ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
ILLUMINATING PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к осветительным составам, включающим измельченные горючие металлы и нитраты щелочных и щелочноземельных металлов в качестве окислителя.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический осветительный состав, описанный в изобретении RU 2013157783 А, С06В 33/14, С06В 31/02, опубл. 10.07.2013 г., который включает нитрат бария, магниевый порошок, цветопламенное окислительное вещество - фторопласт, в качестве органического горючего связующего канифоль в олифе и дополнительный газообразующий компонент - углекислый магний (карбонат магния.), которые оптимизированы в следующем массовом соотношении:
нитрат бария
41-50
магниевый порошок
42-45
фторопласт
3-5
карбонат магния
3-5
раствор канифоли в олифе
2-4
Введение в пиротехнический состав природного углекислого магния увеличило газообразование при горении, что ускорило диспергирование и вынос в генерируемое аэродисперсное образование твердых раскаленных частиц, излучающих в видимом диапазоне спектра. При этом образуется оксид магния, окрашивающий пламя чистым белым цветом, разбавляя и нейтрализуя зеленый окрас, формируемый при горении нитрата бария.
Фторопласт, взаимодействуя при горении состава с металлическим горючим, образует фторид магния, что способствует увеличению суммарной силы света пламени.
Недостатком описанного осветительного состава является неудовлетворительная функциональность основного действия из-за относительно низкой яркости и светимости формируемого при горении аэродисперсного образования, что ограничивает применение зарядов из этого состава в светлое время суток.
Более совершенным и универсальным осветительным пиротехническим составом, действие которого исключает указанный недостаток, является состав по заявке на изобретение RU 2013157786, С06В 31/02, по которой принято решение о выдаче патента.
Известный осветительный пиротехнический состав включает нитрат бария, магниевый порошок, карбонат магния в качестве диспергатора шлаков в волне горения, органическое горючее связующее - 25%-ный раствор канифоли в олифе и в качестве цветопламенной добавки криолит (алюмофторид натрия), при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрат бария
41-47
магниевый порошок
42-44
криолит
4-5
карбонат магния
3-5
раствор канифоли в олифе
4-5
3
6
3
Введение в пиротехнический состав криолита (химической формулы NaAlF) обеспечило при горении смещение спектра излучения дисперсной фазы (AlF, NaF, MgO) монохромным зеленым цветом к более ярко-белому, что увеличило светимость и яркость формируемого аэродисперсного образования.
3
Спектральное излучение дисперсной фазы AlF и NaF, генерируемой при горении криолита, по визуальной оценке, более близкое к солнечному излучению, сравнительно с излучением оксидов магния и бария.
Недостатком известного осветительного пиротехнического состава является нестабильность воспламенения спрессованных зарядов из него, что вынуждает применение специальных средств воспламенения.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технологических возможностей его использования в изделиях со штатными средствами воспламенения, то есть модернизация известного состава, обладающего повышенной чувствительностью к тепловому импульсу.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный осветительный пиротехнический состав, содержащий окислитель - нитрат бария, магниевый порошок в качестве металлического горючего, спектральный корректор криолит, карбонат магния в качестве диспергатора шлаков в волне горения и органическое горючее связующее - 25%-ный раствор канифоли в олифе, согласно изобретению дополнительно включает тиомочевину, при следующем соотношении компонентов (мас. %):
нитрат бария
42-47
магниевый порошок
40-43
криолит
4-3
карбонат магния
2-6
раствор канифоли в олифе
5-3
тиомочевина
2-3
Отличительные признаки предложенного технического решения повысили функциональность осветительного состава по основному действию, при сопутствующем улучшении характеристик назначения, в частности активизировав воспламеняемость и формирование при горении со скоростью 1,8-2,0 мм/с аэродисперсного образования, излучающего в оптическом спектре, преимущественно на длине волны видимого диапазона 0,5-0,6 мкм.
От дополнительного введения в структуру состава тиомочевины, действующей в сочетании с карбонатом магния, увеличился выход дисперсной фазы белого цвета и активизировалось зажжение и горение уплотненного заряда, что в итоге сократило время формирования излучающего аэродисперсного образования повышенной светимости и яркости
Серосодержащая тиомочевина обеспечила активацию воспламенения и горения пиротехнического состава осветительных зарядов, при этом выделяющаяся свободная сера, взаимодействуя с металлами, образует дополнительную дисперсную фазу, излучающую в видимом диапазоне спектра.
2
2
3
2
2
2
При горении тиомочевина дополнительно выделяет большое количество газов (HS, NH, CS, NH, CN, N), чем повышается динамика формирования излучающего в видимом диапазоне спектра аэродисперсного образования, действие которого по освещению местности ярким белым светом значительно улучшилось.
Минимально необходимое количество тиомочевины в составе, достаточное для достижения качественных показателей, без ухудшения функциональности установлено в диапазоне 2-3 мас. %.
При содержании в осветительном пиротехническом составе тиомочевины менее 2 мас. % резко падает скорость горения зарядов, снижается быстродействие по генерированию излучающего аэродисперсного образования, а также замедляется его вынос из-за падения газообразования, уменьшающего объем рабочего тела, транспортирующего дисперсную фазу в атмосферу.
Содержание в осветительном пиротехническом составе тиомочевины более 3 мас. % является балластным, так как при этом не происходит повышения эффективности горения термической основы состава и скорости выноса излучающих твердых частиц.
При содержании в осветительном пиротехническом составе нитрата бария менее 42 мас. % не достигается заданная скорость горения термической основы, в результате чего утрачивается функциональность зарядов по основному назначению.
