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浅谈花炮科研理论在其它领域的发展和应用
徐 强 国

     科学技术是第一生产力,是发展的永恒主题。花炮企业要走强化之路和可持续发展,必须在提高质量水平和人员素质的同时,加快科研力度,解决花炮生产中的安全和燃放过程的环保两大难题,这也是目前制约花炮行业发展的两大瓶颈。解决这两大难题,不是一朝一夕之功,需要科研人员坚忍不拔的毅力和厚积而薄发的功力,更需要大量的资金投入。
凭借科研促进发展战略,可使花炮行业长足发展。一个好的科研课题,在获得巨大的社会效益的同时,一定会带来巨大的经济效益。生产企业如何去寻找科研项目的切入点,这是面临的一个难题,科研最忌盲目性和无知性,不然会浪费大量的时间和精力,甚至会落入“永动机”的误区。
科研是一个承前启后的技术工作,既要有应知理论,更要有创新思维和实践技能。科研项目的大前提是“安全和环保”,但其中的子项目包罗万象,科研项目一旦选定,首先要从理论上去确定他,并由此制定研究工作方案。由此,花炮科研课题的理论确立显得尤为重要,其理论包含三个方面(也即课题的四个目标意向):其一是用确立的理论去解决花炮生产和燃放中的安全、环保问题,如安全配方、安全药剂、无烟或消除有害气体等;其二是用确立的理论去解释花炮行业的各种异常情况,如自燃、发热等,并提出预防对策;其三是用确立的理论为其它的研究工作者提供理论预测和科研方向;其四是利用“它山之石,可以攻玉”的方法拓宽思路,利用现有的成熟技术和理论,开创新的应用领域。
要研究他,必须先了解他!科研从理论到实践虽然只有一步之遥,但要跨出和跨对这坚实的一步,需要花费大量的时间、精力、汗水、财富。笔者根据自己的工作实践,针对花炮科研理论在其它领域的发展方向和具体应用谈些个人的体会,供同仁参考,但愿能取到抛砖引玉的作用。
烟火药除制造可供观赏的烟火外,还有很多其它用途。利用烟火药奇妙的反应机理,在其它领域也有广泛的应用。在农业上可用于杀虫、灭鼠、防霜冻以及人工降雨等;在工业上用于冶炼、焊接与切割等;在空间飞行器上用于解锁、分离、释放机构和弹射系统,应急救生系统,回收着陆系统,以及对某些绳索、电缆的切割和对某此电路、气路的接通或断开等;其它的应用发展有灭火、水下爆破、航天飞机发射时氢气燃尽技术等。下面介绍一些应用实例和配方,供同仁借鉴。
1、杀虫
杀虫原理是利用混合药剂燃烧时,将杀虫剂升华出来形成烟雾,借以杀死害虫。
典型的杀虫烟雾剂配方为:16.5%氯酸钾、11.5%硫脲、60%杀虫药、9%无机填料、3%氧化镁。英国采用的杀虫烟雾剂配方为:19%氯酸钾、26.1%尿素或硫脲、54.9%DDT,其效率可达90%。
2、灭鼠
第二次世界大战末期,美国要求发展一种烟火器材来控制地鼠、犬鼠和土拨鼠对农业的危害,虽然用HC烟幕剂可以做到,但是新耕耘的土地能吸收大量的这类毒气,造成环境污染和食物链污染。用氯酸钾或硫酸铜与硫作用产生二氧化硫灭鼠,缺点显而易见:酸化土地、污染水质。
最后采用的有效灭鼠剂是硝酸钾+碳的混合物,经氧平衡调整后产生大量的一氧化碳,CO对鼠类致命率高,不易被土地吸收。
3、人工降雨
人工降雨是利用烟火药在高空爆炸生成大量的冰核物质碘化银,AgI经高温高压冲击波分散成微粒而形成冰核气溶胶,使水滴或水汽通过异质核化形成冰晶,造成降雨过程。
美国核工程公司(NEI)生产的TB——1降雨弹,其配方为:78.3%的碳酸银、10.8%的铝、5.2%的镁、5.7%的环氧树脂;美国曾采用过的人工降雨焰剂配方有:75%的碘酸银或碘酸铅、15%的镁(25um)、10%的 laminac树脂。前苏联研制的降雨焰剂配方有:40%—60%的碘化银或碘化铅、24% ~25%高氯酸铵、10% ~25%的合成树脂、1.5%~2%石墨或油;20% ~25%的粉状铝、25% ~ 34%的碘化铵、20% ~30%高氯酸铵、10 ~20%艾杜糖醇(含成树脂)。
