ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СИГНАЛЬНЫЙ СОСТАВ
PYROTECHNIC SIGNAL COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехнике, а конкретнее к пиротехническим сигнальным составам красного и зеленого огней, и может быть использовано для изготовления сигнальных средств, в частности сигнальных патронов, а также фейерверочных изделий.
Основными излучателями в пламени при горении известных сигнальных составов красного и зеленого огней являются монохлориды соответственно стронция и бария. Эти ионы образуются при разложении хлоридов стронция и бария, образующихся в свою очередь при химических реакциях в пламени горящего образца состава. Наилучшим источником хлора для этих реакций является гексахлорбензол, содержащий порядка 70% хлора. Красное пламя создается применением в составе соединений стронция, зеленое пламя - использованием соединений бария. В составах в основном используются нитраты этих металлов.
К числу наиболее эффективных составов зеленого огня относится состав индекса 33-01 по OCT В84-1712-79, который содержит в рецептуре азотнокислый барий, магний, гексахлорбензол и технологическую добавку - связующее. Чистота цвета пламени состава 33-01 составляет 68-72%, при этом обеспечивается достаточная сила света и удельная светосумма пламени.
Один из наилучших сигнальных составов красного огня индекса 35-07 по ОСТ В84-1712-79 содержит в рецептуре азотнокислый стронций, гексахлорбензол и те же вышеуказанные компоненты. Чистота цвета пламени состава - 77-81% при достаточно высокой силе света и удельной светосумме.
В настоящее время производство вышеуказанных составов остановлено в связи с тем, что согласно Конвенции ООН от 2000 года запрещено применение гексахлорбензола по экологическим причинам.
В связи с этим в качестве замены гексахлорбензола в ряде случаев (в основном при использовании фейерверочных составов) используется поливинилхлорид. Излучательная способность и чистота цвета пламени известных составов на основе поливинилхлорида ниже, чем при использовании в составах гексахлорбензола. Кроме того, особенностью этих составов является то, что с увеличением силы света и удельной светосуммы пламени при повышении содержания в рецептуре металлического горючего происходит снижение чистоты цвета пламени.
Имеются сигнальные составы, содержащие в рецептуре другие хлорирующие добавки. Например, в сигнальном составе зеленого огня по авторскому свидетельству СССР №573005 от 13.12.75 г. (кл. C06B 33/14) в качестве хлорирующей добавки используется хлорированный хлоропрен. Обладая высокой чистотой цвета пламени (до 74-76%), скоростью горения 0,9-1,2 мм/с, состав имеет низкие значения силы света и удельной светосуммы. Образцы диаметром ⌀20 мм из этого состава обеспечивают силу света 700-760 кд и удельную светосумму - 210-220 кд·с/г.
Вопрос обеспечения высокой силы света без ухудшения чистоты цвета пламени решается в изобретении по патенту РФ №2460711 от 29.03.2011 г. (кл. C06B 33/14) путем использования в качестве хлорсодержащего компонента хлорпарафина с молекулярной массой 1100 при следующих в рецептуре компонентах (в % по массе):
магний
15-20
нитрат стронция или бария
54-64
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с размером
частиц 0,4-2,0 мм
10-15
хлорпарафин с молекулярной
массой 1100
10-15
технологическая добавка
остальное
Недостатками описанного пиротехнического состава являются плохая воспламеняемость и нестабильный процесс горения с образованием большого количества конденсированных продуктов горения. Кроме того, образцы прессованных составов, содержащих в рецептуре хлорпарафины, обладают низкой механической прочностью, что не позволяет их применять в изделиях, подвергающихся большим перегрузкам - в сигнальных патронах, снарядах, выстрелах к гранатометам.
По числу совпадающих существенных признаков в качестве прототипа выбран состав, содержащий следующие компоненты (в % по массе):
магний
13-18
нитрат стронция или бария
50-60
бутадиен-нитрильный каучук
10-12
поливинилхлорид
5-10
дициандиамид
3-5
идитол
1-6
метиленхлорид или
его смесь с ацетоном, св. 100%
90-180
(см. Учебное пособие, автор Ф.П.Мадякин, Н.А.Тихонов, С.Ф.Тютюаник. Сигнальные и фейерверочные составы и изделия. Изд-во Казанского технологического университета, г.Казань, 2005 г. - 54 с).
Недостатком указанного пиротехнического состава цветного огня, выбранного в качестве прототипа, является низкая сила света - у образцов (диаметром 019,8) зеленого огня она составляет 1880-2160 кд, красного огня - 2200-3000 кд. Использование в рецептуре значительного количества легколетучего растворителя (до 180% от массы состава) значительно повышает трудоемкость технологического процесса приготовления состава. Кроме того, метиленхлорид является токсичной жидкостью, что ограничивает его применение в производстве.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание пиротехнического сигнального состава с повышенной силой света и удельной светосуммой пламени при сохранении достаточно высокой чистоты цвета пламени, а также улучшение технологичности приготовления.
