Пиротехнический состав красного огня
RED FIRE PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехнике, в частности к пиротехническим составам на основе нитратов металлов, которые предназначены для образования цветного огня при горении от химического взаимодействия нескольких твердых веществ и предназначено для формирования основного сигнального красного огня, установленного для военных, спасателей, туристов, охотников и проч.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав красного огня, описанный в патенте RU 2466119 C1, C06D 3/00, С06В 33/14, 2011 г., содержащем стронций азотнокислый, металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава, поливинилхлорид суспензионный, органическое горючее - канифоль и технологическую добавку - масло индустриальное, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стронций азотнокислый
69-72
порошок алюминиево-магниевого сплава
8-12
поливинилхлорид
14-17
канифоль
2-3
масло индустриальное
1-2.
Указанный пиротехнический состав в заряде характеризуется формированием при горении монохромного красного сигнала и технологичностью в приготовлении и переработке.
Заряды из этого пиротехнического состава пригодны для использования без оболочки, практически не меняя при хранении функциональности в качестве красного сигнального огня, хорошо видимого и различимого на удалении.
Однако, недостатком описанного пиротехнического состава является относительно невысокое время существования красного сигнального огня из-за повышенной скорости горения заряда, при этом снижается насыщенность огня характерным цветом, так как не весь объем реакционного цветообразующего стронция хлорируется, образуя монохлорид стронция, который служит основным излучателем красного монохромного цвета.
Отмеченные недостатки устранены в более совершенном пиротехническом составе красного огня по патенту RU 2540626 C1, С06В 31/02, С06В 33/04, 2013 г., который выбран по технической сущности и числу совпадающих существенных признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав включает стронций азотнокислый, порошок магния с размером частиц не более 60 мкм, хлорсодержащий цветопламенный реагент - порошок хлорпарафина ХП-66Т, органическое горючее связующее - идитол в форме раствора в ацетоне и цементатор - хлорпарафин жидкий ХП-470, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стронций азотнокислый
67-73
порошок магния
10-12
хлорпарафин порошок
12-14
хлорпарафин жидкий
2-3
идитол (на сухое вещество)
3-4.
Описанный пиротехнический состав красного пламени характеризуется повышенным временем существования сигнального огня, насыщенного ярким красным цветом, что позволило достичь большей дальности видимости и различимости, сравнительно с аналогами.
В известном пиротехническом составе, где практически сохранено массовое соотношения стронция азотнокислого и хлорсодержащего цветопламенного реагента, часть которого - хлорпарафин жидкий, дополнительно выполняющий роль цементатора, технологический диапазон содержания окислителя заметно расширен.
Жидкий хлорпарафин при смешивании компонентов состава обволакивает мелкодисперсные частички магния с последующим осаждением на сформированную липкую поверхность стронция азотнокислого, формируя кластеры термической основы, компоненты которой механически взаимосвязаны в непосредственном примыкании, что способствует активизации их химического взаимодействия.
Хлорпарафин жидкий в качестве технологической добавки, совместно с раствором идитола, обеспечивает равномерное распределение компонентов состава при смешивании и хорошую прессуемость состава в заряды при низких давлениях инструмента.
Порошок магния - активное металлическое горючее обеспечивает высокую скорость горения состава без повышения температуры горения, чем исключается выгорание функциональных компонентов и что, как следствие, способствует повышению излучающей способности огневого сигнала монохромным красным цветом.
Применение более дешевого и доступного порошка хлорпарафина, выпускаемого отечественным промышленным производством (взамен поливинилхлорида по прототипу), определяется относительно большим содержанием хлора - активатора красного цвета пламени.
Идитол - технологическая добавка (взамен масла индустриального) представляет собой раствор фенолоформальдегидной смолы СФ-342 в ацетоне, который флегматизирует пиротехнический состав, обеспечивая активацию горения, при этом, вступая в химическое взаимодействие с нитратом стронция, способствует повышению скорости горения состава и дополнительно обеспечивает газодинамический вынос генерируемых частиц монохлорида стронция, чем усиливается цветность пламени.
Использование в пиротехническом составе в качестве металлического горючего порошка магния дисперсностью не выше 60 мкм продиктовано необходимостью стабилизации воспламенения заряда, приготовленного уплотнением смеси компонентов, равномерно распределенных простым смешиванием. При этом достигается необходимая прочность заряда, который горит заданное время, формируя сигнал выраженного красного огня.
Продолжением отмеченных преимуществ являются присущие недостатки: неудовлетворительная насыщенность пламени красным цветом, что ограничивает дальность видимости и различимости сигнала, и нетехнологичность состава из-за использования в качестве растворителя ацетона, который высоколетуч, легко воспламеняется и взрываопасен в промышленном производстве, требует в обращении применения респираторов, перчаток, состав чувствителен к механическим нагрузкам, что ограничивает формование зарядов.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является улучшение технологичности приготовления смеси и формования из нее сигнальных зарядов, горение которых обеспечит более высокую насыщенность пламени ярким красным цветом.
