폭약 조성

Pyrotechnic composition

폭약 조성은 열, 빛, 소리, 가스/흡연에 의해 영향을 미치도록 설계된 물질의 물질 또는 혼합물이며, 이러한 물질의 조합은 비-진토성 자생성 발열 화학 반응의 결과물이다. 폭약성 물질은 반응을 유지하기 위해 외부 공급원의 산소에 의존하지 않는다.

폭약식 구성의 기본 유형은 다음과 같다.

  • 플래시 파우더 – 매우 빠르게 연소하고, 폭발 및/또는 밝은 빛의 섬광을 생성함
  • 화약 – 플래시 파우더보다 연소 속도가 느리고, 많은 양의 가스를 생성함
  • 고체 추진체 – 로켓과 발사체의 운동 에너지의 공급원으로 사용되는 많은 양의 뜨거운 가스를 생산한다.
  • 폭약식 개시자 – 다른 구성물에 발화하는 데 사용되는 많은 양의 열, 화염 및/또는 뜨거운 불꽃을 생성
  • 가스 발생기 – 짧은 시간에 많은 양의 가스(액츄에이터 및 방출 전하의 경우, 고체 추진체를 사용하는 경우가 많음) 또는 제어된 유량(예: 화학적 산소 발생기, 열사이트와 같은 구성을 사용하는 경우가 많음)
  • 배출 요금 – 빠른 연소, 짧은 시간에 많은 양의 가스 생성, 컨테이너에서 유하중을 배출하는 데 사용
  • 폭발 전하 – 빠른 연소, 짧은 시간에 많은 양의 가스 생성, 컨테이너 조각 및 내용물 배출에 사용
  • 연기 구성 – 천천히 연소하고, 연기를 생산하며, 일반적이거나 색상이 있는 제품
  • 지연 구성 – 일정한 저속으로 연소되며, 점화 열차에 지연을 발생시키는 데 사용된다.
  • 폭약식 열원 – 대량의 열을 발생시키고 가스를 거의 또는 전혀 배출하지 않으며, 느리게 연소하며, 종종 열원처럼 생긴 구성물
  • 스파클러 – 흰색 또는 색상의 스파크 생성
  • 플레어 – 천천히 연소하고, 많은 양의 빛을 생성하며, 조명 또는 신호에 사용됨
  • 색상의 불꽃놀이의 구성 – 빛, 흰색 또는 색상을 생산한다.

일부 폭약식 구성은 가스 발생기(예: 에어백), 폭약식 고정 장치 및 기타 유사한 용도에서 대량의 가스를 생성하기 위해 산업 및 항공우주 분야에서 사용된다. 그것들은 또한 많은 양의 소음, 빛 또는 적외선 방사선이 필요할 때 군사용 폭약 기술에도 사용된다. 예를 들어 미사일 디코이 플레어, 플래시 파우더, 스턴 수류탄 등이 그것이다. 새로운 종류의 반응성 물질 구성물은 현재 군대의 조사를 받고 있다.

특히 알루미늄과 과염소산염을 포함하는 많은 폭약식 구성물은 마찰, 충격 및 정전기에 매우 민감하다. 0.1-10밀리줄의 스파크는 특정 혼합물을 발생시킬 수 있다.

사용된 재료

폭약성분은 보통 연료의 작은 입자와 산화제의 혼합물로 균질화된다. 입자는 곡물이나 조각일 수 있다. 일반적으로 입자의 표면적이 높을수록 반응속도와 연소속도가 높다. 어떤 목적을 위해, 바인더는 가루를 단단한 물질로 만들기 위해 사용된다.

연료

전형적인 연료는 금속 또는 금속 분말을 기반으로 한다. 플래시 분말 구성은 여러 가지 다른 연료를 명시할 수 있다. 어떤 연료는 바인더 역할을 할 수도 있다. 일반 연료에는 다음이 포함된다.

