Vuurwerk

Achtergrond

Een vuurwerk is een apparaat dat verbranding of explosie gebruikt om een ​​visueel of auditief effect te produceren. Moderne pyrotechniek omvat ook apparaten die vergelijkbaar zijn met vuurwerk, zoals fakkels, lucifers en zelfs raketboosters op vaste brandstof die worden gebruikt in ruimtevluchten.

De vroegste voorouders van vuurwerk waren buisjes van papier of bamboe gevuld met fijne houtskool en zwavel die tweeduizend jaar geleden in China werden gebruikt. Deze buizen produceerden een flits van vuur en rook toen ze werden ontstoken, maar geen explosie. Echt vuurwerk bestond pas toen salpeter aan het mengsel werd toegevoegd om zwart poeder te creëren, het eerste chemische explosief, duizend jaar later. Zwart poeder werd waarschijnlijk voor het eerst gemaakt in China, maar sommige geleerden suggereren dat het misschien door de Arabieren is uitgevonden.

De Chinezen gebruikten zwart poeder voor vuurwerk, signalen en wapens zoals bommen en raketten. Zwart poeder werd in de 14e eeuw in Europa geïntroduceerd als explosief voor zowel vuurwerk als geweren. Het werd tegen het einde van de 17e eeuw toegepast op mijnbouw- en wegenbouwprojecten. Zwart buskruit werd gebruikt voor buskruit totdat het aan het einde van de 19e eeuw werd vervangen door nitrocellulose en (voor industriële doeleinden) door dynamiet in het begin van de 20e eeuw, maar het wordt nog steeds gebruikt in vuurwerk.

Vuurwerk in China evolueerde van eenvoudig vuurwerk tot de extravagante vertoningen waarvan Europese ontdekkingsreizigers in de 16e eeuw getuige waren. In Europa begon vuurwerk met militaire explosieven die waren aangepast voor gebruik bij het vieren van overwinningen en evolueerde het naar de uitgebreide producties ontworpen door Italiaanse pyrotechnici in de 16e, 17e en 18e eeuw. (Zelfs vandaag de dag worden de meeste grote vuurwerkbedrijven in de Verenigde Staten gerund door Italiaans-Amerikaanse families.) Dit Italiaanse vuurwerk werd meestal getoond op rijkelijk versierde houten sets, vaak drijvend op wateren, zowel voor de veiligheid als om te reflecteren de prachtige tentoonstellingen. Aan de andere kant werd het Duitse vuurwerk van die tijd meestal in de lucht geschoten, net als het vuurwerk van vandaag.

Hoewel de vuurwerkshows van de Italiaanse meesters buitengewoon complexe en indrukwekkende kunstwerken waren, beperkte de technologie van die tijd hun kleur en helderheid. In de 19e eeuw verhoogde de introductie van aluminium en magnesium de helderheid aanzienlijk, terwijl de ontwikkeling van kaliumchloraat door de Franse chemicus Claude-Louis Berthollet (die probeerde het buskruit dat door de troepen van Napoleon werd gebruikt) het mogelijk maakte om meer intense kleuren.

Vuurwerk kwam met de eerste kolonisten naar de Nieuwe Wereld en wordt al sinds de vroegste dagen van de Verenigde Staten gebruikt om Onafhankelijkheidsdag, 4 juli, te vieren. Tijdens het begin van de 20e eeuw werd dit vuurwerk groter, krachtiger en gevaarlijker. Tussen 1900 en 1930 kwamen meer dan 4.000 mensen om door vuurwerk. Federale en deelstaatregeringen begonnen in de jaren dertig het gebruik van vuurwerk te reguleren. Explosieven zijn ingedeeld in klasse A (gevaarlijke stoffen zoals dynamiet en TNT), klasse B (vuurwerk gebruikt voor professionele vertoningen) en klasse C (kleiner vuurwerk bedoeld voor privégebruik). Klasse C vuurwerk mag niet meer dan 50 milligram explosieven bevatten. Sommige staten staan ​​alle Klasse C . toe vuurwerk, sommige staan ​​alleen "veilig en gezond" vuurwerk toe (klasse C-vuurwerk dat niet beweegt of de grond verlaat ), en sommige staten of provincies en steden verbieden het privégebruik van al het vuurwerk. Sommige zeer gevaarlijke vuurwerken, zoals kersenbommen, M-80's en zilveren saluutschoten, zijn in alle staten verboden, maar worden nog steeds illegaal gemaakt en verkocht. De meeste doden en gewonden door vuurwerk in de Verenigde Staten worden tegenwoordig veroorzaakt door deze illegale apparaten.

