ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ДЫМООБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ
PYROTECHNIC SMOKE-PRODUCING COMPOSITION

Изобретение относится к термическим составам, а более конкретно к средствам для образования дымовых завес посредством реакции двух или нескольких твердых веществ, и может быть использовано в качестве пиротехнического состава, при горении которого образуется оранжевый дымовой сигнал.
В настоящее время в качестве дневных сигнальных дымов используются три цвета: белый, черный и оранжевый как наиболее контрастные и различимые.
Предлагаемое изобретение касается пиротехнического дымообразующего состава, который при горении формирует дымовой сигнал оранжевого цвета.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымообразующий состав оранжевого цвета, содержащий окислитель - хлорат калия, органическое горючее в виде смеси дициандиамида, тиомочевины и антрацена и краситель жирорастворимый органический оранжевый, описанный в изобретении SU №252127, С06d, 1969 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному дымообразующему составу.
Известный пиротехнический состав относится к основному типу дымообразующих составов, которые содержат дымообразующие вещества в готовом виде.
Перечисленные компоненты описанного дымообразующего пиротехнического состава содержатся в следующем соотношении, мас.%:
хлорат калия
17-23
краситель жирорастворимый
органический оранжевый
55-65
антрацен
4-6
дициандиамид
8-12
тиомочевина
4-6.
Соотношение окислителя и комплексного органического горючего в термической основе известного пиротехнического дымообразующего состава оптимизировано для дымообразования при его горении.
Дициандиамид функционирует в качестве дымообразователя, повышая контрастность цвета генерируемого дыма.
Тиомочевина является пламегасителем, сохраняя от сгорания дисперсную фазу дыма.
Антрацен технический в составе использован как органическое горючее, частично сгорая и частично возгоняясь, дополнительно выполняет функции дымообразователя.
Недостатком известного дымообразующего пиротехнического состава является низкий выход целевого аэрозоля по причине того, что избыток жирорастворимого красителя оранжевого при сгорании образует шлаковый остаток, задерживающий генерируемый дым, который фильтруется, чем заметно уменьшается дисперсионная фаза красителя. Формируемый оранжевый сигнал при этом получается неконтрастным и плохо различимым на удалении.
Хлорат калия является активным окислителем, поэтому краситель плохо возгоняется, подвергается термодеструкции, в результате чего образуется много шлаков и дым обесцвечивается.
Увеличение доли хлората калия в составе приводит к его полному сжиганию, а цвет дыма практически пропадает.
Известный состав при горении дает вспышки пламени, нарушающие равномерность горения, которые резко снижают количество генерируемого дыма, приобретающего сероватый оттенок, а с учетом содержания в нем органического оранжевого красителя дым получается грязно-оранжевого цвета, то есть не обеспечивается получение дымового облака характерного оранжевого цвета.
Таким образом, описанный состав практически может применяться при дополнительном введении в структуру пламегасителей (10-15 мас.%), что снижает массовое содержание основных компонентов и, как следствие, выход дыма, то есть целевая эффективность по назначению невысокая.
Использование описанного дымообразующего пиротехнического состава в качестве сигнального (при добавлении оранжевого красителя) неэффективно из-за неполной возгонки органического красителя.
При этом в образующемся шлаковом осадке происходит фильтрация дыма, дисперсная фаза генерируемого аэрозоля оседает и не выносится в атмосферу, что в результате дает грязно-оранжевый цвет дыма, неконтрастный, плохо различимый на ограниченной дальности видимости, то есть нефункциональный по назначению.
Известный состав характеризуется высокой пористостью, развитая поверхность которого обеспечивает большую скорость горения, что сильно ограничивает возгонку органического красителя, большей частью подвергающегося термодеструкции, в результате чего насыщенность дыма оранжевым цветом получается низкая, недостаточная для использования в качестве сигнального.