Требуемый технический результат достигается тем, что пиротехнический состав красного огня, содержащий стронций азотнокислый, порошок металлического горючего, усилитель цвета - хлорпарафин ХП-66Т и органическое горючее связующее - раствор идитола, согласно изобретению, включает в качестве металлического горючего порошок алюминиево-магниевого сплава, окислитель дополнен калием хлорнокислым и стронцием углекислым, органическое горючее связующее выполнено в форме 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342 в этиловом спирте и дополнительно введен стеарат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стронций азотнокислый
25-31
калий хлорнокислый
24-26
стронций углекислый
11,5-12,5
хлорпарафин ХП-66Т
10,0-8,5
порошок алюминиево-магниевого сплава
15-17
смола СФ-342
7-9
стеарат кальция
1,5-2,0
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили улучшение технологичности приготовления состава смешиванием и формования из него зарядов, которые горят ярким пламенем красного насыщенного цвета, хорошо видимого и различимого на удалении.
Использование в качестве металлического горючего порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-4) повышает калорийность термической основы за счет присутствия алюминия, при сохранении динамики горения термической основы состава с магнием, связанным в сплаве, что допускает бескорпусное применение пиросигналов.
Использование в пиротехническом составе комплекса окислителей обеспечило новое качество термической основе состава: усиление цветности пламени красным при горении с повышенной скоростью.
Дополнительное введение стронция углекислого усиливает насыщенность красным цветом пламени, но он горит послойно и снижает скорость горения состава.
Для активации горения термической основы состава введен калий хлорнокислый, сильный окислитель, который обеспечивает объемное горение состава с повышенной скоростью, при этом генерируется реакционный хлор, усиливающий насыщенность огня цветом.
Комплекс цветообразующих окислителей, сопоставимый с прототипом по массовому содержанию в составе, определен из условия достижения наилучших показателей назначения экспериментальным путем и составляет в долевых частях: стронций азотнокислый 43±3, калий хлорнокислый 38,5±1,5 и стронций углекислый 18,5±1,5.
50%-ный раствор фенолоформальдегидной смолы СФ-342 (идитола) в этиловом спирте широко используется в пиротехническом производстве в качестве органического горючего связующего, обеспечивающий равномерное распределение компонентов состава простым смешиванием, при этом не вреден. Растворитель удаляется из приготовленной смеси послойной сушкой на лотках.
Технологическая добавка - стеарат кальция улучшает прессуемость зарядов, снижая чувствительность состава к трению при механических нагрузках.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Количественное соотношение компонентов предложенного пиротехнического состава красного сигнального огня рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по достижению показателей назначения при экспериментальном опробовании опытных образцов уплотненных зарядов.
Предложенная композиция приготавливается по принятой в пиротехнике технологии смешивания в штатном смесителе, куда помещают все порошковые компоненты мерными долями (мас. %): 28±3 калий азотнокислый, 25±1 калий хлорнокислый, 12±0,5 стронций углекислый, 16±1 ПАМ-4, 9,25±0,25 хлорпарафин ХП-66Т и 1,75±0,25 стеарата кальция, которые смешивают в течение 7-10 минут.
После этого в приготовленную смесь добавляют 50%-ный раствор фенолоформальдегидной смолы СФ-342 в этиловом спирте в количестве 16±2 мас. %, после чего смешивают в течение 5-7 минут до равномерного распределения компонентов в объеме.
Приготовленную смесь выгружают и провяливают на стеллаже до содержания летучих не более 0,6 мас. %, после чего направляют на прессование зарядов заданных формы и размеров.
С целью оптимизации количественного соотношения компонентов состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включали структурные компоненты в пределах предложенного диапазона, в его середине и за границами оптимизированных значений необходимого минимального и максимального количества их массового содержания в составе.
Достижение улучшенных показателей назначения иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, представленных ниже в Таблице.
Характерные составы для испытаний
Натурные испытания опытных образцов зарядов из составов №№2-4 полностью подтвердили достижение показателей назначения и пригодность их для использования в качестве сигналов красного огня.
Состав №1 характеризуется неудовлетворительной насыщенностью пламени красным цветом, снижающей дальность различимости сигнала, при этом время сушки приготовленного материала продолжительное для серийного производства сигнальных зарядов.
Состав №5 нетехнологичен из-за ухудшения прессуемости зарядов, которые крошатся, имеет относительно низкую скорость горения с образованием пламени невыразительного красного цвета, что сокращает дальность видимости сигнала.
Предложенный пиротехнический состав характеризуется эффективным и стабильным формированием красного сигнального огня, дальность видимости и различимости которого увеличена на 15-18%, сравнительно с прототипом.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия пиротехнического состава красного огня не являются очевидными для специалиста по пиротехнике, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.
Изготовление предложенного состава и сигнальных зарядов из него возможно осуществлять на действующем серийном производстве.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Технологический регламент на изготовление предложенного пиротехнического состава зарядов красного сигнального огня отработан для серийного производства.