ДЫМООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ
SMOKE-GENERATING COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехническим составам, содержащим хлорат калия, при горении которых генерируется аэрозоль, образующий дымовую завесу, используемую для маскировки техники и живой силы при их срытном перемещении, или в качестве дымового сигнала.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымообразующий состав по патенту RU 2350590 C1, C06D 3/00, С06В 29/02, 2009 г., содержащий хлорат калия, антрацен, активаторы горения - тиомочевину и фенолформальдегидную смолу в следующем соотношении (мас.%):
хлорат калия
52-55
антрацен
33-37
тиомочевина
6-10
фенолформальдегидная смола
3-5
Изобретение направлено на повышение эффективности дымообразования и маскирующей способности за счет большой скорости горения состава и увеличения выхода дисперсных частиц в аэродисперсное образование.
Состав технологичен в изготовлении и безопасен в переработке, он гранулируется и не пылит.
Технологическая добавка активаторов горения - тиомочевины и фенолформальдегидной смолы, которые являются дополнительным горючим, при горении состава дают большое количество газообразных продуктов, улучшающих процесс диспергирования аэрозоля и вынос продуктов сгорания в атмосферу, то есть увеличивают его дымообразующую способность.
Увеличение газообразных продуктов также способствует повышению дисперсности сажевых частиц, что улучшает устойчивость дымового облака и кроющую способность завесы.
Однако при высокой скорости горения состава, имеющего большое содержание активного окислителя, происходит значительная термодеструкция антрацена, в результате чего резко снижается маскирующая способность дыма, не насыщенного черным цветом из-за недостатка сажевых частиц.
Отмеченный недостаток устранен в пиротехническом дымообразующем составе, описанном в книге Шидловского А.А. Основы пиротехники, М., «Машиностроение», 1973, с.243, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный дымообразующий состав содержит (мас.%):
хлорат калия
20-30
хлористый аммоний
50
антрацен
20
уголь древесный
до 10
Горение описанного состава сопровождается образованием черного дыма, формирующего устойчивую маскирующую завесу.
Однако динамика формирования дымовой завесы неудовлетворительная из-за относительно низкой скорости горения состава, что вынуждает увеличивать массу заряда и габариты конструкции, в которой состав с резко отрицательным кислородным балансом предохраняется от проникновения кислорода воздуха, чтобы предотвратить пламенное горение.
Прессованный заряд из известного состава, включающего большую часть малоактивного хлористого аммония, плохо горит, при этом образуется много шлаков от его избытка, что снижает функциональную надежность и эффективность дымообразования.
Из-за периодически возникающего пламенного горения состава резко уменьшается количество генерируемого дыма, цвет которого приобретает сероватый оттенок, ухудшая показатели назначения.
Кроме того, состав нетехнологичен в изготовлении и переработке по причине пыления сухих компонентов, что делает производство взрывоопасным.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование дымообразующего состава и оптимизация массового соотношения компонентов для улучшения его технологичности и повышения эффективности генерирования функционального аэрозоля.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный дымообразующий состав для постановки маскирующей завесы, включающий хлорат калия, хлорид аммония, антрацен и технологическую добавку, согласно изобретению, содержит в качестве технологической добавки антраценовое масло, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хлорат калия
35-41
хлорид аммония
20-22
антрацен
37-35
антраценовое масло
2-8
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили в полтора-два раза повышение выхода черного дыма, формирующего устойчивую маскирующую завесу, и расширение области использования безкаркасных зарядов из технологичного в изготовлении и переработке пиротехнического состава.
2
Количественное соотношение компонентов предложенного дымообразующего состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, оптимальность которого нашла подтверждение результатами опытной проверки функционирования зарядов, изготовленных прогрессивным шнекованием при малых давлениях (50-100 кгс/см).
Использование в дымообразующем составе в качестве окислителя хлората калия, химическое разложение которого сопровождается выделением кислорода, обеспечивает повышение энергетики горения заряда, динамично генерирующее функциональный аэрозоль.
