INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS AND EXTERNAL CONDITIONS ON THE SPEED OF DEVELOPMENT OF THE COMBUSTION PROCESS OF PYROTECHNIC METALIZED MIXTURES BASED ON FLUOROPLASTS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2023.278992

Keywords:

fire safety, pyrotechnic mixtures, organic and inorganic substances, burning speed, stability of the burning process, external influences

Abstract

In order to prevent premature fire-hazardous destruction of products, it is necessary to have a controlled database on the development of combustion of mixtures, and, first of all, on their burning rates under conditions of elevated heating temperatures and external pressures, with the help of which to quickly predict the conditions for the occurrence of explosive modes of combustion of mixtures during their forced activation. At the moment, there are no studies for pyrotechnic mixtures of metal fuel powders and fluoroplastics with additives of organic and inorganic substances of the influence of technological parameters (ratio and dispersion of components, compaction coefficient, amount and nature of additive of organic substances, diameter of the charge of the mixture, etc.) on the dependence of speed combustion of mixtures from elevated heating temperatures (up to 800 K) and external pressures (up to 107 Pa); models of their combustion in these conditions to determine the critical parameters of external thermal actions, the excess of which leads to the explosive development of combustion of mixtures and fire-hazardous destruction of products, and methods of preventing the specified destruction of products by adjusting technological parameters at the stage of manufacturing charges of mixtures have not been developed, which allows to increase the operating times of products in extreme operating conditions. The purpose of the work is to obtain a database on the burning rates of mixtures under conditions of elevated heating temperatures and external pressures for various values of technological parameters, which allows to estimate its permissible ranges of change. The objectives of the research are the study of the influence of technological parameters on the speed of development of the combustion process of pyrotechnic metallized mixtures based on fluoroplastics; study of the influence of external conditions on the speed of combustion of pyrotechnic mixtures made of metal fuel powders, fluoroplastics and organic substance additives. Samples of pyrotechnic mixtures have been made using standard methods for pressing powders of fluoroplastics, metal fuels (Mg, Al, etc.) with additives of organic and inorganic substances. Studies of the processes of ignition and burning of mixture samples have been carried out on standard pyrotechnic equipment. The regularities of the influence of technological parameters (ratio and dispersion of components, mixture compaction coefficient, diameter of its sample, coefficient of thermal conductivity of its shell) and external conditions (increased heating temperature and external pressure) on the speed of development of the combustion process of compacted mixtures of metal fuels, fluoroplastics and additives organic and inorganic substances have been established. Concentration limits of combustion of mixtures are found, within which the process of their combustion is stable. A wide class of organic and inorganic substances, the introduction of which in the form of small additives (up to 10...13%) in the composition of mixtures leads to a decrease in the burning rate and an increase in the resistance of their combustion process to external influences for various ranges of changes in technological parameters of the mixtures, has been established. Inorganic substances, the addition of which, on the contrary, leads to a sharp increase in the rate of development of the mixture combustion process and a decrease in its stability, especially in conditions of elevated heating temperatures and external pressures, have also been detected. It is shown for the first time that by adjusting the technological parameters of the mixtures (the ratio and nature of the components, the dispersion of metal fuels, the compaction coefficient, the diameter of the mixture samples and the coefficient of thermal conductivity of the shells) at the stage of their manufacture, without changing tactical and technical indicators of pyrotechnic products based on metallized fluoroplastic mixtures, with the help of a controlled change in the burning rate of mixtures (or the time of action of products in the conditions of their combat use), it is possible to prevent unstable, explosive modes of its development in conditions of external thermal influences, which lead to premature fire-hazardous destruction of products.

Author Biography

Victoria Kovbasa, Cherkasy Institute of Fire Safety named after Heroes of Chernobyl of the National University of Civil Defense of Ukraine

Adjunct

References

В. М. Фатєєв, Ю. П. Приходько, та Л. І. Таборов, Піротехніка. Київ, Україна: Наукова думка, 2017.

Звіт про науково-дослідну роботу "Дослідження тенденцій і закономірностей динаміки основних показників статистики пожеж в Україні за територіальним принципом". Київ: УкрНДІЦЗ, 2018.

C. L. Mader, Numerical modeling of explosives and propellants. CRC Press, 2019.

J. Bai, and L. Yang, "Study on ignition characteristics of pyrotechnics with different binders", Journal of Energetic Materials, no. 37 (6), pp. 714-728, 2019.

X. Jia, X. Qi, and X. Zhang, "Ignition behavior and flame structure of multi-layered pyrotechnic systems containing nitrocellulose", Combustion Science and Technology, no. 193 (7), pp. 1354-1373, 2021.

M. Niu, and Q. Wang, "Experimental investigation on the combustion characteristics of composite modified double-base propellant", Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, no. 137 (1), pp. 329-336, 2019.

Y. Xu, Y. Ma, and Q. Liu, "Characterization of energetic material burning rate using an improved laser shadowgraphy technique", Journal of Propulsion and Power, no. 34 (2), pp. 360-366. 2018.

V. Akkerman, and P. Penner, "Detonation performance of ammonium nitrate explosives", Propellants, Explosives, Pyrotechnics, no. 45 (4), pp. 546-556, 2020.

Y. Fang, S. Wang, and Y. Zhang, "Combustion behavior of composite propellants containing Al/CuO and ammonium perchlorate", Combustion Science and Technology, no. 191 (9), pp. 1742-1757, 2019.

О. С. Діброва, O. B. Кириченко, Р. Б. Мотрічук, та В. А. Ващенко, "Підвищення пожежної безпеки піротехнічних нітратно-металевих сумішей в умовах зовнішніх термічних дій", Intenauka, № 5/5799, 2020. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://www.inter-nauka.com.

