Стопином называют огнепроводной шнур — необходимый компонент практически всех пиротехнических изделий. К его изготовлению нужно отнестись с не меньшей тщательностью, чем в случае пороха — нет ничего неприятнее внезапно потухшего фитиля, когда вы не знаете, то ли уже надо бежать исправлять испорченный эффект, то ли подождать еще немного: а вдруг оно все-таки взорвется?
Фабричный стопин (visco-fuse) по идее должен изготавливается в оплетке разных цветов, в зависимости от скорости горения, хотя это не всегда соблюдается. Его, кстати, несложно приобрести в интернет-магазинах, причем с гарантированной скоростью горения. Фабричный отличается от самодельного оплеткой, которая иногда покрывается водостойким лаком.
Все без исключения встречавшиеся мне пособия, и самодеятельные и не очень, повторяли описание технологии изготовления стопина, приведенное у Чувурина [2]. Вот оно в оригинальном виде:
'Мотки 'пряжи' кругообразными слоями погружают в тарелку с насыщенным раствором калийной селитры (25-30%). Его количество должно, как минимум, в 4 раза превышать вес пряжи. Желательно использовать раствор комнатной температуры, потому что при остывании горячего на нитках иногда вырастают крупные кристаллы селитры, а это нежелательно. Через два часа мотки вынимают, слегка отжимают, подвешивают на рамку и пару часов 'подвяливают'. В это время готовят пороховое тесто [:] из расчёта 12 г пороховой мякоти или дымного пороха, 4 г воды, 1 г спирта и 0,25 г камеди (абрикосовой или гуммиарабика, которые распускают в воде заблаговременно) на 1 г ниток. В противном случае камедь можно заменить декстрином или крахмалом.
[:] Обработанные солью [Чувурин, очевидно, имел в виду селитру] нитки на 2-3 часа погружают в пороховое тесто, сматывают на рамку, при необходимости пропускают сквозь пальцы, формируя ровный профиль, припудривают пороховой мякотью и тщательно сушат (иногда до трёх суток). 'Опудренный' стопин сильно пачкается, зато горит значительно быстрее и воспламеняется практически мгновенно. [:] Хороший стопин имеет вид чёрного круглого шнурка или узкой тесьмы без узлов, наплывов, просветов и светлых пятен. На открытом воздухе он горит со скоростью 3-5 см/с'.
В этом описании довольно много неопределенностей: например, Чувурин предлагает взвешивать нитки, не указывая их толщину. Между тем, один грамм ниток 10-го номера или тоненькой 60-ки дадут существенное различие в длине, а расход теста пропорционален как весу (объему пряжи), так и длине нити. Между номером нитки и ее толщиной в мм нет однозначной зависимости: для швейных ниток номер есть примерная длина нити весом в один грамм, но для самых толстых обувных ниток это выглядит иначе (см. ниже таблицу из ГОСТ 30226-93, где 'линейная плотность' в текс есть вес километра нити в граммах).
Автор употребляет нитки номер 00, вес 10 метров которых около 3,6 грамма, складывая их в четыре раза. Солодовников [8] советует брать нитки номер 6, вес 10 метров которых около 1 грамма, и складывать их в 3-6 раз. Из физических соображений толщина нити должна быть пропорциональна корню квадратному из веса единицы длины, то есть этим самым тексам из таблицы (потому что вес пропорционален площади сечения, то есть квадрату диаметра). Например, из нитей номер 00 (356 г/км) стопин толщиной 3 мм получается, если сложить 4-6 штук, 10-го номера швейных ниток (100 г/км) придется взять примерно в два раза больше, а 30-го номера (33 г/км) — в три раза больше. При этом вес единицы длины (те самые тексы) будет уменьшаться также пропорционально номеру (вес 1 метра нити 00 в 3 с лишним раза больше, чем трех нитей из номера 30 и вдвое — чем двух нитей 10-го номера). Потому считать материалы на 1 грамм пряжи, не указывая толщины, неправильно. Автор количество порохового теста на единицу пряжи определил экспериментально, как примерно 6-10 грамм мякоти на один грамм (около 3 метров) ниток номера 00.