  • 금속
    • 알루미늄 – 여러 종류의 혼합물에서 가장 일반적인 연료로 연소 불안정 억제제. 탄소보다 질량 당 에너지는 적지만 가스 진화는 적으며, 반응 혼합물에 열을 유지한다. 고체 입자가 있는 고온의 불꽃으로, 불꽃 색소를 방해한다. 질산암모늄, 질소산화물, 암모니아 및 열(상온에서는 반응이 느리지만 80 °C 이상에서는 폭력적이고 자연 발화할 수 있음)을 제외한 질산염과 반응한다. 이러한 반응은 약한 산(예: 붕산)에 의해 억제될 수 있다. 알칼리성 물질에 의해 부식됨. 입자는 구면 입자보다 발화하기 쉽고 폭약에 더 좋다. 수분이 있으면 염소산칼륨과 과염소산염과 반응하여 수소를 산출한다. 필요한 연소율에 따라 선택된 입자 크기.[1]
    • 마그네슘 – 알루미늄보다 더 민감하고 폭력적이므로 보관 시 자연 발화 확률이 증가한다. 불꽃 온도를 높이기 위해 불꽃놀이에 사용된다. 알루미늄보다 불꽃 색상의 간섭이 적다.
    • 마그네슘 – 마그네슘 합금, 마그네슘보다 안정적이고 저렴한 가격, 마그네슘보다 반응성이 낮으며, 알루미늄보다 발화가 용이함
    • 철 – 금 불꽃을 만들어 자주 사용됨
    • 강철 – 철과 탄소의 합금, 가지에 황색 주황색 불꽃을 일으킴
    • 지르코늄 – 발화 혼합물(예: NASA Standard Initiator)에 적합한 뜨거운 입자를 생성하며 연소 불안정 억제제
    • 티타늄 – 뜨거운 입자를 생성하여 충격과 마찰에 대한 민감도를 높인다. 때로는 Ti4Al6V 합금을 사용하여 약간 밝은 흰색 스파크를 만들기도 한다. 과염소산칼륨과 함께 일부 폭약식 점화기에 사용된다. 거친 분말은 청백색의 아름다운 분지를 만든다.
    • 페로티타늄 – 철-티타늄 합금, 화약성 별, 로켓, 혜성 및 분수에 사용되는 밝은 황백색의 불꽃을 생성함
    • 페로실리콘 – 일부 혼합물에 사용되는 철-실리콘 합금, 때로는 칼슘실리콘 대체
    • 망간 - 연소율을 제어하는 데 사용됨(예: 지연 구성 시)
    • 아연 – 일부 연기 구성에서 일부 초기 아마추어 로켓 연료에 사용된 유황과 함께 폭약식 별에도 사용됨; 무거운 아연 기반 구성물은 충분히 높이 날기 위해 추가 양력이 필요할 수 있음; 습기에 민감할 수 있음; 자연 발화될 수 있음; 연기 구성물을 제외하고 일차 연료로 거의 사용되지 않는 것은 2차 엔하로 만날 수 있다.시멘트 연료
    • 구리 – 다른 연료와 함께 청색 착색제로 사용됨
    • 황동 – 구리 함량의 청색 착색제로 일부 불꽃 공식에 사용되는 아연 코퍼 합금
    • 텅스텐 – 구성물의 연소율을 제어하고 느리게 하는데 사용되며, 지연 구성에도 사용됨
    • 지르코늄-니켈 합금 – 일부 군사 지연 구성에 사용
