در ستاره های آتش نشانی،رزین فنولیکنه تنها به عنوان فاز اتصال بلکه به عنوان یک جزء سوختی که در احتراق شرکت می کند نیز عمل می کند.در یک مطالعه کنترل‌شده توسط Barišin و Batinić-Haberle، نوع بایندر به طور قابل‌توجهی ویژگی‌های احتراق ترکیبات احتراق حاوی منیزیم، بور و آلومینیوم را در شش باین‌کننده شامل رزین فنولیک، شلاک، پلی‌وینیل کلرید و اتیل سلولز تغییر می‌دهد.[1].یک یادداشت دامنه مورد نیاز است: آن مطالعه بر روی سیستم های جرقه زن انجام شده است، نه بر روی ستاره ها. یافته جهت دار آن - که گرمازایی بایندر و رفتار سوزاندن به طور محکم همراه هستند - به عنوان یک منطق مهندسی قابل انتقال است، اما مقادیر خاص را نمی توان مستقیماً به فرمولاسیون ستاره پیوند داد.مفهوم عملی برای تدارکات وجود دارد: انتخاب اشتباه رزین نه تنها به عنوان یک مشکل استحکام، بلکه به صورت تغییرات همزمان در اشتعال، سرعت سوختن و رفتار باقیمانده ظاهر می شود.
نوع رزین: نوولاک با درجه پیروتکنیک و "ژنریک فنولیک" قابل تعویض نیستند
ستاره های پیروتکنیک به طور معمول استفاده می کنندرزین فنولیک نوع نوولاک: یک پودر ترموپلاستیک که به یک عامل پخت نیاز دارد -به طور معمولهگزامتیلن تترامین (HMTA)- برای تکمیل اتصالات عرضی نمرات فنولیک برایمواد اصطکاک، الکترونیک، یاخدمات میدان نفتیبرای انتشار شعله در ترکیبات پیروتکنیک طراحی نشده اند. سیستم های پخت، رفتار ذغال، و سینتیک احتراق آنها متفاوت است و جایگزینی آنها متغیرهای احتراق کنترل نشده را معرفی می کند. مشخصات خرید باید فنل آزاد، نقطه نرم شدن، خاکستر و مواد فرار را محدود کند.بزرگی مشخصات معمولی برای نوولاک درجه حرارتی فنل آزاد ≤ 1.0٪ و فرمالدئید آزاد ≤ 0.5٪ است. اینها محدوده‌های معمولی هستند، نه محدودیت‌های استاندارد - مقادیر حاکم بر روی TDS تامین‌کننده و COA هر دسته هستند.[5].
حالت شکست 1: چسبندگی یا پخت ناقص - علت اصلی اتصال متقاطع ناقص است، نه "رزین خیلی کم"
Novolac به خودی خود دارای قدرت چسبندگی محدودی است و باید با HMTA پیوند داده شود تا یک شبکه تشکیل شود.در آزمایش‌های باندینگ که توسط ویدمن در پانزدهمین سمپوزیوم بین‌المللی آتش‌بازی (بوردو، فرانسه، 2015) گزارش شد، ترکیبات پیوند شده با HMTA با نسبت کمتر از 8 قسمت در هر 92 قسمت رزین (≈ 8.7 phr) قوی‌ترین استحکام باند را تحت شرایط آزمایش گزارش‌شده ارائه کردند.[2].[این یک نتیجه تجربی گزارش شده در شرایط آزمایشی خاص است، نه یک بهینه جهانی. نسبت های واقعی باید از TDS تامین کننده و فرآیند پخت پیروی کنند.]برای زمینه، بسیاری از پودرهای قالب‌گیری نوولاک تجاری دو مرحله‌ای با HMTA پیش‌آمیخته در محدوده 8 تا 12 درصد عرضه می‌شوند.به جای فرض یک رقم جهانی، بارگذاری واقعی را در برابر TDS تامین کننده تایید کنید. هنگامی که HMTA کمبود، مخلوط ضعیف یا تخریب شده باشد (مثلاً در اثر رطوبت کیک می‌شود، که ظرفیت اتصال عرضی مؤثر را کاهش می‌دهد)، رزین به‌عنوان یک توده چسبناک نیمه جامد به جای فاز اتصال صلب ظاهر می‌شود. حذف حلال در طول خشک شدن به همان اندازه حیاتی است: احتباس حلال در محیط های با رطوبت بالا، حالت روان شدن رزین را طولانی می کند و ساختاری "پوسته سخت، هسته چسبنده" ایجاد می کند.