О. С. Діброва, О. В. Кириченко, Р. Б. Мотрічук, та В. A. Ващенко, "Закономірності впливу технологічних параметрів на пожежну безпеку піротехнічних нітратно-титанових сумішей в умовах зовнішніх термічних дій", Intenauka, № 5/5798, 2020. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://www.inter-nauka.com.

О. В. Кириченко, О. С. Діброва, та Р. Б. Мотрічук, "Вплив технологічних параметрів на залежності швидкості розвитку процесу горіння піротехнічних сумішей", на XI Міжнар. наук.-практ. конф. Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій, Черкаси: Черкас. ін-т пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля, 2020.

В. М. Марич, В. В. Ковалишин, та Я. Б. Кирилів, "Оптимізація складу вогнегасних порошків для гасіння магнію", на Міжнар. наук.-практ. конф. Теорія і практика гасіння пожеж та ліквідації надзвичайних ситуацій, Черкаси, 2018.

В. В. Ковалишин, В. М. Марич, Т. М. Войтович, та Б. М. Гусар, "Використання екологічно прийнятних вогнегасних речовин", на Міжнар. наук.-практ. конф. Екологічна безпека як основа сталого розвитку суспільства. Європейський досвід і перспективи, ДУБЖД, 2018.

О. В. Кириченко, О. С. Діброва, Р. Б. Мотрічук, О. С. Барановський, та В. В. Цибулін, "Визначення вмісту високотемпературного конденсату в продуктах згоряння піротехнічних нітратно-металевих сумішей при підвищених зовнішніх тисках", Наука та виробництво: міжвуз. темат. зб. наук. пр., вип. 19, с. 323-332, 2018.

V. V. Kovalyshyn, V. M. Marych, Y. M. Novitskyi, В. M. Gusar, V. V. Chemetskiy, and O. L. Mirus, "Improvement of a discharge nozzle damping attachment to suppress fires of class D", Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no. 5 (95), pp. 68-76, 2018.

О. В. Кириченко, О. С. Діброва, Р. Б. Мотрічук, В. А. Ващенко, С. О. Колінько, та В. В. Цибулін, "Дослідження впливу міцності зарядів піротехнічних нітратно-металевих сумішей на пожежну безпеку виробів на їх основі", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 3, с. 56-67, 2019.

O. Dibrova, O. Kyrychenko, R. Motrychuk, M. Tomenko, and V. Melnyk, "Fire safety improvement of pyrotechnic nitrate-metal mixtures under external thermal conditions", Technology audit and production reserves, no. 1/1(51), рp. 44-49, 2020.

Р. Б. Мотрічук, О. В. Кириченко, В. А. Ващенко, С. О. Колінько, Т. І. Бутенко, Є. П. Кириченко, та В. В. Цибулін, "Закономірності впливу технологічних параметрів та зовнішніх чинників на температуру та склад продуктів згоряння піротехнічних нітратно-металевих сумішей", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 4, с. 131-142, 2020.

Є. Кириченко, "Дослідження процесів зовнішніх термоударних дій на піротехнічні металоксидні вироби в умовах пострілу та польоту", Збірник наукових праць Черкаського інституту пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України "Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація", т. 5, № 2, с. 37-51, 2021.

Є. П. Кириченко, В. В. Ковалишин, В. М. Гвоздь, В. А. Ващенко, С. О. Колінько, та В. В. Цибулін, "Дослідження механізму та розробка моделі розвитку процесу горіння піротехнічних сумішей металеве пальне + оксид металу при зовнішніх термічних діях", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 4, с. 68-82, 2021.

Є. Кириченко, В. Гвоздь, В. Ващенко, О. Кириченко, О. Дядюшенко, та В. Мельник, "Закономірності впливу технологічних параметрів та зовнішніх чинків на температуру займання та час згоряння частинок магнію та алюмінію в продуктах розкладання оксидів металів", Цивільний захист та пожежна безпека, № 2 (12), с. 111-121, 2021.

Є. Кириченко, "Дослідження процесів займання та розвитку горіння двокомпонентних піротехнічних сумішей з порошків магнію, алюмінію та оксидів металів при підвищених температурах нагріву та зовнішніх тисках", Збірник наукових праць Черкаського інституту пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля Національного університету цивільного захисту України "Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація", т. 6, № 1, с. 29-42, 2022.

Є. Кириченко, В. Гвоздь, В. Ващенко, О. Кириченко, та О. Дядюшенко, "Попередження передчасного спрацьовування піротехнічних виробів на основі сумішей з порошків магнію, алюмінію та оксидів металів в умовах зовнішніх термічних дій", Цивільний захист та пожежна безпека, № 2 (12), с. 122-130, 2022.

Є. П. Кириченко, "Методика визначення критичних значень параметрів зовнішніх термічних дій на піротехнічні металооксидні вироби в умовах експлуатації", Вісник Черкаського державного технологічного університету, № 2, с. 53-63, 2022.

O. V. Kyrychenko, O. S. Dibrova, R. B. Motrichuk, V. A. Vashchenko, and S. O. Kolinko, "Investigation of ignition and combustion of particles of aluminum and magnesium alloys in the decomposition products of solid pyrotechnic fuels", Scientific Bulletin Civil Protection and Fire Safety, no. 2 (8), pp. 81-85, 2019.

Published

2023-06-02

How to Cite

Kovbasa, V. (2023). INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS AND EXTERNAL CONDITIONS ON THE SPEED OF DEVELOPMENT OF THE COMBUSTION PROCESS OF PYROTECHNIC METALIZED MIXTURES BASED ON FLUOROPLASTS. Bulletin of Cherkasy State Technological University, (2), 119–134. https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2023.278992

Issue

Section

Chemical Technologies and Engineering, Environmental Safety

URN