ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
PYROTECHNICAL COMPOSITION

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в различных устройствах для надежной передачи горения в пиротехнической цепочке и формирования фронта горения рабочего заряда, например, из газогенерирующих составов.
Известен патент РФ №2091917, МПК Н01М 6/36, опубл. 27.09.97, в котором приводится пиротехнический состав для нагревателя теплового химического источника тока. Он имеет достаточно высокие значения скорости горения 60-290 мм/с и критические толщины горения 0,2-1,2 мм и состоит (мас.%) из железа 67-85, перхлората калия 10-18, молибдена 5-15. Пиротехнический состав приготавливается путем механического смешения компонентов в смесителе и предназначен для использования в тепловых батареях резервного типа в качестве нагревательного элемента, а также в устройствах с высоким тепловыделением. Основным недостатком состава является достаточно высокая подвижность шлаков при больших скоростях горения (более 150 мм/с), что ограничивает возможности его использования в качестве воспламенительного состава в газогенераторах с большим объемом генерируемого газа и запирающих пиротехнических клапанах.
Известен также пиротехнический состав (Патент РФ №2091359, МПК С06В 29/04, опубл. 27.09.1997), имеющий достаточно высокие значения удельного тепловыделения 350-480 кал/г, скорости горения 140-290 мм/с и критические толщины горения 0,3-1,0 мм. Он состоит (мас.%) из титана 82-92, перхлората калия 6-8, алюминия 2-10. Данный состав имеет температуру горения ~1700°С и обладает малоподвижными шлаками, надежно работает в огневой цепочке при задействовании газогенераторов с большим объемом генерируемого газа и запирающих пиротехнических клапанах. Для получения пиротехнического состава с такими характеристиками используется мелкодисперсный порошок титана, который получают по трудоемкой технологии, что сказывается на его стоимости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является пиротехнический состав, обеспечивающий надежность огневой цепи для цепей кратковременной задержки при срабатывании детонаторов (FR 2603576 (А1), МПК С06В, 29/02, опубл. 11.03.1988). Пиротехнический состав содержит окислитель - хлорат или перхлорат калия и, по крайней мере, один из двух восстановителей - порошок молибдена или вольфрама. Количество окислителя - хлората или перхлората калия в составе не превышает 5 мас.%. Этот пиротехнический состав дополнительно может содержать такие компоненты, как марганец, никель и кремний, температуры плавления которых выше температур горения составов, в которых они использованы.
При использовании в заявляемом пиротехническом составе марганца, никеля и кремния рецептура состава мас.% выглядит следующим образом,
молибден/вольфрам
65-98;
перхлорат калия
2-5;
марганец/никель/кремний
0-30.
Пиротехнический состав может быть использован для обеспечения временной задержки в детонаторах при проведении горных (шахтных) взрывных работ.
Пиротехнический состав, содержащий (мас.%): молибден - 97, перхлорат калия - 3 (патент FR 2603576 (А1), пример №8), позволяет обеспечить временную задержку 14,7 мс/мм при скорости горения состава 68 мм/с.Температура горения такого пиротехнического состава составляет 900°С.
восп
Недостатками данного состава, выбранного в качестве прототипа, является низкое удельное тепловыделение состава (не превышает ~52 кал/г), относительно небольшое значение скорости горения (не более 70 мм/с), что ограничивает возможность их использование в пиротехнической цепочке в качестве воспламенительного состава в быстросрабатывающих газогенераторах с большим объемом генерируемого газа. Низкое удельное тепловыделение состава (низкая калорийность) также ограничивает возможность его использования в огневой цепочке в случае передачи горения через тонкую неразрушаемую металлическую преграду к другому пиротехническому составу, имеющему низкую температуру воспламенения (Т~200°С). Кроме того, по нашим данным, состав очень чувствителен к трению, имеет второй класс опасности.
Задачей настоящего изобретения является увеличение удельного тепловыделения состава, скорости и температуры горения при сохранении низкого значения удельного газовыделения и исходных геометрических размеров шлаков (твердые малоподвижные шлаки).