حالت شکست 2: پراکندگی سرعت سوختگی - نقاطی برای توزیع غیریکنواخت رزین و پیش پخت
توزیع یکنواخت پودر رزین درشت روی اکسیدکننده و سوخت فلزی در چرخه‌های کوتاه خشک، دشوار است و مناطق غنی از رزین و بدون رزین تولید می‌کند که رفتار سوختن آنها لزوماً متفاوت است.الک کردن کم هزینه ترین اقدام کنترلی است.یک مشکل ظریف تر، پیش پخت نوولاک در دمای/رطوبت بالا یا بسته بندی در معرض خطر است: رزین نیمه متقابل نمی تواند به طور یکنواخت در اختلاط بعدی پخش شود، شبکه پخت غیریکنواخت می شود و قوام سرعت سوختگی کاهش می یابد. شاخص های قابل تایید پیش پخت شاملکاهش فاصله جریان در برابر مقدار اسمی TDS تامین کننده، افزایش غیرعادی نقطه نرمی، یا افزایش محتوای نامحلول در استون; تدارکات ممکن است داده های مقایسه جریان قبل/بعد از افتتاح را از تامین کننده درخواست کند.
حالت شکست 3: باقیمانده محفظه و احتراق ناقص
شبکه متقاطع آروماتیک رزین فنلی تمایل به بازده ذغالی بالایی دارد: تجزیه در اثر حرارت، باقیمانده کربنی معطر قابل توجهی ایجاد می کند.بازده منتشر شده برای رزین های فنلی بسته به اتمسفر پیرولیز، سرعت گرمایش و دمای نهایی، با مقادیر معمولی در حدود 50 تا 62 درصد، طیف وسیعی را در بر می گیرد.[4] [5].شرایط مهم است: مقادیر گزارش شده 60.5-62.9٪ بر روی رزین فنلی خالص در دمای 1000 درجه سانتیگراد در نیتروژن اندازه گیری شد. بازده در اتمسفر هوا به طور قابل ملاحظه ای کمتر است و نباید مقایسه های متقابل جو انجام شود.در فرمول های ستاره مستند شده درمجله پیروتکنیک، محتوای رزین فنلی در محدوده ای قرار می گیرد6.6 تا 8.9 درصد وزنی (تقریباً 7 تا 9 درصد وقتی گرد شود)[3]. هنگامی که فاز اتصال بیش از حد مصرف می شود، ترکیبات متمایل به ذغال با بدتر شدن تعادل اکسیژن موضعی و شبکه رزین ممکن است در محدوده زمانی احتراق ستاره به گاز تبدیل یا اکسید نشود.حفظ محتوای رزین در پنجره معمولی استفاده شده و اطمینان از پخت کامل اقدامات اولویت برای کاهش باقی مانده است. صرف افزودن رزین برای به دست آوردن قدرت، معمولاً کامل بودن احتراق را از بین می برد.
حالت شکست 4: خطر ایمنی پنهان مونومرهای باقیمانده
رزین فنلی ناقص عمل آوری شده ممکن است فرمالدئید آزاد و گونه های واکنش پذیر با وزن مولکولی کم را حفظ کند که منبع اضافی واکنش شیمیایی را تشکیل می دهد. تهیه باید به داده های فنل آزاد و فرمالدئید آزاد در هر دسته از تامین کننده نیاز داشته باشد.اگر بوی آلدهیدی مشخص پس از باز شدن قابل تشخیص باشد، مواد نباید به تولید ادامه دهند.رزین فنولیک کاملا پخته شده باید بوی بسیار ضعیفی داشته باشد.