Еще один момент: выдержку в растворе селитры можно сократить до 30-40 минут, или вообще обойтись без нее, если раствор, приготовленный при комнатной температуре, довести до кипения вместе с погруженной в него прядкой. ('Крупные кристаллы', о которых говорит Чувурин, вырастают, если насыщенный раствор готовится при повышенной температуре, когда растворимость селитры возрастает в десять с лишним раз, см. график растворимостей в разделе 'Черный порох'. А если вскипятить раствор, насыщенный при 20°, то ничего нигде не вырастет). 'Подвяливать' два часа — это, конечно, очень много, при обычной влажности нитки сохнут уже через полчаса, а высушивать досуха и в самом деле нежелательно: пропитанная селитрой сухая пряжа вытянет жидкость из теста, и непонятно, сколько жидкости в него надо добавлять до оптимальной вязкости.
Вопрос о вымачивании, как в селитре, так и затем в самом тесте, сложный и в чем-то даже философский. Понятно, что длительное вымачивание в пороховом тесте, жидкая фаза которого представляет собой насыщенный раствор селитры, за длительное время (некоторые советуют выдерживать до 4-х часов) полностью перемешает селитру из раствора с той, которая содержится в предварительно пропитанных нитях. И если взять сухие необработанные нитки, то они также в пороховой мякоти пропитаются селитрой. Разница вовсе неочевидна, но есть ведь еще и вековой опыт пиротехников, который советует вымачивать именно так — дважды, хотя все равно непонятно — зачем? Автор пробовал вместо предварительного замачивания замешивать тесто на насыщенном растворе селитры и получил неприятный результат: из стопина во время горения выделялись капельки расплавленной селитры, которые скатывались вниз и при вертикальном положении стопинового фитиля могли поджечь изделие раньше времени.
Высказывается предположение, что вымачивание в селитре делает стопин более надежным из-за того, что в случае повреждения слоя мякоти пропитанные нитки не дадут фронту пламени угаснуть. Тот, кто видел, как горит поврежденный стопин, подтвердит, что предположение это высосано из пальца: голая нитка с селитрой просто не будет передавать пламя дальше, хоть умри.
На самом деле я думаю, что ключевой момент в этом деле как раз в слове 'подвяливать'. Сухие нитки обезвоживают тесто в прилегающих к поверхности слоях, отчего оно липнет гораздо хуже. Тот же результат, разве что несколько лучше, получится, если вымоченные в селитре нитки высушить досуха. Мочить нитки в воде специально для лучшей липкости — совсем плохо, вода из ниток будет просто разбавлять проникающий в волокно раствор селитры. Вот и нашли когда-то компромисс в виде вымачивания в селитре, но без сушки досуха, а потом все забыли, зачем это придумано, и просто повторяют из источника в источник. А заострить изложение именно на этом вопросе необходимо.
Оригинальное приспособление для вытягивания стопинов показано вот здесь [3]. Оно выглядит очень удобным, но не предполагает ни вымачивания в селитре, ни выдержки в пороховом тесте, потому технология выглядит чересчур самодеятельной.
В качестве клея автор предпочитает декстрин — очень удобный в обращении клей, который легко растворяется в воде и отмывается с любой поверхности одним движением мокрой тряпки. Он доступен, и если лень его искать в продаже, то легко получить прокаливанием крахмала в духовке при 200° в течение часа-двух.
