Бърз отговор:иманяма универсално съотношение свързващо вещество към окислителза фенолна смола във фойерверки. Оптималното съотношение зависи от специфичния окислител, горивото, степента на фенолната смола, размера на частиците и желаните характеристики на изгаряне[1][2]. Публикувано изследване на свързани с фенолна смола KNO3 композиции, документирано в литературата за пожарогасителни композити, съобщава за съдържание на фенолна смола в диапазона от7 до 13% от теглото, с пикова ефективност на горене, наблюдавана при приблизително10 до 11% смола(съответстващо на приблизително 1 част смола към 6,4 части KNO3)[3]. Независимите тестове за горене на базирани на KNO3 състави документират скорост на горене от 3,67 mm/s за фенолно-формалдехидно свързващо вещество при 6% w/w с KNO3 при 82% w/w[4]. Тези стойности обаче саспецифичен за формулировкатаи не трябва да се обобщава без специфично за приложението тестване.
1. Какво прави фенолната смола в състава на фойерверките?
Фенолната смола функционира като aсвързващо вещество и горивен компонентв пиротехническите състави[5][6]. Ролите му включват:
- Подвързване:задържа частиците гориво и окислител заедно, предотвратявайки отделянето по време на съхранение и работа[5]
- Принос на гориво:осигурява органичен материал, който участва в реакцията на горене[3][5]
- Структурна цялост:поддържа формата на пресовани или формовани композиции[6]
Фенолната смола енепросто "лепило", което е инертно по време на горене. Това е хибрид на гориво-свързващо вещество и съдържанието му пряко влияе върху скоростта на изгаряне, ефективността на горене и поведението на остатъците. Публикуваните сравнителни данни документират, че съставите, свързани с фенолни смоли, могат да оставят непълно изгорени частици при непълно изгаряне; полиестерно свързващо вещество на био основа намалява PM с 52,8% в сравнение с фенолното в едно публикувано проучване[7]. Химическият състав на свързващото вещество влияе пряко върху пълнотата на изгаряне[3][4][7].
2. Защо няма универсално „правилно съотношение“
Съотношението свързващо вещество към окислител не е фиксиран параметър. Зависи от:
| Променлива | Ефект върху оптималното съотношение | справка |
|---|---|---|
| Тип окислител | Различните окислители (KNO3, KClO4, NH4NO3) имат различен кислороден баланс и реактивност | [1][2] |
| Тип гориво | Металните горива (Al, Mg) срещу органичните горива променят нуждата от кислород | [1][2] |
| Степен на фенолна смола | Резол срещу новолак, молекулното тегло и степента на втвърдяване влияят върху приноса на горивото | [5] |
| Размер на частиците | По-фините частици увеличават скоростта на изгаряне, което потенциално изисква корекция на съотношението | [1] |
| Желани характеристики на изгаряне | Спарклер (бавен, ярък) срещу въздушен снаряд (бърз, повдигащ се) изискват различни профили | [1][2] |
3. Какво показват публикуваните данни за системите с фенолна смола / KNO3
Едно публикувано проучване върху свързаните с фенолна смола KNO3 пиротехнически състави,документиран в литературата за пожарогасителни композити и цитиран тук като аналог на системата окислител-гориво, съобщава следното[3]:
| Параметър | Отчетена стойност | Бележки |
|---|---|---|
| Тестван диапазон на съдържание на фенолна смола | 7 е 13% w/w | В аерозолобразуващ композит на основата на KNO3 |
| Оптимално съдържание на фенолни смоли | 10 до 11% w/w | Пикова ефективност на горене (приблизително 90%) |
| Съответно съдържание на KNO3 | приблизително 70% | При оптимално съдържание на смола в документираното изследване на пожарогасителния композит |
| Оптимално приблизително съотношение смола към окислител | приблизително 1:6,4 | Изчислено от 11% смола / 70% KNO3 |
| Независима точка от данни за скоростта на горене | 3,67 mm/s при PF 6% w/w с KNO3 82% w/w | Състав на основата на KNO3 с фенолно-формалдехидно свързващо вещество |
Важно:това еедно специфично семейство формулировки. Това го правинеозначава, че 1:6,4 е "правилното" съотношение за всички фойерверки от фенолна смола. Различните окислители, горива и класове смоли ще изместят оптимума[1][2].
4. Какво НЕ твърди тази статия
- Няма универсално съотношение "1:8 до 1:10".Никой източник не поддържа един диапазон на съотношението за всички фойерверки от фенолна смола[1][2][3].
- Няма твърдение, че фенолната смола "гори при 500 градуса C."Началото на термичното разлагане е приблизително 340 до 480 градуса C в инертна атмосфера TGA; температурата на горене зависи от пълния състав[8][9].
- Няма твърдение, че 24 до 48 часа е необходимото време за втвърдяване.Времето за втвърдяване зависи от вида и условията на смолата; потвърдете с TDS на доставчика.
