облака: одно нейтральное, состоящее из ВаО, другое — из ионизованной плазмы.

Аэрозоли применяют для исследования воздушных потоков в различных установках при научно-исследовательских работах. Дымовые составы используют и при съемке кинофильмов.

В работе [167] указывается, что причиной горных снежных лавин частично можно считать сублимацию нижних слоев снега, сопровождающуюся образованием слабых хрупких снежных кристаллов. Малые количества (несколько г. на м3) органических веществ, имеющих длинные углеродные цепи: 2-октанол, а также бензальдегид или га-гептальдегид вызывают образование твердого донного слоя снега. Эффективность таких экспериментов пока еще окончательно не установлена. Однако вероятно, что пирохимическое распыление химикатов при помощи гранат или артиллерийских снарядов еще до первого снегопада в те места, где возможно образование снежных сугробов, было бы целесообразно.

Тепло, выделяющееся при горении пиросоставов, используется непосредственно для 'многих целей.

Во время второй мировой войны на фронте для подогрева пищевых консервов использовались термитные составы, помещаемые в металлическом патроне внутрь консервной банки (возможна также конструкция с двойным дном). В случае необходимости термитные составы могут быть использованы для подогрева воды, разогрева паяльников, расплавления припоя заклепочных болтов и других целей. В.некоторых случаях полезно применение термита и для борьбы с ледяными заторами. Для уменьшения усадки и предотвращения образования раковин при разливке стали в изложницы в верхнюю ее часть поверх жидкого металла засыпают пиросостав, содержащий 70% FeSi( 1/3), 10% алюминиевого порошка и 20% NaNO3.

Имеются сообщения, что пиротехническая омесь ,(CsC104+Al) может быть использована для получения цезиевой плазмы [153]. Для «подкачки» лазеров1 используется высококалорийная и высокотемпературная пиротехническая смесь: Zr — 43%, КС1O4-57%.

Составы цветных огней широко используют при киносъемках. Съемка фильмов немыслима сейчас без применения пиротехнических средств. Различные пиротехнические сигнальные средства нашли применение в морском и речном флоте, на воздушном и железнодорожном транспорте.

СПИЧЕЧНЫЕ СОСТАВЫ

В настоящее время (l972 г.) во всем мире вырабатываются в основном так называемые безопасные спички, воспламеняющиеся только при трении о намазку спичечной коробки.

Мировое производство спичек — 30 миллиардов коробок в год; на одну коробку расходуется около 1 г спичечной массы. Следовательно, расход сличенной массы в мировом масштабе со-

* В США уже несколько лет проводятся испытания лазерной винтовки, с помощью которой можно ослепить противника, на небольшом расстоянии воспламенить на нем одежду, вызвать взрыв боеприпасов составляет десятки тысяч тонн в год. При таком масштабе (десятки миллиардов коробок) производство спичк, конечно, автоматизировано: на спичечных фабриках сейчас работают весьма совершенные автоматы.

Процесс воспламенения современных спичек таков: при трении спичечной головкой о намазку на коробке происходит экзотермическая реакция .между красным, фосфором .(в намазке) и бертолетовой солью (в головке спички). От тепла этой реакции происходит воспламенение спичечной головки.

Окислителем в составе спичечной головки является пока исключительно КСlO3 — вещество, весьма легко отдающее свой кислород. Горючих обычно в спичечном составе два: сера и животный (костный) клей. Выбор горючих обоснован и химически, и технологически: смесь КСlO3+S имеет сравнительно низкую температуру вспышки (220° С) и, обеспечивает легкость воспламенения состава; животный клей вводится в виде водного раствора (при сушке вода удаляется), создает необходимую консистенцию массы и предохраняет при хранении спичек их головки от увлажнения. Однако обычно зажигательные спичечные составы содержат 6—8 компонентов, так как в них входят еще катализаторы, ускоряющие разложение бертолетовой соли (MnO2, К2Сг2О7), наполнители (железный сурик Fe3O4, цинковые белила ZnO и др.), вещества, повышающие чувствительность (по терминологии спичечников «чуткость») спичечной головки к трению (молотое стекло), а также органические красители .(доли %) [127].

В качестве примера можно привести рецепт следующего состава (в %).

КСO3 ..... 51 Fe3O4 ...... 6

молотое стекло ........ 5

животный клей . . 11

MnO2 ...... 4

ZnO ...... 7

К2Сr2O7 ..... 1

Фосфорная масса (намазка на коробке) состоит из следующих компонентов (в %):

Качество спичек обычно оценивается:

1) по результату их контрольного зажигания (здесь одновременно проверяется качество и спички и намазки);

2) определением «чуткости» (на особом приборе);

3) определением влагостойкости спичек при выдержке их в течение 24 ч при комнатной температуре и при 99,4%-ной относительной влажности; затем проводится контрольное зажигание;

4) определением температуры вспышки спичечных головок;

5) определением адгезии между спичечной головкой и соломкой спички.

Спичечная соломка перед изготовлением спичек во избежание ее тления пропитывается 1,5%-ным раствором Н3Р04, а затем парафинируется (окунание в расплавленный парафин).

Кроме обычных (бытовых) спичек, изготовляются еще спички специальные:

1. Штормовые, горящие на ветру, в сырости и под дождем.

2. Термические, развивающие при горении более высокую температуру и дающие при сгорании головки большее количество тепла.

3. Сигнальные, дающие при горении цветное пламя.

4. Фотографические, дающие мгновенную яркую вспышку, используемую при фотографировании и др.

В США изготовляются также спички, воспламеняющиеся при трении о любую шероховатую поверхность (так называемые спички SAW (strike anywhere). Особенностью таких составов является наличие в них сесквисульфида Р4S3.