Если есть в распоряжении шаровая мельница, делайте по Чувурину — разве что теста брать можно несколько меньше. Километрами, как Солодовников, мы стопин не делаем, потому будем считать на метры. 6 метров пряжи, сложенной из 4-х ниток номера 00, весят около 9 грамм. На это количество берется 30 грамм воды, в которой растворяется около 2,5 грамм декстрина, затем в раствор добавляется 8 грамм спирта и на этом деле замешивается тесто из 90 грамм пороховой мякоти. Декстрин можно и растирать сразу совместно с сухой смесью — так состав потом быстрее размешается в тесто, без ожидания, пока декстрин разойдется в воде.
Густота смеси придает по большей части угольная пыль, причем в большой зависимости от ее дисперсности. Свойства пороховой мякоти в отношении жидкости очень сходны с цементной смесью для кладки: до какого-то момента она вбирает воду, оставаясь рассыпчатой, а еще чуть-чуть превращают ее в текучую жидкость. Смеси для замедленного стопина (см. далее), требуют иное количество жидкости, потому, чтобы не ошибиться, во всех случаях я советую смело прибавлять на 100 г 20-25 мл спиртового раствора, тщательно размещать, а потом добавлять по 2-3 мл, все время размешивая, пока не доведете тесто до консистенции жидкой сметаны.
Для вымачивания в тесте удобно взять узкую высокую посуду, а выдержанные в селитре нитки скрутить по ее диаметру и утрамбовать получившиеся колечки до самого дна. Перед укладкой колечек тесто надо как следует размешать. Колечек можно напихать столько, сколько уместится. В этом случае расход мякоти на единицу пряжи будет меньше, чем если делать в блюдечке.
Еще одно уточнение к Чувурину: выдержанные в пороховом тесте нитки перед размещением на просушку лучше скрутить до тех пор, пока не начнет выжиматься тесто, после чего закрепить в натянутом состоянии и провести несколько раз пальцами туда-сюда, не сжимая, для формирования ровного профиля. Скрученный стопин получается прочнее, более ровным и не разваливается на отдельные нитки при попытке откусить маленький кусочек. Понятно, почему этого нет в официальных рецептах: попробуйте скрутить километр-другой ниток, вымазанных в черной гадости, пачкающей все не хуже графитовой смазки!
Автор делает стопины из кусков сложенных ниток длиной метр-полтора. Вымоченный в тесте кусок с петельками на концах цепляют одним концом за шуруп, вкрученный в доску, в петельку на другом конце продевают крючок, согнутый на остром конце гвоздя с откусанной шляпкой. Крючок зажимают в шуруповерт и весь отрезок скручивают внатяг до начала выжимания теста. После чего крючок заменяют на второй шуруп и его вкручивают в доску так, чтобы отрезок стопина высох также внатяг.
Однослойный стопин в сухом помещении (с влажностью не более 50%) при комнатной температуре может высохнуть за сутки и даже меньше. Но в общем случае сушка занимает два световых дня + ночь между ними, причем в дневное время натянутый стопин выставляется на солнце. Если на солнце выставить нет возможности, то сушка двуслойного стопина в помещении летом действительно может занимать около трех суток. Причем с толщиной слоя теста время сушки растет непропорционально быстро: клей образует снаружи плотную оболочку, из-за которой сушка внутренних слоев замедляется. Оставшееся тесто с декстрином высушить целым комком вообще не удается в приемлемые сроки, только размазав его тонким слоем (отсюда, кстати, понятно, почему пороховую массу с добавлением декстрина пытаться высушить после прессования целой 'таблеткой' — безнадежное занятие). Для хранения такой стопин удобно нарезать кусачками-бокорезами на куски 8-10 см — длиннее мы здесь не употребляем.
Чтобы сделать полученный стопин устойчивым к действию влаги, его можно окунуть в самодельный нитроклей (коллодий — см. далее раздел о нитроцеллюлозе). Самодельный коллодий практически не меняет свойств стопина, в отличие от заводского нитролака, который замедляет горение.
