Технология изготовления пиротехнических фонтанов

Технология изготовления пиротехнических фонтанов

Фонтан - это простое пиротехническое устройство развлекательного характера, которое, за счёт горения определённого пиротехнического газогенерирующего состава, создаёт слабую реактивную струю газов, за счёт чего, через верхнюю сопловую заглушку, выбрасывается искрообразователь (уголь, железо, алюминий, титан) и микрозвёзды, что создаёт красивый искристый, блестящий, и цветной огненный шлейф.

Холодными фонтанами считаются те, у которых в качестве искрообразователя выступает титан и ферротитан, без микрозвёзд, а все остальные считаются горячими. Так же фонтаны могут быть бездымными, мало дымными и дымными. Это понятие довольно условное и хорошо понимается только в сравнении видов фонтанных составов, например все угольные фонтаны будут дымными, перхлоратные дымными и мало дымными, а на нитроцелюлозе и нитрате аммония - бездымными. Холодные бездымные фонтаны ещё называют сценическими, так как они как раз подходят, для работы в помещениях, например в концертных залах на сценах.

Фонтан состоит из:

Картонной гильзы прямой или кривой навивки, либо конусной.
Нижней и верхней сопловой заглушки из бентонита.
Фонтанного газогенерирующего топлива.
Фитиля.

Инструменты и реактивы:

Картонные гильзы прямой, либо кривой навивки разного калибра, либо конусные картонные гильзы.
Бентонит.
Топливо определённого состава.
Микрозвзёды определённого состава.
Крафт бумага.
ХБ нить.
Виско-фитиль.
Наборы для запрессовки заглушек для фонтанов (15 мм, 20 мм, 25 мм, 30 мм, 40 мм).
Набор мерных ложек.
Набор воронок.
Набор ёмкостей для смесей.
Сито 200 микрон и 1 мм.
Лабораторный стакан.
Бензин - галоша.
Изопропиловый абсолютизированный спирт.
Прайм - подмазка.
Ножницы.
Кофемолка.
Гидравлический пресс с манометром.
Набор свёрл.

Простые угольные фонтаны

Предупреждение! Процесс довольно пыльный, огне и взрывоопасный, не забудьте защитить органы зрения, дыхания и слуха, а так же и руки, с помощью защитных очков, респиратора и противошумных наушников и огнеупорных перчаток! При забивке топлива, стойте сбоку от фонтана. Не подставляйте голову под направление вектора вылета набойника! При неправильном прессовании и следовательно воспламенении топлива, вылетающий набойник может вас покалечить!

Базовый состав -1:

60% - KNO3 Нитрат калия
30% - C (44-100 мкм) Древесный уголь
10% - S Сера
+5% - C (300-500 мкм) Древесный уголь
+3 - 20% Искрообразователь
+5 - 30% Микрозвёзды

Базовый состав - 2:

55% - KNO3 Нитрат калия
35% - С (44-100 мкм) Древесный уголь
10% - S Сера
+3 - 20% Искрообразователь
+5 - 30% Микрозвёзды

Базовый состав - 3:

100% - ПМ (75/15/10)
+25% - С (300-500 мкм) Древесный уголь
+3 - 20% Искрообразователь
+5 - 30% Микрозвёзды
Древесный уголь - сосна "и, или" берёза.

В начале изготовления, все реактивы (нитрат калия, уголь, сера) должны быть хорошо измельчены. Древесный уголь используется средних и твёрдых пород, можно использовать смесь соснового и берёзового угля. Уголь играет роль горючего и искрообразователя. В составах обычно прописано, какой фракции измельчения нужен уголь. Все реактивы смешиваются на сите с ячейками в 200 микрон, а уголь крупного помола добавляется уже после первичного перемешивания на сите. Далее состав увлажняется 25% водно-спиртовым раствором до пластичного состояния, комкуется и протирается через 1 мм сито, а затем сушится на инфракрасной сушилке, либо под прямыми лучами солнца около 6 часов.

