СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ Российский патент 1999 года по МПК B42B4/00 C06B45/00 

Изобретение служит для создания пиротехнических эффектов, использования их в игровых ситуациях (для организации зрелищных, спортивных и развлекательных мероприятий и аттракционов), для подачи световых и звуковых сигналов (в развлекательных целях, для отпугивания животных и др.).

Известно свойство газов образовывать при диспергировании с жидкостями пены и газовые пузыри, ограниченные пленками жидкости. Для образования стабильных пен и газовых пузырей необходимо добиться снижения поверхностного натяжения жидкости, что достигается введением поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Известно свойство горючих газов, паров воспламеняющихся и горючих жидкостей образовывать с кислородом, воздухом и другими газами-окислителями воспламеняющиеся смеси. Подобные смеси характеризуются нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения (НКПВ, ВКПВ). Смеси, относящиеся к этой области, взрывоопасны. Смеси горючих газов, в том числе с газами-окислителями, выше ВКПВ, сгорают на воздухе с образованием пламени.

Известно применение горючих и воспламеняющихся составов для получения пиротехнических (световых, тепловых, звуковых, дымовых, специальных) эффектов. Большинство пиротехнических составов содержит горючее вещество, окислитель, связующее, соединения, окрашивающие пламя. В качестве горючего используют металлы (алюминий, магний, др.), их сплавы, углеводородные смеси (бензин, керосин), углеводы и др. Окислителями служат окислы, нитраты, хлораты, перхлораты. Для окрашивания пламени вводят тесносмешанные с другими компонентами соединения металлов, излучающие в видимой части спектра при возбуждении их молекул или атомов. Пиротехнические изделия получают прессованием измельченных компонентов в бумажные или металлические гильзы. Воспламенение пиротехнических составов осуществляют дымовым порохом и связанными с ними воспламенительными составами, которые наносят на поверхность поджигаемых пиротехнических составов. Для получения самовоспламеняющихся составов используют белый фосфор и фосфиды. Разлет пиротехнических составов осуществляют с помощью пороховых или реактивных зарядов (прототип).

Относительная сложность изготовления и зажигания составов, а также высокая по сравнению с атмосферным воздухом плотность и компактность пиротехнических изделий затрудняют получение указанных составов непосредственно перед применением, зажигание составов от источника воспламенения малой интенсивности, воспламенение составов при их нахождении в воздухе не связанным с ними источником зажигания и требуют применения для разлета составов в воздух пороховых или реактивных зарядов.

Технической задачей изобретения является создание пиротехнических эффектов, позволяющее производить пиротехнические изделия непосредственно перед использованием, воспламенять составы от не связанного с ними источника зажигания малой интенсивности, не требующее применения для разлета составов пороховых или реактивных зарядов и, кроме того, позволяющее осуществлять ряд специальных эффектов.

Поставленная задача достигается за счет использования для получения пиротехнических эффектов воспламеняющихся со взрывом газовых составов или газовых составов, загорающихся на воздухе, в виде ограниченных жидкой пленкой, содержащей ПАВ, замкнутых объемов газа, имеющих структуру пены или отдельных газовых пузырей (под пеной подразумевается газожидкостная система с количеством пузырей более одного).

В качестве воспламеняющихся со взрывом составов используют смеси горючих газов, паров горючих и легко воспламеняющихся жидкостей с газами-окислителями, находящиеся в области воспламенения (между НКПВ и ВКПВ).

В качестве загорающихся на воздухе составов используют горючие газы (восстановители) и их смеси с газами-окислителями в концентрациях, превышающих ВКПВ.

Воспламеняющиеся и загорающиеся на воздухе составы могут содержать инертные (не окисляющиеся) газы, газы, самовоспламеняющиеся на воздухе, дымообразующие добавки, газы, содержащие соединения, окрашивающие пламя.

Образование пены и газовых пузырей производят при диспергировании газов в жидкостях, барботировании газов в жидкость, перемешивании газов с жидкостями, выдувании газовых пузырей, смоченных жидкостью и др.