Хлорат калия, в сочетании с антраценом и антраценовым маслом, повышает скорость горения состава и обеспечивает полноту возгонки хлорида аммония для максимального выхода дисперсной фазы в генерируемое дымовое облако.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе хлората калия больше 41 мас.% его часть не участвует в целевом химическом взаимодействии с компонентами состава, в результате чего снижается дымообразование.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе хлората калия меньше 35 мас.% скорость горения снижается до уровня, когда маскирующая способность формируемого облака не удовлетворяет заданным параметрам из-за существенного снижения возгонки хлорида аммония и антрацена.
Массовое содержание хлорида аммония, сравнительно с прототипом, снижено в 2,5 раза, так как его избыток остается в шлаках и не генерировал газы и не образовывал дым.
Хлорид аммония легко возгоняется при температуре уже 250°С и при горении состава экзотермически окисляется кислородом, образуя свободные хлор и азот, пары воды, которые служат для выноса конденсированной фазы аэрозоля. При этом пары хлорида аммония, охлаждаясь на воздухе, переходят в твердое состояние, формируя дополнительную дисперсную фазу, что увеличивает оптическую плотность дыма.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе хлорида аммония больше 22 мас.% не обеспечивается полнота его возгонки, а избыток остается в шлаках, в результате - дымообразование не улучшается.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе хлорида аммония меньше 20 мас.% возникает пламенное горение, вследствие чего уменьшается выход конденсированной фазы дыма, снижая оптическую плотность облака черного дыма.
2
Использование в предложенном составе в качестве органического горючего дымообразователя антрацена каменноугольного сырого, в структуре которого присутствует примесь антраценового масла, обеспечивает дополнительные функции технологической смазки для приготовления пиротехнического состава смешиванием с последующим его уплотнением в заряды посредством высокопроизводительного шнекования при относительно низком давлении 100-300 кгс/см.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе антрацена меньше 35 мас.% генерируемое аэродисперсное образование приобретает сероватый цвет, ухудшая целевое применение.
Содержание в пиротехническом дымообразующем составе антрацена больше 37 мас.% является балластным.
Введение в пиротехнический состав технологической добавки - антраценового масла (органического горючего связующего), которое исключительно совмещается с остальными компонентами, обеспечивает равномерность их распределения при смешивании без пыления, пластифицируя состав для уплотнения с повышением прочности зарядов.
Кроме того, антраценовое масло служит дополнительным аэрозолеобразователем.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе антраценового масла меньше 2 мас.% происходит пыление при смешивании компонентов, что взрывоопасно, и не обеспечивается равномерность распределения компонентов состава, который невозможно перерабатывать в заряды шнекованием.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе антраценового масла больше 8 мас.% происходит экссудация его избытка при уплотнении состава и при хранении зарядов, что недопустимо, не обеспечивается требуемая несущая прочность зарядов.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
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.
Таблица
Количественное содержание компонентов испытанных составов
Компоненты
Содержание компонентов (мас.%) в составах
1
2
3
4
5
хлорат калия
33
35
38
41
42
хлорид аммония
24
22
21
20
19
антрацен
34
35
36
37
38
антраценовое масло
9
8
5
2
1
Результаты испытаний зарядов из предложенной композиции показали, что составы 2-4 гарантированно обеспечивают заданные параметры показателей основного назначения, концентрации генерируемого дыма, его кроющей способности и технологических свойств состава для приготовления и переработки в серийном производстве.
Состав 1 характеризуется нестабильным горением и неудовлетворительным выходом дыма серого цвета. При прессовании зарядов происходит недопустимая экссудация масла.
Состав 5 нетехнологичен из-за пыления при смешивании компонентов, которые распределяются в объеме неравномерно. При пламенном горении образуется много шлаков, что снижает дымообразование с сероватым оттенком.
Изготавливают предложенный дымообразующий состав по принятой в пиротехнической отрасли технологии смешивания компонентов в любом действующем смесителе.
В смеситель вносят мерное количество порошкообразных компонентов (мас.%): 36±1 антрацена каменноугольного, 38±3 хлората калия и 21±1 хлорида аммония, которые в течение 5-7 минут перемешивают.
Затем добавляют 5±3 мас.% антраценового масла и перемешивают в течение 10-15 минут для равномерного распределения компонентов в объеме с образованием масляной пленки на их частичках.
Из полученной пластифицированной смеси шнекованием формируют функциональные заряды, характеризующиеся повышенным образованием черного дыма, имеющего кроющую (маскирующую) способность выше, чем у известных аналогов.
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 дымообразующего состава, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.