ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНЫЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
PRIMING PYROTECHNICAL COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к воспламенительным пиротехническим составам, инициирующим воспламенение и горение функционального снаряжения различных специзделий и боеприпасов, который содержит мелко раздробленный металл в комбинации с кислородвыделяющим веществом, не являющимся взрывчатым.
Уровень данной области техники характеризует дымный ружейный порох, включающий 75 мас. % нитрата калия (окислитель), 15 мас. % серы (в качестве горючего и технологической добавки) и 10 мас. Наиболее близкой по технической сущности является древесного угля искрообразователь (см. учебник А.А. Шидловского «Основы пиротехники», М., «Машиностроение», 1973, с. 66, табл. 6.2.).
Выбранный аналог имеет классическую рецептуру дымного ружейного пороха, который нашел широкое практическое применение в качестве чувствительного к тепловому импульсу начального источника воспламенения огневой пиропороховой цепи, инициирующего замедлительные, усилительные, фугасные и т.п. заряды боеприпасов, а также для изготовления воспламенительно-зажигательных зарядов в фейерверочных изделиях.
Однако существенным недостатком известного состава является относительно ограниченное применение из-за невозможности инициирования снаряжения боеприпасов и отсутствие сопутствующего зажигательного действия горючих материалов и веществ.
Наиболее близким по технической сущности является воспламенительный пиротехнический состав, включающий, в мас. %: нитраткалия (калий азотнокислый) - 70, порошок алюминиево-магниевого сплава - 10, идитол (фенолформальдегидная смола) - 10 и искрообразователь - магниевый порошок - 10, железный порошок (сверх 100 мас. %) - 10, описанный в патенте на изобретение RU №2354634 С1, С06В 33/04, 10.05. 2009 г., который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога - прототипа предложенного состава.
Недостатком указанного состава является узкая область использования, высокая себестоимость, незначительная функциональная надежность.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности действия по назначению и расширение технологических возможностей.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный воспламенительный пиротехнический состав, содержащий нитрат калия, порошок алюминиево-магниевого сплава, искрообразователь и идитол, согласно изобретению включает тиомочевину, а в качестве искрообразователя содержит ферросилиций, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрат калия
62-70
порошок алюминиево-магниевого сплава
9-11
ферросилиций
9-11
тиомочевина
4-6
идитол
8-10
Отличительные признаки предложенного технического решения значительно повышают эффективность воспламенения основного заряда и обеспечивают зажигательное действие от раскаленных точечных источников, распределенных в продуктах горения, и детонации боевого снаряжения.
Введение в пиротехнический состав металлического горючего в виде порошка алюминиево-магниевого сплава повысило калорийность, температуру и скорость горения, что позволило использовать в качестве искрообразователя ферросилиций, содержащий мелкодисперсные частицы железа, раскаляющиеся при горении состава, образуя сноп искр, служащих точечными источниками тепловой энергии, обеспечивая воспламенительное и зажигательное действие основного заряда.
Нитрат калия в совокупности с порошком алюминиево-магниевого сплава (ПАМ) образует термическую основу пиротехнического состава в сбалансированном реакционном массовом соотношении по кислороду, чувствительную к импульсу тепловой энергии.
Структурно связанный в сплаве ПАМ алюминий имеет повышенную реакционную способность, так как не подвержен окислению кислородом воздуха, а магний, теряя излишнюю активность, увеличивает скорость горения воспламенительного состава, повышенной калорийности и удельного выхода газообразных продуктов его горения.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 9 мас. % резко падает скорость и температура горения, снижается газообразование как транспортирующее средство раскаленных твердых частиц, которые служат распределенными источниками воспламенения основного снаряжения. В результате этого не обеспечивается надежное воспламенение основного заряда и вырождается зажигательное действие воспламенительного состава.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 11 мас. % неудовлетворительно целевое действие из-за недостаточной скорости горения, при которой ухудшаются условия диспергирования образующихся шлаков в аэродисперсном состоянии.
