Термостойкий газогенерирующий состав
HEAT-RESISTANT GAS-GENERATING COMPOSITION

Изобретение относится к термостойким газогенерирующим составам, применяемым в пиропатронах пиромеханических устройств и эксплуатируемым в температурном диапазоне эксплуатации от минус (70±3)°С до плюс (155±5)°С.
Известны газогенерирующие составы [1, 2] на основе окислителя - перхлората аммония, металлического горючего - алюминия, горючего - хлорсодержащего соединения и газогенерирующей добавки - хлористого аммония. Хлорсодержащие компоненты в составе являются основными источниками агрессивных газов. А наличие металлического горючего приводит к появлению большого количества конденсированных продуктов сгорания.
Составы на основе окислителя - нитрата аммония марки ЖВ и горюче-связующего - метилполивинилтетразола [3, 4] не содержат токсичные и конденсированные соединения в продуктах сгорания. Однако составы с содержанием нитрата аммония менее 60 мас. % не обеспечивают высокие рабочие характеристики. Содержание нитрата аммония выше 60 мас. % приводит при горении состава к образованию сплошного слоя расплава нитрата аммония на поверхности горения, что является причиной низкой скорости горения состава и большого времени задержки его воспламенения. Кроме того, в газогенерирующих составах используется метилполивинилтетразол, который при горении приводит к образованию конденсированных продуктов сгорания (сажи) [5].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является газогенерирующий состав [6], принятый за прототип, содержащий нитрат калия, новолачную фенолформальдегидную смолу, основной карбонат магния и аммоний щавелевокислый одноводный.
Недостатки прототипа:
- низкая температура эксплуатации (не более 50°С);
- наличие значительного количества конденсированных продуктов сгорания, образующихся в результате использования нитрата калия.
Задачей изобретения является разработка газогенерирующего состава, позволяющего снизить образование конденсированных продуктов сгорания при увеличении термической стойкости и сохранении высоких рабочих характеристик.
Решение поставленной задачи осуществляется за счет того, что термостойкий газогенерирующий состав, содержащий окислитель, связующее и технологические добавки, отличается тем, что содержит в качестве окислителя 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан или смесь 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексана и 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктана при соотношении 3:1 соответственно, связующее - поливинилбутираль, технологические добавки - дибутилфталат, углерод технический, стеарат цинка, парафин и олеиновую кислоту в следующем соотношении компонентов, мас. %:
Поливинилбутираль
13,7-14,4
Дибутилфталат
3,6-4,0
Парафин
0,8-1,0
Олеиновая кислота
0,8-1,0
Углерод технический
0,3-0,5
1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан или
смесь 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексана
и 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктана
при соотношении 3:1 соответственно
80,8-79,1
Стеарат цинка (сверх 100%)
0,4-0,6
Массовая доля всех компонентов (за исключением стеарата цинка) в сумме составляет 100%, стеарат цинка вводится в состав сверх 100% по отношению к составу. 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан и 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан в качестве окислителей обеспечивают снижение содержания токсичных продуктов сгорания.
Газогенерирующие составы с 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктаном в качестве окислителя не дают надежного воспламенения при отрицательных температурах эксплуатации (минус 70°С). Составы со смесью 1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексана и 1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктана при соотношении 1:1 (массовое) имеют худшую механическую прочность (на 40-50%), чем предлагаемый состав окислителя (3:1 (массовое)). Увеличение содержания окислителя в составе выше 80,8% мас. приведет к снижению содержания связующего и, следовательно, к ухудшению прочностных свойств материала. При увеличении содержания связующего выше 14,4% мас. состав обладает хорошими прочностными свойствами, но при этом заметно снижаются значения рабочих характеристик и удельной газопроизводительности.
Дибутилфталат обеспечивает технологичность переработки массы и механическую прочность материала. При содержании в составе дибутилфталата менее 3,6% мас. прочностные свойства материала заметно ухудшаются. Остальные технологические добавки снижают внешнее трение и облегчают процесс проходного прессования, снижение их количества менее 2,3% мас. повышает опасность операции прессования. Физико-механические показатели прототипа, предлагаемого состава и состава за пределами граничных условий приведены в таблице 1.
Из таблицы видно, что предлагаемый состав (обр. 1, 2, 3) позволяет снизить содержание конденсированных продуктов сгорания по сравнению с прототипом примерно в 300 раз, увеличить значение удельной газопроизводительности с 410 до 487 нл/кг, обеспечить высокие работоспособность и температуру эксплуатации, а именно до 155±5°С (у прототипа не более 50°С).
Увеличение содержания связующего (более 14,4% мас.), снижение содержания окислителя (менее 79,1% мас.) и увеличение содержания всех технологических добавок в составе (выше 7,1% масс.) приводят к снижению работоспособности и понижению значения удельной газопроизводительности (обр. 5). При снижении содержания связующего (менее 13,7% мас.), увеличении содержания окислителя (более 80,8% мас.) и снижении содержания всех технологических добавок в составе (менее 7,1% мас.) наблюдаются высокие рабочие характеристики состава и большее значение удельной газопроизводительности (обр. 4). Однако при этом не обеспечиваются достаточные прочностные свойства продукта, к тому же производство состава такого типа является опасным в технологическом плане (высокая величина внешнего трения).
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент RU 2401254 «Газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов», C06D 5/06, C06B 29/22, опубл. 10.10.2010.
2. Патент RU 2395482 «Газогенерирующее топливо для скважинных аппаратов», C06D 5/06, C06B 29/22, опубл. 27.07.2010.
3. Патент RU 2481319 «Твердотопливный газогенерирующий состав», C06D 5/06, C06B 31/28, опубл. 10.05.2013.
4. Патент RU 2423339 «Твердотопливный газогенерирующий состав на основе нитрата аммония», C06D 5/06, C06B 31/32, опубл. 10.07.2011.
5. Патент RU 2444505 «Газогенерирующий состав на основе нитрата аммония», C06D 5/06, C06B 31/32, опубл. 10.03.2012.
6. Патент RU 2151135 «Газогенерирующий состав», C06D 5/06, A62D 1/06, опубл. 20.06.2000.