Для стабилизации образованных пен и пузырей используют различные ПАВ, снижающие поверхностное натяжение жидкости и повышающие вязкость пленки. Используют водорастворимые, растворимые в других растворителях ПАВ или жидкие ПАВ без растворителя.

В качестве пленкообразующих жидкостей применяют воду, органические и неорганические жидкости или жидкие ПАВ.

Получение воспламеняющихся и загорающихся на воздухе составов производят непосредственно перед применением.

Зажигание воспламеняющихся или загорающихся на воздухе составов осуществляют за счет контакта с источником зажигания (пламенем, искрами, нагретыми телами, лучом и др.), причем источник зажигания может иметь меньшую интенсивность по сравнению с источником, необходимым для зажигания твердых пиротехнических составов по прототипу. Горение воспламеняющихся составов носит взрывной характер и сопровождается звуковыми, тепловыми и световыми эффектами, а при добавлении дымообразующих добавок - дымовым эффектом. Горение загорающихся на воздухе составов носит спокойный характер и сопровождается световым, тепловым, а часто дымовым (напр., при сгорании ацетилена - черный, при сгорании фосфинов - белый) эффектами.

Зажигание газожидкостных пиротехнических составов осуществляют в момент их образования или после образования на поверхности жидкостей (при барботировании, диспергировании газов и др.), на поверхности твердых тел, смоченных жидкостью (при выдувании газов через трубки, пористые материалы и др.), в атмосфере (при окружении составов со всех сторон воздухом), а также после образования и последующего налипания составов на различные твердые и жидкие тела (поверхности). Здесь под твердыми и жидкими телами подразумеваются практически любые материалы, ткани и т.п. на которые могут налипать составы, например грунт, полимеры, человеческое тело, вода и т.п.

Контакт составов с источником зажигания приводит к разрыву жидкой пленки, ограничивающей составы, и их воспламенению или загоранию. В случае применения электрических искр и разрядов воспламеняющиеся составы могут взрывать без предварительного разрыва оболочки. При применении составов с самовоспламеняющимися добавками воспламенение происходит после разрыва жидкой пленки на воздухе.

Малая плотность газовых составов позволяет осуществлять их перемещение в атмосфере за счет плотности, отличающейся от плотности воздуха, естественного или принудительного движения воздуха, а также при наложении силовых полей, то есть не требует применения специальных зарядов для разлета составов в воздух.

Контакт перемещающихся в атмосфере составов с источником зажигания осуществляют при поднесении источника к составу вручную или с помощью механических средств, при бросании, метании, выстреливании источника, при реактивном движении источника, при направлении на состав инициирующего луча или факела и др. (состав используется как мишень) или при направлении составов (напр., в потоке воздуха или за счет меньшей плотности) на статический или перемещающийся источник. Во всех случаях сохраняется принцип несвязанности состава и источника зажигания.

При налипании газообразных пенных пиротехнических составов в виде протяженных полос и площадей пены на твердые или жидкие поверхности получают огнепроводящий состав, горение которого сопровождается характерными световыми и звуковыми эффектами типа "бегущая волна". Используют полосы пены (в т. ч. прерывистые) длиной от 10 см до сотен метров, при площади сечения полосы (площадки) в поперечнике от 0,1 см.² и более. Налипание пены полосами и площадями происходит при ее нанесении на твердые или жидкие поверхности, или при выделении пены на твердой или жидкой поверхности, в последнем случае пеногенерирующая поверхность, на которую налипает пена, также имеет вид полос и площадей.

Образование пен по данному способу производят либо только с использованием воспламеняющихся и загорающихся на воздухе газовых составов и их смесей, либо с использованием более сложных композиций - смесей воспламеняющихся и горючих пен с пенами, состоящими из газовых составов с различными окислительно-восстановительными свойствами, например с воздушными пенами, пенами из инертных газов, пенами из газов-окислителей, пенами из газов, самовоспламеняющихся на воздухе или при контакте с окислителями, а также с инородными материалами, например твердыми и жидкими горючими или взрывчатыми веществами, инертными материалами. Получение смешанных пен осуществляют при совместном барботировании, диспергировании, выдувании и т.п. газов или после раздельного получения пен из различных газов с последующим их смешением.

