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      紅丹響珠制造工藝及其反應機理的探索

      來源:本站原創    發布者:admin    時間:2015年06月01日    瀏覽次數:

      煙花爆竹產品效果制作中,多種多樣,五花八門;數不勝數。其紅丹響珠是煙花廠家在生產中

      常見的一種效果之一,該效果,體積小,成球形,制作工藝簡單,點燃后,能像鞭炮一樣發出

      霹靂啪啦的脆響,同時能放射出刺眼的白光,深受人們的喜愛。現對其制作工藝及其反應機理

      作簡單介紹,以供業界人士共同參考和探索。

      一• 響珠制造工藝
      (一) 紅丹響珠結構示意圖

      1紅丹芯子
      2中包藥
      3皮藥(引藥)
      4外引藥(軍工粉)
      (二) 一般響珠制作規格表

      (三) 響珠藥物結構及其功能表

      (四) 響珠制作工藝圖及其解析
      在煙花鞭炮生產廠家中,通常響珠的制造工藝可分為兩種方法,現作一一介紹
      一 響珠生產工藝流程圖一

      二 具體工藝流程解析
      1、 配藥要求稱量準確,材料相對應
      2、 混合要求三和三篩,必須用100目過篩,使藥物充分均勻混合
      3、 造粒時,不應過快加粉,應層層密實
      4、 篩選中,應用相應的目數要求過篩,小響珠芯子應返回加大,大響珠芯子要么做其他效果

      用,要么直接擦碎成粉,用于加大其響珠用或作芯子用
      5、 符合規格的響珠芯子,直接用水上中包藥,裸至相應的目數要求,裸中包藥時,應可以觀

      察到響珠芯子稍有融化的狀態,這樣才會使加入的中包藥更好的與芯子藥相互滲透,融合,以

      提高芯子反應
      6、 篩選不宜過快過猛,因外裸的中包藥,未干,結構性不強,容易造成磨損。未達到相應規

      格的中包藥,依然返回加大,中包藥大于其規格,可以做稍大一點的響珠用,但大小必須統一

      歸類,以提高響珠脆響的整齊性
      7、 干燥應即時迅速,減少其內部水份與鎂鋁合金粉的反應,以提高響珠的質量,若長期滯留

      中轉庫,可直接導致質量下降,重者可產生熱量,若不即時處理,會自燃自爆
      8、 干燥的響珠,外表面必須用防潮水裸皮藥,若皮藥未達到工藝要求,則用酒精繼續加大。

      之后,出罐時,加入幾瓢軍工粉,以提高接火率
      9、 裸好皮藥和外引藥后,應把響珠攤在木架上即時干燥
      10、 驗收,必須裝內筒試,主要判斷其接火、脆響度以及殘渣的多少
      11、 入庫時應做好防潮措施
      二 響珠生產工藝流程圖二

      此工藝,與第一道工藝基本相同,但也有值得一提的地方,第5道流程必須使響珠芯完全干燥

      。第6道工藝,在用水上中包藥前,必須包裹一層防潮水再進行操作,否則,水份會直接滲透

      干燥響珠芯子中,若裸中包藥后未即時干燥,直接會導致響珠失效
      以上兩種響珠制造工藝,各有千秋。因生產企業材料不同,
      安排的人員也不同,因此,也沒有定性。花落誰家,還需業界人士共同探討,擇善而從。
      二• 響珠反應機理
      (一) 相關物質性能表

      前面我們已經提到紅丹響珠中的主要成份為四氧化三鉛Pb3o4、氧化銅Cuo、鎂鋁合金Mg4Al3、

      米粉(C6H10O5)n組成,其中,外引藥,引藥和中包藥主要起引燃,促燃的作用,為紅丹響珠芯

      子反應做墊鋪,而紅丹響珠芯子主要發生以下兩種鋁熱反應。
      ① 17Cuo+2Mg4Al3=17Cu+8MgO+3Al2O3+Q

      ② 17Pb3o4+8Mg4Al3=51Pb+32MgO+12Al2O3+Q
      所以,總反應可表示為
      ③ 17Cuo+17Pb3o4+10Mg4Al3=17Cu+51Pb+40MgO+15 Al2O3+Q
      通過蓋斯定理,{爆熱Qp=(產物生產熱—反應生產熱)/M.M表示煙火劑總質量}我們可以得到

