Пиротехнический состав желтого огня
PYROTECHNICAL COMPOSITION OF YELLOW FIRE

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к составам, содержащим мелко раздробленный металл в комбинации по меньшей мере с одним нитратом щелочных или щелочноземельных металлов, выделяющим оксид металла, и может быть использовано для изготовления сигналов и фейерверков.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав, описанный в книге Шидловского А.А. Основы пиротехники, М., Машиностроение, 1973, с. 200-201, который содержит окислитель - нитрат натрия, металлическое горючее - порошок магния и органическое горючее связующее - поливинилхлорид, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрат натрия
56
магниевый порошок
17
поливинилхлорид
27.
Интенсивность свечения желтой D-линии натрия (0,589 мкм) в пламени пропорциональна количеству введенного в пламя атомарного натрия.
Сила света звездок диаметром 22 мм, изготовленных из описанного состава, равна 1 11000 кд.
Известный пиротехнический состав имеет ограниченную дальность видимости и различимости из-за недостаточных светотехнических характеристик, и того, что излучает в доминирующей длине волны, соответствующей желто-оранжевой области спектра.
Отмеченные недостатки устранены в более совершенном пиротехническом составе по патенту RU 2394802 С1, С06В 33/04, С06В 31/02, 2010 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав содержит, мас. %: 45-47,5 магниевого порошка, 21-23,5 нитрата натрия, 23,3-25 силикат-глыбы (диоксида кремния) и 5-10 стеарата кальция.
Известный состав характеризуется повышенной силой света при горении, имеет удельную светосумму в 7,7 раза выше аналога, насыщенность цвета пламени - 90%, излучает на доминирующей длине волны, соответствующей 570 нм.
Недостатком этого пиротехнического состава желтого огня является гигроскопичность нитрата натрия, что ограничивает практическое использование состава в сигнальных и фейерверочных зарядах.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение показателей назначения и расширение области применения негигроскопичных зарядов без оболочки.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав желтого огня, содержащий цветообразующий нитрат металла, магниевый порошок, стеарат кальция и вещество на основе диоксида кремния, согласно изобретению, он в качестве цветообразователей включает нитрат бария и нитрат стронция, усилитель цвета - порошок хлорпарафина ХП-66Т и комплекс технологических добавок в составе фторкаучука СКФ-32-20, феноло-формальдегидной смолы СФ-342А и графита пиротехнического «П», а в качестве вещества, содержащего диоксид кремния - белую сажу БС-100 при следующем соотношении компонентов (мас. %):
нитрат бария
37-43
нитрат стронция
27-25
магниевый порошок
12-15
стеарат кальция
1-2
хлорпарафин ХП-66Т
9-11
сажа белая
0,5
смола СФ-342А
5,5-6,5
фторкаучук СКФ-32-20
1,5-2,5
графит «П»
0,5.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили функциональную надежность пиротехническим зарядам после арсенального хранения с неизменным уровнем показателей назначения, что определяет пригодность для массового производства сигналов и фейерверков.
Комплекс окислителей нитрата бария и нитрата стронция при смешивании продуктов реакции формирует радикально желтый цвет пламени, а выбранное оптимальное их массовое соотношение обеспечивает насыщенность пламени желтым цветом.
Магниевый порошок в пиротехническом составе по изобретению служит в качестве активного горючего и сгорает белым огнем, увеличивая силу света.
При содержании в пиротехническом составе магниевого порошка меньше 12 мас. % снижается скорость горения, в результате чего интенсивность окрашивания пламени цветом ниже и уменьшается сфера разлета пироэлементов фейерверка.
При содержании в пиротехническом составе магниевого порошка больше 15 мас. % происходит частичное выгорание компонентов из-за динамичного горения и не достигаются заданные показатели назначения по яркости и насыщенности фейерверка, сокращается дальность видимости и различимости сигнала.
Порошок хлорпарафина ХП-66Т, широко применяемый в отрасли хлорсодержащий реагент, является усилителем цвета, генерируя в пламени монохлориды металлов, излучающих желтым цветом.
