Mistura pirotécnica de retardo : efeito do ligante na velocidade de queima e sensibilidade à ignição por atrito para o sistema silício/zarcão

Abstract

Resumo: Misturas pirotécnicas de retardo são materiais utilizados pela indústria de explosivos para produção dos elementos de retardo. Trata-se de materiais sólidos, geralmente compostos por combustível, oxidante e ligante, que queimam a uma velocidade reproduzível, fornecendo um tempo entre a ignição e a detonação da carga de explosivos. Neste estudo, foi investigado o efeito do teor de dois tipos de ligantes poliméricos na velocidade de queima e na sensibilidade à ignição por atrito de misturas pirotécnicas de retardo baseadas no sistema silício / zarcão. Em relação ao ligante A, trata-se de um material fluoroelastômero. Por outro lado, o ligante B é um polímero sintético derivado da celulose. Elevada velocidade de queima, com baixa variabilidade, favorecem a qualidade do produto em desenvolvimento. A sensibilidade ao atrito caracteriza o material quanto à segurança de manuseio e processamento frente ao estímulo de fricção, de modo a se evitar iniciação acidental. Para ambos os ligantes avaliados (A e B), há uma tendência de redução da taxa de queima com o aumento do teor do aditivo. Comparadas em mesma proporção mássica, as misturas pirotécnicas contendo o ligante fluoroelastômero (A) apresentaram velocidades de queima em média 40% maiores, além de menor desvio padrão. A partir da análise das respostas gráficas da técnica de planejamento de experimentos, observa-se que o aumento do fator de ligante (A) de 0,5 para 1,5 resultou em uma redução de aproximadamente 6,5 mm/s da velocidade de queima. Por outro lado, um aumento de velocidade de aproximadamente 16,1 mm/s foi obtido com o incremento do fator de silício de 0,75 para 1,25. Os resultados mostraram também que o ligante (A) funcionou como agente lubrificante, reduzindo a sensibilidade ao atrito da mistura pirotécnica. Entretanto, a mistura contendo ligante derivado da celulose (B) tornou-se mais sensível a este estímulo. Palavras-chave: Composições pirotécnicas. Elementos de Retardo. Ligante. Velocidade de queima. Sensibilidade ao atrito.

Abstract: Delay compositions are materials used by explosives industries to produce delay elements. These are solid materials, commonly composed of fuel, oxidizer and binder, which burn at a reproducible rate, providing a delay between ignition and detonation of the explosive. In this study the effect of two polymeric binders, on both burning rate and friction sensitivity of silicon / red lead delay composition, was studied. Regarding binder A, it is a fluoroelastomer polymer. On the other hand, binder B is a synthetic polymer derived from cellulose. Fast burning rate, with low variability, guarantee the product quality. Friction sensitivity characterizes the material in terms of handling and manufacturing safety under friction force, in order to avoid accidental initiation. For both evaluated additives (A and B), it was observed a decreasing trend of the burning rate as the binder content increases. Compared in the same mass proportion, delay compositions containing the fluoroelastomer binder (A) showed burning rates averages 40% higher, in addition to less standard deviation. From the analysis of the graphical responses of the design of experiments technique, it was observed that an increase on the binder factor from 0,5 to 1,5 resulted in a reduction of approximately 6,5 mm/s. However, an increase of 16,1 mm/s in burning rate was obtained by increasing silicon factor from 0,75 to 1,25. The results also showed that binder A (fluoroelastomer) worked as a lubricant agent, reducing the friction sensitivity of the delay composition. However, the mixture containing cellulose-derived binder (B) became more sensitive to this kind of stimulus. Key-words: Delay compositions. Delay element. Binder. Burning rate. Friction sensitivity.