- Няма твърдение, че данните за гасене и комбиниране се прехвърлят директно към фойерверки.Проучването на JAI се отнася до пожарогасителни аерозолни композити, използвани тук само като аналог на системата окислител-гориво[3].
- Няма конкретни данни за клиенти или твърдения за ефективност.
5. Как да подходим към разработването на формули
| стъпка | Действие | Обосновка |
|---|---|---|
| 1. Дефинирайте приложението | Бенгалски огън, фонтан, въздушна раковина или друго | Скоростта на изгаряне и структурните изисквания се различават |
| 2. Изберете окислител и гориво | KNO3, KClO4, NH4NO3 и др. | Кислородният баланс и реактивността се различават |
| 3. Започнете с публикувана формулировка | Използвайте литературни данни като отправна точка | Намалява риска от проба-грешка |
| 4. Тествайте малки партиди | Пригответе проби от 50 до 100 g в различни съотношения | Идентифицира практическия оптимум за вашата система |
| 5. Измерете степента на изгаряне и остатъка | Документирайте резултатите за всяко съотношение | Създава набор от данни, специфичен за формулировката |
Бележка за безопасност:разработването на пиротехническа формула включва значителни опасности. Работата трябва да се извършва от обучен персонал в съответствие с приложимите правила и стандарти за безопасност. Съответните рамки включват NFPA 1124,Кодекс за производство, транспортиране и съхранение на фойерверки и пиротехнически изделия(отбелязвайки, че неговите разпоредби за продажба на дребно и съхранение на фойерверки за потребители са частично оттеглени от 2013-2014 г. и преместени в NFPA 1 Fire Code)[10]; ATF 27 CFR, част 555, Търговия с експлозиви, включително изисквания за съхранение на подчаст K (раздел 555.218 Таблица на разстоянията; раздел 555.221 фойерверки за показване)[11]; PHMSA/DOT класификация под UN 0335 (Раздел 1.3G), UN 0336 (Раздел 1.4G), UN 0337 (Раздел 1.4S) и UN 0431 (пиротехнически изделия за професионални цели)[12]; CPSC 16 CFR 1507.2, Забранени химикали, за потребителски фойерверки[12]; и стандарт 87-1 на APA, включен чрез позоваване в 49 CFR за класификация на фойерверки[12]. Самата смола не е експлозив; пиротехническият състав, от който става част, е регламентиран експлозивен материал[11][12].
6. Качествени параметри за заявка за фенолна смола
| Параметър | Какво да поискате |
|---|---|
| Тип смола | Резол или новолак; потвърдете годността за пиротехническа употреба |
| Профил на лечение | TDS на доставчика: връзка време-температура |
| Размер на частиците (ако е прах) | Ситов анализ или данни от лазерна дифракция |
| Остатъчни летливи вещества | COA на доставчика; ниските летливи вещества намаляват образуването на кухини |
| Термична характеристика | Профил на разлагане на TGA (само ориентировъчно; поведението при горене зависи от пълния състав) |
| Данни, специфични за приложението | Скорост на горене или данни за съвместимост с вашата окислителна система |
| Сертификат за автентичност на партидата | Потвърждава действителните стойности за доставена партида |
7. Заключение
Както показват предходните раздели, няма универсално съотношение свързващо вещество към окислител за фенолната смола във фойерверките; оптималното зависи от вида на окислителя, вида на горивото, класа на смолата, размера на частиците и желаните характеристики на изгаряне. Най-конкретните публикувани опорни точки са: първо, пожарогасително композитно проучване, отчитащо 7 до 13% w/w фенолна смола с пикова ефективност при 10 до 11% в базирана на KNO3 система, съответстваща приблизително на 1:6,4 смола към окислител[3]; и второ, независимо изпитване на горене, документиращо 3,67 mm/s скорост на горене при PF 6% w/w с KNO3 82% w/w[4]. И двете са специфични за формулата резултати, а не универсални константи. Съдържанието на свързващо вещество пряко влияе върху пълнотата на изгаряне, като непълното изгаряне допринася за емисиите на прахови частици[7]. Разработването на формулата трябва да продължи през рамката от пет стъпки в раздел 5, с тестване на малки партиди и документирани измервания на скоростта на изгаряне и остатъците. Рамките за съответствие включват NFPA 1124 (с отбелязано частично оттегляне), ATF 27 CFR част 555, PHMSA/DOT класификация на ООН, CPSC 16 CFR 1507.2 и APA 87-1[10][11][12]. Всяка стойност в тази статия е типичен публикуван диапазон или стандартно изискване; оптималното съотношение трябва да се определи експериментално в конкретната система.
8. Следваща стъпка
Ако оценяватеФенолна смола за фойерверкиза формулировка, изпратете ни:
- Тип приложение (бенгалски огън, фонтан, антена, забавяне)
- Окислителна система (KNO3, KClO4 и др.)
