ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛОГО ДЫМА
PYROTECHNIC COMPOSITION OF WHITE SMOKE

Изобретение относится к термическим составам, а более конкретно к средствам для образования дымовых завес посредством реакции двух или нескольких твердых веществ, и может быть использовано в качестве пиротехнического состава, при горении которого образуется дымовое облако белого цвета.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымообразующий состав, содержащий окислитель - хлорат калия, органическое горючее в виде смеси антрацена или нафталина с древесным углем и дымообразующее хлорсодержащее вещество - хлористый аммоний (см. А.А. Шидловский. Основы пиротехники, Москва, «Машиностроение», 1974 г., с.242-243), который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному дымообразующему составу.
Известный пиротехнический состав относится к основному типу дымообразующих составов, которые содержат дымообразующие вещества в готовом виде.
В качестве дымообразователя известный состав содержит легковозгоняющийся (начиная с температуры 250°C) хлористый аммоний, пары которого после охлаждения на воздухе переходят в твердое состояние, формируя дисперсную фазу функционального аэрозоля с преимущественным размером частиц 0,2-0,8 мкм.
Хлористый аммоний при повышенной температуре экзотермически окисляется кислородом воздуха, образуя пары воды, свободные хлор и азот.
14
10
6
10
5
n
Из органических веществ в качестве горючего в составе белого дыма использованы технический антрацен (CH), состоящий в основном из клетчатки (CHO) и порошок древесного угля, которые из-за большого содержания углерода образуют коптящее пламя.
Антрацен, частично сгорая и частично возгоняясь, дополнительно выполняет функции дымообразователя.
В качестве окислителя использован хлорат калия.
Перечисленные функциональные компоненты содержатся в описанном дымообразующем пиротехническом составе в следующем соотношении, мас.%:
хлорат калия
20-30
хлористый аммоний
50
антрацен
10-20
древесный уголь до
10
Недостатком известного пиротехнического состава белого дыма, предназначенного для использования как маскирующего, является относительно низкая оптическая плотность, что, в частности, объясняется относительно большим содержанием антрацена, образующего при горении легковоспламеняющиеся пары, служащие причиной вспышек, и как результат - резко снижается количество дыма, цвет которого приобретает сероватый оттенок.
Известный состав характеризуется нечувствительностью к механическим воздействиям при наличии половины массы малоактивного дымообразователя - хлористого аммония, который плохо возгоняется (полнота возгонки не более 50%), что является функциональным недостатком.
Низкий выход целевого аэрозоля объясняется тем, что хлористый аммоний при сгорании образует шлаковый остаток, задерживающий генерируемый дым, который фильтруется, чем заметно уменьшается дисперсная фаза и снижается оптическая плотность дымовой завесы.
Это усугубляется выносом сажи при сгорании древесного угля, наличие которого в составе, кроме того, ухудшает технологичность при смешивании компонентов состава из-за его пыления, что небезопасно.
Известный состав при горении дает вспышки пламени, нарушающие равномерность горения, которые резко снижают количество генерируемого дыма, приобретающего сероватый оттенок.
Таким образом, описанный состав практически применяется при дополнительном введении в структуру пламегасителей (10-15 мас.%), что снижает массовое содержание основных компонентов и, как следствие, выход дыма, то есть эффективность действия состава по назначению падает.
Кроме того, этот пиротехнический состав гигроскопичен, что ограничивает срок годности зарядов при хранении до трех лет.
Известный состав характеризуется высокой пористостью, развитая поверхность которого обеспечивает высокую скорость горения, что сильно ограничивает возгонку компонентов, большая часть которого подвергается термодеструкции, в результате чего насыщенность дыма белым цветом низкая, что ухудшает его маскирующие свойства.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной эффективности более технологичного дымового состава с улучшенными показателями назначения в качестве плотной белой завесы.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав для образования белого дыма, включающий хлорат калия - окислитель, хлорсодержащий дымообразователь и смесь газообразующих органических горючих, согласно изобретению в качестве хлорсодержащего дымообразователя включает гексахлорэтан и дополнительно нашатырь, а в качестве газообразователей содержит уротропин и тиомочевину, а также аэросил в качестве технологической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хлорат калия
36-38
нашатырь
33-30
гексахлорэтан
12-16
уротропин
12-10
тиомочевина
4-6
аэросил
1-2
Отличительные признаки обеспечили генерирование аэрозоля в форме плотного белого облака, пригодного для имитации естественного тумана при натурных киносъемках, а также для маскировки перемещения техники и живой силы, так как рассеивает электромагнитное излучение в видимом диапазоне частот спектра (0,4-0,7 мкм).
Предложенный состав негигроскопичен и сохраняет функциональность в течение не менее 10 лет хранения; заряды могут использоваться без оболочки, что расширяет возможности и область его применения.
В результате совместного использования оптимизированного количества дымообразователей повышается количество генерируемого дыма, его дисперсной фазы, что повышает функциональность пиротехнического дымового состава по назначению, выражающуюся в повышении оптической плотности насыщенного облака белого цвета.