  • 금속 하이드라이드(순수 금속보다 낮은 연소 열, 그러나 물에 대한 감도/반응도 증가):
  • 금속탄화물
  • 메탈로이드
    • 실리콘 – 높은 불꽃 온도, 용융된 유리를 생성하는 화상, 일부 점화 구성 및 지연 전하(일반적으로 납 테트록사이드)에 사용됨
    • 보론 – 일부 점화 혼합물에 사용
    • 안티몬 - 반짝이 효과, 독성, 밝은 흰색 화상, 보통 200–300 망사로 사용되며 질산칼륨과 황으로 인해 백색 화재가 발생한다.
  • 비금속 무기체
    • 황 – 점화 촉진제, 연소율 증가, 온도, 충격 및 마찰에 대한 민감도 증가, 염소산염과 함께 위험, 질산염과 함께 일반적으로 사용, 첨가제로 사용, 잔류산을 포함할 수 있으며, 탄산염 또는 기타 알칼리성 안정제와의 조합은 산성에 민감한 구성에서 권장된다.
    • 적색 인 – 특히 염소산염(Armstrong's 혼합물)과 함께 매우 위험하며, 캡에 사용되며, 성냥과 일부 군용 적외선 플레어에도 사용되며, 유독성
    • 백색 인 – 방화 무기와 일부 군사용 연기 스크린을 만드는 데 사용되며, 공기 중에 자연적으로 점화되며, 훨씬 더 독성이 강하다.
    • 칼슘 사일화 – 일부 특수 구성물에 사용
    • 안티몬 트리설피드 – 점화 촉진제, 미세한 분말은 민감도를 높이고 경수의 붐을 날카롭게 하며, 정전기에는 독성이 있고 민감하며,[2] 밝은 백색 빛을 발산하며, 반짝이 구성과 흰색 혜성 및 폭약식 별에도 연료로 사용된다. 마찰과 충격에 민감함; 감작의 정도는 산화제(염소산칼륨과의 마찰 및 충격에 민감함, 과염소산칼륨과의 마찰, 과염소산암모늄과의 충격, 질산칼륨 둘 중 하나에 무감각함)에 따라 달라진다.
    • 황화 비소(실제) – 독성, 충격 및 마찰에 민감함 소량이라도 염소산염에 민감해 보고서 작성에 사용된다. 끓는점이 낮아 노란 연기 조성에 사용된다.
    • 삼황화 인 – 일치시키는 데 사용
    • 인산칼슘 – 젖은 상태일 때 인산염 방출, 일부 해군 신호 플레어에 사용
    • 티오시아네이트 칼륨
  • 탄소 기반
    • 탄소
      • 숯 – 딤골드 스파크 발생
      • 흑연 – 방사선에 의한 연료의 낮은 층으로의 열 전달을 방지하고 관련 폭발을 방지하기 위해 로켓 연료에서 아파시퍼로도 사용된다.
      • 카본 블랙 – 불꽃놀이에서 오래 지속되는 미세한 금 불꽃을 생성하며, 로켓 연료에서도 가연제로 사용된다.
    • 아스팔트 – 탄소 기반 연료, 바인더로도 사용된다. 일부 형태는 암모니아를 포함하고 있으므로 염소산염과 결합해서는 안 된다.[1]
    • 나무가루
  • 유기화학물질
  • 유기 중합체와 레진, 때로는 바인더 역할도 한다.

