Ф.П.Мадякин

компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов

Учебное пособие

2 0 0 6

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

Ф.П.Мадякин

компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов

Учебное пособие

Том 1

Основные понятия о пиротехнических

составах и компонентах.

Низкомолекулярные вещества

Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области химической технологии и биотехнологии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 251400 «Технология пиротехнических средств»

Казань 2006

УДК 661; 662.1; 662.5

Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Т.1. Основные понятия о пиротехнических составах и компонентах. Низкомолекулярные вещества: Учеб. пособие / Ф.П.Мадякин; Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2006. – 500 с. ISBN 5-7882-0269-8.

Пособие состоит из двух томов. В первом томе рассмотрены основные понятия о пиротехнических составах, назначение и основные свойства компонентов пиротехнических составов, характеристики низкомолекулярных веществ и продуктов их разложения и сгорания, во втором – свойства высокомолекулярных веществ и олигомеров.

Предназначено для студентов и аспирантов инженерных факультетов, а также может быть полезно научным сотрудникам и инженерно-техническому персоналу, занимающимся разработкой и переработкой пиротехнических составов и твердых топлив.

Табл. 29. Ил. 65. Библиогр.: 121 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Казанского государственного технологического университета

Рецензенты:	д-р техн. наук В.И.Сарабьев
	д-р техн. наук Э.Р.Галимов

ISBN 5-7882-0269-8	© Казанский государственный
	технологический университет, 2006 г.
Мадякин Федор Павлович
		Ведущий ученый в области специальной технической химии, доктор технических наук (1975), профессор (1977), заслуженный деятель науки ТАССР (1980) и Российской Федерации (1997), лауреат Государственной премии СССР (1975), член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан (1992). Награжден орденом «Дружбы» (2004). Имеет знак «Изобретатель СССР».

Важнейшими областями его научных интересов являются:

– исследование механизма горения и излучения гетерогенных горючих систем;

– разработка пиротехнических составов и твердых топлив пиротехнического типа, технологии их приготовления и переработки, разработка изделий на их основе;

– разработка высоконаполненных композиционных материалов, отработка технологии их приготовления и переработки.

Профессором Ф.П.Мадякиным впервые:

– открыто и всесторонне изучено горение гетерогенных горючих систем с периодическим излучением. Разработаны составы белого и цветных пламен с периодическим излучением, которые используются в изделиях типа «Салют», дают красочный эффект мерцания звезд и до настоящего времени украшают любой фейерверк;

– разработаны пиротехнические составы различного назначения на основе эластомеров и пластизольных систем, отработана технология их приготовления и переработки в длинномерные изделия методом проходного прессования;

– разработаны пиротехнические составы цветных огней и аэрозолеобразующие на основе нитратов целлюлозы и утилизируемых порохов.

Имеет более 1000 научных трудов, в том числе: монографий и учебных пособий – 17, научных статей в журналах – 201, статей в энциклопедиях – 210, авторских свидетельств на изобретения и патенты РФ – 200.

Ведение

Пиротехнические составы (ПС) относятся к гетерогенным горючим системам (ГГС), которые включают также взрывчатые материалы, твердые топлива для ракетных и реактивных двигателей, композиции для самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и т.д. Многие вещества, применяемые в пиротехнических составах, используются и в других гетерогенных горючих системах.

Технологические свойства ПС определяются природой, сочетанием и соотношением исходных компонентов, а специальные – составом продуктов их разложения и окисления.

Назначение ПС разнообразно, поэтому в качестве исходных компонентов применяется довольно широкий круг неорганических и органических, низко- и высокомолекулярных веществ. Количество параметров и свойств веществ, которые необходимо знать для правильного выбора их в качестве исходных компонентов пиротехнических составов, весьма значительно. Основные свойства таких веществ имеются в справочной и периодической литературе, книгах и монографиях. Однако эти данные разобщены, а некоторые отсутствуют вообще.

Задачей пособия является обобщение обширного литературного материала по свойствам веществ, а также данных, полученных автором и сотрудниками кафедры химии и технологии гетерогенных систем КГТУ.

Пособие базируется на материалах работ 1-4 с учетом последних достижений по принципам разработки пиротехнических составов. Оно не смогло вместить всей имеющейся информации. Автор счел нецелесообразным ссылаться в тексте на все публикации по свойствам применяемых и перспективных веществ. Отсутствие ссылки на какую-либо работу не должно истолковываться как недооценка ее значимости.

Пособие состоит из двух томов. В первом томе рассмотрены основные понятия о пиротехнических составах; назначение компонентов, их классификация, требования, предъявляемые к ним; значения свойств веществ как компонентов ПС, методы их определения; свойства низкомолекулярных веществ, продуктов их разложения и сгорания. Во втором томе приведены сведения по свойствам и применению высокомолекулярных соединений и олигомеров.

В работе использованы названия соединений, наиболее часто применяемые в научно-технической и справочной литературе.

Автор признателен рецензентам: профессорам Э.Р.Галимову и В.И.Сарабьеву, а также профессорам А.М.Коробкову, А.М.Кузнецову, В.К.Половняку, Р.С.Сайфуллину, А.И.Сидорову, В.И.Федину за ценные замечания, сделанные при рецензировании пособия.