Кроме того, известный состав нетехнологичен при смешивании компонентов из-за пыления, что небезопасно.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение показателей назначения, функциональной надежности и технологичности нового пиротехнического состава для сигнального дыма оранжевого цвета.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический дымообразующий состав, включающий хлорат калия - окислитель, органическое горючее в виде смеси антрацена, дициандиамида и тиомочевины и жирорастворимый органический оранжевый краситель, согласно изобретению, дополнительно содержит гексахлорэтан и технологическую добавку - масло индустриальное, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хлорат калия
18-22
гексахлорэтан
28-30
жирорастворимый органический
оранжевый краситель
28-32
антрацен
4-6
дициандиамид
9-11
тиомочевина
4-6
масло индустриальное
0,9-1,1.
Отличительные признаки обеспечили получение нового функционального качества пиротехнического дымообразующего состава - эффективное генерирование сигнального дыма оранжевого цвета: при снижении вдвое, сравнительно с прототипом, массы красителя достигнуты более высокие показатели назначения за счет полного образования выноса дисперсной фазы, что создает контрастный устойчивый дымовой сигнал оранжевого цвета.
Новый состав при горении образует насыщенное и чистое цветное дымовое облако, за счет увеличения дымогазовыхода при полном сгорании и эффективной возгонки компонентов, является более технологичным в изготовлении.
Выбранное содержание хлората калия в дымообразующем составе направлено на смещение в отрицательном направлении его кислородного баланса, надежно обеспечивающего беспламенное дымообразование и полноту возгонки дымообразователей.
При содержании в предложенном пиротехническом составе хлората калия более 22 мас.% повышается активность термической основы состава и скорость его горения с образованием пламени, что заметно снижает выход дыма.
При содержании в пиротехническом составе окислителя хлората калия меньше 18 мас.% не обеспечивается заданное время дымообразования, то есть существование цветного сигнала.
Особенностью предложенного пиротехнического дымообразующего состава оранжевого цвета является введение в него нового функционального компонента гексахлорэтана, который является инертным разбавителем генерируемого дыма и, имея очень высокую летучесть, служит в качестве рабочего тела для выноса диспергируемого оранжевого красителя.
Гексахлорэтан переводит краситель в аэродисперсное состояние, которое обеспечивает дыму насыщенный устойчивый цвет.
Использование в качестве возгоняющегося дымообразователя гексахлорэтана определяется его высокой летучестью, хорошей способностью пламегашения и тем, что при сгорании он не образует шлаков, фильтрующих дым, повышая тем самым эффективность действия пиротехнического состава по назначению.
В результате этого увеличивается количество генерируемого дыма - дисперсной фазы сигнального облака, что повышает функциональность пиротехнического дымового состава, выражающуюся в насыщенности оранжевого цвета для повышения дальности видимости и различимости формируемого сигнала при горении заряда из него.
Введение в пиротехнический состав гексахлорэтана более 30 мас.% нецелесообразно, потому что при этом нет роста эффективности показателей назначения.
При содержании в пиротехническом дымообразующем составе гексахлорэтана меньше 28 мас.% возможно пламенное его горение, что приведет к заметному снижению дымообразования.
Введение в пиротехнический состав жирорастворимого органического оранжевого красителя (ГОСТ 7461-77) по определению обеспечило окрашивание генерируемого аэрозоля чистым насыщенным цветом, хорошо визуально различимым в качестве нормативно установленного сигнала.
Выбор этого оранжевого красителя обоснован тем, что он легко возгоняется при относительно низких (500-600°С) температурах горения состава на термооснове хлорат калия - органическое горючее. Характерным при этом является стабильность горения композиции и полная возгонка органического красителя в структуре предложенного комплекса компонентов дымообразующего состава.
Массовая доля оранжевого жирорастворимого красителя в дымообразующем пиротехническом составе оптимизирована для полного диспергирования без термодеструкции с улучшением сигнальных свойств генерируемого дыма.
