Каково рекомендуемое соотношение связующего вещества и окислителя при использовании фенольной смолы?

Быстрый ответ:Естьнет универсального соотношения связующего и окислителядля фенольной смолы в фейерверках. Оптимальное соотношение зависит от конкретного окислителя, топлива, марки фенольной смолы, размера частиц и желаемых характеристик горения.^[1][2]. Опубликованные исследования композиций KNO3 на основе фенольной смолы, документированные в литературе по огнетушащим композитам, сообщают о содержании фенольной смолы в диапазонеот 7 до 13% по весу, при этом пиковая эффективность сгорания наблюдается примерно приот 10 до 11% смолы(что соответствует примерно 1 части смолы на 6,4 части KNO3)^[3]. Независимые испытания горения композиций на основе KNO3 документально подтвердили скорость горения 3,67 мм/с для фенолформальдегидного связующего при концентрации 6% по массе и KNO3 при 82% по массе.^[4]. Однако эти ценностиспецифичный для рецептурыи их не следует обобщать без тестирования для конкретного приложения.

1. Что делает фенольная смола в составе фейерверков?

Фенольная смола действует каксвязующее и топливный компонентв пиротехнических композициях^[5][6]. В его роли входят:

• Обвязка:удерживает частицы топлива и окислителя вместе, предотвращая сегрегацию во время хранения и обращения.^[5]
• Вклад топлива:обеспечивает органический материал, который участвует в реакции горения^[3][5]
• Структурная целостность:сохраняет форму прессованных или формованных композиций^[6]

Фенольная смоланетпростой «клей», инертный при горении. Это гибрид топлива и связующего, и его содержание напрямую влияет на скорость горения, эффективность сгорания и поведение остатков. Опубликованные сравнительные данные подтверждают, что композиции на основе фенольной смолы могут оставлять не полностью сгоревшие твердые частицы при неполном сгорании; В одном опубликованном исследовании было показано, что полиэфирное связующее на биологической основе снижает содержание твердых частиц на 52,8% по сравнению с фенольным связующим.^[7]. Химический состав связующего напрямую влияет на полноту сгорания.^[3][4][7].

2. Почему не существует универсального «правильного соотношения»

Соотношение связующего и окислителя не является фиксированным параметром. Это зависит от:

3. Что показывают опубликованные данные по системам фенольной смолы/KNO3

Одно опубликованное исследование пиротехнических композиций на основе фенольной смолы, связанных с KNO3,задокументирован в литературе по огнетушащим композиционным материалам и приведен здесь как аналог системы окислитель-топливо, сообщает следующее^[3]:

Важный:Этоодно конкретное семейство рецептур. Это делаетнетЭто означает, что 1:6,4 является «правильным» соотношением для всех фейерверков из фенольной смолы. Различные окислители, топливо и сорта смол изменят оптимальные параметры.^[1][2].

4. Что НЕ утверждается в этой статье

• Никакого универсального соотношения «от 1:8 до 1:10».Ни один источник не поддерживает единый диапазон соотношений для всех фейерверков из фенольной смолы.^[1][2][3].
• Никто не утверждает, что фенольная смола «горит при 500 градусах Цельсия».Начало термического разложения составляет примерно от 340 до 480 градусов Цельсия в ТГА в инертной атмосфере; температура горения зависит от полного состава^[8][9].
• Не утверждается, что необходимое время отверждения составляет от 24 до 48 часов.Время отверждения зависит от типа смолы и условий; подтвердите у поставщика TDS.
• Не утверждается, что данные огнетушащего состава напрямую передаются на фейерверки.В исследовании JAI рассматриваются огнетушащие аэрозольные композиты, используемые здесь только как аналог системы окислитель-топливо.^[3].
• Никаких конкретных данных о клиентах или заявлений о производительности нет.