      該反應的爆熱。
      生成物:17×0+51×0+40×601+15×1605=48115 kj

      反應物:17×157+17×709+10×0=14722 kj

      煙火劑總質量M=17×63.55+17×685.6+10×178.18=14517.35 g

      故Qp=(48115-14772)/14517.35=2.3 kj/ g
      通過理論計算,可知該反應所生成的熱量是相對高的,從相關物質性能表可知,單質銅和鉛的

      熔點和沸點相對氧化鎂和氧化鋁都低,因此,單質銅和鉛的導熱性遠遠要大于化合物氧化鎂和

      氧化鋁,從而可以知道銅和鉛的溫度上升比化合物快的多,瞬間會使單質銅和鉛的溫度急劇上

      升。
      查表可以得到,銅的比熱容是0.39j/g.℃(在20-1500℃),鋁的比熱容是0.13 j/g.℃(在20-

      1500℃)。假設,該反應所生成的熱量完全被銅和鉛吸收,可以通過反應①可以得到鋁的溫度

      可以上升到3200℃,同樣可以通過②計算得到銅的溫度可以上升到1580℃。根據相關物質性能

      表可以知道,此反應完全可以使鉛單質達到沸騰,形成鉛蒸汽。實際上減去溶化熱和氧化鎂、

      氧化鋁所吸收以及部分熱量損失外,該反應的熱量足可以使鉛汽化。
      綜上所述,可以得到結論:響珠反應機理是由于該主體反應中能產生大量的熱量,該熱量足可以

      使鉛汽化。其中氧化鎂和氧化鋁未能達到其熔點的溫度,因此,以固體的形式裸露在響珠芯子

      的表面,隨著響珠的逐層反應,氧化鎂和氧化鋁的固體也隨之增加。從而形成了一個密實的球

      體,而鉛蒸汽在球心中不斷的聚積,使氣壓急速上升,當外界氧化鎂和氧化鋁形成的球殼承受

      不了內部的氣壓的時候,就會在沖破球殼的一瞬間發出像鞭炮一樣的脆響。
      值得深思的是,通過②反應,銅所上升的溫度未達到其2595℃的沸點,似乎該反應在響珠反應

      中未起到任何的作用,好像是畫蛇添足,實際上,從總體反應而言,反應放出的熱量足可以把

      銅直接溶化。根據相關資料證實,混合金屬比單質的熔點、沸點都低,因此,上面的疑問便會

      茅塞頓開。溶化的銅將會與鉛金屬均勻的混合在一起,這樣就會是鉛金屬更容易汽化,使效果

      更加理想。
      從理論上講,響珠反應應該配成零氧平衡,但實際上往往將鎂鋁合金超量配比,這樣才會使反

      應中形成一個鎂、鋁、銅、鉛的四種混合金屬相互融合,該金屬混合物的熔點和沸點將比任何

      一種金屬單質都低,因此,就更容易沸騰汽化,使效果更加完美。
      實踐證明,上述理論適用于實踐,可是在調配的過程中,米粉的多少有會影響其響聲,當加到

      6個米粉以上時,響珠將會產生變化,可能是因為米粉(C6H10O5)n在反應中主要生成H2O、CO2

      和O2,這三種氣體不斷的在芯子表面外竄,從而使球殼露氣,不能得到密實的球體。響珠內部

      氣壓減低,直接導致響珠質量下降的原因。以上只是猜測,還需業界人士進一步去探索。
      在煙花制作繁忙的冬季,由于天氣原因,通常用水制造的響珠芯子比較難干,因此,常常影響

      生產的正常性,所以有些廠家嘗試著在響珠芯子成分中加入兩到三個樹脂,用酒精制作,以便

      于干燥。其效果并不遜于用水制造的響珠,反應原理基本雷同,不知是否還有其它制作捷徑,

      還需業界煙花焰火工作者共同思考和探索。

       

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