红丹响珠制造工艺及其反应机理的探索--个人文集
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陈旭飞 技术员

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红丹响珠制造工艺及其反应机理的探索
时 间:2011/2/17

    烟花爆竹产品效果制作中,多种多样,五花八门;数不胜数。其红丹响珠是企业生产中常见的一种效果之一,该效果,体积小,成球形,制作工艺简单,点燃后,能像鞭炮一样发出霹雳啪啦的脆响,同时能放射出刺眼的白光,深受人们的喜爱。现对其制作工艺及其反应机理作简单介绍,以供业界人士共同参考和探索。
 
                   一• 响珠制造工艺

(一) 红丹响珠结构示意图

1红丹芯子
2中包药
3皮药(引药)
4外引药(军工粉)

(二) 一般响珠制作规格表

(三) 响珠药物结构及其功能表

(四) 响珠制作工艺图及其解析

    在烟花爆竹生产企业中,通常响珠的制造工艺可分为两种方法,现作一一介绍

一  响珠生产工艺流程图一

二  具体工艺流程解析

1、 配药要求称量准确,材料相对应

2、 混合要求三和三筛,必须用100目过筛,使药物充分均匀混合

3、 造粒时,不应过快加粉,应层层密实

4、 筛选中,应用相应的目数要求过筛,小响珠芯子应返回加大,大响珠芯子要么做其他效果用,要么直接擦碎成粉,用于加大其响珠用或作芯子用

5、 符合规格的响珠芯子,直接用水上中包药,裸至相应的目数要求,裸中包药时,应可以观察到响珠芯子稍有融化的状态,这样才会使加入的中包药更好的与芯子药相互渗透,融合,以提高芯子反应

6、 筛选不宜过快过猛,因外裸的中包药,未干,结构性不强,容易造成磨损。未达到相应规格的中包药,依然返回加大,中包药大于其规格,可以做稍大一点的响珠用,但大小必须统一归类,以提高响珠脆响的整齐性

7、 干燥应即时迅速,减少其内部水份与镁铝合金粉的反应,以提高响珠的质量,若长期滞留中转库,可直接导致质量下降,重者可产生热量,若不即时处理,会自燃自爆

8、 干燥的响珠,外表面必须用防潮水裸皮药,若皮药未达到工艺要求,则用酒精继续加大。之后,出罐时,加入几瓢军工粉,以提高接火率

9、 裸好皮药和外引药后,应把响珠摊在木架上即时干燥

10、 验收,必须装内筒试,主要判断其接火、脆响度以及残渣的多少

11、 入库时应做好防潮措施

二  响珠生产工艺流程图二

    此工艺,与第一道工艺基本相同,但也有值得一提的地方,第5道流程必须使响珠芯完全干燥。第6道工艺,在用水上中包药前,必须包裹一层防潮水再进行操作,否则,水份会直接渗透干燥响珠芯子中,若裸中包药后未即时干燥,直接会导致响珠失效

    以上两种响珠制造工艺,各有千秋。因生产企业材料不同,
安排的人员也不同,因此,也没有定性。花落谁家,还需业界人士共同探讨,择善而从。

                 二• 响珠反应机理

(一) 相关物质性能表

    前面我们已经提到红丹响珠中的主要成份为四氧化三铅Pb3o4、氧化铜Cuo、镁铝合金Mg4Al3、米粉(C6H10O5)n组成,其中,外引药,引药和中包药主要起引燃,促燃的作用,为红丹响珠芯子反应做垫铺,而红丹响珠芯子主要发生以下两种铝热反应。
① 17 Cuo+2 Mg4Al3=17 Cu+8 MgO+3 Al2O3  +Q

② 17 Pb3o4+8 Mg4Al3=51 Pb+32 MgO+12 Al2O3  +Q
所以,总反应可表示为

③ 17 Cuo+17 Pb3o4+10 Mg4Al3=17 Cu+51 Pb+40 MgO+15 Al2O3   +Q

 通过盖斯定理,{爆热Qp=(产物生产热—反应生产热)/M.M表示烟火剂总质量}我们可以得到该反应的爆热。

   生成物:17ⅹ0+51ⅹ0+40ⅹ601+15ⅹ1605=48115 kj

   反应物:17ⅹ157+17ⅹ709+10ⅹ0=14722 kj

   烟火剂总质量M=17ⅹ63.55+17ⅹ685.6+10ⅹ178.18=14517.35 g

   故Qp=(48115-14772)/14517.35=2.3 kj/ g

   通过理论计算,可知该反应所生成的热量是相对高的,从相关物质性能表可知,单质铜和铅的熔点和沸点相对氧化镁和氧化铝都低,因此,单质铜和铅的导热性远远要大于化合物氧化镁和氧化铝,从而可以知道铜和铅的温度上升比化合物快的多,瞬间会使单质铜和铅的温度急剧上升。

   查表可以得到,铜的比热容是0.39j/g.℃(在20-1500℃),铝的比热容是0.13 j/g.℃(在20-1500℃)。假设,该反应所生成的热量完全被铜和铅吸收,可以通过反应①可以得到铝的温度可以上升到3200℃,同样可以通过②计算得到铜的温度可以上升到1580℃。根据相关物质性能表可以知道,此反应完全可以使铅单质达到沸腾,形成铅蒸汽。实际上减去溶化热和氧化镁、氧化铝所吸收以及部分热量损失外,该反应的热量足可以使铅汽化。

    综上所述,可以得到结论:响珠反应机理是由于该主体反应中能产生大量的热量,该热量足可以使铅汽化。其中氧化镁和氧化铝未能达到其熔点的温度,因此,以固体的形式裸露在响珠芯子的表面,随着响珠的逐层反应,氧化镁和氧化铝的固体也随之增加。从而形成了一个密实的球体,而铅蒸汽在球心中不断的聚积,使气压急速上升,当外界氧化镁和氧化铝形成的球壳承受不了内部的气压的时候,就会在冲破球壳的一瞬间发出像鞭炮一样的脆响。

    值得深思的是,通过②反应,铜所上升的温度未达到其2595℃的沸点,似乎该反应在响珠反应中未起到任何的作用,好像是画蛇添足,实际上,从总体反应而言,反应放出的热量足可以把铜直接溶化。根据相关资料证实,混合金属比单质的熔点、沸点都低,因此,上面的疑问便会茅塞顿开。溶化的铜将会与铅金属均匀的混合在一起,这样就会是铅金属更容易汽化,使效果更加理想。

    从理论上讲,响珠反应应该配成零氧平衡,但实际上往往将镁铝合金超量配比,这样才会使反应中形成一个镁、铝、铜、铅的四种混合金属相互融合,该金属混合物的熔点和沸点将比任何一种金属单质都低,因此,就更容易沸腾汽化,使效果更加完美。

    实践证明,上述理论适用于实践,可是在调配的过程中,米粉的多少有会影响其响声,当加到6个米粉以上时,响珠将会产生变化,可能是因为米粉(C6H10O5)n在反应中主要生成H2O、CO2和O2,这三种气体不断的在芯子表面外窜,从而使球壳露气,不能得到密实的球体。响珠内部气压减低,直接导致响珠质量下降的原因。以上只是猜测,还需业界人士进一步去探索。

    在烟花制作繁忙的冬季,由于天气原因,通常用水制造的响珠芯子比较难干,因此,常常影响生产的正常性,所以有些厂家尝试着在响珠芯子成分中加入两到三个树脂,用酒精制作,以便于干燥。其效果并不逊于用水制造的响珠,反应原理基本雷同,不知是否还有其它制作捷径,还需业界烟花焰火工作者共同思考和探索。


 

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