Hoewel het privégebruik van vuurwerk sterk wordt beperkt, zijn openbare vertoningen steeds uitgebreider geworden. Computers worden gebruikt om vuurwerk nauwkeurig te timen, zodat het op de maat van muziek kan worden gechoreografeerd. Lasers worden soms gebruikt om unieke visuele effecten te produceren. Tegenwoordig wordt vuurwerk over de hele wereld gemaakt en tentoongesteld, met name in Europa, Latijns-Amerika, de Verenigde Staten en Japan.

Grondstoffen

Een modern vuurwerk bestaat uit een omhulsel van plastic, papier-maché of zwaar papier rondom compartimenten gescheiden door karton. Een klein compartiment aan de onderkant van de granaat bevat zwart poeder om het vuurwerk de lucht in te stuwen vanuit een vijzel gemaakt van ijzer, aluminium, plastic of zwaar karton. Een groter compartiment bevat brokken van een mengsel van chemicaliën die bij verhitting licht en kleur produceren. Deze brokken staan ​​bekend als sterren. In Amerikaans en Europees vuurwerk zijn de sterren vermengd met zwart poeder in een cilindrisch compartiment. Het zwarte poeder explodeert om de sterren te ontsteken en ze door de lucht te verspreiden. In Aziatisch vuurwerk omringen de sterren het zwarte poeder in een bolvormig compartiment om een ​​meer symmetrische weergave te produceren. In plaats van zwart poeder en sterren kan een compartiment flitspoeder bevatten, dat een plotseling fel licht en een luide knal produceert. De verschillende compartimenten in een vuurwerk zijn bevestigd aan lonten gemaakt van draden vermengd met buskruitkorrels.

Zwart poeder bestaat uit een mengsel van salpeter (kaliumnitraat), houtskool en zwavel in een gewichtsverhouding van 75 tot 15 tot 10. Flash-poeder bestaat uit een mengsel van kaliumchloraat of kaliumperchloraat, zwavel en aluminium. Sterren bestaan ​​uit een brandstof die brandt om warmte te leveren, een kleurstof die kleur geeft bij verhitting en een oxidatiemiddel om de brandstof te verbranden. Brandstoffen kunnen langzaam branden, zoals houtskool, dextrine (afkomstig van maïszetmeel) of rode gom (een afscheiding van een boom) om een ​​zwak, langdurig scherm te produceren, of snel brandend, zoals aluminium, magnesium of titanium, om een ​​helder, kortstondig scherm te produceren. Suiker kan worden gebruikt als brandstof om rook te produceren. Kleurstoffen omvatten aluminium, magnesium of titanium (wit), koolstof of ijzer (oranje), natriumverbindingen (geel), koperverbindingen (blauw), strontiumcarbonaat (rood) en bariumnitraat of bariumchloraat (groen). Oxidatiemiddelen zijn zeer reactieve zuurstofhoudende verbindingen zoals kaliumperchloraat of ammoniumperchloraat. Ze bevatten ook chloor, dat reageert met de koper-, strontium- en bariumverbindingen in de kleurstoffen om de onstabiele chloriden van deze elementen te produceren die daadwerkelijk voor de kleur zorgen.

Het fabricageproces

Sterren maken

• 1 De ingrediënten die worden gebruikt om sterren te maken, worden verkregen van chemische toeleveringsbedrijven en opgeslagen in vaten. Op het moment van mengen worden de chemicaliën uit de vaten geschept, gewogen en tweemaal door koperen zeven gezeefd om klonten te verwijderen. (Messing wordt gebruikt omdat het geen vonken produceert.) De gezeefde poeders worden op een groot vel papier geplaatst en voorzichtig met de hand gemengd. De poeders kunnen ook worden gemengd in een roterende trommel of een stationaire container met roterende peddels. Deze apparaten moeten met de grootste zorg worden gebruikt om te voorkomen dat er warmte wordt gegenereerd door wrijving of het opsluiten van poederdeeltjes tussen bewegende delen.
• 2 Het gemengde poeder wordt in vaten gedaan en van de mengkamer naar de snijkamer gebracht. Water wordt ermee gemengd tot een zacht deeg. Brokken van het deeg worden in grote met papier beklede houten mallen in de vorm van broden geschept. Het deeg wordt met een houten hamer stevig in de vorm geperst. (Het natte deeg is veel veiliger te manipuleren dan het droge poeder.)
• 3 De broden, die elk ongeveer 16 kg wegen, worden uit de vorm gehaald op een werkbank bedekt met zwaar karton bestrooid met zwart poeder. De broden worden in één richting gesneden om plakjes te vormen en vervolgens in de andere richting gesneden om dobbelstenen te vormen. De afmetingen van de dobbelstenen kunnen variëren van 0,06-2 inch (0,16-5 cm). Het zwarte poeder hecht zich aan de natte dobbelstenen en zal ze helpen branden wanneer het vuurwerk wordt ontstoken. De dobbelstenen mogen drogen op met papier beklede schermen.

