Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Февраль » 4 » Эволюция спичек. ч.2
22:22
Эволюция спичек. ч.2


В прошлый раз мы остановились на изобретении первых спичек на белом фосфоре, содержащих в головке смесь серы, фосфора, диоксида марганца и свинцового сурика. За неимением конкуренции, этот состав сразу получил большое распространение, но обладал не высокой безопасностью в обращении.

Некоторое улучшение состава спичечных головок последовало в ближайшие годы после начала промышленного производства новинки. Для повышения стойкости к влаге и увеличения механической прочности массы головок, в них добавляли немного олифы, будучи органическим горючим веществом (по сути, полимером), олифа увеличивала объем пламени головки и служила дополнительным топливом.

Некоторые дорогие сорта спичек для высшего света содержали не только красители для придания презентабельного внешнего вида, но и содержали вместо серы парафин. Что намного уменьшало неприятный запах дыма, повышало долговечность спичек и их стойкость к воде.

Ядовитость фосфора и его склонность к самовоспламенению при хранении и высоких температурах привела к поиску новых составов. Так, было предложено использование вместо фосфора сесквисульфида фосфора, получаемого при нагревании фосфора с серой без доступа воздуха. Это вещество не столь легко самовоспламенялось на воздухе, но, прекрасно воспламенялось при трении о любую поверхность, особенно в смеси с окислителем вроде персульфата свинца (PbS2O8) или диоксида свинца. Состав головки включал так же тиосульфат свинца (PbS2O3) и немного парафина. Такие составы содержали еще меньше фосфора, всего около 4 – 8%. Но, ядовитость свинца так же, нежелательна.

Шагом в сторону стал состав для спичек Бертолле, состоящий из роданида калия и сильного окислителя вроде диоксида свинца или хлората калия. При ударе или сильном трении головка могла детонировать или хлопнуть как пистона, для воспламенения требовалось прикоснутся головкой спички к поверхности концентрированной серной кислоты. Не трудно понять, почему эти спички не производились в промышленном масштабе.

Отдельно следует отметить изменения, коснувшиеся древка спичек. В начале для спичек использовали все сорта древесины, отличающиеся достаточно высоким качеством. С середины 19-го века стали использовать только высококачественную осину. Тем более что для строительства осина практически не применяется. А. вот для производства спичек осина оказалась прекрасным решением: мягкая с ровными волокнами и легко нарезаемая на тонкие ровные палочки, отличается низкой плотностью и достаточной упругостью. В конце 19-го века для повышения стойкости древесины спичек к сырости и большей стабильности их влажности, палочки перед нанесением головки пропитывали 2 – 5% раствором ортофосфорной кислоты и просушивали. Это приводит к некоторой гидрофобности древесины и снижения ее пористости, что благоприятствует постоянству физико-механических свойств.

Следующий важный шаг в технологии спичечного производства сделал венский ученый Шретер в 1847 году. Открытый им аллотропный переход белого фосфора в красный и обратно (при долгом нагревании до 200-250*С в закрытом сосуде) сделал революцию в спичечном производстве. Красный фосфор совершенно не склонен к самовоспламенению на воздухе и имеет на порядки более низкую токсичность. К тому же, красный фосфор значительно хуже растворяется в ряде органических растворителей.

В 1866 году в Швеции появились первые "безопасные спички”, которые долгое время называли "Шведские спички”. Головка состояла из смеси серы и хлората калия в примерном соотношении 50:50. Формование производили из густого раствора в органических растворителях. Красный фосфор входил в состав терки спичечного коробка (все предыдущие спички, как правило, не имели специальной терки). Позже, для дополнительной безопасности и экономии фосфора стали вводить в терку стеклянный порошок, снижать содержание хлората калия в головке. А в начале 20-го века, серы уступила в головке спичек место сульфиду сурьмы, который не так легко воспламенялся от трения и обладал большей механической прочностью. К тому же, сульфид сурьмы при сгорании оставлял раскаленный шлак – оксид сурьмы, что не только делало пламя головки более стабильным, но и повышало воспламеняющую способность массы на древесину спички.

Если первые спички имели массу до 1,5 гр. штука, то к середине прошлого века они "похудели” почти на порядок, сегодня спичка имеет массу 0,10 – 0,25 гр. Это произошло не только из-за модернизации массы головок и дополнительной обработки древка, но и в связи с экономией сырья.

При трении головки спички о поверхность терки происходит соскребание небольшого количества фосфора гранями кристалликов сульфида сурьмы и хлората калия, при перетирании получившейся смеси между поверхностью головки и терки (покрытой, к тому же, стеклянной пудрой) происходят небольшие вспышки фосфора в хлорате. Вспышки воспламеняют состав головки, состоящей из сульфида сурьмы, хлората калия и парафина. Часть сульфида сурьмы иногда заменяют на серу.

В головки современных спичек могут входить самые разные компоненты, от красителей до катализаторов горения вроде оксидов железа и хрома или диоксид марганца. Для придания дополнительной прочности используют цементаторы: идитол, мездровый клей, камеди и пр. Парафин входит в состав всех современных спичек для стабилизации пламени, обеспечения дополнительной безопасности (флегматизатор) и повышения влагостойкости.

Категория: Энергонасыщенные соединения | Просмотров: 1441 | Добавил: Chemadm | Теги: пиротехника, фрикционные воспламенители, Спички | Рейтинг: 4.8/12
Всего комментариев: 4
0
1  
В детстве набивали спичечными головками различные "пугачи". Принцип один - гвоздь бил по спичечным головкам, запресованным в трубку. Грохало здорово! Не могли бы вы пояснить что там было, детонация или всё-таки горение, как у пороха?

0
2  
В связи с малым количеством материала и изрядным механическим воздействием на него, ТОС воспламенялся от сжатия и удара. Очаги пламени за очень короткий промежуток времени возникали во многих точках массы (на гранях кристалликов хлората калия). Это вызывало воспламенение всей массы за крайне короткое время. Детонации, в общепринятом понимании, здесь почти нет. Зато, налицо конвективное горения высоко чувствительного состава в замкнутом объеме.
Разрушение металлической части конструкции обычно составляет в таком случае 40-70% от возможного разрушения при детонации данного состава, что, как раз, объясняется возникновением множественных очагов горения во всем объеме материала.

0
3  
А вот интересно, какую максимальную скорость горения развивают ТОС-ы на хлорате калия? По идее, она должна быть заметно выше чем у нитратных составов. Вот на этом http://www.exploders.info/forum/4/41756.html форуме один энтузиаст замерял скорость горения смеси KClO3 + P с помощью самодельных ионизационных датчиков и осциллографа. В трубочке диам. 4.8 мм получилось около 600 м/с.

0
4  
К сожалению, я не занимался изучением скоростей горения пиротехнических составов. Теоретически, термическая стойкость хлората калия не на много ниже, чем у нитрата калия, теплопроводность изменяется аналогично. При этом сложно сказать, где востребованы подобные составы. На практике, скорость горения пиротехнических смесей и твердых ракетных топлив регулирую давлением, при котором происходит горение. Чаще востребованы составы со стабильным медленным горением, или смеси со средними скоростями горения. Для взрывпакетов и гражданской шумовой пиротехники вполне хватает фрезерного пироксилина с алюминием или дымного пороха.
Если в литературе попадутся сведения о скоростях горения пиротехнических составов при различном давлении, обязательно посвящу им несколько статей.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]