Автор будет благодарен читателям за советы, критические замечания и пожелания по содержанию пособия.

Ч а с т ь 1

Основные понятия о пиротехнических составах и компонентах

1. Основные понятия о пиротехнических составах

1.1. Определение, назначение, классификация

Пиротехнические составы – это гетерогенные смеси, способные к самостоятельному горению и дающие при этом световой, тепловой, дымовой, звуковой или реактивный эффекты, используемые в военной технике, народном хозяйстве (промышленности, на транспорте, для снаряжения фейерверков и салютов, при проведении научных исследований и т.д.) и ракетах различного назначения. Такое определение позволяет отнести к пиротехническим составам дымный ружейный порох (ДРП), смесевые топлива для ракетных двигателей, твердые топлива пиротехнического типа для реактивных двигателей (гидрореактивных, ракетно-прямоточных, прямоточных воздушно-реактивных и гиперзвуковых), пороха и топлива на пластизольной основе и на основе нитратов целлюлозы, взрывчатые материалы, составы для генерации газов, получения целевых газообразных и/или конденсированных продуктов в волне горения и т.д.

Пиротехнические составы классифицируются по назначению, характеру процессов, протекающих при горении, и технологическим свойствам.

По назначению они делятся на составы для снаряжения пиротехнических средств, применения в народном хозяйстве и в качестве топлива для ракет.

Пиротехническими составами снаряжают следующие средства военного назначения:

– осветительные (авиабомбы, авиационные факелы, артиллерийские снаряды, мины, патроны), используемые для освещения местности в темное время суток;

– фотоосветительные (фотобомбы, фотопатроны), применяемые при ночной аэросъемке и для других целей;

– трассирующие, делающие видимой траекторию полета быстролетящих объектов (пуль, снарядов, ракет и т.д.);

– инфракрасного (ИК) излучения, используемые в качестве ложных тепловых целей и для слежения за полетом снарядов и ракет;

– ночные сигнальные (авиабомбы, патроны и т.д.), применяемые для подачи сигналов ночью;

– дневные сигнальные (патроны и т.д.), используемые для подачи сигналов в дневных условиях;

– маскирующие (дымовые шашки, кассеты, снаряды, гранаты и т.д.), применяемые для создания дымовых завес;

– зажигательные (бомбы, снаряды, пули и т.д.), служащие для уничтожения военных объектов и техники противника;

– термобарические (гранаты, снаряды, авиабомбы), предназначенные для уничтожения живой силы и техники противника;

– целеуказательные (авиабомбы, снаряды и т.д.), указывающие место нахождения объекта противника;

– пироавтоматики (пирорезаки, пирозатворы, пирозамки, пиронагреватели, патроны выдавливания жидкости и т.д.), применяемые в ракетно-космической технике;

– учебно-имитационные, используемые на маневрах, учениях и в боевой обстановке (для дезориентации противника);

– воспламенительные, применяемые для воспламенения составов и топлив;

– газогенераторы различного назначения, в том числе для накачки лазеров;

– пиротехнические источники тока;

– ракеты различного назначения и дальности полета, использующие твердые топлива пиротехнического типа.

В зависимости от применения ПС делятся на осветительные, фотоосветительные (фотосмеси), трассирующие, инфракрасного излучения, зажигательные, сигнальных огней, цветных сигнальных и маскирующих дымов, безгазовые, газогенерирующие, воспламенительные, свистящие, имитационные, целеуказательные, твердые топлива пиротехнического типа и т.д. Многие из них применяются в различных видах средств, например, осветительные составы могут быть использованы в трассирующих и сигнальных средствах, а составы цветных дымов – в сигнальных и маскирующих.

По характеру горения ПС подразделяются на равномерногорящие и сгорающие в пульсирующем режиме.

Среди ПС, применяемых в народном хозяйстве, следует выделить сигнальные, фейерверочные, термитные, газогенерирующие, пожаротушащие, пестицидные, спичечные, для воздействия на переохлажденные облака и туманы, получения тугоплавких металлов и соединений, чистых газов, подогрева пищи, защиты садов от заморозков, уменьшения усадки и образования раковин в процессе охлаждения расплавленного металла, подогрева металла перед сваркой взрывом и разогрева паяльников, снятия остаточных напряжений в сварных швах продуктопроводов, создания плазмы, выработки электроэнергии и т.д.

По характеру процессов, протекающих при горении, ПС делятся на пламенные (белопламенные, цветопламенные, составы с преимущественным излучением в ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра), тепловые (термитно-зажигатель-ные, безгазовые, малогазовые), аэрозолеобразующие (белого, черного, цветного, пестицидного дыма; для воздействия на переохлажденные облака и туманы и т.д.) и вещества и смеси, сгорающие за счет кислорода воздуха.

По технологическим свойствам ПС делятся на порошкообразные (включая гранулированные), термопластичные и литьевые. Порошкообразные и гранулированные составы обычно перерабатываются методами глухого, порционного или гидростатического прессования, вибрации или шнекования; термопластичные – глухого, проходного и гидростатического прессования, литья под давлением, вальцевания; литьевые – свободной заливки, литья под вакуумом или давлением с последующим отверждением (вулканизацией) жидкой составляющей.