금속 연료를 사용할 때 금속 입자 크기가 중요하다. 표면 면적 대 부피 비율이 클수록 반응 속도가 빨라진다. 이는 입자 크기가 작을수록 연소 속도가 빨라진다는 것을 의미한다. 모양도 중요하다. 구면 입자는 용해된 금속을 분무하여 생성되는 입자와 마찬가지로 바람직하지 않다. 금속 포일을 밀링하여 생성되는 입자와 마찬가지로 얇고 평평한 입자는 반응 표면이 높기 때문에 더 빠른 반응이 필요할 때 이상적이다. 나노입자를 사용하면 반응속도에 큰 영향을 미칠 수 있다; 측정 가능한 분자간 복합체는 이것을 이용한다.

적절한 금속 연료는 산화제와 혼합되기 전에도 스스로 위험할 수 있다. 화포성 금속 분말이 발생하지 않도록 세심한 취급이 필요하다.

산화제

과염소산염, 염소산염, 질산염은 플래시 파우더에 가장 흔히 사용되는 산화제다. 다른 가능성으로는 과망간산염, 색소산염, 그리고 일부 산화물이 있다. 일반적으로 산화제가 적을수록 연소 속도가 느려지고 빛이 많이 생성된다. 매우 높은 온도에서 사용하기 위해 황산은 매우 강하게 감소하는 연료와 함께 산화제로 사용될 수 있다.

사용 중인 산화제는 다음과 같다.

  • 과염소산염(염소 기증자 역할도):
    • 과염소산칼륨 – 일반적이고 비교적 안정적이다. 거의 비휘발성. 물에 용해도가 낮음. 고온의 화염과 염화칼륨 연기를 발생시킨다. 염소산칼륨의 안전한 대체. 인으로 인한 충격에 민감하고
    • 현대 고체 로켓 연료의 가장 흔한 산화제인 과염소산 암모늄은 과염소산칼륨보다 기계적 자극에 더 민감하다. 불꽃놀이에서 흔치 않은 일; 뜨거운 불꽃을 만들고 염소 기증자의 역할을 함으로써 바륨, 스트론튬 및 구리 색소를 강화한다. 습기가 차면 마그네슘과 반응하여 열과 암모니아를 방출하며 자가 무그니트할 수 있다. 질산칼륨(예: 검은색 분말)에 접촉하면 과염소산칼륨과 질산나트륨을 생성하지 않는다. 질산암모늄이 생성된다. 질산나트륨과 같은 반응은 없다. 염소산 칼륨과 반응하여 불안정하고 점차 분해되는 염소산 암모늄을 생성한다. 그러한 조합은 피해야 한다.[1]
    • 과염소산 니트로늄
  • 염소산염(염소 기증자 역할도 하며, 불안정한 폭발성 암모늄 염소산염을 형성하여 암모늄염과 호환되지 않으며, 자연 발화성 이산화염소의 생산으로 인해 황 및 기타 산성 화학물질과 호환되지 않으며, 인과 함께 매우 위험하며, 예를 들어 아스팔트와 같은 탄화수소 연료/빈더와 결합해서는 안 된다.t 또는 껌 아랍어. 가능한 경우 안전한 과염소산염으로 교체해야 한다.
    • 염소산칼륨 – 과염소산염보다 훨씬 덜 안정적이고, 위험하므로 가능하면 피하십시오. 빠른 연소 속도, 쉬운 점화. 질산칼륨보다 약간 더 흡습적이다. 염화칼륨의 연기를 생산한다. 염소 기증자 역할을 할 수 있다. 황 및 황화물로 인한 높은 충격 및 마찰 민감도. 암모늄염은 염소산 암모늄을 불안정하게 만든다. 머리 모양과 색깔 있는 담배, 그리고 작은 폭죽과 장난감 모자에 사용된다.[1]
    • 염소산 바륨 - 불꽃놀이에서 녹색 색소제 역할도 한다. 민감하고 피하는 것이 좋다. 거의 비휘발성. 구성물은 햇빛에서 자연적으로 연소될 수 있다. 저온의 화염에서도 매우 좋은 녹색 색소제.[1]
    • 염소산나트륨 – 과염소산염에 비해 훨씬 안정적이지 않고 위험하며, 황색 발광성의 역할을 하기도 한다.
  • 질산염(알루미늄과 혼합할 경우 붕산을 스태빌라이저로 추가해야 함):