چک لیست مشخصات تدارکات
| مورد مشخصات | جهت کنترل | مشکل زمینه مربوطه |
|---|---|---|
| نوع رزین | نوولاک درجه پیروتکنیک; درجه عمومی / اصطکاک / الکترونیکی نیست | سوختن ناسازگار، باقی مانده |
| سازگاری HMTA | به ازای هر تامین کننده TDS، به طور معمول 8-10٪ از جرم رزین (≈ 8.7-11 phr) است. تازه مخلوط کنید | بدون درمان، چسبندگی |
| فنل / فرمالدئید آزاد | فنل ≤ 1.0٪، فرمالدئید ≤ 0.5٪ (محدوده های معمول، COA در هر دسته مورد نیاز است) | بوی آلدهیدی، خطر ایمنی |
| اندازه ذرات | ذرات ریز غالب، بدون کیک. قبل از استفاده الک کنید | اختلاط ضعیف، پراکندگی سرعت سوختن |
| محتوای رزین | 6.6 تا 8.9 درصد وزنی، محدوده مرجع معمولاً ذکر شده از فرمول‌های مجله Pyrotechnics Issue 28 است - نه یک بهینه جهانی | باقیمانده، کامل بودن احتراق |
مراحل تأیید سازگاری HMTA
با توجه به چک لیست بالا، تهیه و تولید باید تأییدیه های زیر را انجام دهد:
1. نسبت HMTA و داده های دسته ای پیشنهادی تامین کننده را تأیید کنید.نسبت اضافه توصیه شده (معمولاً 8-10٪) و COA در هر دسته را درخواست کنید. تایید کنید که HMTA از رطوبت جدا نشده است -HMTA با رطوبت، ظرفیت اتصال عرضی موثر را از دست می دهد.
2. جریان رزین را قبل از مخلوط کردن بررسی کنید.فاصله جریان فعلی را با مقدار اسمی TDS تامین کننده مقایسه کنید. کاهش قابل توجه یا افزایش غیرطبیعی نقطه نرمی نیاز به بررسی برای پیش پخت دارد.
3. بررسی اولیه اتصال عرضی پس از کیور.سطح نمونه خشک شده را با استون پاک کنید و چسبندگی یا انحلال را بررسی کنید، یا تست سختی را طبق روش توافق شده انجام دهید.اگر اتصال عرضی کافی نیست، نسبت HMTA یا شرایط درمان را تنظیم کنید و دوباره اعتبار سنجی کنید.
حالت شکست → علت اصلی → خلاصه تأیید
| حالت شکست | علت ریشه ای | مورد تأیید تدارکات / تولید |
|---|---|---|
| چسبندگی، بدون درمان | HMTA کمبود یا تخریب شده است. نگهداری حلال؛ اختلاط ناهموار | نسبت HMTA در TDS. HMTA COA و چک کیک. مقایسه فاصله جریان؛ تست پاک کردن استون |
| پراکندگی نرخ سوختگی | رزین درشت، توزیع ضعیف مخلوط خشک؛ رزین از پیش پخته شده | توزیع اندازه ذرات؛ رشته الک کردن؛ نشانگرهای پیش پخت (فاصله جریان، نقطه نرم شدن، استون نامحلول) |
| باقیمانده اتاقک | رزین بیش از 6.6-8.9 درصد وزنی مرجع بیش از حد مصرف شده است. درمان ناقص | محتوای رزین در فرمولاسیون؛ تایید پیوند متقابل |
| ریسک مونومر باقیمانده | درمان ناقص با حفظ فنل / فرمالدئید آزاد | داده های فنل / فرمالدئید بدون هر دسته. بررسی بو در هنگام باز شدن |
آنچه این مقاله ادعا نمی کند
- این کار را انجام می دهدنهادعا کنید که 6.6-8.9 درصد وزنی تنها پنجره محتوای رزین قابل اجرا جهانی است. محدوده از فرمول های مرجع درمجله پیروتکنیکمسئله 28. محتوای واقعی باید با اعتبارسنجی دسته‌ای کوچک در برابر سیستم اکسیدکننده، نوع سوخت و روش شکل‌دهی تعیین شود.
- این کار را انجام می دهدنهادعا می کنند که نسبت HMTA ≈ 8.7 phr (8:92) یک بهینه جهانی برای همه نوولاک های درجه آتش سوزی است.این شکل یک نتیجه آزمایشی است که توسط ویدمن در پانزدهمین ISF تحت شرایط خاص آزمون پیوند آن گزارش شده است.[2]. سازگاری واقعی باید از TDS تامین کننده و فرآیند پخت پیروی کند.
