ДЫМОВОЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
SMOKE PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к средствам для образования дымовых завес, а более конкретно к пиротехническим составам, содержащим металлический порошок и кислородвыделяющие соединения, при горении которых генерируется аэрозоль, формирующий на воздухе аэродисперсное образование высокой оптической плотности.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический металлохлоридный состав для образования при горении дымовой маскирующей завесы по патенту FR №2560371, F41H 3/00, 1982 г., который включает гексахлорэтан, перхлорат калия - активный окислитель, химически взаимодействующий с окисью цинка и металлическим горючем, повышая температуру горения и полноту сгорания функциональной композиции, содержащей неопреновое связующее для улучшения технологических свойств смеси в промышленном изготовлении зарядов.
Описанный пиротехнический состав, имеющий повышенное дымообразование, содержит перечисленные компоненты в следующем соотношении (мас. %):
гексахлорэтан
31
перхлорат калия
16
цинк
31
окись цинка
12
неопреновое связующее
10
Недостатком этого пиротехнического состава является неудовлетворительная маскирующая способность формируемой завесы серого цвета неконтрастного дыма из-за низкого содержания активного окислителя - перхлората калия и относительно низкой температуры горения состава для полного сгорания пиролизной сажи.
Кроме того, состав имеет ограниченное использование только в герметичных конструкциях из-за химического взаимодействия цинка с атмосферной влагой.
Более совершенным маскирующим составом, при горении генерирующим дым с повышенной кроющей способностью, является описанный в патенте RU №2353606 С1, C06D 3/00, С06В 33/12, 2009 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный дымовой состав содержит гексахлорэтан, перхлорат калия, алюминиевый порошок в качестве металлического горючего, окись цинка, активирующую добавку (хлорнаирит, пластифицированный дибутилсебацинатом) и аэросил в качестве технологической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гексахлорэтан
18-22
перхлорат калия
16-24
алюминиевый порошок
23-27
окись цинка
25-29
хлорнаирит
3-6
дибутилсебацинат
1-3
аэросил
1-2
Технологичный в переработке известный пиротехнический состав при горении генерирует контрастный белый дым, который характеризуется дополнительным качеством по поглощению лазерного излучения на длине волны 1,06 мкм от средств обнаружения и наведения, что расширяет функциональные возможности при использовании для маскировки техники при ослабленном сигнале отражения.
Присутствие дыма в воздухе понижает его светопроницаемость за счет поглощения или рассеяния значительной части электромагнитного излучения аэрозольными частицами завесы.
Равномерное распределение в композиции мелкодисперсного алюминия, при объемном контакте с окислителем, обеспечивает полноту сгорания состава, при этом дым генерируется ярко белого цвета.
Хлорнаирит, пластифицированный жидким дибутилсебацинатом, исключает пыление при смешивании компонентов пиротехнического состава и увеличивает плотность и прочность формируемого из него прессованием функционального заряда, который генерирует при горении аэрозоль с повышенной маскирующей способностью, так как хлорнаирит является дополнительным окислителем и органическим горючим в композиции.
Дибутилсебацинат при этом выполняет функции регулятора скорости горения.
Технологическая добавка - аэросил обеспечивает сыпучесть смеси компонентов, которую возможно дозировать объемно в автоматическом режиме.
Однако продолжением достоинств описанного состава является присущий недостаток, заключающийся в невозможности его практической реализации в серийном производстве дымовых зарядов маскирующего действия из-за недоступности добавок, являющихся импортными компонентами: производство хлорнаирита в Армении прекращено, аэросил изготавливается в Украине.
Кроме того, чувствительный к воспламенению известный состав, из которого заряды формируются прессованием, непригоден для переработки по прогрессивной и безопасной литьевой технологии.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является импортозамещение компонентов при улучшении технологичности дымового пиротехнического состава, имеющего отечественную сырьевую базу и обеспечивающего в эксплуатации заданные показатели назначения.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный дымовой пиротехнический состав, содержащий гексахлорэтан, перхлорат калия, алюминиевый порошок, окись цинка, активирующие и технологическую добавки, согласно изобретению включает в качестве активирующих добавок смесь порошкового хлорпарафина и хлорпарафина жидкого с тиомочевиной, а в качестве технологической добавки - графит пиротехнический, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гексахлорэтан
24-27
перхлорат калия
16-20
алюминиевый порошок
18-16
окись цинка
30-26
порошок хлорпарафина
3-4
хлорпарафин жидкий
2-3
тиомочевина
3-5
графит пиротехнический
1-2
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили импортозамещение компонентов при повышении технологической безопасности пиротехнического состава, функциональные заряды из которого стало возможным изготавливать по литьевой технологии экструзией.