За счет использования сложных пенных композиций достигают изменения во времени воспламеняющихся и горючих характеристик пен, защищают пены от преждевременного разрушения, изменяют характер горения пен.

Изменение во времени воспламеняющихся и горючих характеристик смесевых пен происходит при старении пены, сопровождающемся разрушением прослоек жидкости между газовыми пузырями и смешением газов. При слиянии газовых пузырей с различными окислительно-восстановительными свойствами соответственно изменяются свойства образующейся газовой смеси и ее способность к воспламенению и горению.

Пены, состоящие из пузырей инертных газов или воздуха, часто выполняют функцию защитного действия, обычно их наносят на горючие или воспламеняющиеся пены для изоляции последних от атмосферы или соприкасающихся с пенными изделиями поверхностей.

Путем смешения воспламеняющихся и горючих пен с пенами, содержащими инертные газы, газы-окислители, горючие или взрывчатые твердые и жидкие вещества, регулируют скорость горения или взрыва пенных образований. Огнепроводящие свойства воспламеняющихся со взрывом и сгорающих на воздухе или в окислителях пен приводят к возгоранию или взрыву контактирующих с ними горючих веществ или взрывчатых веществ.

При использовании смесевых композиций из горючих и воспламеняющихся пен с инородными инертными материалами после зажигания пены удается осуществить разлет инородных частиц за счет экзотермической реакции.

Основой сложных пенных композиций являются воспламеняющиеся и загорающиеся составы, а остальные компоненты выполняют вспомогательную роль.

Время, в течение которого может быть осуществлен контакт газожидкостных пиротехнических составов с источником зажигания, находится в пределах периода сохранения составами своих пиротехнических (воспламеняющихся и горючих) свойств. Это время ограничено, так как газовые пены и пузыри самопроизвольно разрушаются при разрыве пленки жидкости, окружающей составы, кроме того, изменяется газовый состав смеси за счет диффузии газов через пленку жидкости, отделяющую составы от воздуха. Момент наступления контакта состава с источником зажигания в пределах этого периода выбирают произвольно.

Для получения цветного окрашивания пламени используют соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а также другие известные вещества. Указанные соединения вводят в пленку жидкости, ограничивающую замкнутые объемы газовых пиротехнических составов. Они могут находиться в жидкой пленке в связанном виде (металлоорганические соединения), в растворенном виде или в виде налипших и диспергированных порошков. Из растворимых соединений используют водорастворимые вещества и вещества, растворимые в органических жидкостях, в последнем случае при использовании солей кислородсодержащих кислот (нитратов, хлоратов, перхлоратов) происходит дополнительное тепловыделение за счет окисления ими органической жидкости при горении или взрыве. Нерастворимые и малорастворимые соединения применяют в виде мелкодисперсных частиц - порошков, суспензий, эмульсий, коллоидов и др.

Для усиления свечения пламени к пленкообразующим жидкостям добавляют мелкодисперсные порошки алюминия, магния, сажу и др., при сгорании которых на воздухе или за счет окислителей повышается светоотдача пламени.

Окрашивание пен и газовых пузырей, а также дыма после взрыва составов осуществляют за счет использования интенсивных красителей.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Смесь метана и этилена при объемном соотношении 1:1 выдувают через трубку, смоченную раствором пеномоющего средства, и получают в виде газовых пузырей диаметром 1 - 3 см, ограниченных пленкой водного раствора пеномоющего средства 4 "Модена" ГОСТ 23361-78 (далее ПМС). Пузыри зажигают от спички в момент или после образования. Получают вспышку пламени желтого цвета.

Пример 2. Газовую смесь водорода и кислорода при объемном соотношении 2: 1 получают в виде газовых пузырей диаметром 4 - 5 см, ограниченных пленкой водного раствора ПМС. Зажигают состав, находящийся в полете в воздухе, от раскаленной до 1000^oC проволочки или от горящих частиц. При контакте происходит взрыв, сопровождающийся звуковым, тепловым и световым (слабо-желтый) эффектами.

