Пиротехнический состав зеленого огня
PYROTECHNIC COMPOSITION OF GREEN FIRE

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к пиротехническим составам на основе нитратов металлов, которые предназначены для фейерверков, образующим при горении цветное пламя и дым в результате реакции как минимум двух твердых веществ.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав зеленого огня, описанный в патенте RU 237039, C06D 3/06, 1967 г., который содержит цветообразующий окислитель - азотнокислый барий, порошок алюминиево-магниевого сплава (ПАМ) в качестве металлического горючего, усилитель цвета - пудру медную размольную и органическое горючее связующее идитол, вводимый в форме спиртового лака, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
барий азотнокислый
71-75
ПАМ
13-18
пудра медная
8-12
идитол (на сухое вещество)
1-2.
Описанный состав предназначен для создания фейерверка с красочным эффектом мерцающих звезд за счет периодических вспышек пламени.
Однако пульсирующее горение зарядов из пиротехнического состава определяет нестабильность функционирования при резком ограничении дальности видимости и различимости, неудовлетворительных параметрах сигнального зеленого огня.
Кроме того, этот состав нетехнологичен из-за пыления при смешивании компонентов и плохой прессуемости в заряды.
Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом составе по патенту RU 2525419, С06В 33/14, C06D 3/00, 2014 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.
Известный пиротехнический состав зеленого огня включает барий азотнокислый, порошок алюминиево-магниевого сплава (ПАМ), в качестве органического горючего связующего идитол и усилитель цвета, который выполнен в виде смеси порошкового хлорпарафина ХП-66Т и жидкого хлорпарафина ХП-470, 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.
Отформованные из этого состава пиротехнические заряды, имеющее оптимальное соотношение металлическое горючее/окислитель, стабильно воспламеняются и горят с заданной температурой и скоростью, обеспеченной активным магнием, связанным в сплаве с алюминием, который повышает калорийность и температуру горения.
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, которым насыщается пламя, в результате чего увеличивается дальность видимости сигнала и его различимость на удалении.
В качестве органического горючего связующего используется идитол в форме 30%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342А в этиловом спирте, который удаляется из приготовленной смеси при ее сушке.
Совместное использование в пиротехническом составе раствора идитола и жидкого хлорпарафина, как хлорсодержащего реагента, улучшило технологичность взрывобезопасного смешивания мелкодисперсных порошковых компонентов и снижение внутреннего трения при формовании зарядов с пониженным давлением.
Известный пиротехнический состав обеспечил расширение области использования для зарядов сигнального зеленого огня и для фейерверков, характеризующихся повышенной дальностью видимости и различимости за счет стабильного его горения и яркого свечения аэрозольных продуктов горения.
Однако, продолжением отмеченных достоинств являются присущие известному составу недостатки, в частности, низкий зрелищный фейерверочный эффект при малом радиусе разлета пиротехнических элементов, которые горят с относительно низкой скоростью, поэтому их масса ограничена.
Известный состав нетехнологичен, при использовании двух связующих в малом количестве: - идитола из-за возможного пыления при смешивании композиции, при этом отформованный заряд нестабильно воспламеняется; - хлорпарафина жидкого, так как появляется неоднородность смеси по причине неудовлетворительной смачиваемости компонентов, что определяет большой разброс характеристик назначения пиротехнических элементов из нее, нестабильность горения и свечения продуктов горения состава, или возможна недопустимая экссудации избытка хлорпарафина на поверхность формуемых зарядов.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известной композиции для повышения показателей назначения и улучшения технологичности приготовления пиротехнических зарядов зеленого огня.
Требуемый технический эффект достигается тем, что известный пиротехнический состав зеленого огня, включающий барий азотнокислый, металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава, усилитель цветности - порошок хлорпарафина ХП-66Т и в качестве органического горючего идитол, согласно изобретению, он дополнительно содержит калий хлорнокислый и технологическую добавку - стеарат кальция, при следующем соотношении компонентов (мас. %):
барий азотнокислый
42-45
калий хлорнокислый
24-26
хлорпарафин ХП-66Т
7,5-8,0
порошок алюминиево-магниевого
сплава
14-16
идитол
8-6
стеарат кальция
1,5-2,0,
при этом идитол в смесь компонентов вводится в форме 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342А в этиловом спирте.
Отличительные признаки предложенного технического решения позволили создать новый качественный пиротехнический состав, в котором обеспечено оптимальное количественное соотношение компонентов для стабильного горения отформованных сигнальных и фейерверочных зарядов с образованием пламени, насыщенного зеленым цветом, и продуктов горения яркого свечения.
Дополнительное введение сильного хлорсодержащего окислителя (калия хлорнокислого), при соответствующем уменьшении доли бария азотнокислого, позволило заметно увеличить содержание металлического горючего для повышения скорости горения состава, вдвое сократить долю порошка хлорпарафина, исключив из композиции жидкий хлорпарафин, что улучшило технологичность приготовления состава и формования из него зарядов повышенных функциональных свойств.
Этому способствует двойное увеличение доли идитола, содержание этилового спирта в растворе которого подняли с 30 до 50%-тов для лучшего смачивания порошковых мелкодисперсных компонентов.
Оптимизированное соотношение металлическое горючее/окислители обеспечило повышение скорости горения состава для улучшения зрелищного фейерверочного эффекта, имеющего больший радиус сферы разлета пиротехнических элементов, так как стало возможным повысить их массу при заданном времени горения.