При введении в пиротехнический состав жирорастворимого органического оранжевого красителя в количестве меньше 28 мас.% снижается концентрация дыма, который имеет недостаточную оптическую плотность (рассеивающую способность), снижающую дальность видимости и различимости цветного сигнала.
При содержании в пиротехническом составе жирорастворимого органического оранжевого красителя больше 32 мас.% не обеспечивается полноты его возгонки для использования по назначению, то есть является балластным.
Качественный и количественный состав смеси органического горючего принципиально сохранился для обеспечения достигнутых полезных свойств.
Массовое содержание антрацена в пиротехническом составе в структуре смеси органического горючего оптимизировано для того, чтобы получить ее полное сгорание и максимальное газовыделение с образованием дополнительной дисперсной фазы генерируемого аэрозоля.
Дициандиамид в предложенном пиротехническом составе дополнительно служит в качестве дымообразователя, что повышает эффективность цветного дымового сигнала.
Тиомочевина в составе дополнительно служит пламегасителем для повышения насыщенности дыма цветом.
Суммарное содержание в пиротехническом составе органического горючего более 23 мас.%, в том числе антрацена - 6 мас.%, дициандиамида - 11 мас.% и тиомочевины - 6 мас.%, является балластным, так как при взаимодействии с хлоратом калия (22 мас.%) избыток органического горючего подвергается термодеструкции, в результате чего белая основа дыма окрашивается в серый цвет, а в целом дымовой сигнал имеет грязно-оранжевую окраску, не соответствующую нормативно установленному цвету.
При содержании в пиротехническом составе органического горючего меньше 17 мас.%, в том числе антрацена - 4 мас.%, дициандиамида - 9 мас.% и тиомочевины - 4 мас.%, термическая основа, образованная совокупно с хлоратом калия (18 мас.%), не обеспечивает минимально необходимой энергетики для полной возгонки дымообразователей, то есть не сформируется требуемый дымовой оранжевый сигнал.
Дополнительное введение в предложенный пиротехнический состав масла индустриального улучшает его технологичность в переработке, снижает пористость, что уменьшает скорость горения, необходимую для возгонки летучих компонентов, и не оказывает отрицательного влияния на дымообразование.
Технологическая добавка - масло индустриальное оказывает заметное влияние на функциональность дымового сигнального состава тем, что снижает его пористость, исключая нестабильность горения, вплоть до перехода в объемное горение, при котором не образуется оранжевого дыма из-за его сгорания, то есть необходимый цветной сигнал вырождается.
При смешивании компонентов состава в присутствии масла индустриального исключается пыление, композиция хорошо прессуется в заряды.
При введении в пиротехнический состав масла индустриального меньше 0,9 мас.% ухудшается прессуемость заряда и повышается чувствительность к трению из-за неполного смачивания смешиваемых компонентов.
Содержание в пиротехническом составе масла индустриального больше 1,1 мас.% приводит к его экссудации на поверхность заряда при прессовании.
Авторами настоящего изобретения обнаружены новые функциональные свойства гексахлорэтана в предложенном дымообразующем пиротехническом составе: он служит термовозгоночным дымообразователем, который выносит практически без шлаковых остатков все структурные элементы в аэродисперсном состоянии, обеспечивая формирование устойчивого насыщенного цветного сигнала длительного действия.
Следовательно, каждый существенный признак необходим; а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для получения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Количественное соотношение компонентов предложенного сигнального дымообразующего пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и проверено натурными испытаниями опытных зарядов, которые подтвердили достижение требуемого качества сигнала оранжевого цвета.
Дальность видимости и различимости сигнального дыма оранжевого цвета, полученного при горении предложенного пиротехнического состава, сравнительно с известным, увеличилась в среднем в полтора раза, что позволяет рекомендовать его для практического использования.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехническим дымовым сигналам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного изготовления состава на действующем оборудовании пиротехнического производства можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.