Пример 3. Смесь водорода и кислорода барботируют в раствор ПМС, который находится на дне емкости, выполненной из гибкого полимерного материала (полиэтилен), имеющей ширину 10 см, высоту 5 см и длину 20 м. Образующиеся на поверхности жидкости пену и пузыри зажигают в момент образования с торца емкости или в нескольких местах по длине емкости, получают спецэффект "Бегущая волна" (подробнее см. в описании).

Пример 4
Смесь фосфинов PH₃ и P₂H₄ получают в виде газовых пузырей диаметром 2 - 4 см, ограниченных пленкой водного раствора ПМС. При самопроизвольном или вынужденном разрыве жидкой пленки происходит самовоспламенение составов с образованием облака белого дыма.

Пример 5
Смесь водорода с кислородом при объемном соотношении 1:1 получают в виде газовых пузырей, ограниченных раствором ПМС в диметилсульфоксиде, содержащем кроме ПМС 30% нитрата кальция. Зажигают от спички или горелки. Взрыв состава сопровождается ярко-желтой вспышкой и звуковым хлопком.

Пример 6
Состав по примеру 5, содержащий вместо нитрата кальция перхлорат бария и 10 мас. % порошка магния, получают в виде пены, зажигают от порохового заряда. Происходит взрыв, сопровождающийся зеленой вспышкой и звуковым эффектом.

Пример 7
Смесь водорода с воздухом диспергируют с водным раствором ПМС за счет ее пропускания через пористую перегородку, смоченную раствором ПМС, зажигают полученную пену в момент образования от источника искрового разряда, контактирующего с пеной, подавая электрический импульс в заданный момент времени.

Изобретение служит для создания пиротехнических эффектов, использования их в игровых ситуациях, для подачи звуковых и световых сигналов и др. Сущность изобретения заключается в том, что для создания пиротехнических эффектов (световых, тепловых, звуковых и др.) используют газообразные воспламеняющиеся составы (смеси газов-окислителей с газами-восстановителями в пределах области воспламенения) и газообразные составы, загорающиеся на воздухе (газы-восстановители), в виде ограниченных жидкой пленкой, содержащей поверхностно-активные вещества, замкнутых объемов газа, имеющих структуру пены или отдельных газовых пузырей. При зажигании указанных составов от источника инициирования реакции происходит взрыв или горение составов, сопровождающиеся пиротехническими эффектами. В результате обеспечивается возможность производить пиротехнические эффекты непосредственно перед использованием и воспламенять составы от не связанного с ними источника зажигания малой интенсивности. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ создания пиротехнических эффектов, включающий использование пиротехнических составов, сгорающих на воздухе с получением световых, тепловых, звуковых, дымовых и специальных эффектов, введение в их состав соединений, увеличивающих свечение и окрашивающих пламя и их зажигание или использование в качестве пиротехнических составов самовоспламеняющихся на воздухе составов, отличающийся тем, что в качестве пиротехнических составов используют газообразные пиротехнические составы в виде ограниченных жидкой пленкой, содержащей поверхностно-активные вещества, замкнутых объемов газа, имеющих структуру пены или отдельных газовых пузырей, а их зажигание осуществляют в момент их образования или после образования в течение периода времени сохранения ими своих пиротехнических свойств. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зажигание газообразных пиротехнических составов производят при их полете в атмосфере за счет контакта с не связанными с ними источниками зажигания. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразные пиротехнические составы наносят на поверхность твердых или жидких тел или получают на поверхности твердых или жидких тел в виде пенных участков, образующих полосы или площади, налипающих на нее. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании самовоспламеняющихся на воздухе пиротехнических составов их самовоспламенение осуществляют путем разрыва пленки жидкости, ограничивающей газовые составы. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединения, увеличивающие свечение пламени и окрашивающие пламя или дым, вводят в жидкость, образующую пленку, ограничивающую замкнутые объемы газовых составов, в виде растворов или дисперсных частиц.