После сушки, к базовому составу может добавляться до 20% искрообразователя и до 30% микрозвёзд, сверх 100% от базы по массе. Больше 30% микрозвёзд добавлять нельзя, так как состав будет сильно рыхлым и при запрессовке, будут образовываться микропоры, из-за чего фонтан может порвать. Прессование - это очень ответственная операция при изготовлении пиротехнических фонтанов. Прессовка состава осуществляется малыми порциями, что положительно сказывается на скорости горения, за счёт равномерной плотности прессовки, то есть без внезапных микровспышек. В данном случае угольный состав с микрозвёздами запрессовывается в 20 мм картонную гильзу прямой намотки без помощи набора с усилием в 1 тонну. Больше давить не имеет смысла, так как состав будет слегка пружинить, да и гильза способна выдержать усилие только 1.5 тонны.

Обычно у 20 мм фонтанов нижняя и верхняя сопловая заглушка составляет 20 мм, уровень топлива будет зависеть от длины картонной гильзы, а внутренний диаметр сопла, как правило, для фонтанов составляет 1/3 от их калибра, в данном случае 8 мм. Но это правило справедливо далеко не всегда. К очень многим составам внутренний диаметр сопла подбирается индивидуально. При отсутствии фонтанного набора сверлить даже руками сопло опасно, да и заглушка будет крошиться. Поэтому делать фонтаны нужно только с прессформой и с фонтанным набором. Так же, стоит отметить, что перед запрессовкой фонтана, для удобства визуализации уровня запрессовки глины и топлива, делаются пометки на картонной трубке. Так же, глина для заглушек, используется не абы какая, а бентонитная. Она в отличие от остальных пород глин не впитывает влагу из воздуха, а так же имеет большую стойкость к эрозии от горячей струи газов от горения топлива.

Глиттерные фонтаны

Винокур - 13:

50% - KNO3 Нитрат калия
9% - NaHCO3
9% - C (44-100 мкм, сосна) Древесный уголь
9% - S Сера
6% - Al (АСД-4/АСД-1/ПА-4/ПА-ВЧ)
10% - Sb2S3
4% - Декстрин

Gold Glitter (mod):

55% - NaNO3 Нитрат натрия
35% - C (44-100 мкм, сосна) Древесный уголь
10% - S Сера
+5% - Декстрин
+10% - MgAl (ПАМ-2/ПАМ-3)

И так, мы подошли к более капризным угольным фонтанам - глиттерным. В качестве примера, за основу возьмём звёздный глиттерный состав - винокур 13. Да, далеко не все звёздные составы винокура подходят в качестве топлива для блестящих фонтанов, некоторые придётся адаптировать по кислородному балансу и ещё целой куче параметров, но, тем не менее, пусть вас это не смущает, ведь такие составы вполне себе неплохо работают и в фонтанах. Вначале на весах отвешиваются заранее измельчённые реактивы: нитрат калия, гидрокарбонат натрия, уголь, сера, сульфид сурьмы и декстрин. После чего смесь перемешивается сначала тряской, а затем пропускается через сито, что избавляет от слежавшихся комочков. После этого отвешивается металлическое горючее, в данном случае смесь фракций сферического алюминия АСД-4, который очень сильно любит слёживаться и ПА-4. Слёженные металлы лучше всего разрыхлить в фарфоровой ступке, чтобы не загрязнять металлической пылью сито. После смешивания, на весах по массе отвешивается 2% индустриального масла и растворяется в 4-5 мл бензине галоша, после чего вводится в смесь и тщательно перемешивается. 2% добавка масла полностью убирает пыление состава, а так же улучшает запрессовку.

В глиттерные фонтаны микрозвёзды добавлять бессмысленно, так как ,при горении состава, образуется много капелек расплава, которые как раз и создают блеск. Они то и будут помехой микрозвёздам, из-за чего те в свою очередь будут слипаться и вязнуть внутри фонтана в расплаве и на внутренней стороне сопла. Кстати, увлажнять водноспиртовым раствором глиттерные составы для грануляции нельзя, так как они потеряют свои свойства и ещё в составе присутствует декстрин, только, в качестве горючего, а не связующего, в противном случае гранулы будут очень прочными, что приведёт к образованию пор в составе и следовательно к разрыву фонтана.