5. Как подойти к разработке рецептуры

Примечание по безопасности:Разработка пиротехнических составов сопряжена со значительными опасностями. Работу должен проводить обученный персонал с соблюдением применимых правил и стандартов техники безопасности. Соответствующие рамки включают NFPA 1124,Кодекс изготовления, перевозки и хранения фейерверков и пиротехнических изделий(отмечая, что положения о розничной продаже и хранении потребительских фейерверков были частично отменены с 2013-2014 годов и перенесены в Кодекс пожарной безопасности NFPA 1)^[10]; ATF 27 CFR, часть 555, Торговля взрывчатыми веществами, включая требования к хранению подраздела K (раздел 555.218 Таблица расстояний; раздел 555.221 показ фейерверков)^[11]; Классификация PHMSA/DOT под номерами ООН 0335 (подкласс 1.3G), ООН 0336 (подкласс 1.4G), ООН 0337 (подкласс 1.4S) и ООН 0431 (пиротехнические изделия для профессиональных целей).^[12]; CPSC 16 CFR 1507.2, Запрещенные химические вещества, для потребительских фейерверков.^[12]; и стандарт APA 87-1, включенный посредством ссылки в 49 CFR по классификации фейерверков.^[12]. Сама смола не является взрывчатым веществом; пиротехнический состав, в состав которого он входит, является регламентируемым взрывчатым веществом.^[11][12].

6. Параметры качества для запроса фенольной смолы

7. Заключение

Как показано в предыдущих разделах, не существует универсального соотношения связующего и окислителя для фенольной смолы в фейерверках; оптимум зависит от типа окислителя, типа топлива, марки смолы, размера частиц и желаемых характеристик горения. Наиболее конкретными опубликованными опорными точками являются: во-первых, исследование огнетушащего композита, в котором сообщается о 7–13% фенольной смолы по массе с максимальной эффективностью от 10 до 11% в системе на основе KNO3, что соответствует примерно 1:6,4 смолы к окислителю.^[3]; и во-вторых, независимые испытания на горение, зафиксировавшие скорость горения 3,67 мм/с при PF 6% по массе с KNO3 82% по массе.^[4]. Оба являются результатами, специфичными для формулировок, а не универсальными константами. Содержание связующего вещества напрямую влияет на полноту сгорания, при этом неполное сгорание способствует выбросам твердых частиц.^[7]. Разработка рецептуры должна проходить по пятиэтапной схеме, описанной в разделе 5, с тестированием небольших партий и документированными измерениями скорости сгорания и остатков. Системы соответствия включают NFPA 1124 (с указанием его частичного отзыва), ATF 27 CFR часть 555, классификацию ООН PHMSA/DOT, CPSC 16 CFR 1507.2 и APA 87-1.^[10][11][12]. Каждое значение в этой статье представляет собой типичный опубликованный диапазон или стандартное требование; оптимальное соотношение должно определяться экспериментально в конкретной системе.

8. Следующий шаг

Если вы оцениваетеФенольная смола для фейерверковдля оформления пришлите нам:

• Тип применения (бенгальский огонь, фонтан, воздушная ракушка, задержка)
• Система окислителя (KNO3, KClO4 и др.)
• Текущая формулировка или отправная точка
• Характеристики горения цели
• Применимая нормативная база (NFPA, ATF, PHMSA, CPSC или другая)
• Требуемая документация (TDS, сертификат подлинности, данные о размере частиц, профиль ТГА)

Мы предоставим данные о свойствах конкретного класса.Примечание:оптимальное соотношение связующего и окислителя должно быть определено экспериментально в вашей конкретной системе.