Полученный стопин горит быстро — где-то 3-5 см в секунду. В отверстиях или завернутый в бумажную трубку прогорает практически мгновенно. Это хорошее качество, когда речь идет о воспламенении, например, звездок в римских свечах или поджиге сразу нескольких изделий от одного разветвляющегося стопина. Но использовать его в качестве фитиля невозможно: либо вы просто не успеете отойти на безопасное расстояние, либо придется ставить фитили в десятки сантиметров длиной. Потому встает вопрос о замедлении его горения. Причем в обычной практике медленного стопина-фитиля расходуется даже больше быстрого, потому его приходится делать больше и чаще, чем быстрый.
Есть несколько способов замедлить горение стопина. Первый, напрашивающийся — уменьшить количество селитры за счет увеличения количества горючего в мякоти. Хотя многие для простоты берут мякоть без серы, с одним углем, Чувурин советует увеличивать количество серы, а не угля (состав 55KNO3:27S:14C), вплоть до исключения угля вовсе (68KNO3:23S). Стопин с серой загорается легче и горит надежнее, чем с одним углем. Я после проб остановился на смеси 60KNO3:28S:12C, причем декстрин в количестве 5-7 г на 100 г смеси растирается с остальными компонентами. Получившийся в результате медленный стопин горит со скоростью 0,5-1 см/с и надежно проходит узкости, но, скорее всего, потребует двукратного покрытия.
Готовый результат должен представлять круглую тонкую 'колбаску', и в нем не должна просматриваться структура ниток. Если такое имеет место, значит, вы промахнулись с густотой смеси и добавили либо слишком много жидкости, либо, наоборот, мало и тесто не удерживается на нитках. Стопин получится слишком тонкий и будет гореть ненадежно. В большей мере это касается медленного стопина — смеси с повышенным содержанием серы по определению менее активны, быстрый стопин на 'шаровой' пороховой мякоти обычно получается с первого раза.
Гаснущий стопин следует покрыть вторым слоем теста. При этом контакт с тестом должен быть максимально кратким, чтобы высохший декстрин не размок, выдерживать длительное время, естественно, не нужно. Узкая высокая посуда уже не подойдет — тесто надо размещать в блюдечке до консистенции жидкой сметаны. Удобный способ — стопин режут (точнее, раскусывают кусачками-бокорезами) на кусочки по 4-5 или 7-10 сантиметров, окунают каждый в жидкое тесто с помощью пинцета, и сушат, разложив на краю блюдечка. Этот способ подходит именно для медленного стопина, который обычно употребляется в качестве фитиля таких размеров.
Второй обычный метод уменьшения скорости горения — пропитать готовый стопин замедлителем, в качестве которого может выступить 10% раствор канифоли в спирте. Результаты неоднозначные — огонь может местами прерываться и стопин плохо горит в узкостях. Разбавленный нитролак (фабричный) может давать лучшие результаты, но в этом случае замедляет горение незначительно, а слишком густой, наоборот, может его вообще остановить. В конце концов я прекратил трудоемкие эксперименты в эту сторону.
Наконец, третий, наш оригинальный метод — воспользоваться мякотью не из-под шаровой мельницы, а ручного растирания (из под молотка или шлифмашинки). Принцип тот же, но надо учитывать, что тесто менее клейкое и хуже липнет к ниткам, а также быстро расслаивается, потому его надо часто перемешивать. В тесто с самодельным углем лучше добавлять побольше декстрина — до 8-10% (он и сам по себе замедляет горение в уплотненном составе — в принципе скорость горения можно отрегулировать одним содержанием декстрина). Начальная вязкость смеси и последующее закручивание здесь играют решающую роль и почти наверняка придется добавлять второй слой. В результате должен получаться механически достаточно прочный стопин диаметром около 3,5-4 мм, который надежно горит даже в металлических отверстиях, со средней скоростью 0,5-1 см/с. Его нарезают кусачками в виде кусочков 4-5 см, выбрасывая утончения, если они все-таки образовались.