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого технического решения, заключается в изготовлении пиротехнического состава со следующими характеристиками горения:
- скорость горения изменяется в зависимости от выбранной рецептуры от 149 до 549 мм/с, а температура горения - от 1050 до 1370°С;
3
- удельное газовыделение - от 0,1 до 1,2 см/г,
- удельное тепловыделение (калорийность) - от 62 до 202 кал/г;
- уровень безопасности при воздействии трением увеличивается с класса относительной опасности ручных работ - 2 до класса относительной опасности ручных работ - 6;
- степень относительной опасности при воздействии ударом на состав - низкая, класс опасности - 20;
- степень чувствительности к электрической искре высокая (энергия 50% срабатывания составляет 0,00042 Дж);
- температура воспламенения состава на воздухе - не менее 235°С, в аргоне - не менее 490°С;
- тонкие (0,4-1,0) мм слои состава надежно (не менее 0,9999 при доверительной вероятности - 0,9) сгорают при температуре минус 50°С со скоростью не менее 128 мм/с, а таблетки состава толщиной (0,4-1,0) мм при этой температуре надежно зажигают таблетку газогенерирующего состава, находящуюся в металлическом корпусе газогенератора;
- шлаки состава в тонких поджигающих слоях (~1 мм) твердые и практически не изменяют геометрических размеров исходного прессованного состава;
- состав обладает хорошей формуемостью и прессуемостью;
- возможность массового применения состава обусловлена доступностью и относительно низкой себестоимостью компонентов на территории Российской Федерации.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата пиротехнический состав, содержащий смесь порошков молибдена и перхлората калия, согласно изобретению дополнительно содержит дисульфид молибдена при следующем соотношении компонентов, мас.%:
порошок молибдена
85-96
перхлорат калия
3-10
дисульфид молибдена
1-5
3
Использование указанных компонентов и экспериментальный подбор их соотношений позволило авторам создать пиротехнический состав, который можно использовать, в частности, в качестве поджигающего элемента газового реактора с достаточно высокой надежностью горения в тонких слоях 0,4-1,0 мм, а также надежной передачи горения в огневой цепочке через тонкую неразрушаемую металлическую преграду. Требуемый уровень температуры горения и удельного тепловыделения, скорости горения, надежности горения и передачи горения в огневой цепочке обеспечивается выбором рецептуры состава. Экспериментально полученные характеристики горения заявляемого состава выше, чем у прототипа. Удельное газовыделение при горении заявляемых составов изменяется незначительно и остается крайне малой величиной (0,1 до 1,2 см/г). Шлаки заявляемого состава малоподвижны и практически не изменяют своих исходных геометрических размеров в тонких слоях поджигающего элемента. Использование в пиротехническом составе флегматизирующей добавки - дисульфида молибдена, а также подбор соотношения компонентов позволило повысить пиротехнические характеристики и уровень безопасности при проведении ручных работ заявляемого состава и одновременно облегчить условия его прессования. Класс относительной опасности пиротехнического состава при проведении ручных работ и воздействии трением меняется от 2 до 6, а при воздействии ударом остается на уровне 20. Сохраняется высокой степень чувствительности состава к электрической искре (к разряду статического электричества) - энергия 50% срабатывания не превышает 0,00042 Дж.
4
2
Для экспериментальной проверки заявляемого состава было приготовлено несколько пиротехнических составов на основе системы Mo-KClO-MoS с различным соотношением исходных компонентов, характеристики и параметры которых представлены в таблице. Состав готовится путем перемешивания исходных компонентов в шаровой мельнице. Для приготовления пиротехнических составов были использованы порошки молибдена (ТУ 14-22-160) марки ПМ99,95, перхлората калия (ТУ 6-09-3801) марки "ч", дисульфида молибдена (ТУ 48-19-133) марки ДМИ-7.
2
4
4
При изготовлении составов использовали порошки исходных компонентов в стадии их поставки заводом-изготовителем. Они имели размеры частиц порошка менее 100 мкм для Мо и МоS и менее 250 мкм для КСlO. В опытах преимущественно использовали сушеный порошок КСlO с размерами частиц менее 40 мкм. Результаты экспериментальных данных приведены в таблице.
Заявляемый пиротехнический состав (п.2-6 таблицы) после сгорания дает плотные шлаки, при этом сохраняется исходная форма состава. Выноса шлака из тонких (~1 мм) слоев поджигающего элемента и его усадки не наблюдается. Незначительная усадка шлака (но не более 0,08 мм) по диаметру и высоте сгоревшей таблетки состава отмечается на таблетках состава, запрессованных в металлические чашки диаметром 11 мм и высотой 6 мм для составов с большим временем обработки в смесителе.
Характеристики горения, такие как удельное тепловыделение, температура горения, скорость горения заявляемого пиротехнического состава (п.2-6 таблицы) значительно выше, чем у прототипа, указанные в п 1. таблицы (скорость горения не превышает 70 мм/с, температура горения - 900°С, удельное тепловыделение - 51 кал/г)
Согласно экспериментальным данным, представленным в таблице, оптимальный технический результат наблюдается у составов по п.4, 5 таблицы.
3
Пиротехнические составы, содержащие 1-5 мас.%. дисульфида молибдена (п.2-6 таблицы) обладают более низкой степенью чувствительности к трению (класс относительной опасности ручных работ 3-6) по сравнению с прототипом. Эти составы имеют достаточно высокий уровень скорости горения, 149-549 мм/с, удельное газовыделение - от 0,1 до 1,2 см/г, удельное тепловыделение - от 62 до 202 кал/г, температуру горения - от 1050 до 1370°С, приемлемый уровень надежности горения в тонком слое (~1 мм), после сгорания образуют твердые шлаки, сохраняющие исходную форму состава. Пиротехнические составы по п.4-6 обеспечивают надежную передачу горения в огневой цепочке через тонкую неразрушаемую металлическую преграду. Степень чувствительности к удару остается низкой (класс относительной опасности ручных работ - 20). Степень чувствительности к электрической искре остается высокой - энергия 50% срабатывания не превышает 0,00042 Дж. Использование в заявляемых пиротехнических составах порошка окислителя - перхлората калия различного фракционного состава (40 и 250 мкм) позволяет варьировать скоростью горения состава.
Экспериментальная проверка при температуре минус 50°С пиротехнических составов (п.2-6 таблицы), предназначенных для надежной передачи горения в пиротехнической цепочке и ускоренного формирования фронта горения газогенерирующих составов, дала положительные результаты при использовании их в тонком слое (0,4-1,0 мм) поджигающего элемента.