Глиттерные фонтаны прессуются так же с усилием в 1 тонну. В данном случае используется 25 мм картонная гильза с 25 мм набором для запрессовки фонтанов. После запрессовки основание со шпилькой извлекается очень легко. Как можно заметить, большая часть трещащих микрозвёзд сгорела внутри фонтана. Это была сборка глиттерного фонтана с сульфидом сурьмы, но так же существую более простые блестящие составы без соединений сурьмы. Например, адаптированный звёздный состав золотого глиттера. Такой состав очень прост и как не странно почти не образует шлака, и сопло фонтана не забивается образующимся расплавом. Вообще нитрат натрия довольно интересный окислитель. Он почти в любой пропорции с отрицательным кислородным балансом в связке с углём, серой и алюминево - магниевым сплавом образует блестящий шлейф. Единственный минус – это, из-за которого в пиротехнической промышленности стараются не использовать данный окислитель, так это его гигроскопичность. Тем не менее, за подобными
составами скрыт огромный потенциал в красоте и разнообразии блестящих эффектов. И так, этот состав довольно медленно горит, поэтому для него идеально подходит 40 мм картонная гильза с аналогичным фонтанным набором и усилие в 1.5 тонны будет достаточным для такого калибра.

Фонтаны на нитрате аммония

Предупреждение! Процесс довольно пыльный, не забудьте защитить органы дыхания с помощью респиратора, а так же руки!

Базовый состав:

78% - NH4NO3 Нитрат аммония
12% - C (44-100 мкм, берёза)
10% - Fe4[Fe(CN)6]3 Милори
+20% - Искрообразователь

Это были горячие фонтаны, теперь мы подошли к холодным бездымным фонтанам. В данном случае рассмотрим холодный бездымный фонтан на нитрате аммония. Такие фонтаны исключение из правил во всех смыслах. Вначале на весах отвешивается просушенный нитрат аммония и уголь. Окислитель и горючее в этом случае измельчаются и сразу перемешиваются вместе в кофемолке около 3 минут по 30 секунд с перерывами в 3-5 минут. Затем после измельчения добавляется катализатор разложения нитрата аммония - гексацианоферрат калия, или по простому - милори и перемешивается в кофемолке 20-30 секунд. Данный базовый состав абсолютно безопасен для помола всех компонентов вместе, он неспособен самовоспламениться от трения. Очень важно, чтобы древесный уголь был берёзовый и шарового помола. Иначе такой фонтан может даже вообще не гореть. После, к базовому составу, в качестве искрообразователя, может добавляться специальный осколочный титан для холодных фонтанов, либо железо или чугун для горячих. Однако, с титаном базовый состав работает куда бодрее, чем с железом, по этому у фонтанов с железом должен быть канал внутри фонтана, почти в половину уровня топлива, например в конусный фонтан, можно утопить виско - фитиль почти до середины, тем самым, как бы, имитируя канал.

Кстати конусные фонтаны как раз подходят к данному составу. Топливо насыпается и уплотняется постукиванием рукой по конусу и плоским цилиндрическим предметом. Затем на термоклее прикрепляется заглушка, в оставшееся место таким же образом уплотняется немного бентонита, и снова вклеивается заглушка. Так же идеально подходят к данному составу 40 мм картонные гильзы прямой навивки.

Топливо прессуется с усилием 1.5 тонны. Данные фонтаны не рассчитаны на долговременное хранение из-за очень высокой гигроскопичности нитрата аммония и должны использоваться, почти сразу, однако состав с титаном и хорошо просушенным нитратом, в герметичной таре при комнатной температуре может храниться почти 2 года без изменения в эффекте, а вот с железом такие фонтаны вообще не хранятся. Хочу обратить внимание, на то, как работает состав с титаном в цилиндрической гильзе и с железом в конусе, оба без канала.