Технический результат достигается тем, что известный пиротехнический сигнальный состав, содержащий магний, нитрат стронция (в случае красного огня) или нитрат бария (в случае зеленого огня), поливинилхлорид, фенолформальдегидную смолу, согласно изобретению дополнительно содержит калий хлорнокислый при следующем соотношении компонентов (в % по массе):
нитрат стронция или бария
37-59
магний
12-30
поливинилхлорид
10-20
фенолформальдегидная смола
4-6
калий хлорнокислый
5-17
Отличительные признаки обеспечили высокую силу света и удельную светосумму пламени при одновременно высокой чистоте цвета пламени.
Изготовление заявляемого пиротехнического сигнального состава происходит по следующей технологии:
1. Все сухие компоненты загружаются в смеситель и перемешиваются до однородности (в смесителе 6ЛС составляет 5 минут).
2. Добавляется спирт этиловый в количестве 3-5% (сверх 100%) от массы состава и мешается до однородности (в смесителе 6ЛС - 5 минут).
3. Гранулируется состав через сетку №1,25-2.
4. Операция провяливания - сушка до полного удаления спирта - составляет не менее 2 часов.
Т.е. исключается операция приготовления раствора связующего -фенолформальдегидной смолы, что повышает технологичность приготовления состава по сравнению с прототипом.
Компоненты предлагаемого состава имеют широкую сырьевую базу и выпускаются отечественной промышленностью. Заявляемый пиротехнический сигнальный состав обладает химической стойкостью и физико-химической стабильностью.
Невысокая чувствительность состава к удару и трению позволяет приготавливать и формовать составы на существующем оборудовании пиротехнической подотрасли.
2
Изготовление образцов составов проводили в картонных оболочках методом глухого прессования при давлении 2250 кгс/см.
Испытания образцов с определением светотехнических характеристик проводились в фотокамере малой модели по ГОСТ 2389.
Рецептуры испытательных характерных составов и прототипов и измеренные их технические характеристики приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1.
Рецептуры и светотехнические характеристики заявленных составов и прототипа зеленого огня.
Наименование компонентов
Содержание компонентов, % по массе
Исследуемые составы
Состав-прототип
№1
№2
№3
1
2
3
4
5
Нитрат бария
49
37
59
50-60
Магний
21
30
12
13-18
Поливинилхлорид
14
10
20
5-10
Фенолформальдегидная смола
5
6
4
1-6
Калий хлорнокислый
11
17
5
-
Бутадиен-нитрильный каучук
-
-
-
10-12
Дициандиамид
-
-
-
3-5
продолжение табл.1
1
2
3
4
5
Светотехнические характеристики запрессованных образцов диаметром 019,8 мм.
Сила света, кд
3930
7440
2340
1880-2160
Чистота цвета пламени,%
76
75
77
70-75
Скорость горения, мм/с
1,8
2,4
1,1
0,7-1,1
Удельная светосумма, кд·с/г
2680
5360
1420
1640-1970
Предел прочности образцов ⌀20 мм и h=30 мм, (запрессованных при давлении 2250 кгс/см<sup>2</sup>), на растяжение при изгибе, кгс/см<sup>2</sup>
65
70
63
48-55
Таблица 2.
Рецептуры и светотехнические характеристики заявленных составов и прототипа красного огня.
Наименование компонентов
Содержание компонентов, % по массе
Исследуемые составы
Состав-прототип
№1
№2
№3
1
2
3
4
5
Нитрат стронция
49
37
59
50-60
Магний
21
30
12
13-18
ПоливинилхлоридФенолформальдегидная смола
14
10
20
5-10
5
6
4
1-6
Калий хлорнокислый
11
17
5
-
Бутадиен-нитрильный каучук
-
-
-
10-12
Дициандиамид
-
-
-
3-5
Светотехнические характеристики запрессованных образцов диаметром ⌀19,8 мм
Сила света, кд
5700
10850
4400
2200-3000
Чистота цвета пламени,%
88
88
90
85-87
Скорость горения, мм/с
1,47
2,7
1,6
0,7-1,1
Удельная светосумма, кд·с/г
75010
8300
5690
3300-3900
Предел прочности образцов ⌀20 мм и h=30 мм, (запрессованных при давлении 2250 кгс/см<sup>2</sup>), на растяжение при изгибе, кгс/см<sup>2</sup>
58
62
56
43-49
Экспериментальные данные, представленные в таблицах 1 и 2, свидетельствуют о том, что разработанный сигнальный состав цветного огня существенно превосходит прототип по силе света и чистоте цвета пламени. Также образцы предлагаемого состава имеют более высокую прочность на растяжение при изгибе, чем у прототипа.
Предложенный пиротехнический состав красного и зеленого огней предназначен для замены в серийных сигнальных изделиях пиротехнических составов, содержащих в рецептуре гексахлорбензол и для применения во вновь разрабатываемых сигнальных изделиях, требующих составов с повышенными светотехническими характеристиками.