Pauzes maken

• 4 De gedroogde dobbelstenen zijn nu sterren. Ze worden verplaatst naar de verpakkingsruimte om in kartonnen containers te worden geplaatst. Een holle kartonnen buis wordt in het midden van de cilindrische container geplaatst en er worden voorzichtig sterren omheen gegoten. Een grote container kan wel 900 sterren bevatten (ongeveer 2 kg). Wanneer de container vol is, wordt zwart poeder in de holle buis gegoten en wordt de buis verwijderd. Het poeder vult de ruimtes tussen de sterren en zal dienen om ze te ontsteken en te verspreiden. Een papieren dop wordt op de gevulde container geplaatst, nu een "pauze" genoemd.
• 5 De breuk is omwikkeld met zwaar touw, een proces dat bekend staat als spiking. Spiking wordt gedaan door het ene uiteinde van een grote spoel touw aan de breuk te binden en de draad eromheen te winden. Wanneer de breuk volledig bedekt is, wordt het touw doorgeknipt en vastgebonden. Sommige pauzes hebben geen spikes, maar zijn gemaakt in plaats van plastic of zwaarder karton om de stress van het gelanceerd worden te weerstaan. Een tijdzekering (een korte, langzaam brandende lont die ervoor zorgt dat de breuk een bepaalde tijd nadat deze is gelanceerd explodeert) wordt in de breuk gestoken en in zwaar papier gewikkeld. De ingepakte pauzes worden verplaatst naar de plakkamer om te worden verpakt in zwaar, met pasta gedrenkt papier, daarna ongeveer twee dagen laten drogen. Het papier hardt uit als de pasta opdroogt en vormt een sterke, strakke afdichting.
• 6 Sommige pauzes, ook wel salutes genoemd, zijn gevuld met flitspoeder in plaats van sterren en zwart poeder. Flash-poeder wordt op vrijwel dezelfde manier gemengd als de chemicaliën die worden gebruikt om sterren te maken. Het wordt vervolgens in kartonnen containers gegoten die dikker en sterker zijn dan andere pauzes. Hierdoor kan er meer druk worden opgebouwd voordat het saluut barst, wat resulteert in een luidere knal. Deze saluutjes worden vervolgens gespikt en geplakt zoals andere pauzes.

De schelpen maken

• 7 De drybreaks worden verplaatst naar de afwerkruimte om daar tot schelpen te worden geassembleerd. De eenvoudigste schelpen bestaan ​​uit een klein compartiment met zwart buskruit gecombineerd met een enkele breuk. Door hun bolvormige structuur bevatten Aziatische schelpen altijd maar één breuk. Omdat Amerikaanse en Europese granaten cilindrisch zijn, kan meer dan één breuk op elkaar worden gestapeld, zodat de granaat meerdere uitbarstingen van verschillende kleuren vertoont wanneer deze explodeert. Multi-break shells bestaan ​​meestal uit een klein compartiment met zwart buskruit, drie of vier gekleurde breaks en een saluut. Sommige grote granaten bevatten maar liefst 10 breuken, en er is ten minste één gigantische granaat gemaakt met 22 breuken. De schaal wordt geassembleerd door de componenten op elkaar te stapelen, een startlont te bevestigen (een lange, snel brandende lont die wordt gebruikt om het zwarte poeder te ontsteken dat het vuurwerk afvuurt), ze in zwaar papier te wikkelen en het pakket samen te binden met touw. Het voltooide vuurwerk wordt vervolgens gelabeld en opgeslagen totdat het nodig is.