Введение в дымообразующий состав смесь доступных, отечественного производства порошкового хлорпарафина марки ХП-1100 и жидкого хлорпарафина марки ХП-470, являющихся поставщиками хлорирующего агента HCl, обеспечило образование при горении состава хлоридов металла и пиролизной сажи, частички которой имеют размер половины падающей длины волны лазерного (1,06 мкм) и инфракрасного (1,2 мкм) излучений.
Это соответственно формирует оптически плотную завесу и обеспечивает значительное снижение отраженных сигналов за счет их поглощения в объеме завесы, в результате чего в электронных средствах обнаружения и наведения отраженные сигналы не идентифицируются с визуально маскируемой техникой, при скрытном ее передвижении с работающими двигателями.
Гексахлорэтан - основной хлорсодержащий окислитель функционально служит для формирования дисперсной фазы аэрозоля за счет образования при горении хлоридов металлов структурных компонентов состава.
Перхлорат калия, как активный кислород- и хлорсодержащий окислитель, стабилизирует горение основного дымообразующего компонента, имеющего низкую скорость горения.
При содержании в дымовом пиротехническом составе гексахлорэтана меньше 24 мас. % и перхлората калия меньше 16 мас. % снижается активность горения, в результате чего эффективность дымообразования уменьшается до уровня аналогов и не удовлетворяет тактико-техническим требованиям по постановке маскирующей завесы.
Содержание в пиротехническом составе окислителей гексахлорэтана больше 27 мас. % и перхлората калия больше 20 мас. % является балластным, так как при этом нет существенного повышения дымообразования.
Порошок алюминия является металлическим горючим термической основы состава и предназначен для создания необходимой его теплотворной способности для стабильного горения заряда при активном окислении структурным хлором окислителей.
Порошок алюминия, распределенный в составе, служит для создания хлоридов алюминия, образующих дымовое облако и, кроме того, температура горения алюминия разогревает окись цинка для активации замещения кислорода хлором окислителей, при котором образуется хлорид цинка - основное дымообразующее вещество, обеспечивающее контрастность дымовой завесы, обладающей ярким белым цветом.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминия меньше 16 мас. % и окиси цинка меньше 26 мас. % формируемая дымовая завеса нефункциональна из-за ее низкой оптической плотности, не обеспечивающей визуальную маскировку объектов техники, потому что при горении недостаточно образуется хлоридов металлов.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминия больше 18 мас. % и окиси цинка больше 30 мас. % снижается выход в аэрозоль функциональных хлоридов из-за дефицита окислителей.
При содержании в пиротехническом составе окиси цинка меньше нижнего предела оптимизированного диапазона резко снижается время существования дымовой завесы, а больше верхнего предела - снижается оптическая плотность маскирующего облака из-за повышенного шлакообразования структурных компонентов состава.
Использование в предложенном составе смеси порошкового хлорпарафина и хлорпарафина жидкого с тиомочевинной улучшает технологические свойства равнозначно действию хлорнаирита с дибутиленсебацинатом в составе по прототипу, но при этом создается неоспоримое преимущество по доступности материалов, имеющих отечественную сырьевую базу, что позволяет организовать промышленное производство пиротехнических функциональных зарядов на штатном оборудовании.
При введении в дымообразующий состав порошка хлорпарафина меньше 3 мас. % генерируемое аэродисперсное образование приобретает серый цвет из-за недостатка хлоридов металлов и маскирующая способность снижается.
Введение в дымообразующий состав порошка хлорпарафина больше 4 мас. % не создает заметного улучшения показателей назначения маскирующей завесы.
Жидкий хлорпарафин в пиротехническом составе служит в качестве пластификатора, смачивая полностью всю композицию при температуре нагрева для литья состава непосредственно в корпус изделия, и является поставщиком дополнительного хлора, что соответственно улучшает технологичность и повышает эффективность дымообразования.
Жидкий хлорпарафин служит источником пиролизной сажи, частички которой имеют размер половины падающей длины волны лазерного и инфракрасного излучений, что по определению обеспечивает их поглощение, значительно снижая отраженный сигнал, формируя тем самым помеху локации.
При содержании в пиротехническом составе хлорпарафина жидкого меньше 2 мас. % не обеспечивается литьевая технология переработки в заряды, а при смешивании сухих компонентов, которые пылят, возникает взрывоопасность высокочувствительной взвеси в производственном помещении.
При содержании в пиротехническом составе хлорпарафина жидкого больше 3 мас. %) происходит недопустимая его экссудация на поверхность формируемых литьем зарядов.
