Пиротехнический искро-форсовый состав желтого огня
PYROTECHNIC SPARK-FORCE COMPOUND OF YELLOW FIRE

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к искро-форсовым пиротехническим составам для фейерверков и салютов, содержащих мелко раздробленный металл и сплав в комбинации с неорганическими солями азоткислородных кислот, которые используются для проведения зрелищных и увеселительных мероприятий.
Уровень данной области техники характеризует искро-форсовый состав, описанный в патенте RU 2192406 С2, С06В 33/06, 2002 г. (пп. формулы 1 и 3), который содержит нитрат стронция, металлическое порошки магния, алюминиево-магниевого сплава и титана, нитропленку, хлорнокислый калий в качестве усилителя цвета и газообразующий бензойнокислый калий, и в качестве органического горючего связующего - идитол (фенолформальдегидная смола в форме спиртового лака), при следующем соотношении компонентов, мас. %:
калий хлорнокислый
28-37
калий бензойнокислый
13-17
магний
9-14
титан
7-9
алюминиево-магниевый сплав
1,99-2,95
нитропленка
0,01-0,05
идитол
4-6
нитрат стронция
остальное
Высокотемпературный окислитель - калий хлорнокислый в этом пиротехническом составе выполняет роль хлорсодержащего усилителя цвета, насыщающего пламя, а калий бензойнокислый используется как компонент, генерирующий высокотемпературный газ, служащий для выноса горящих металлических частиц в газовую зону пламени, увеличивая тем самым геометрические размеры факела пламени, что совокупно улучшает красочный эффект фейерверков и салютов.
Особенностью известного состава является то, что смесь порошков титана и алюминиево-магниевого сплава предварительно покрывается 15%-ным раствором нитропленки в ацетоне и гранулируется для дальнейшего диспергирования после провялки в объем смешиваемых компонентов состава.
При горении спрессованного заряда из приготовленной пиротехнической смеси в факеле пламени гранулы взрываются, образуя повышенный эффект искрообразования в протяженном ярко окрашенном красным цветом форсе.
Однако, недостатком известного искро-форсового пиротехнического состава цветного огня является ограничение по применению только в корпусных зарядах из-за активного взаимодействия магниевого порошка с кислородом воздуха, в результате чего функционирование фейерверков и салютов нестабильно при вариативном режиме горения термической основы состава, доля содержания которого снижена при наличии усилителя цвета относительно большой массы.
Кроме того, ступенчатый технологический процесс с разрывом потока усложняет и удорожает приготовление состава и зарядов из него, что ограничивает практическое применение для изготовления фейерверков и салютов.
Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом искро-форсовом составе по патенту RU 2550390 C1, С06В 33/04, 2014 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный искро-форсовый состав красного огня для фейерверка включает нитрат стронция, порошок алюминиево-магниевого сплава, мелкодисперсный металлический искрообразователь, хлорсодержащий усилитель цвета и в качестве органического горючего связующего идитол (раствор феноло-формальдегидной смолы СФ-0112А в этиловом спирте).
Особенностью этого состава является то, что он содержит в качестве искрообразователя алюминиевую пудру, а в качестве усилителя цвета - порошок хлорпарафина ХП-66Т при следующем соотношении компонентов, мас. %:
нитрат стронция
52-58
алюминиевая пудра
18-22
порошок алюминиево-магниевого сплава
9-11
порошок хлорпарафина
9-11
идитол (сухое вещество)
6-4
Это техническое решение характеризуется функциональной надежностью искро-форсового состава для фейерверков универсального применения, имеющих повышенную эффективность по зрелищности красного огня с сопутствующим протяженным искровым форсом.
При этом повышены показатели назначения искро-форсового состава по насыщенности цвета пламени и наличии сопутствующего долгоживущего искрового форса, при упрощении его структуры и технологии приготовления.
2
3
Распределенная в объеме состава алюминиевая пудра при горении образует термостойкие частицы AlO, которые не сгорают, а раскаляются, образуя сноп ярких светлых искр, выбрасываемых в пламя, формируя протяженный светящийся форс красочного визуального эффекта.
Активный хлорпарафин ХП-66Т при горении состава реакционно образует хлораты металлов, излучающие монохромным цветом, увеличивая насыщенность ярко красной окраски пламени.
Недостатком этого искро-форсового состава зрелищного и эффектного действия является его узкоцелевое использование для формирования искро-форсовых фейерверков только с красным цветом пламени.
Технической задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является модернизация базового известного качественного состава, что бы он при горении формировал светящийся форс из ярких светлых искр, выбрасываемых в пламя, окрашенное желтым цветом.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом искро-форсовом составе цветного огня, включающем цветообразующий нитрат стронция, металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава, искрообразователь - алюминиевую пудру, в качестве усилителя цвета хлорпарафин ХП-66Т и органическое горючее связующее - идитол, согласно изобретению, цветообразователь дополнен нитратом бария и стронцием углекислым, а в качестве технологических добавок он содержит стеарат кальция, фторкаучук СКФ-32-20, который вводят в виде раствора в ацетоне, и сажу белую СБ-100 при следующем соотношении компонентов (мас. %):
нитрат бария
25-29
нитрат стронция
21-23
стронций углекислый
5,5-4,5
порошок алюминиево-магниевого сплава
11-7
алюминиевая пудра
19-21
хлорпарафин
7-9
стеарат кальция
1,5-2,5
сажа белая
0,5
идитол
4,5-5,5
фторкаучук
1-2
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили достижение нового зрелищного эффекта при горении зарядов из состава по изобретению - формирование протяженного ярко желтого форса пламени, заполненного снопом светящихся искр.
