ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕЛЕНОГО ОГНЯ
PYROTECHNIC COMPOSITION OF GREEN FIRE

Изобретение относится к области пиротехники, а более конкретно к пиротехническим составам на основе нитратов металлов, которые предназначены для образования цветного дыма при реакции как минимум двух твердых веществ.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав зеленого сигнального огня, описанный в патенте UA 9607 A, F42B 4/00, 1996 г. [1], который содержит (мас.%): 65 цветообрзующего азотнокислого бария, 12 порошка магниевого марки ПМФ-2, ПМФ-3 в качестве металлического горючего, 17 усилителя цвета - поливинилхлорида суспензионного, 4,5 канифоли сосновой в качестве органического горючего и 1,5 масла индустриального И-12А (технологической добавки).
Недостатком указанного состава является плохая воспламеняемость и неустойчивое горение, требующие применение дополнительного воспламенителя - дымного пороха, что увеличивает опасность производства.
Кроме того, при горении зарядов из этого состава формируется пламя с низкой насыщенностью зеленым цветом сигнального огня из-за несбаллансированности массового соотношения компонентов, что ограничивает практическое применение по назначению.
Высококалорийное металлическое горючее быстро сгорает без генерирования цветообразующего монохлорида бария, который при высокой температуре горения состава подвергается термодеструкции, что ухудшает качество свечения.
Канифоль является инертным органическим горючим, что создает трудности воспламенения заряда, который медленно горит, что пригодно для сигнальных огней, но неприемлемо для фейерверков.
При использовании масла индустриального возможна его экссудация при формовании зарядов, что ограничивает практическое использование состава.
Более совершенным является пиротехнический состав зеленого огня по патенту RU 237039 C06D 5/06, 1967 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав содержит цветообразующий окислитель - азотнокислый барий, порошок алюминиево-магниевого сплава (ПАМ) в качестве металлического горючего, в качестве усилителя цвета пудру медную размольную и органическое горючее связующее - идитол (в форме спиртового лака), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
барий азотнокислый
71-75
порошок алюминиево-
магниевого сплава
13-18
пудру медную
8-12
идитол
1-2
Известный состав предназначен для создания красочного эффекта мерцающих звезд за счет периодических вспышек пламени.
Однако пульсирующее горение пиротехнического состава определяет нестабильность функционирования при резком ограничении дальности видимости и различимости, неудовлетворительных параметрах сигнального огня.
Кроме того, известный состав не технологичен из-за пыления при смешивании компонентов и плохой прессуемости.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение показателей назначения пиротехнических зарядов, а именно: стабильное воспламенение и горение состава, сопровождающееся ярким свечением насыщенного зеленым цветом пламени, что позволяет расширить область применения состава в зарядах сигнального огня зеленого цвета и для фейерверков.
Требуемый технический результат достигается тем, что, известный пиротехнический состав зеленого огня, включающий барий азотнокислый, порошок алюминиево-магниевого сплава, в качестве органического горючего связующего идитол и усилитель цвета, согласно изобретению, содержит усилитель цвета, выполненный в виде смеси порошкового и жидкого хлорпарафинов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
барий азотнокислый
67-73
порошок алюминиево-
магниевого сплава
8-10
хлорпарафин порошок
14-16
хлорпарафин жидкий
2-3
идитол
3-4
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили расширение области использования пиротехнического состава в качестве зарядов сигнального огня и для фейерверков, характеризующихся повышенной дальностью видимости и различимости за счет стабильного его горения и яркого свечения аэрозольных продуктов горения.
При этом оптимизированное соотношение компонентов термической основы (металлическое горючее/окислитель) сравнительно с прототипом, снижено в полтора раза, что обеспечило стабильность воспламенения и горения отформованного заряда из предложенной композиции.
Оптимальное массовое соотношение цветообразующего окислителя и металлического горючего ПАМ обеспечило активное, с заданными температурой и скоростью горение пиротехнического состава, при этом активный магний используется структурно связанным с алюминием, что повысило теплотворную способность металлического горючего при снижении температуры горения сформованного заряда, без уменьшения скорости его горения.
Количественное соотношение структурных компонентов пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, что нашло подтверждение в улучшении показателей назначения, достигнутых при натурных испытаниях опытных образцов сигнальных и фейерверочных зарядов.
Выполнение усилителя цвета пламенного сигнала в виде смеси порошкового и жидкого хлорпарафинов продиктовано необходимостью полноты хлорирования бария с получением при горении состава монохлорида бария - основного излучателя монохроматического зеленого цвета и направлено на повышение насыщенности пламени зеленой цветом.
В результате повышения насыщенности пламени зеленым цветом увеличивается дальность видимости сигнала и его различимость на удалении.
При содержании в пиротехническом составе бария азотнокислого более 73 мас.% не происходит повышения цветности и интенсивности свечения пламени из-за высокой температуры горения заряда.
При содержании в пиротехническом составе бария азотнокислого меньше 67 мас.% не обеспечивается требуемая скорость горения отформованного заряда.