- این کار را انجام می دهدنهادعا می کنند که فنل آزاد ≤ 1.0٪ / فرمالدئید آزاد ≤ 0.5٪ محدودیت های استاندارد هستند. آنها مقادیر معمولی مشخصات درجات تجاری هستند و مقادیر حاکم TDS تامین کننده و دسته COA [5] هستند.
- این کار را انجام می دهدنهادعا می کنند که نتایج جرقه زن Barišin & Batinić-Haberle به صورت عددی به فرمولاسیون ستاره منتقل می شود. محتوای قابل انتقال یافته جهتی است که نوع بایندر بر خصوصیات سوختن حاکم است [1].
- این روش‌های اختلاط، زمان‌بندی دمای پخت، یا روش‌های عملیات ایمنی را ارائه نمی‌کند.تولید مواد آتش نشانی یک فعالیت تحت نظارت و دارای مجوز است.
- تمام داده های احتراق و ذغال سنگ ذکر شده در اینجا فقط تحت شرایط آزمایشی خاص منابع ذکر شده ونباید به وعده های کلی عملکرد تعمیم داده شود.
تماس و ارزیابی نمونه
اگر در حال ارزیابی تغییر رزین یا یک سیستم اتصال برای یک فرمول ستاره جدید هستید،روش شکل دهی، محدوده محتوای رزین و شرایط پخت خود را به اشتراک بگذاریدبرای مطابقت با مشخصات درجه آتش سوزی و ترتیب اعتبار سنجی دسته ای کوچک.
مراجع
- Barišin, D., & Batinić-Haberle, I. (1994). تأثیر انواع مختلف بایندر بر ویژگی های سوزاندن جرقه زن های منیزیم، بور و آلومینیوم.پیشرانه ها، مواد منفجره، پیروتکنیک، 19 (3)، 127-132.https://doi.org/10.1002/prep.19940190304 [سیستم های جرقه زن؛ مرجع جهت فرمولاسیون ستاره، نه انتقال عددی.]
- ویدمن، جی سی (2015). اتصال رزین فنلی/هگزامین ترکیبات پیروتکنیک. درمجموعه مقالات پانزدهمین سمپوزیوم بین المللی آتش بازی (ISF)بوردو، فرانسه جلسات سمپوزیوم،https://www.isfireworks.com [گزارش ارائه شده؛ نتیجه پیوند ≈ 8.7 phr (8:92) بر اساس شرایط آزمایش گزارش شده توسط نویسنده اصلی ذکر شده است.]
- مجله پیروتکنیک، شماره 28 (1388). جداول فرمول ستاره که محتوای رزین فنلی را در محدوده 6.6 تا 8.9 درصد وزنی نشان می دهد. آرشیو شماره:https://www.jpyro.com [فرمولاسیون مرجع; یک بهینه جهانی نیست.]
- مطالعه رفتار ذغال در اثر حرارت رزین فنلیمجله چینی مواد کامپوزیت(چین)، 2022، 39(5) (به زبان چینی با چکیده انگلیسی).[بازده کاراکتر رزین فنلی خالص 60.5-62.9٪ در 1000 درجه سانتیگراد تحت نیتروژن. محدوده ادبیات معمولی 50 تا 62 درصد با جو، سرعت گرمایش و دمای نهایی متفاوت است. بازده اتمسفر هوا به میزان قابل توجهی کمتر است.]
- پیلاتس، ال (ویرایش). (2010).رزین های فنولیک: یک قرن پیشرفت. اسپرینگر.[مرجع عمومی برای رفتار بازده رزین فنلی و شیمی درمان، از جمله اتصال عرضی نوولاک-هگزامین.]
- بزرگی مشخصات معمول گریدهای رزین فنولیک پیروتکنیک/نوولاک تجاری (فنل آزاد ≤ 1.0٪، فرمالدئید آزاد ≤ 0.5٪). خلاصه مشخصات صنعت[محدوده‌های معمولی که از منابع صنعتی گردآوری شده‌اند - شواهد درجه C، نه یک استاندارد. مقادیر حاکم TDS تامین کننده و COA هر دسته است.]