Количественное соотношение структурных компонентов пиротехнического искро-форсового состава желтого огня по изобретению было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, что нашло подтверждение в улучшении показателей назначения, достигнутых в натурных испытаниях опытных образцов зарядов.
Предложенный комплекс окислителей в оптимизированном массовом соотношении нитрат бария (50) : нитрат стронция (41) : стронций углекислый (9), суммарно равного массового содержания окислителя по прототипу, формирует при горении состава пламя яркого желтого цвета.
При содержании в искро-форсовом пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-4) меньше 7 мас. % падает калорийность термической основы смеси и температура горения заряда, в результате чего снижается каление частиц алюминия и образование ярких искр.
При содержании в искро-форсовом пиротехническом составе порошка сплава ПАМ-4 больше 11 мас. % мелкие частицы алюминиевой пудры сгорают, не образуя искр, в результате чего вырождается функциональное назначение фейерверка.
Оптимальный диапазон содержания в предложенном составе порошка хлорпарафина ХП-66Т определен экспериментально по максимальному насыщению пламени желтым цветом.
При содержании в искро-форсовом пиротехническом составе идитола меньше 4,5 мас. % уплотненный заряд не обладает несущей прочностью и частично разваливается при выстреле, снижая заданную функциональность фейерверка по назначению.
Содержание в искро-форсовом составе идитола больше 5,5 мас. % не улучшает равномерности распределения компонентов при смешивании, но заметно увеличивает время сушки для удаления растворителя.
Стеарат кальция - технологическая добавка, которую вводят для снижения чувствительности состава к трению при смешивании компонентов и для улучшения прессуемости зарядов. При этом в данном пиротехническом составе стеарат кальция усиливает насыщенность цвета желтого пламени, так как при горении дополнительно образует желтый оттенок огня.
Введение в пиротехнический состав диоксида кремния (сажи белой БС-100) обеспечивает загущение приготовленной смеси перед грануляцией.
При содержании в пиротехническом составе по изобретению сажи белой больше 0,5 мас. % снижается интенсивность свечения пламени из-за образования дыма, что ухудшает зрелищный эффект фейерверков.
Особенностью предложенного состава является использования в нем сухого порошка феноло-формальдегидной смолы СФ-342А в смеси с раствором фторкаучука СКФ-32-20, содержащим 80 мас. % ацетона, который служит в качестве растворителя идитола. При упрощении технологии приготовления состава достигается новый результат - упрочнение формируемых из него зарядов, которые не крошатся и не трескаются при выстреле из мортиры для запуска фейерверков.
Идитол (феноло-формальдегидная смола СФ-342А) в пиротехническом составе используется в качестве органического горючего и вводится в виде смеси с фторкаучуком СКФ-32-20, чтобы образовать раствор с его структурным ацетоном. Эта липкая технологическая смесь выполняет функции связующего, обеспечивая при смешивании равномерное распределение компонентов состава.
Раствор фторкаучука СКФ-32-20 цементирует приготавливаемую пиротехническую смесь, в результате чего обеспечивается повышенная прочность формуемых из нее фейерверочных зарядов больших калибров.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными 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.
Приготавливается предложенный фейерверочный искро-форсовый состав желтого огня по принятой технологии пиротехнического производства смешиванием компонентов в промышленном смесителе.
В лопастной смеситель загружают сухие компоненты состава в количестве (мас. %): 27±2 нитрата бария, 22±1 нитрата стронция, стронция углекислого, 5±0,5 смолы феноло-формальдегидной СФ-342А, 2±0,5 стеарата кальция, 9±2 порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-4), 20±1 алюминиевой пудры, 8±1 хлорпарафина ХП-66Т, которые смешивают в течение 7-10 минут.
Затем в смеситель вводят заранее приготовленный раствор фторкаучука СКФ-32-20 в ацетоне в количестве, 5±2,5 мас. %, после чего добавляют 0,5 сажи белой СБ-100 и смешивают 5-7 минут для смачивания порошковых компонентов горючим связующим, с распределением в объеме активного адсорбента.
Приготовленную смесь выгружают на лотки и сушат до содержания летучих не более 0,6 мас. %, после чего формуют прессованием фейерверочные заряды.
Для оптимизации количественного соотношения компонентов модернизированного состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включают структурные элементы в пределах предложенного диапазона, его середине и за пределами 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.
Характерные составы для испытаний
Натурные испытания опытных образцов №№2-4 предложенного пиротехнического искро-форсового состава показали яркий зрелищный эффект фейерверка, насыщенного желтым цветом, с повышенной дистанцией разлета его пиротехнических элементов.
Состав №1 нетехнологичен из-за пыления при смешивании компонентов, отформованные заряды рассыпаются при выстреле, воспламенение нестабильное. При горении фейерверочного заряда форс пламени не насыщен желтым цветом, наполнение искрами низкое.
Состав №5 технологически неудовлетворителен из-за продолжительной сушки приготовленного материала для удаления растворителя, функционирование при горении создает невыразительный фейерверочный эффект.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, показал, что оно не известно, то есть соответствует критерию «новизна» условий патентоспособности.
Техническая сущность изобретения в новой совокупности существенных признаков явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, а сочетание компонентов в заявленном их массовом соотношении является неочевидным.
Поэтому, с учетом практической возможности серийного изготовления пиротехнических фейерверочных зарядов желтого пламени на действующем оборудовании пиротехнического производства, можно сделать вывод о соответствии заявленного изобретения условиям патентоспособности.