Использование в качестве металлического горючего в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава направлено на проявление положительных свойств структурных компонентов: алюминий повышает калорийность и температуру горения, а связанный в сплаве магний увеличивает скорость горения состава.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 10 мас.% снижается цветность пламени из-за высокой температуры горения и термодеструкции монохлорида бария от нарушения условий возгонки.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 8 мас.% горение отформованных зарядов нестабильное, при этом скорость горения недостаточна для достижения заданного уровня свечения пламени, необходимого для цветного сигнала.
При горении пиротехнического состава, в котором содержание хлорпарафина порошкового меньше 14 мас.%, образуется недостаточное количество хлора для максимального получения монохлорида бария, окрашивающего пламя в зеленый цвет.
При содержании в пиротехническом составе бария азотнокислого больше 16 мас.% скорость горения падает до уровня нестабильности, когда не достигаются показатели назначения по насыщенности пламени цветом и интенсивности его свечения.
При содержании в пиротехническом составе хлорпарафина жидкого меньше 2 мас.% не обеспечивается в полной мере смачиваемость компонентов, что служит причиной неравномерности их распределения в объеме заряда и, как следствие, нестабильности горения заряда и свечения продуктов горения состава.
При содержании в пиротехническом составе хлорпарафина жидкого больше 3 мас.% возможна недопустимая его экссудация на поверхность формуемых зарядов.
При содержании в пиротехническом составе идитола меньше 3 мас.% возможно пыление при смешивании композиции, а формованный заряд нестабильно воспламеняется из-за неравномерного его распределения в объеме, что приводит к нестабильности параметров горения.
Содержание в пиротехническом составе идитола больше 4 мас.% нецелесообразно, так как при этом воспламеняемость заряда заметно не улучшается.
Совместное использование в пиротехническом составе идитола и жидкого хлорпарафина повышает технологичность взрывобезопасного смешивания мелкодисперсных порошковых компонентов и снижение внутреннего трения при формовании зарядов при пониженном давлении.
Предложенный качественный состав при оптимальном количественном содержании компонентов обеспечил стабильное горение отформованных зарядов с образованием пламени, насыщенного зеленым цветом, и яркое свечение продуктов горения для получения фейерверочного эффекта.
Этот новый пиротехнический состав характеризуется химической стойкостью и физической стабильностью, предназначен для сигнальных и фейерверочных изделий, горит с образованием зеленого пламени, величина и светотехнические характеристики которого во времени практически не меняются.
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 эффектом 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 практической возможности изготовления пиротехнических зарядов сигнального зеленого пламени и для фейерверков на действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Предложенный пиротехнический состав изготавливают и формуют в заряды по принятой в отрасли промышленной технологии на действующем оборудовании.
Смешивание предварительно просушенных, измельченных и просеянных порошковых компонентов пиротехнического состава мерными долями (мас.%): 70 бария азотнокислого, 9 порошок алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-3, ПАМ-4 и 15 порошкового хлорпарафина, загружают в лопастной смеситель и перемешивают в течение 8-10 минут до равномерного их распределения в смеси.
Затем в приготовленную смесь порошковых компонентов состава дозированно добавляют 4 мас.% идитола в форме спиртового лака (30%-ного раствора идитола в этиловом спирте) и 2 мас.% жидкого хлорпарафина ХП-470, после чего компоненты дополнительно перемешивают в течение 6-8 минут до получения гомогенной композиции состава.
Приготовленный упругопластичный, объемно дозируемый материал формуют в функциональные заряды на гидравлических прессах.
Натурные испытания опытных образцов зарядов из предложенного пиротехнического состава показали рост дальности видимости и различимости зеленого сигнала, при повышенной яркости свечения, что создает красочный эффект в фейерверочных зарядах.
Достижение улучшенных показателей назначения (нового технического результата изобретения) иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, указанным в Таблице 1.
Таблица 1
Компоненты
Содержание компонентов (мас.%) в составах
№1
№2
№3
барий азотнокислый
67
70
73
порошок алюминиево-магниевого сплава
10
9
8
хлорпарафин порошок
16
15
14
хлорпарафин жидкий
3
2
2
идитол
4
4
3
Основные показатели назначения, полученные при испытаниях пиротехнических зарядов из указанных пиротехнических составов, сравнительно с известным уровнем техники, составляют:
- дальность видимости и различимости цветного сигнала в 1,3-1,5 раза увеличены;
- насыщенность сигнального огня зеленым свечением повышена за счет монохроматического излучения генерируемого BaCl, при сопутствующем искрении, что создает красочный фейерверочный эффект, расширяя тем самым область использования предложенного пиротехнического состава;
- обеспечивается надежная воспламеняемость состава и стабильность горения пироэлементов из состава по изобретению.
Наличие яркого зеленого свечения пламени при горении с более низкой температурой и газогенерирование, сопровождающееся образованием искрящегося шлейфа, позволяет дополнительно использовать композицию в зарядах для фейерверков с образованием красочного эффекта.
Предложенный пиротехнический состав, легко воспламеняемый в зарядах, характеризуется стабильными параметрами горения, химически устойчив, что позволяет использовать изготовленные из него заряды без оболочки, чем упрощается производство и расширяется область применения как для фейерверков, так и для зарядов сигнального зеленого огня.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного пиротехнического состава с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом практической возможности серийного производства состава фейерверочного и сигнального огня на действующем в отрасли оборудовании, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.