Неплохой вариант получается, если частично заменить в пороховой мякоти уголь на древесную пыль. 'Древесный порох' на основе одной только пыли сам по себе не демонстрирует особо выдающихся результатов, хотя и обладает некоторыми свойствами пороха: если зарядить таким составом мортирку, заглушив ее, например, плотно утрамбованной бумагой, то мортирка слабенько выстрелит горящими обрывками бумаги. Стопин из 'древесной' мякоти получается медленно и неуверенно горящий, причем повторное покрытие не помогает. А вот подмешивая к 'древесной' мякоти обычную ('шарового' качества), можно получить вполне приемлемый компромиссный результат.
'Древесную' мякоть лучше приготовить отдельно. В качестве основы берется пыль, скапливающаяся в приемном мешочке шлифмашинки при зачистке деревянных изделий. Сразу отметим, что пыль от сосны и ели для описываемой далее процедуры (и вообще для пиротехнических целей) непригодна и собирать ее не стоит (в хвойных породах слишком много смолы, от чего пылинки кажутся влажными, агломерируются в крупные комки, и охотно будут налипать на шары в шаровой мельнице). Годится пыль только лиственных пород - от березы до дуба.
Пыль из-под шлифмашинки следует пропустить через сито, и выкинуть попавшие в нее крупные опилки и волокна. Если пыль недостаточно сухая, то ее необходимо просушить дополнительно. Затем составляется смесь со слегка уменьшенным содержанием селитры за счет большего количества горючего: на 70 грамм калийной селитры взвешивается 20 грамм древесной пыли и 10 грамм серы. Молоть древесную пыль отдельно не нужно (она намного более мягкая, чем древесный уголь), потому в шаровую мельницу запускаем сразу готовую смесь и перетираем около полутора-двух часов. В результате получится пудра 'древесного' цвета, выгодно отличающаяся от составов на основе угля тем, что совершенно не пылит и не пачкается.
Из-за набухания частиц древесной пыли для приготовления теста воды (или 20% водно-спиртового раствора) нужно добавлять примерно вдвое больше, чем в случае мякоти на основе угля (примерно 35 мл на 50 грамм смеси, плюс около 2 грамм декстрина). Объем, который будет занимать тесто, также будет примерно в полтора раза больше. В такую уже увлажненную смесь добавляют примерно четверть по объему теста на основе обычной ('шарового' качества) пороховой мякоти и тщательно перемешивают. Стопин делается обычным порядком, причем повторное покрытие может и не понадобиться. Скорость горения такого стопина около 1 см/с.
* * *
Если хотите, наоборот, еще ускорить горение, то добавьте в 'тесто' процентов 10 бертолетовой соли (только не растирайте ее вместе с мякотью в сухом состоянии — взорветесь!) или вообще воспользуйтесь мякотью на основе одного хлората калия c углем (75 г KClO3 на 20 г C). Если у вас есть много перхлората калия, то можно использовать перхлоратный порох (73KClO4+12C+12S), он также горит быстрее. Нить в этом случае можно вымачивать по-прежнему в селитре, а можно и в основном окислителе 'теста', но в любом случае это следует делать обязательно.
Для придания водостойкости готовый медленный стопин можно окунуть в самодельный нитроклей (о нем см. в разделе про нитроцеллюлозу). Под водой не обещаю, но во влажном воздухе он будет гореть с той же скоростью (точнее, тлеть), только меньше разбрасывать искры. Только не употребляйте для этой цели мебельный нитролак! — с ним стопин будет гаснуть.
И в заключение: остаток теста выбрасывать не надо. Высушив тесто с самодельным углем лепешкой (для этого ее несколько раз придется переворачивать) и разломив на кусочки, получим искристые звездки. В остаток теста от медленного стопина можно добавить еще декстрина (до 12-15%), нанести состав на деревянную лучинку от 'каминных' спичек и получить вполне приемлемый бенгальский огонь. Только надо следить, чтобы состав ложился плотно, без пустот и не слишком толстым слоем, иначе он будет воспламеняться сразу на всю длину. И, наконец, лепешки сухого теста можно потом размачивать повторно и использовать для следующих порций стопина. С быстрым стопином я такое делать не рискнул, а вот медленный стопин из 'вторсырья' получается вполне нормальный.