Фонтаны на нитроцелюлозе (коллоксилине)

Классический холодный базовый состав на НЦ:

60% - НЦ порошок (коллоксилин)
20% - NH4ClO4 Перхлорат аммония
20% - Ti (ТПП-6/ТПП-7) Титан пористый
+0,5 - 1% Дифениламин
+2 - 3% Индустриальное масло

Классический зелёный базовый состав на НЦ:

52% - НЦ порошок (коллоксилин)
14% - NH4ClO4 Перхлорат аммония
14% - Ba(NO3)2 Нитрат бария
20% - Ti (оск. для холодных фонтанов)
+0,5 - 1% Дифениламин
+2 - 3% Индустриальное масло

Классический красный базовый состав на НЦ:

52% - НЦ порошок (коллоксилин)
14% - NH4ClO4 Перхлорат аммония
14% - Sr(NO3)2 Нитрат стронция
20% - Ti (оск. для холодных фонтанов)
+0,5 - 1% Дифениламин
+2 - 3% Индустриальное масло

Классический горячий базовый состав на НЦ:

25% - НЦ порошок (коллоксилин)
30% - NH4ClO4 Перхлорат аммония / Перхлорат калия KCLO4 (предпочтительней)
14% - Ba(NO3)2 Нитрат бария
12% - Al (АСД-4/АСД-6)
33% - Fe (Чугун/ПЖР)
+0,5 - 1% Дифениламин
+2 - 3% Индустриальное масло

Теперь рассмотрим классический состав холодного бездымного фонтана на нитроцелюлозе. В данном случае демонстрируется ленивый метод приготовления топлива. На весах отвешивается НЦ порошок,
окислитель перхлорат аммония и титан ТПП-6. После этого в лабораторный стакан отвешивается 0.5% стабилизатора нитроцелюлозы дифениламина, после чего он растворяется в 2-х мл абсолютированного изопропилового спирта. Кристаллы дифениламина растворяются в спирте при перемешивании примерно за 5 минут. Далее добавляется 2-3% масла, но как можно заметить масло не растворяется в данном растворе, а образует с ним эмульсию, по этому, ещё приливается около 4 мл бензина галоша, после чего, полученным раствором пропитывается топливный состав. Такие фонтаны называют ещё сценическими, так как они за счёт малой температуры горения и почти отсутствия дыма могут использоваться в помещениях, например на сценах в концертных залах.

Важное замечание! Летучие растворители, будь то спирт или бензин галоша, после пропитки топлива их выветривают, до тех пор, пока состав почти перестанет пахнуть растворителем, в противном случае фонтан будет работать вяло или вообще не будет работать. Так же, масло используется не только для удаления пыления топлива, а так же является флегматизатором, защищая от ненужных химических реакций металлы.

Фонтаны на НЦ прессуются с очень маленьким усилием, иногда буквально от руки, например в данном случае в 20 мм картонную гильзу кривой навивки, состав запрессовывается с усилием всего 250 кг. Слишком сильно давить на НЦ фонтаны нельзя, так как скорость горения из-за высокой плотности состава может резко возрасти и фонтан разорвёт, или вышибет сопло. Такое, бывало, случалось с заводскими китайскими холодными фонтанами из-за нарушения процесса прессовки на производстве. И ещё, сухая нитроцелюлоза очень боится статики, и храниться в тепле, так как при долгом хранении она очень медленно разлагается и выделяет окись азота, которая может спровоцировать самовоспламенение, поэтому НЦ всегда слегка увлажняют изопропиловым спиртом.

И так, мы плавно подошли уже к цветным фонтанам на нитроцелюлозе. В качестве примера возьмём зелёный базовый состав и сделаем его по нормальной методике. На весах отвешивается порошок НЦ, дополнительно увлажняется изопропиловым спиртом для его разрыхления и пробивается через крупное сито с размером ячеек в 2 мм. НЦ порошок по мере высыхания будет сильно пылить, чего допускать нежелательно. После этого, отвешивается перхлорат аммония, нитрат бария и титан. Железо в данном составе, в качестве искрообразователя не работает и гасит горение состава. Далее к смеси раствором добавляется стабилизатор и флегматизатор.

