§ 7. Скорость горения пиротехнических составов

Под скоростью горения обычно понимают время в секундах, в течение которого горение распространяется на 1 см длины изделия из определенного состава. Различные пиротехнические составы горят с разной скоростью; она зависит от многих причин. Если рассмотреть с к о р о с т ь г о р е н и я о с н о в н о й д в о й н о й с м е с и, можно установить зависимость этой скорости от следующих основных факторов: а) от свойств окислителя и горючего; б) от величины зерен каждого компонента, в) от плотности смеси.

а) С в о й с т в а к о м п о н е н т о в – важнейший фактор, влияющий на скорость горения. Например, хлораты со всеми горючими дают смеси, горящие значительно быстрее, чем нитраты с теми же горючими.

К быстро горящим смесям можно отнести:

KCIO₃ + S,

KCIO₃ + C,

KCIO₃ + сахар,

KCIO₃ + шеллак,

Ba(CIO₃)₂ + S,

KNO₃ + C.

К медленно горящим смесям относятся:

KCIO₃ + канифоль,

Ba(CIO₃)₂ + канифоль,

Ba(NO₃)₂ + шеллак,

Sr(NO₃)₂ + идитол.

б) С т е п е н ь и з м е л ь ч е н и я к о м п о н е н т о в, или величина их зерен, влияет на скорость горения смеси следующим образом: чем мельче зерна компонентов, тем больше скорость горения. Большая степень измельчения увеличивает поверхность горения и ускоряет процесс.

в) У в е л и ч е н и е п л о т н о с т и с м е с и обычно уменьшает скорость ее горения, затрудняя распространение реакции горения внутрь состава. Однако для многих смесей существует некоторый предел плотности, после которого увеличение ее уже не изменяет скорости горения.

При прибавлении к основной двойной смеси различных компонентов для образования состава скорость горения его изменяется. Это изменение зависит от всех разобранных выше факторов, от свойств добавок и характера взаимодействия между компонентами

состава. Поэтому изучение скорости горения многокомпонентных составов значительно сложнее, чем изучение горения основных двойных смесей.

Некоторые добавки, не участвующие в реакции горения, замедляют процесс. Такими замедлителями могут служить инертные, негорючие вещества – инфузорная земля и др. Иногда для ускорения реакции горения в состав вводят ускорители, или так называемые а к т и в а т о р ы, например, перекись марганца. Иногда для регулирования скорости горения смешивают две или несколько смесей, имеющих разные скорости горения.

Если при этом две смеси имеют один и тот же окислитель или горючее, получается так называемая т р о й н а я с м е с ь. Примером тройной смеси из одного окислителя и двух горючих является дымный порох, состоящий из калиевой селитры, серы и угля. Такие тройные смеси обычно имеют значительно большую скорость горения, чем каждая из исходных двойных смесей. Это явление можно объяснить схематично следующим образом. В первый момент возникновения горения начинает гореть горючее, имеющее большее сродство с кислородом; при этой реакции выделяется тепло, которое улучшает скорость горения второго горючего. Горение его будет в свою очередь способствовать более энергичному горению первого горючего. Таким образом процесс сравнительно быстро развивается, и скорость горения значительно возрастает. Следовательно, при горении тройной смеси реакция проходит чрезвычайно энергично, скорость горения значительно превышает скорость горения двойных смесей.

Дымный порох можно рассматривать как состав, образованный двумя двойными смесями:

1-я смесь – калиевая селитра KNO₃ + уголь С;

2-я смесь – калиевая селитра KNO₃ + сера S.

Первая смесь имеет скорость горения 5 см/сек. Вторая смесь при обыкновенных условиях совсем не загорается, а нагревается до 100 градусов горит слабо. Тройная смесь (порох) горит со скоростью 1 – 0,6 см/сек.

Экспериментально скорость горения наиболее просто определяется следующим образом. Состав прессуется в виде цилиндра определенных размеров, воспламеняется от определенного начального импульса, и с помощью секундомера определяется продолжительность его горения.