На основе технологии стопина можно сделать терочный запал для петард — это тот, который чиркают о коробок, после чего петарду со всей возможной скоростью бросают вверх как можно выше. В детстве, начитавшись книг про гражданскую войну, когда еще широко применяли шрапнель — артиллерийский снаряд, взрывавшийся в воздухе и разбрасывавший вокруг свинцовые шарики — мы очень любили самодельные петарды такого типа, по своему эффекту напоминавшие разрыв шрапнельного снаряда. К сожалению, для них требовался настоящий порох, который, естественно, был жутким дефицитом, потому такое развлечение можно было позволить себе нечасто.
Петарда делалась так: заряд пороха с полчайной ложки заворачивался в обрывок газеты, после чего на бумажный комок наматывали несколько слоев 'черной' (т.е. тканевой) изоляции, формируя круглый шарик. В стенке шарика гвоздем протыкалась дырка, в которую запихивали одну за другой несколько спичечных головок, аккуратно отрезанных от спички. Время горения такого 'фитиля' было, естественно, минимальным (1-2 секунды), потому при использовании петарда заносилась правой рукой за спину в замахе, левой рукой к ней подносился спичечный коробок и чирканье происходило одновременно с броском. Такое применение довольно надежно гарантировало от взрыва в руке, но, как вы сами понимаете, оно все-таки небезопасно и к тому же неудобно.
Нормальный терочный запал для подобных целей можно сделать из спички, обмазав ее тестом, как при изготовлении стопина. Но при этом придется заменить водный клей на неводный, иначе спичечная головка пропитается влагой и потеряет свои воспламенительные качества. В качестве клеящей основы можно взять нитролак (не самодельный 'коллоид' из главы про нитроцеллюлозу, а просто мебельный). Сложность в том, что растворитель нитролака имеет очень небольшое поверхностное натяжение, и при попытке отформовать массу на спичке руками, она охотнее липнет к пальцам (где лак высыхает быстрее), чем к спичке.
Потому лучше использовать способ изготовления такого запала многократным окунанием. Так как бертолетова соль в органических расворителях не растворяется (а сера, также входящая в головку, растворяется крайне слабо), то для головки это безопасно. Сначала мякоть размешивают с нитролаком до густоты сметаны. Затем спичку окунают в такое тесто примерно на 2-2,5 см длины, слегка протирают верхушку головки, чтобы она была видна, и втыкают спичку для просушки задним концом в подготовленное отверстие в деревянной доске. Приготовив таким образом с несколько десятков заготовок (делать нужно максимально быстро, иначе тесто успеет подсохнуть), емкость с тестом плотно закупоривают и подсушивают первый слой в течение часа-двух. Потом таким же образом наносят второй слой и так далее — пока спичка не покроется ровным слоем теста толщиной 2-3 миллиметра. Последний слой слегка подсушивают и уплотняют поверхность пальцами, припудренными сухой мякотью. У окончательно высушенных запалов можно откусить оставшийся голый деревянный кончик.
По сути дела вы изготовили нечто вроде 'охотничьй' спички — от настоящей она отличается только меньшей толщиной и большей скоростью горения (настоящие 'охотничьи' спички еще покрывают слоем водостойкого лака, потому они горят даже под водой). Но 'охотничьи' спички из-за невысокой скорости горения применять в качестве запала неудобно. Наш запал длиной 2 см сгорает полностью за три-четыре секунды. Этого хватает, чтобы чиркнуть, как следует размахнуться и запустить петарду на максимальную высоту. Но все-таки будьте очень осторожны — например, не доверяте петарды маленьким детям, у которых координация движений еще развита недостаточно.