При содержании в пиротехническом составе порошка хлорпарафина меньше 9 мас. % в продуктах горения недостает реакционного хлора, в результате чего насыщенность пламени желтым цветом невыразительная.
При содержании в пиротехническом составе порошка хлорпарафина больше 11 мас. % снижается скорость горения, вследствие чего не достигаются заданные показатели назначения.
Стеарат кальция - технологическая добавка, которую вводят для снижения чувствительности состава к трению для улучшения прессуемости зарядов. При этом в данном пиротехническом составе стеарат кальция усиливает насыщенность цвета желтого пламени, так как при горении дополнительно образует желтый оттенок огня.
Диоксид кремния (сажа белая БС-100) в пиротехническом составе используется как активный сорбент, загущающий смешанную композицию перед грануляцией.
При содержании в пиротехническом составе по изобретению сажи белой больше 0,5 мас. % снижается интенсивность свечения пламени из-за образования дыма - в фейерверках ухудшается зрелищный эффект.
В качестве органического горючего вводится идитол - феноло-формальдегидная смола СФ-342А, которая растворяется ацетоном, содержащимся (80 мас. %) во фторкаучуке СКФ-32-20, и выполняет функции связующего, обеспечивая при смешивании равномерное распределение компонентов состава. Из готового продукта растворитель удаляется при сушке провяливанием.
Фторкаучук СКФ-32-20 выполняет функции цементатора приготавливаемой смеси, в результате чего обеспечивается повышенная прочность формуемых из нее пиротехнических элементов, как фейерверочных больших калибров, так для сигнальных патронов, подвергающихся большим динамическим нагрузкам при выстреле.
Графит пиротехнический в качестве технологической добавки в готовый состав вводится опудриванием сформированных из приготовленной смеси гранул перед последующим формованием таблеток на роторном прессе, снижая трение и улучшая условия объемной осадки заготовки.
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.
Количественное соотношение структурных компонентов пиротехнического состава желтого 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.
Предложенный пиротехнический состав изготавливают и формуют в заряды по принятой в отрасли промышленной технологии на действующем оборудовании.
Для смешивания предварительно просушенных, измельченных и просеянных порошковых компонентов пиротехнического состава их загружают в лопастной смеситель мерными долями (мас. %): 40±3 нитрат бария, 26±1 нитрат стронция, 13,5±1,5 магниевый порошок МПФ-3, 1,5±0,5 стеарат кальция, 10±1 хлорпарафин ХП-66Т и 6±0,5 смола СФ-342, которые смешивают в течение 10-15 минут.
После этого в смеситель вводят предварительно приготовленный раствор 2±0,5 фторкаучука СКФ-32-20, включающего 80 мас. % ацетона, и сажу белую в количестве 0,5 мас. %
Дополнительное смешивание проводят в течение 5-7 минут до полной гомогенизации материала, который выгружают на сита №1,25 и протирают, формируя гранулы.
Гранулированный материал на лотках слоем 2-Зсм сушат провяливанием до содержания летучих не выше 0,7 мас. %, после чего вновь загружают в смеситель совместно с графитом пиротехническим в количестве 0,5 мас. %.
При смешивании в течение 3-5 минут происходит опудривание гранул состава тонким слоем графита, что облегчает последующее прессование зарядов, звездок и различных пироэлементов.
Для оптимизации количественного соотношения компонентов 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 приготовленных зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, представленных ниже.
Натурные испытания опытных образцов №№2-4 предложенного пиротехнического состава показали рост свечения на большей дальности видимости и различимости насыщенного желтым цветом сигнального огня и яркий зрелищный эффект фейерверка с повышенной дистанцией разлета его пиротехнических элементов.
Состав образца №1 характеризуется неудовлетворительной цветностью пламени при горении, когда не достигается выраженного желтого цвета, что ограничивает использование в качестве сигнального огня.
Состав №5 при горении имеет пламя насыщенное желтым цветом, но не ярким, при этом заряды из него крошатся.
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.