4、烟火冶炼
俄国学者H .H.别盖托夫在实现了氧化钡和铅之间的相互反应之后,进一步利用铝和碱金属的置换反应来制取碱金属,从而为烟火冶炼采用铝热法冶炼超纯金属奠定了基础。利用铝热反应可以冶炼出无碳素的纯金属或合金,如猛、铁—钛合金等。
MnO+MnO2+2Al→Al2O3+2Mn+Q
3Fe3O4+9TiO2+20Al→9Fe-Ti+10Al2O3+Q
 Cr2O3+2Al→Al2O3+2Cr
铝热反应在烟火剂中很有用,由于难于点火,目前应用较少。铝热反应由于放出大量的热,可产生许多意料不到的奇妙效果,供借鉴的理论和现象很多,可以深入研究其在烟花中的新用途。
5、烟火焊接
将铝热剂一类的烟火药包装成烟火焊接用的药包或加工成烟火焊接用的元件,用来对焊或修复铸件,对接或修理铁轨,焊接电话线、钢丝等。广泛用来焊接、对接铁轨的紫铜高热剂配方为:64%的氧化铜、16%的猛-铁(80M n)、20%的铜-铝(60Al)。一种改性配方[72.5%的三氧化铁、18%的铝、4.5%的镁、5%的猛-铁(1:1)合金]制成的铝热剂,可以将接地导线与金属构件牢牢地焊合在一起;铝热烟火加热圈还可用来焊接大型塑料管道。
6、烟火切割
烟火切割是利用烟火药的热效应和气动效应。各种烟花切割器已用于水下切割作业(切割水下电缆、钢制构件及沉船打捞,如俄罗斯潜水艇沉没后,就是利用烟火药的水下切割技术开舱门的)、航空降落伞的快速打开、无人驾驶飞机和宇宙飞船回收系统中的切刈装置以及宣传气球绳的切割等。
美国专利US3713636介绍的一种烟火切割药剂配方为:45%的硫酸钙、45%的铝粉、5%的聚四氟乙烯、5%的硫,该药剂的装填密度为1.82/cm3,总质量为1315g,可切割12.7mm厚的钢板。美国研制的专供打捞队用的烟火切割器,可在0.25s内于海深609.6m切割101.6mm的不锈钢板,其配方为:34.3%的三氧化二铁、27.4%的铝、31.3%的镍、7.0%的液体聚四氟乙稀,用氧化铜掺杂三氧化二铁可提高药剂热量并改变性能。
7、灭火烟火剂
灭火烟火剂与火相遇时即爆燃,燃烧时能产生大量的高压氮气,从而有效地阻燃和熄灭可燃物质的燃烧。主要的烟火灭火剂配方有:
①5,5—偶氮四唑—二(三氨基胍)盐95%,聚叠氮缩水甘油醚5%;
②5,5偶氮四唑—二(三氨基胍)盐80%,聚叠氮缩水甘油醚20%;
③5,5—偶氮四唑—二(三氨基胍)盐50%,聚叠氮缩水甘油醚50%;
④硝酸脒氨基四唑盐50%,聚叠氮缩水甘油醚8%,碘酸铵(碘离子源)2%。
8、熔融金属烟火剂——液体爆炸装置
熔融金属烟火剂——液体爆炸装置,是根据熔融金属遇到冷水产生蒸汽爆炸现象原理制成,它适用于工程爆破,特别是水下爆破。
美国发明的该装置有闭室型、开室型和无室型三种,比如闭室型,它由外壳、衬里、点火器、金属燃烧剂和液体构成。液体是水或乙二醇、硝酸等。
金属燃烧剂配方为:20% ~ 45%的镍粉、30% ~65%的氧化铜(或四氧化三铁、三氧化二铁、三氧化二铬)、20% ~35%的铝粉(或其它金属粉末)。
该爆炸装置的工作过程:点火器点燃金属燃烧剂,燃烧剂进行放热反应同时形成熔融金属,超过衬里熔点后衬里熔融,与其内的液体接触即产生汽相爆炸。
 
结  束  语
烟火剂有很多用途,由于烟火理论的发展需求,研究工作显得尤其重要。研究工作者开拓新的应用领域,这就必须依靠平常的观察和不断的实践,以及对烟火机理的理解和驾驭了。笔者希望研究者们在突破关键技术之时,要特别注意获取反应过程中的微观信息;笔者相信,通过研究者们的不懈努力,将推动烟花行业进入一个新的里程碑!
 

来源:湖南省工艺美术协会  时间:2009-08-19 22:12:56