При содержании в осветительном пиротехническом составе нитрата бария более 47 мас. % светимость продуктов горения происходит преимущественно в зеленой области спектра излучения, что не соответствует его назначению в качестве осветительного.
При содержании в осветительном пиротехническом составе магниевого порошка менее 40 мас. % снижается яркость излучения белым цветом пламени из-за недостатка теплотворной способности и развиваемой температуры горения зарядов.
При содержании в осветительном пиротехническом составе магниевого порошка более 43 мас. % снижается время свечения газоаэрозольного образования из-за избыточной скорости горения, что особенно сказывается в малогабаритных факелах.
При содержании в осветительном пиротехническом составе криолита менее 3 мас. % не обеспечиваются заданные параметры светового излучения.
Содержание в осветительном пиротехническом составе криолита более 4 мас. % является балластным, так как этот малоактивный компонент тормозит горение состава, вследствие чего не обеспечивается в полном объеме генерирование твердых частиц дисперсной фазы.
Смесь раствора канифоли в олифе с карбонатом магния образует вяжущую композицию, которая обеспечивает цементацию состава и каркасность уплотненных зарядов из него.
Раствор канифоли в олифе (25:75) представляет собой органическое горючее связующее, которое является предпочтительным для применения, так как обеспечивает безопасность в производстве осветительного состава и горении зарядов из него, при этом приготавливается из промышленно выпускаемых веществ, доступных и недорогих. Органическое горючее связующее - 25%-ный раствор канифоли живичной в олифе масляной является предпочтительным, потому что широко используется в пиротехническом производстве.
Особенностью предложенного технологического связующего (органического горючего) - раствора канифоли в олифе - является то, что оно целиком является структурным жидкотекучим компонентом состава, образующим липкую пленку на порошковых компонентах состава при смешивании, без присутствия дополнительного растворителя, который затем необходимо удалять.
В связующем по настоящему составу использована канифоль сосновая (ГОСТ 19113-84), промышленно получаемая из живичной смолы экстракцией скипидара, имеющей по техническим свойствам предпочтение относительно таловой и экстракционной канифоли.
При отработке состава по изобретению были опробованы преимущественно натуральные олифы на основе льняного или конопляного масла для улучшения смачиваемости порошкообразных компонентов состава.
Из существующего ряда олиф (искусственных, синтетических, алкидных) опробованы олифы на основе растительных масел, в частности натурального и оксоль, причем в изобретении выбрана для приготовления органического горючего связующего в смеси с канифолью живичной олифа масляная натуральная, из льняного масла.
Функционально действие этого связующего в структуре пиротехнического состава определяется улучшением воспламеняемости зарядов, при горении которых органическое горючее связующее полностью термически разлагается, увеличивая объем выносимых газов аэродисперсного образования, излучающего в видимом диапазоне спектра, что в результате освещает поверхность большей площади.
При содержании в пиротехническом осветительном составе раствора канифоли живичной в олифе масляной менее 3 мас. % не обеспечиваются необходимые технологические свойства - равномерность распределения компонентов при смешивании, возникает комкование, затрудняющее объемное дозирование и прессуемость состава в прочные заряды, полностью соответствующие тактико-техническим требованиям по эксплуатации.
При содержании в осветительном пиротехническом составе раствора канифоли живичной в олифе масляной более 5 мас. % ухудшается технологичность смеси и не достигаются требуемые каркасность и прочностные характеристики зарядов из него.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия осветительного пиротехнического состава, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по пиротехнике.
Изготовление осветительного состава по изобретению возможно на действующем пиротехническом производстве серийно.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Предложенный осветительный состав изготавливается в любом промышленном смесителе пиротехнического производства, в который загружаются все порошкообразные компоненты в оптимизированном соотношении (мас. %): 44±2,5 нитрат бария (ГОСТ 1713-79), 41±1,5 магниевый порошок марки МПФ-2 (ГОСТ 6000-79), 3,3±0,5 криолит (ГОСТ 19561-80), 4±2 карбонат магния (ГОСТ 6419-78) и 2,5±0,5 тиомочевина, которые перемешивают в течение 10 минут.
Затем в смеситель добавляют 4±1 25%-ного раствора канифоли живичной в олифе масляной и перемешивают состав до равномерного распределения компонентов в течение 10-15 минут.
Приготовленный пластифицированный пиротехнический состав направляют на прессование осветительных зарядов.
Количественное соотношение компонентов предложенного осветительного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов по назначению, которые показали достижение улучшенных характеристик по максимальной силе света аэродисперсного образования при горении состава, компоненты которого содержатся в пределах оптимизированных диапазонов.
В таблице приведены характерные рецепты составов испытанных зарядов, в которых компоненты находятся в пределах заявленных диапазонов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов содержания.
Испытания опытных образцов 2-4 осветительных зарядов из предложенного пиротехнического состава полностью подтвердили достижение технологических характеристик и показателей назначения по яркой продолжительной светимости аэродисперсного образования, генерируемого при горении зарядов, и повышенному их быстродействию.
Заряд состава 1 горит с пониженной скоростью 0,9 мм/с, форс пламени которого образует световое излучение, характеризующееся невыраженной светимостью ярким белым светом.
Заряд из состава 5 крошится, части которого горят стабильно, но воспламенение затруднительное и время свечения аэродисперсного образования зеленого оттенка при этом сокращается на треть от заданного.
Положительные результаты испытаний высокоэффективного и технологичного пиротехнического состава для осветительных зарядов позволяют рекомендовать его для серийного производства и поставки заказчикам.