Полученная смесь прессуется в 25 мм гильзу с усилием в 300 кг. Если окислители были хорошо измельчены, но слежались, достаточно протереть их через мелкое сито. Пробитый через сито порошок будет выглядеть как пух. Такое топливо будет нормально работать, только начиная с 30 мм гильзы, поэтому запрессуем этот состав в 40 мм гильзу с усилием в 500 кг. В процессе прессования, состав может слегка хрустеть, прилипая и скользя о стенки гильзы, это нормально. И делаем ещё один вывод, что не все составы могут одинаково работать во всех калибрах.

Помимо холодных фонтанов на коллоксилине есть ещё и горячие. Всё как обычно, вначале приготавливается НЦ порошок, затем отвешивается на весах перхлорат аммония, алюминий АСД-4 и порошок «чугуния». После перемешивания, в топливо вводится раствор с маслом и дифениламином. Так как плотность НЦ кординально различается с плотностью чугуна, металлический порошок при перемешивании будет стремиться осыпаться на дно ёмкости, поэтому состав тщательно перемешивается. Полученное топливо так же работает только в крупных калибрах. Хочу заметить, что этот состав очень горячий и картонная гильза почти полностью сгорает, поэтому не стоит делать слишком длинные и долгоиграющие фонтаны на очень энергоёмких топливах, так как корпус фонтана может прогореть и разбрасывать искры в разные стороны.

Фонтаны на перхлорате аммония

Базовый ПХА-шный состав:

65% - NH4ClO4 Перхлорат аммония
17,5% Уротропин/ДЦДА
17,5% - Ti (оск. для холодных фонтанов)
+2 - 3% Индустриальное масло

Базовый синий ПХА-шный состав:

62% - NH4ClO4 Перхлорат аммония
38% - Азодикарбонамид
1% - CuCl (Только хлорид меди 1)
6% - Ti (ТПП-6) Титан пористый
7% - Ti (ТПП-7) Титан пористый
+2 - 3% Индустриальное масло

Теперь, рассмотрим фонтаны чисто на Перхлорате аммония. Они отличаются от остальных фонтанов тем, что в составе имеется довольно много окислителя ПХА и органического горючего, которое эффективно разлагается на газы только за счёт соединений аммония. В нашем случае в составе есть уротропин. Так же на замену гигроскопичному и не совсем приятно пахнущему уротропину, можно противопоставить
дициандиамид. Его использовать предпочтительнее. И ещё в составе больше не нужен стабилизатор НЦ. Полученное топливо прессуется в 25 мм гильзу с достаточным усилием в 800 кг, но можно смело давить и тонну.

На перхлорате аммония ещё получаются очень сочные цветные фонтаны, особенно с тонкими оттенками, чего очень сложно добиться на других фонтанных составах. В данном случае рассмотрим синий холодный малодымный фонтан с ещё одним интересным органическим горючим азодикарбонамидом. Это горючее очень благоприятно влияет на пламенность, повышает её и делает цвет тонких оттенков более чистым. В качестве цветопламенной добавки используется хлорид меди 1. Заменять хлорид меди 1 на хлорид меди 2 нельзя. Полученное топливо прессуется в 25 мм гильзу при помощи фонтанного набора с усилием в 800 кг, но можно и в тонну.

Фонтаны на перхлорате калия

Базовый красный ПХК-шный состав:

20% - КClO4 Перхлорат калия
36% - Sr(NO3)2 Нитрат стронция
7% - Хлорпарафин
4% - Парлон
20% - Mg (МПФ-4/МГП-99)
3% - C (44-100 мкм сосна) Древесный уголь
6% - Идитол
4% - Декстрин
+2 - 3% Индустриальное масло

Базовый зелёный ПХК-шный состав:

20% - КClO4 Перхлорат калия
36% - Ba(NO3)2 Нитрат бария
7% - Хлорпарафин
4% - Парлон
20% - Mg (МПФ-4/МГП-99)
3% - C (44-100 мкм сосна) Древесный уголь
6% - Идитол
4% - Декстрин
+2 - 3% Индустриальное масло