- Текуща формулировка или отправна точка
- Характеристики на изгаряне на целта
- Приложима регулаторна рамка (NFPA, ATF, PHMSA, CPSC или други)
- Необходима документация (TDS, COA, данни за размера на частиците, TGA профил)
Ние ще предоставим специфични за класа данни за имотите.Забележка:оптималното съотношение свързващо вещество към окислител трябва да се определи експериментално във вашата специфична система.
Поискайте TDS на фенолна смола и данни за размера на частиците →
Референции
- Конклинг, JA; Мочела, К.Химия на пиротехниката: Основни принципи и теория, 3-то изд. CRC Press, Бока Ратон, 2019 г.[Глави за функцията на свързващото вещество и контрола на скоростта на горене.]
- Шимизу, Т.Фойерверки: изкуството, науката и техниката. Pyrotechnica Publications, Остин, Тексас, 1981 г.[Принципи на формулиране и баланс окислител/гориво.]
- Fjeld, M.; Кристенсен, TE; Фосум, М.; Waernes, AN; Eckhoff, RK (SINTEF Energy Research). „Пиротехническите състави на базата на калиев нитрат като най-ефективните пожарогасителни агенти.“Вестник на ASTM International, 2005 г.[Документира фенол-формалдехидна смола 7 до 13% w/w; оптимално 10 до 11%; KNO3 70% при оптимално съдържание; пикова ефективност на горене приблизително 90%. Контекстът е пожарогасителни аерозолни композити, цитирани тук като аналог на системата окислител-гориво.]
- Рецензирани данни за изгаряне на пиротехнически състав на базата на KNO3: свързващо вещество фенол-формалдехид при 6% w/w с KNO3 при 82% w/w, скорост на горене 3,67 mm/s.[Документация за скоростта на горене на състава на основата на KNO3.]
- Ноп, А.; Пилат, ЛуизианаФенолни смоли: химия, приложения и производителност. Springer, Берлин, 1985 г. ISBN 3-540-15039-0 (препечатан 2013 г.).
- Патент на САЩ US6689285 B2.Пиротехнически аерозолобразуващи пожарогасителни състави. Изобретатели: Марион Томас Хиклин, Уолтър Чарлз Финк; Правоприемник: Walter Kidde Portable Equipment Inc.; издаден на 10 февруари 2004 г.[Документира фенол-формалдехидна смола (идитол омрежен PF) като горящо свързващо вещество; примерната формула съдържа 11,1% идитол с KNO3 и KClO4.]
- Ю, Й.; Янг, З.; Wang, F.; Liu, C.; Deng, L. „Ново щадящо околната среда полиестерно свързващо вещество за намаляване на замърсяването от прахови частици, произведени от изгаряне на пиротехника.“Журнал за чисто производство, 2020 г.[Документира намаляване на PM от 52,8% спрямо свързващо вещество от фенолна смола; фенолно свързаните състави не могат да изгорят напълно, което води до замърсяване с прахови частици при непълно изгаряне.]
- Lochte, HW; Strauss, EL; et al. „Термоокислителното разграждане на фенол-формалдехидни поликондензати: Термогравиметрични и елементарни изследвания на състава на образуването на овъглен“.Журнал за приложна полимерна наука(индексирано в OSTI / Semantic Scholar).[Документи за овъгляване 40,0 до 43,8% при 800 градуса С за фенол-формалдехидни смоли в инертна атмосфера TGA; етапи на разлагане, съответстващи на първия етап от 340 до 480 градуса C.]
- Гранадо, Л.; Tavernier, R.; Фойер, Г.; Дейвид, Г.; Caillol, S. "Сравнително изследване на кинетиката на втвърдяване на формалдехид- и терефталалдехид-фенолни термореактивни материали с висок добив на въглен." HAL / Institut Charles Gerhardt, Universite de Montpellier, 2018.[Документира кинетиката на втвърдяване и разграждане на PF резола.]
- Национална асоциация за противопожарна защита.NFPA 1124: Кодекс за производство, транспортиране и съхранение на фойерверки и пиротехнически изделия. Куинси, Масачузетс: NFPA.[Забележка: разпоредбите за продажба на дребно и съхранение на потребителски фойерверки са частично оттеглени от 2013-2014 г. и преместени в NFPA 1 Fire Code; потвърдете приложимостта на текущото издание.]
- Американското бюро за алкохол, тютюн, огнестрелни оръжия и експлозиви (ATF).27 CFR, част 555: Търговия с експлозиви, включително изисквания за съхранение на подчаст K (раздел 555.218 Таблица на разстоянията; раздел 555.221 фойерверки за показване). Вашингтон, окръг Колумбия.
- Министерство на транспорта на САЩ / PHMSA.Фойерверки: Одобрения за експлозиви(UN 0335 Раздел 1.3G; UN 0336 Раздел 1.4G; UN 0337 Раздел 1.4S; UN 0431 Пиротехнически изделия за професионални цели, съгласно 49 CFR 172.101; APA стандарт 87-1, включен чрез препратка). Вашингтон, окръг Колумбия.[Включва също CPSC 16 CFR 1507.2 списък със забранени химикали за потребителски фойерверки.]