Введение технологической добавки - стеарата кальция, термостабилизирующего пластификатора, минимальной массы необходимо для снижения чувствительности состава к трению при смешивании компонентов и при формовании зарядов.
Количественное соотношение структурных компонентов пиротехнического состава зеленого огня по изобретению было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, что нашло подтверждение в улучшении показателей назначения, достигнутых в натурных испытаниях опытных образцов сигнальных и фейерверочных зарядов.
При содержании в пиротехническом составе бария азотнокислого меньше 42 мас. % падает скорость горения уплотненных элементов.
При содержании в пиротехническом составе бария азотнокислого больше 45 мас. % нет видимого улучшения цветности и интенсивности свечения пламени из-за высокой температуры горения.
При содержании в пиротехническом составе калия хлорнокислого меньше 24 мас. % снижается насыщенность огня зеленым цветом.
Содержание в пиротехническом составе калия хлорнокислого больше 26 мас. % является балластным, что снижает показатели назначения, так как нарушает выявленный баланс соотношения остальных компонентов.
При содержании в пиротехническом составе хлорпарафина ХП-66Т больше 8,0 мас. % скорость горения падает до уровня нестабильности, когда не достигаются показатели назначения по насыщенности пламени зеленым цветом и интенсивности его свечения.
Содержание в пиротехническом составе хлорпарафина ХП-66Т меньше 7,5 мас. % определяет выделение при химическом взаимодействии реагентов мало хлора для образования монохлорида бария, окрашивающего пламя зеленым цветом.
При содержании в пиротехническом составе ПАМ больше 16 мас. % выгорает часть компонентов, в результате чего снижается цветность пламени и зрелищный эффект. Из-за высокой температуры горения нарушаются условия возгонки и происходит термодеструкция реакционного монохлорида бария.
При содержании в пиротехническом составе ПАМ меньше 14 мас. % падает скорость горения, которая не обеспечивает заданной интенсивности свечения.
При содержании в пиротехническом составе идитола в технологическом растворе больше 8 мас. % требуется продолжительная сушка приготовленного состава перед формовкой из него заряда, что требует дополнительных производственных площадей и энергозатрат.
При содержании в пиротехническом составе идитола в растворе меньше 6 мас. % возможно пыление при смешивании компонентов, воспламенение зарядов нестабильное из-за неравномерности распределения компонентов в объеме смеси.
Содержание в составе стеарата кальция оптимизировано в диапазоне 1,5-2,0 мас. % для гарантированной технологической нечувствительности к трению при прессовании зарядов.
Предложенный пиротехнический состав характеризуется химической стойкостью и физической стабильностью, причем величина и светотехнические характеристики генерируемого зеленого пламени во времени практически не меняются.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
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 загружают в лопастной смеситель мерными долями (мас. %): 43,5±1,5 бария азотнокислого, 25±1 калия хлорнокислого, 7,75±0,75 хлорпарафина ХП-66Т, 15±1 ПАМ-4 и 1,75±0,25 стеарата кальция и смешивают в течение 7-10 минут до равномерного их распределения в объеме.
Затем в приготовленную смесь порошковых компонентов состава дозированно добавляют 7±1 мас. % идитола (в 50%-ном растворе фенолоформальдегидной смолы СФ-342А в этиловом спирте), после чего смешивают в течение 5-7 минут до получения гомогенной композиции состава, который выгружают на лотки слоем 1-2 см и провяливают до содержания летучих не выше 0,6 мас. %.
Приготовленный упругопластичный, объемно дозируемый материал, формуют в заряды на гидравлических прессах.
С целью оптимизации количественного соотношения компонентов модернизированного состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включают структурные элементы в пределах предложенного диапазона, его середине и за пределами оптимизированных значений необходимого минимального и максимального количества их массового содержания в составе.
Достижение улучшенных показателей назначения иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, представленных в Таблице.
Характерные составы для испытаний
Натурные испытания опытных образцов №№2-4 предложенного пиротехнического состава показали рост свечения на большей дальности видимости и различимости насыщенного зеленым цветом сигнального огня и яркий зрелищный эффект фейерверка с повышенной дистанцией разлета его пиротехнических элементов.
Состав образца №1, нетехнологичен для серийного производства из-за пыления при смешивании компонентов, уплотненные заряды неудовлетворительно воспламеняются, функциональное пламя имеет пониженную светимость и не насыщенный зеленый цвет из-за недостаточной скорости нестабильного горения зарядов.
Состав образца №5 имеет повышенную чувствительность к трению при смешивании компонентов и при формовании зарядов, характеризуется продолжительной сушкой, пламя при горении имеет пониженную светимость, что снижает дальность видимости и различимости зеленого сигнала, зрелищный эффект фейерверка недостаточно красочный.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, показал, что оно не известно, то есть соответствует критерию «новизна» условий патентоспособности.
Техническая сущность изобретения в новой совокупности существенных признаков явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, а сочетание компонентов в заявленном их массовом соотношении является неочевидным.
Поэтому, с учетом практической возможности серийного изготовления пиротехнических сигнальных и фейерверочных зарядов зеленого пламени на действующем оборудовании пиротехнического производства, можно сделать вывод о соответствии заявленного изобретения условиям патентоспособности.