Активирующая горение добавка - тиомочевина в пиротехническом составе также служит газообразователем, обеспечивающим вынос в аэрозоль генерируемой при горении дисперсной фазы, при этом выделяется структурная сера, химически активно взаимодействующая с инертным алюминием, что дополнительно увеличивает дисперсную фазу аэрозоля.
При содержании в пиротехническом составе тиомочевины меньше 3 мас. % не обеспечивается необходимая степень диспергирования реагентов при формировании маскирующей дымовой завесы.
При содержании в пиротехническом составе тиомочевины больше 5 мас. % нет заметного улучшения функциональности и при этом количественно снижается содержание основных компонентов.
Графит пиротехнический марки «П» (ГОСТ 8295), имеющий сопоставимую дисперсность с остальными компонентами состава и не содержащий примесей, снижает чувствительность композиции на технологических операциях смешивания компонентов состава и переработки его в заряды.
Графит, в качестве технологической добавки, снижает чувствительность состава к воспламенению, что позволяет проводить его переработку в заряды литьем. Кроме того, графит, частично сгорая, образует мелкодисперсные частички сажи, которые в аэрозоле поглощают электромагнитное излучение средств локации.
При содержании в пиротехническом составе графита в качестве сухой смазки меньше 1 мас. % происходит неудовлетворительная флегматизация композиции и не снижается чувствительность к трению, что не исключает взрывоопасность состава в технологическом процессе.
Содержание в пиротехническом составе графита больше 2 мас. % является балластным.
Предложенный пиротехнический состав при горении формирует дымовую завесу повышенной оптической плотности, которая характеризуется поглощением лазерной энергии и высокой излучающей способностью дисперсной фазы в ближнем инфракрасном диапазоне (0,7-1,5 мкм), то есть интегральный сигнал электромагнитного излучения аэрозоля не идентифицируется электронными средствами обнаружения и наведения с работающими двигателями авто- и бронетехники при их скрытном перемещении в маскирующем облаке, что расширяет область применения состава.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивом единстве являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Предложенный состав приготавливается простым смешиванием компонентов в штатном смесителе по принятым в пиротехнической отрасли режимам и технологии.
В смеситель загружают мерное количество ингредиентов, согласно оптимизированному массовому соотношению (мас. %): 25,5±1,5 гексахлорэтана по ГОСТ 9991-74, 18±2 перхлората калия (CAS 7778-74-7), 28±2 окиси цинка (CAS 1314-13-2), 17±1 алюминиевой пудры марок ПАП-1 или ПАП-2 (ГОСТ 5494-95), 2,5±0,5 жидкого хлорпарафина марки ХП-470 (CAS 122-62-5), 3,5±0,5 порошка хлорпарафина марки ХП-1100, 4±1 тиомочевины по ГОСТ 6344-73 и 1,5±0,5 графита пиротехнического по ГОСТ 8295-73, которые перемешивают 18-20 минут для равномерного распределения компонентов в объеме смеси.
Затем из приготовленной смеси, нагретой до температуры 50°C, формируют мерные заряды литьем непосредственно в корпуса изделий.
Оптимальное массовое соотношение компонентов в предложенном дымовом пиротехническом составе для получения наилучших показателей назначения было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, что подтверждено результатами испытаний опытных образцов целевых зарядов.
Для огневых испытаний приготавливались опытные образцы из пиротехнических составов, включающих компоненты в пределах предложенных диапазонов их содержания, на границах и за границами этих диапазонов.
Характерные составы зарядов, прошедшие испытания представлены в Таблице.
Характерные дымовые пиротехнические составы
2
Огневые испытания предложенного дымового пиротехнического состава показали, что составы 2-4 полностью обеспечили достижение требуемых показателей назначения: при скорости горения не менее 2,0 мм/с дымообразующая способность составляет 98%, маскирующая способность - 4,9-5,2 м/г, при повышении на 15-20% дымообразующей способности, сравнительно с аналогами.
При этом композиция перерабатывалась в заряды по литьевой технологии экструзией.
Состав 1 нетехнологичен из-за пыления при смешивании компонентов, повышенной чувствительности к трению и затруднительного литья зарядов, характеризуется пониженным дымообразованием.
Состав 5 проявил длительность в постановке дымовой завесы из-за пониженной скорости горения и ухудшенного выноса дисперсной фазы, оседающего в шлаковых остатках, при этом в аэрозоле не выражено ИК-излучение.
Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия дымового пиротехнического состава не являются очевидными для специалиста по пиротехнике, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.
Изготовление пиротехнического состава из совокупности компонентов в предложенном массовом соотношении возможно осуществлять на действующем производстве по отработанной технологии.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Положительные результаты испытаний на эффективность маскирующего действия предложенного дымового пиротехнического состава позволяют рекомендовать его для серийного производства и поставок функциональных зарядов заказчикам.