Введение в пиротехнический состав хлората калия оптимизировано в диапазоне содержания 36-38 мас.% для гарантированного получения заданной скорости беспламенного горения и обеспечения эффективного дымообразования.
Использование в качестве хлорсодержащего дымообразователя возгоняющегося гексахлорэтана определяется его высокой летучестью (сравнительно с малоактивным хлористым аммонием), хорошей способностью пламегашения и тем, что при сгорании он не образует шлаков, фильтрующих дым.
Нашатырь при горении состава является источником гигроскопичной дисперсной фазы аэрозоля, масса которого снижена до количества, гарантированно полно переводимого в аэродисперсное состояние: 30-33 мас.% против 50 мас.% по прототипу.
Гексахлорэтан, как высоколетучий продукт, служит для образования облака белого дыма посредством активного выноса аэродисперсной фазы возгоняемого нашатыря.
Минимальное содержание в пиротехническом составе гексахлорэтана 12 мас.% является технически необходимым количеством для взаимодействия с органическим горючим, формируя потребную энергетику горения для образования дисперсной фазы генерируемого аэрозоля. Меньше этого количества гексахлорэтана недостаточно для образования рабочего тела - транспортирующего агента, эффективность образования белого дыма заметно снижается.
Содержание в пиротехническом составе гексахлорэтана более 16 мас.% является балластным, так как не отмечено улучшения свойств и характеристик генерируемого при горении белого дыма из-за не полной возгонки компонентов.
Из органических горючих выбраны уротропин и тиомочевина, потому что они дополнительно служат газообразователями, поставляя при сгорании в дымовое облако конденсированную фазу.
Качественный состав органического горючего, сравнительно с протипом, принципиально изменился: взамен древесного угля и антрацена/нафталина введены уротропин и тиомочевина, содержащие мало углерода и много азота, способствующего созданию при горении белого облака.
Уротропин и тиомочевина обеспечивают составу новые свойства:
- уротропин в предложенном пиротехническом составе дополнительно служит в качестве дымообразователя, что повышает эффективность генерирования дымового облака белого цвета;
- тиомочевина в пиротехническом составе на основе хлората калия дополнительно служит активатором горения и является пламегасителем, чем повышает интенсивность дымообразования и увеличивает насыщенность цветом белого дыма.
Суммарное содержание в пиротехническом составе органического горючего более 19 мас.%, в том числе уротропина - 12 мас.% и тиомочевины - 7 мас.% является балластным, так как при взаимодействии с хлоратом калия (окислителем) избыток органического горючего подвергается термодеструкции, в результате чего белая основа дыма окрашивается в серый тон, не соответствующий нормативно установленному цвету.
При содержании в пиротехническом составе органического горючего меньше 15 мас.%, в том числе уротропина - 10 мас.% и тиомочевины - 5 мас.%, термическая основа, образованная совокупно с хлоратом калия, не обеспечивает минимально необходимой энергетики для возгонки дымообразователей, в результате чего не сформируется требуемое дымовое облако белого цвета.
Наличие в молекуле атома не окисленной серы сообщает тиомочевине большую реакционную способность, что активизирует процесс горения состава на основе хлората калия.
Кроме того, в присутствии хлората калия тиомочевина разлагается уже при температуре 80-100°C.
Дополнительная технологическая добавка - аэросил исключает пыление при смешивании компонентов и снижает чувствительность пиротехнического состава к трению, что имеет особую важность для безопасного прессования зарядов. Обеспеченная аэросилом сыпучесть смеси позволяет ее объемное дозирование в автоматическом режиме серийного производства.
Повышение технологичности предложенного пиротехнического состава делает его пригодным для промышленного производства.
При горении эта технологическая добавка является функционально полезной, так как аэросил стабилизирует горение состава.
При введении в состав аэросила менее 1 мас.% недостаточно сухой смазки для достижения нечувствительности состава к трению компонентов при смешивании и прессовании зарядов.
Содержание в пиротехническом составе аэросила, как технологической добавки, больше 5 мас.% является балластным.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для получения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Количественное соотношение компонентов предложенного дымообразующего пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам опытной проверки функционирования сигнальных зарядов по назначению.
При этом достигнуто повышение в 1,5 раза рассеивающей способности дыма чистого белого цвета, в котором происходит хаотическое изменение направления распространения света за счет нерегулярного изменения показателя его преломления, флуктуации плотности среды, что соответственно увеличивает оптическую плотность белого облака.
Предложенный состав белого дыма приготавливается по принятой в пиротехнике технологии смешиванием компонентов в штатном смесителе в течение 15-20 минут до получения материала с равномерным распределением в объеме компонентов, пригодного для приготовления из него уплотнением зарядов.
Испытания опытных зарядов из предложенного пиротехнического состава подтвердили повышение оптической плотности генерируемого белого дыма, которое рассеивает электромагнитное излучение в видимом диапазоне частот спектра (0,4-0,7 мкм).
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехническим дымовым составам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного изготовления состава на действующем оборудовании пиротехнического производства, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.