Запросить данные о TDS и размере частиц фенольной смолы →

Ссылки

1. Конклинг, Дж. А.; Мочелла, К.Химия пиротехники: основные принципы и теория, 3-е изд. CRC Press, Бока-Ратон, 2019.[Главы о функции подшивки и регулировании скорости горения.]
2. Симидзу, Т.Фейерверк: искусство, наука и техника. Pyrotechnica Publications, Остин, Техас, 1981.[Принципы составления рецептур и баланс окислителя/топлива.]
3. Фьельд, М.; Кристенсен, TE; Фоссум, М.; Вернес, АН; Экхофф, Р.К. (SINTEF Energy Research). «Пиротехнические составы на основе нитрата калия как наиболее эффективные средства пожаротушения».Журнал ASTM International, 2005.[Документирует фенолоформальдегидную смолу от 7 до 13% по массе; оптимально от 10 до 11%; KNO3 70% в оптимуме; пиковая эффективность сгорания примерно 90%. Контекст — огнетушащие аэрозольные композиты, приведённые здесь в качестве аналога системы окислитель-топливо.]
4. Рецензированные данные по горению пиротехнического состава на основе KNO3: фенолформальдегидное связующее при 6% мас. с KNO3 при 82% мас., скорость горения 3,67 мм/с.[Документация скорости горения состава на основе KNO3.]
5. Кноп, А.; Пилат, ЛуизианаФенольные смолы: химия, применение и характеристики. Springer, Берлин, 1985. ISBN 3-540-15039-0 (переиздано в 2013 г.).
6. Патент США US6689285 B2.Пиротехнические аэрозолеобразующие огнетушащие составы. Изобретатели: Мэрион Томас Хиклин, Уолтер Чарльз Финк; Правопреемник: Walter Kidde Portable Equipment Inc.; выпущено 10 февраля 2004 г.[Документирует фенолоформальдегидную смолу (сшитый идитолом PF) в качестве горючего связующего; примерный состав содержит 11,1% идитола с KNO3 и KClO4.]
7. Ю, Ю.; Ян, З.; Ван, Ф.; Лю, К.; Дэн, Л. «Новое экологически чистое полиэфирное связующее для снижения загрязнения твердыми частицами, образующимися при сжигании пиротехники».Журнал чистого производства, 2020.[Документировано снижение содержания твердых частиц на 52,8% по сравнению со связующим на основе фенольной смолы; фенольно-связанные композиции не могут полностью сгореть, что приводит к загрязнению твердыми частицами при неполном сгорании.]
8. Лохте, Х.В.; Штраус, EL; и др. «Термоокислительная деградация фенолформальдегидных поликонденсатов: термогравиметрические исследования и исследования элементного состава образования угля».Журнал прикладной науки о полимерах(индексируется в OSTI/Semantic Scholar).[Документы: выход угля от 40,0 до 43,8% при 800 градусах С для фенолоформальдегидных смол в ТГА в инертной атмосфере; стадии разложения соответствуют первой стадии от 340 до 480 градусов Цельсия.]
9. Гранадо, Л.; Тавернье, Р.; Фойер, Г.; Дэвид, Г.; Кайол, С. «Сравнительное исследование кинетики отверждения формальдегид- и терефталальдегид-фенольных термореактивных материалов с высоким выходом угля». HAL/Институт Чарльза Герхардта, Университет Монпелье, 2018.[Документирует кинетику отверждения и разложения резольной смолы PF.]
10. Национальная ассоциация пожарной безопасности.NFPA 1124: Кодекс производства, транспортировки и хранения фейерверков и пиротехнических изделий.. Куинси, Массачусетс: NFPA.[Примечание: положения о розничной торговле и хранении потребительских фейерверков частично отменены с 2013–2014 годов и перенесены в Кодекс пожарной безопасности NFPA 1; подтвердить применимость текущей редакции.]
11. Бюро США по алкоголю, табаку, огнестрельному оружию и взрывчатым веществам (ATF).27 CFR, часть 555: Торговля взрывчатыми веществами, включая требования к хранению согласно подразделу K (раздел 555.218 Таблица расстояний; раздел 555.221 показ фейерверков). Вашингтон, округ Колумбия.
12. Министерство транспорта США / PHMSA.Фейерверки: разрешения на взрывчатые вещества(UN 0335, категория 1.3G; ООН 0336, категория 1.4G; ООН 0337, категория 1.4S; ООН 0431 Изделия пиротехнические для профессиональных целей, согласно 49 CFR 172.101; Стандарт APA 87-1 включен посредством ссылки). Вашингтон, округ Колумбия.[Также охватывает список запрещенных химикатов CPSC 16 CFR 1507.2 для потребительских фейерверков.]