    • 질산칼륨 – 매우 흔하며, 검은 가루와 다양한 구성물에 사용된다. 별로 흡습적이지 않다. 낮은 온도에서(로진이나 쉘락과 같은 일반적인 연료를 사용하는 경우) 그다지 효율적이지 않고, 잘 연소되지 않으며, 질산칼륨을 생성한다. 온도가 높을 때 숯과 황 또는 마그네슘을 사용하면 부패가 잘 된다. 마그네슘을 첨가한 경우를 제외하고 색화 불꽃을 만들기에 충분한 온도를 생성하지 않는다. 불꽃이 잘 튀는다. 먼지 속에 존재하면 먼지가 위험하고 인화성이 매우 높다.[1]
    • 질산나트륨 – 또한 노란색 발색제, 저광학. 조도 구성에 사용되는 강렬한 황색 조명을 제공한다. 먼지 속에 있으면 먼지가 위험해진다. 낮은 온도에서는 질산 재가 생성되고, 높은 온도에서는 완전히 분해된다.[1]
    • 질산칼슘 – 또한 적색-오렌지 색소제.
    • 질산암모늄 – 일부 덜 보편적인 복합 로켓 추진체에 사용되는 저온으로 분해된다. 건조하면 알, Zn, Pb, Sb, Bi, Ni, Cu, Ag, Cd, 습하면 Fe와 반응한다. 구리와 함께 폭발성 화합물을 형성한다.
    • 질산 바륨 – 녹색 및 흰색 색상에 가장 일반적인 산화제/색소제지만 다소 약한 색소 효과를 가진; 염소 기증자 필요. 또한 플래시 파우더와 일부 군용 적외선 플레어에도 사용된다. 바륨은 또한 혼합물의 안정제 역할을 한다;[3] 가벼운 금속의 질산염보다 높은 온도에서 분해되고 더 높은 연소 온도를 촉진한다. 알루미늄의 경우 밝은 은색 불꽃이 발생하며, 알루미늄과 함께 사용할 경우 붕산을 스태빌라이저로 추가하는 것이 좋다. 별로 흡습적이지 않다.[1]
    • 질산 스트론튬 – 플레어, 화재 및 별에서 가장 일반적인 산화제/색상제; 스트론튬은 혼합물의 안정제 역할을 한다.[4] 낮은 온도에서(유기 연료로) 불꽃을 질식시킬 수 있는 스트론튬 질산염 회분을 생성하며, 높은 온도에서 완전히 분해된다(마그네슘으로). 저온 화염을 위한 착색제, 고온 화염을 위한 착색제 및 산화제.
    • 질산 세슘 – 일부 군사 적외선 플레어 구성에 사용
  • 과망간산염:
  • 크로마테스:
    • 바륨 크롬산염 – 불꽃 로켓과 같은 지연 구성에 사용됨
    • 납 색산염 – 지연 구성에 사용
    • 중크롬산칼륨 - 산화제로 자주 사용되지 않으며, 촉매 및 일부 일치에서 마그네슘 입자의 전달을 위한 표면 처리로 사용될 수 있으며, 과염소산칼륨은 종종 첨가된다.
  • 산화물과 과산화물:
  • 황산염(재작동 시 고온 및 강력한 연료 절감 필요):
  • 유기화학물질
  • 다른이들

해당 나트륨 염은 칼륨 염을 대체할 수 있다.

첨가제

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g h B. J. 코산케 외폭약 화학, 폭약 참조 시리즈 제4권, 폭약학 저널(2004) ISBN1-889526-15-0 페이지 30
  2. ^ 미국 화학 협회 Chemistry.org. 2010-10-15년에 검색됨.
  3. ^ 바륨 – 불꽃놀이의 원소. Chemistry.about.com(2010-06-11). 2010-10-15년에 검색됨.
  4. ^ 스트론튬 – 불꽃놀이의 원소. Chemistry.about.com(2010-06-11). 2010-10-15년에 검색됨.
  5. ^ 폭약식 지연 충전 – 특허 4419153. Freepatentsonline.com (1998-05-13). 2010-10-15년에 검색됨.
  6. ^ EnergyStorm – 가변 열원으로서의 티타늄-보론 혼합물 Wayback Machine에 2009-03-29 보관. Energystorm.us. 2010-10-15년에 검색됨.

외부 링크