ИСКРОФОРСОВЫЙ СОСТАВ КРАСНОГО ОГНЯ ДЛЯ ФЕЙЕРВЕРКА
SPARK-FORCING COMPOUND FOR RED FIREWORKS

Изобретение относится к пиротехническим составам, включающим мелкодисперсное металлическое горючее и цветообразующий нитратный окислитель, а именно к цветным искрофорсовым пиротехническим составам для фейерверков и салютов, используемых для проведения зрелищных и увеселительных мероприятий.
Уровень данной области техники характеризует искристофорсовый пиротехнический состав красного огня, описанный в патенте RU №1816748 A1, С06В 33/04, 1993 г., который содержит нитратный окислитель - азотнокислый калий, порошок алюминиево-магниевого сплава в качестве металлического горючего, искрообразователь в виде смеси железного порошка и древесного угля, газообразующий нитрогуанидин и фенолформальдегидную смолу (идитол) в качестве органического горючего связующего, используемого в виде раствора в спирто-ацетоновой смеси, при этом компоненты находятся в следующем соотношении (мас.%):
калий азотнокислый
35-55
порошок алюминиево-
магниевого сплава
10-20
порошок железа
10-20
древесный уголь
5-20
нитрогуанидин
4-13
идитол
4-10
Для выноса в пламя искрообразователя, в том числе инертного железного порошка, большой массы в состав дополнительно введен нитрогуанидин, формирующий при горении газообразные продукты - рабочее тело, разбавляющие цветовое наполнение пламени.
При этом использование в качестве цветообразующего окислителя нитрата калия определяет розовый окрас пламени, что не контрастно и не создает яркого красочного эффекта для фейерверков и салютов.
Отмеченный недостаток устранен в искрофорсовом пиротехническом составе по патенту RU 2192406 С2, С06В 33/06, 2002 г., пункты формулы 1 и 3, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав содержит нитрат стронция, металлические порошки магния, алюминиево-магниевого сплава и титана, нитропленку, хлорнокислый калий в качестве усилителя цвета, газообразующий калий бензойнокислый, и в качестве органического горючего связующего - идитол (фенолформальдегидная смола в форме лака), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
калий хлорнокислый
28-37
калий бензойнокислый
13-17
магний
9-14
алюминиево-магниевый сплав
1,99-2,95
нитропленка
0,01-0,05
идитол
4-6
нитрат стронция
остальное
Высокотемпературный окислитель - калий хлорнокислый в этом пиротехническом составе выполняет роль хлорсодержащего усилителя цвета, насыщающего пламя, а калий бензойнокислый используется как компонент, генерирующий высокотемпературный газ, служащий для выноса горящих металлических частиц в газовую зону пламени, увеличивая тем самым геометрические размеры факела пламени, что совокупно улучшает красочный эффект фейерверков и салютов.
Особенностью известного состава является то, что смесь порошков титана и алюминиево-магниевого сплава предварительно покрывается 15%-ным раствором нитропленки в ацетоне и гранулируется для дальнейшего диспергирования после провялки в объем смешиваемых компонентов состава.
При горении спрессованного заряда из приготовленной пиротехнической смеси в факеле пламени гранулы взрываются, образуя повышенный эффект искрообразования в протяженном ярко окрашенном красным цветом форсе.
Однако недостатком известного искрофорсового пиротехнического состава является ограничение по применению только в корпусных зарядах из-за активного взаимодействия магниевого порошка с кислородом воздуха, в результате чего функционирование фейерверков и салютов нестабильно при вариативном режиме горения термической основы состава, доля содержания которого снижена при наличии усилителя цвета относительно большой массы.
Кроме того, ступенчатый технологический процесс с разрывом потока усложняет и удорожает приготовление состава и зарядов из него, что ограничивает практическое применение для изготовления фейерверков и салютов.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение показателей назначения искрофорсового состава (насыщенности цвета пламени при наличии сопутствующего долгоживущего искрового форса) при упрощении его структуры.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный искрофорсовый состав красного огня для фейерверка, включающий нитрат стронция, порошок алюминиево-магниевого сплава, мелкодисперсный металлический искрообразователь, хлорсодержащий усилитель цвета и в качестве органического горючего связующего идитол, согласно изобретению, содержит в качестве искрообразователя алюминиевую пудру, а в качестве усилителя цвета порошок хлорпарафина, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрат стронция
52-58
алюминиевая пудра
18-22
порошок алюминиево-
магниевого сплава
9-11
порошок хлорпарафина
9-11
идитол
6-4
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили функциональную надежность искрофорсового состава красного огня, заметное снижение потребительской стоимости изготовленных из него фейерверков универсального применения, характеризующихся повышенной эффективностью по зрелищности красного огня с сопутствующим протяженным искровым форсом.
2
3
Распределенная в объеме состава алюминиевая пудра при горении образует термостойкие частицы AlO, которые не сгорают и раскаляются, образуя сноп ярких светлых искр, выбрасываемый в пламя, формируя протяженный светящийся форс красочного визуального эффекта.
Активный хлорпарафин при горении состава реакционно образует хлораты металлов, излучающих монохромным цветом, увеличивая насыщенность ярко-красной окраски пламени.
Массовая доля содержания цветообразующего нитрата стронция, сравнительно с прототипом, увеличена вдвое, что определяет качественное улучшение насыщенности пламени красным цветом.
При содержании в искрофорсовом пиротехническом составе нитрата стронция меньше 52 мас.% резко падает насыщенность пламени красным цветом до неприемлемого уровня по целевому назначению
Содержание в искрофорсовом пиротехническом составе нитрата стронция больше 58 мас.% является балластным, так как при этом не наблюдается повышение показателей назначения.
При содержании в искрофорсовом пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 9 мас.% падает калорийность термической основы смеси и температура горения заряда, в результате чего снижается каление частиц алюминия и образование ярких искр.
При содержании в искрофорсовом пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 11 мас.% мелкие частицы алюминиевой пудры сгорают, не образуя искр, в результате чего вырождается функциональное назначение фейерверка.
Оптимальный диапазон содержания в предложенном составе порошка хлорпарафина определен экспериментально по максимальному насыщению пламени красным цветом.
При содержании в искрофорсовом пиротехническом составе идитола меньше 4 мас.% уплотненный заряд не обладает несущей прочностью и частично разваливается при выстреле, снижая заданную функциональность по назначению.
Содержание в искрофорсовом составе идитола больше 6 мас.% не улучшает равномерности распределения компонентов при смешивании, но заметно увеличивает время сушки для удаления растворителя.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Приготавливается предложенный фейерверочный искрофорсовый состав цветного огня по принятой технологии пиротехнического производства смешиванием компонентов в промышленном смесителе.
В промышленный лопастной смеситель загружают сухие компоненты состава в количестве (мас.%): 55±3 стронция азотнокислого по ГОСТ 2820, 10±1 порошка алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-4 или ПАМ-4М (ГОСТ 5593), 20±2 пудры алюминиевой по ГОСТ 5592 марок ПП-2Л, ПП-2Т, ПП-3Л или ПП-3Т и 10±1 порошка хлорпарафина марки ХП-66Т (СТО 00203275-212), которые перемешивают в течение 10-15 минут.
Затем в смеситель добавляют заранее приготовленный 50%-ный раствор в этиловом спирте (ГОСТ 18300) фенолформальдегидной смолы марки СФ-0112А по ГОСТ 18694 в количестве 5±1 мас.% и смешивают в течение 10-15 минут для равномерного покрытия компонентов смеси.
После этого приготовленную смесь сушат на лотках до содержания летучих не более 0,6 мас.% и направляют ее на прессование фейерверочных таблеток.
Количественное содержание компонентов пиротехнического искрофорсового состава красного огня было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, оптимальность которого по достижению необходимого уровня показателей назначения подтверждена натурными испытаниями опытной партии зарядов, при соотношении компонентов внутри выбранных предельных значений массовой доли в составе, на их границах и за пределами заявленных границ диапазонов.
Характерные составы приведены в Таблице.
Таблица
компоненты
СОСТАВЫ, содержание компонентов, мас.%
1
2
3
4
5
нитрат стронция
51
52
55
58
59
ПАМ
25
22
20
18
15
алюминиевая пудра
7
11
10
9
12
порошок хлорпарафина
8
11
10
9
12
идитол
9
4
5
6
2
В результате испытаний составов по изобретению получены следующие усредненные показатели назначения функциональных зарядов:
- сила света - 8000 кд;
- длина волны - 624 нм;
- скорость горения 2,2 мм/с, что заметно лучше известных аналогов.
Данные по светотехническим характеристикам для искрофорсовых составов позволили объективно оценить соответствие пламени огня при горении предложенных составов красному цвету как по длине волны излучения, так и по чистоте цвета.
Предложенный состав химически стойкий и обладает достаточной физико-химической стабильностью, при этом чувствительность состава к механическим воздействиям низкая, что безопасно и технологично в промышленном производстве и эксплуатации.
Структурные компоненты состава доступны и имеют широкую сырьевую базу.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления искрофорсового пиротехнического состава красного огня, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.
Полученные результаты опытной проверки технического решения по изобретению позволяют рекомендовать предложенный искрофорсовый пиротехнический состав красного огня для практического снаряжения фейерверков, салютов и цветных сигналов для поставки заказчикам.