Klein vuurwerk maken

• 8 Klein vuurwerk, bedoeld voor privégebruik, wordt op vrijwel dezelfde manier gemaakt als groot vuurwerk, maar is over het algemeen eenvoudiger van constructie en bevat veel minder explosief. Klein vuurwerk omvat vuurwerk (papieren buizen met een kleine hoeveelheid explosieven), fonteinen (papieren kegels gevuld met chemicaliën die gekleurde vonken afgeven) en Romeinse kaarsen (lange papieren buizen gevuld met een kleine hoeveelheid explosieven en verschillende kleine sterren die er één uitschieten). tegelijk). Sommige kleine vuurwerkjes bevatten helemaal geen explosief en kunnen zo simpel zijn als een enkele chemische stof verpakt in papier of folie. Voorbeelden zijn rookballen (gevuld met een chemische stof die gekleurde rook afgeeft) en slangen (gevuld met ammoniumdichromaat, dat langzaam brandt en een lang spoor van as produceert). Sterretjes worden gemaakt door een metaaldraad in een slurry te dompelen die een brandstof, een oxidatiemiddel, een kleurstof en aluminiumkorrels bevat, die voor de vonken zorgen.

Het vuurwerk afsteken

• 9 Professioneel vuurwerk wordt meestal gelanceerd door dezelfde bedrijven die het maken. Als een decorstuk (een op de grond gebaseerde display die een afbeelding of woorden vormt met gekleurde fakkels die lansen worden genoemd) moet worden gebruikt, wordt het te vormen ontwerp op ruitjespapier geschetst en naar timmerlieden gestuurd die een houten frame bouwen met dunne houten latten in de vorm van het ontwerp. Als muziek het vuurwerk zal begeleiden, is de timing van het display gepland om overeen te komen met het tempo van de muziek.
• 10 Enkele uren voordat de show begint (of een paar dagen van tevoren, voor een zeer grote show), arriveert de bemanning met alle benodigde apparatuur, inclusief brandblussers en EHBO-kits. Mortieren om de granaten te lanceren worden op hun juiste plaats geplaatst. Grote worden geplaatst in gaten die in de grond zijn gegraven of in stalen vaten gevuld met zand. Kleinere mortieren worden in houten rekken geplaatst. De juiste schaal voor elke mortel wordt op zijn plaats geladen. De frames voor decorstukken worden gemonteerd, lansen worden aan de lamellen bevestigd en zekeringen worden aan de lansen bevestigd. Wanneer het display begint, worden de lansen en mortieren op de juiste tijden aangestoken, hetzij met lange handfakkels of met elektrische draden die aan een centraal schakelbord zijn bevestigd. Na de show vernietigt de bemanning veilig alle niet-ontplofte blindgangers.

Kwaliteitscontrole

De belangrijkste kwaliteitscontrolefactor bij het maken van vuurwerk is veiligheid. Vuurwerkfabrieken worden beschermd tegen indringers door hekwerken, prikkeldraad, gesloten poorten, stalen deuren en sabotagebestendige sloten. Binnen deze fabrieken worden tal van voorzorgsmaatregelen genomen om ongevallen te voorkomen.

Elektriciteit is het grootste gevaar. Een enkele kleine vonk kan een kamer vol explosieven doen ontploffen. Alle stopcontacten bevinden zich buiten het gebouw. Om het genereren van statische elektriciteit te voorkomen, moeten alle werknemers kleding van 100% katoen dragen. Ze raken een koperen plaat aan voordat ze een gebouw binnengaan om eventuele statische elektriciteit te verwijderen. Elastische banden met draden die naar de grafietvloer lopen, worden rond de kuiten van de werknemer gedragen om statische elektriciteit af te voeren naar aardingsstaven die onder het gebouw zijn begraven. Alle werkzaamheden worden stilgelegd en alle werknemers verlaten het gebouw als er een kans is op onweer.

Er worden veel andere veiligheidsmaatregelen toegepast. Al het werk wordt met de hand gedaan om machines te vermijden die hitte of vonken kunnen produceren. In de winter worden gebouwen verwarmd met warm water in plaats van met hete lucht, wat een explosie kan veroorzaken. De gebouwen zijn klein, dus niemand is meer dan een of twee stappen verwijderd van een uitgang. Alle uitgangen hebben deuren die bij de minste aanraking wijd opengaan. Explosieve chemicaliën worden nooit gemengd als ze nat zijn, omdat ze bij uitdroging gassen kunnen vrijgeven die ze kunnen doen ontbranden.