Серосодержащая тиомочевина служит в составе в качестве активатора горения термической основы.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе тиомочевины меньше 4 мас. % из-за снижения скорости горения воспламенительное действие заметно ухудшается и отсутствует зажигательный эффект продуктов детонации основного заряда.
2
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе тиомочевины больше 6 мас. % увеличивается токсичность продуктов горения из-за повышенного содержания SO в аэродисперсном образовании.
Идитол в виде спиртового раствора служит технологическим связующим структурных порошковых компонентов пиротехнического состава, пригодного для формования зарядов прессованием, где выполняет функции каркасообразователя.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе идитола меньше 8 мас. % нет устойчивой цементации для формования каркасности заряда, обеспечивающей его несущую прочность.
Содержание в воспламенительном пиротехническом составе идитола больше 10 мас. % является балластом.
Оптимизированное количественное содержание в составе идитола и тиомочевины в сочетании обеспечивает чувствительность к инициирующему импульсу тепловой энергии и дополнительно образует газовую фазу для выноса раскаленных твердых частиц.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе ферросилиция меньше 9 мас. % образуется недостаточное количество искр для стабильного воспламенения основного заряда и зажигательного действия в месте функционирования боеприпаса.
Содержание в воспламенительном пиротехническом составе ферросилиция больше 11 мас. % является избыточным, что снижает эффективность основного действия.
Диапазон массового содержания нитрата калия в пиротехническом составе оптимизирован для стабильного горения термической основы с повышенными скоростью и температурой.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
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 неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления воспламенительного состава можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.
Количественное соотношение компонентов предложенного осветительного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам опытной проверки.
Характерные составы для испытаний, в которых компоненты содержатся в предложенных диапазонах массового соотношения, за пределами оптимизированных диапазонов и в границах количественного содержания компонентов по изобретению, представлены в таблице.
Количественное содержание компонентов испытанных составов
Компоненты
Содержание компонентов (мас. %) в составах
1
2
3
4
5
Нитрат калия
59
62
66
70
75
ПАМ
12
11
10
9
9
Ферросилиций
10
11
10
9
7
Тиомочевина
8
6
5
4
2
Идитол
11
10
9
8
7
Результаты испытаний зарядов из предложенной композиции показали, что составы 2-4 гарантированно обеспечивают заданные параметры показателей основного назначения, динамичного генерирования огненного форса с распределенными раскаленными частицами, при технологической безопасности состава, флегматизированного комплексным связующим, для приготовления и переработки в серийном производстве.
Состав 1 характеризуется нестабильным горением с пониженной скоростью, что сокращает объем генерируемых газов, которые имеют повышенную токсичность, что совокупно определяет непригодность для практического применения.
Состав 5 нетехнологичен из-за разрушения заряда из него при ударной нагрузке выстрела, при этом воспламенение основного снаряжения боеприпаса нестабильное и гарантированно не обеспечивается зажигательное действие на месте его функционирования.
Изготавливают предложенный воспламенительный состав по принятой в пиротехнической отрасли технологии смешивания компонентов в любом промышленном смесителе.
В смеситель вносят мерное количество порошкообразных компонентов (мас. %): 66±4 нитрата калия, 10±1 порошка алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ- и ПАМ-4, 10±1 ферросилиция ФС-75, которые в течение 7-10 минут перемешивают.
Затем добавляют 5±1 мас. % тиомочевины и 9±1 идитола, после чего компоненты перемешивают в течение 10-15 минут для равномерного их распределения в объеме с образованием вяжущей пленки на поверхности порошковых частичек.
Из полученной пластифицированной смеси прессованием формируют функциональные заряды, характеризующиеся высокой чувствительностью к импульсу тепловой энергии и динамичным генерированием при горении форса пламени с распределенными раскаленными твердыми частицами.
Пиротехнический состав по настоящему изобретению технологичен для серийного производства воспламенительных зарядов для поставки заказчикам.