И напоследок рассмотрим фонтаны на перхлорате калия. Вначале слёженный нитрат стронция прокручивается в кофемолке, после этого на весах отдельно от окислителя
отвешивается донор хлора хлорпарафин и парлон, не путать с поролоном! Без донора хлора сочного цвета получить не удастся. Так же отвешивается полусоставом идитол, декстрин и уголь.
Всё это полусоставом измельчается и перемешивается 30 секунд в кофемолке, после чего всё смешивается и добавляется перхлорат калия, металлическое горючее с искрообразователем. Полученное топливо пропитывается масляным раствором, тщательно перемешивается и выветривается растворитель. Стоит предупредить, что подобные составы довольно чувствительны на удар и трение, поэтому прессовать их нужно только на прессе и с флегматизатором. Так же в составе присутствует магний в качестве металлического горючего, его можно защитить парафинированием, но не обязательно, ведь масло в составе играет ту же самую роль, да и от парафина будет больше дыма. Полученное топливо прессуется в 25мм гильзу с усилием в тонну.

Подготовительная стадия

Предупреждение! Процесс довольно огне и взрывоопасный, не забудьте защитить органы зрения, дыхания и слуха, а так же и руки, с помощью защитных очков, респиратора и противошумных наушников и огнеупорных перчаток! Нивкоем случае нельзя сверлить и расширять сопло при помощи шуруповёрта! Только руками!

После того, как фонтаны были запрессованы, иногда у них нужно расширить сопло под определённый топливный состав. Увы, но общие правила расчёта внутреннего диаметра сопла не всегда уместны. Поэтому приходится адаптировать параметры гильзы под параметры топлива. После этого, приготавливается жидкая подмазка на основе самого простого прайма для звёзд и растворяется в НЦ или целюлоиде. Полученным пастообразным составом вымазывается дно сопла, где начинается топливо, и вставляется виско-фитиль. После высыхания фитиль должен довольно крепко держаться за застывшую подмазку. Чтобы виско-фитиль держался ещё крепче, можно вставить в сопло не тугой пыж. Далее фонтан оборачивается в пару слоёв крафта с полной проклейкой и сверху фиксируется хб нитью. потом на готовое изделие может быть наклеена красивая наклейка. В итоге фонтан должен иметь вот такой вид.

Сравнение и вывод

Пришло время подвести итоги.

Угольные фонтаны могут быть с цветными мирозвёздами, нитратными стробоскопами, сульфатными вспышками и треском. А вот глиттерные фонтаны - нет. Но все они будут являться горячими дымными фонтанами.
Далее идут бездымные фонтаны на нитрате аммония и нитроцелюлозе, которые могут быть и горячими и холодными. А ещё фонтаны на НЦ могут быть цветными, и даже пульсирующими, если в них сделать небольшой канал.
Далее идут холодные и цветные фонтаны на ПХА, а так же на ПХК. У них цветопередача будет гораздо сочнее, чем у цветных на НЦ. Так же стоит сказать, что в фонтаны на нитрате аммония НЦ, ПХА и ПХК очень проблематично сыпать микрозвёзды, так как может быть несколько проблем, это несовместимость составов из за возможных нежелательных химических реакций, а так же в особенности горения топлива.
Нормально горение топлива на нитрате аммония очень сильно зависит от вида угля, так же как и у глиттерных.
Угольные фонтаны с микрозвёздами имеют более высокую скорость горения, чем все остальные.
Кстати, в конусных картонных гильзах могут использоваться, только очень медленно горящие угольные составы, и на нитрате аммония, а так же некоторые составы на НЦ, все остальные - нет.
И ещё, холодными фонтанами называются только те, в которых в качестве искрообразователя используется только титан, так как у нег очень низкая температура горения, хотя это не значит, что от остальных фонтанов можно обжечься от искр, просто они гораздо горячее.

Фонтаны - это довольно милое пиротехническое устройство, которое очень часто является украшением свадеб и других мероприятий и создаёт тёплую праздничную атмосферу. Лично у меня фонтаны, особенно глиттерные ассоциируются с золотыми осенними пейзажами. В этом, есть какая то своеобразная магия, которая мотивирует и создаёт желание творить,
что то новое.

Поделиться: