Пиротехнический состав красного огня
PYROTECHNIC COMPOSITION OF RED FIRE

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 сигнала красного огня, который используется в средствах подачи сигнала и целеуказания в военизированных и специальных подразделениях, а также может быть использован спасателями, альпинистами, охотниками и др.
Изобретение обеспечивает решение поставленной задачи, а именно: разработку состава для зарядов, обладающих повышенной прочностью и более низкой скоростью горения состава для обеспечения по продолжительности времени горения в ограниченных габаритах конструкции патрона и улучшение технологичности приготовления состава для формования зарядов на высокотехнологичном оборудовании, горение которых обеспечивает более высокую насыщенность пламени ярким красным цветом для обеспечения дальности видимости и различимости на всей траектории горения заряда.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав красного огня, описанный в патенте RU 2540626 C1, С06В 31/02, С06В 33/04, приоритет от 26.08.2013 г., содержащем стронций азотнокислый, металлическое горючее - порошок магния, хлорсодержащий реагент - порошок хлорпарафина органическое горючее связующее - фенолоформальдегидная смола СФ-342А в виде раствора в ацетоне и цементатор - хлорпарафин жидкий ХП-470, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Стронций азотнокислый
67-72
Порошок магния
10-12
Хлорпарафин порошок
12-14
Хлорпарафин жидкий ХП-470
2-3
Фенолоформальдегидная смола СФ-342А (на сухое вещество)
3-4
В известном пиротехническом составе, где практически сохранено массовое соотношение стронция азотнокислого и хлорсодержащего цветопламенного реагента, часть которого - хлорпарафин жидкий, дополнительно выполняющий роль цементатора, технологический диапазон содержания окислителя заметно увеличен, что обеспечивает повышенную скорость горения состава.
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 ХП-470 в качестве технологической добавки, совместно с раствором фенолоформальдегидной смолы СФ-342А, обеспечивает равномерное распределение компонентов состава при смешивании и хорошую прессуемость состава в заряды при низких давлениях пресса.
Порошок магния - активное металлическое горючее, обеспечивающее высокую скорость горения состава без повышения температуры горения, чем исключается выгорание функциональных компонентов.
Однако, недостатком описанного пиротехнического состава является относительно невысокое время поддержания красного сигнального огня на траектории заряда из-за повышенной скорости горения заряда, при этом снижается насыщенность огня пламени красным цветом, что ограничивает дальность видимости и различимости сигнала.
Использование в составе химически активного порошка магния требует дополнительной операции - пассивирования, так как при хранении порошок магния со временем покрывается окисной пленкой.
Заряды, изготовленные из вышеуказанного состава обладают низкой прочностью из-за слабого связующего: раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342А в ацетоне, введенного в состав в незначительном количестве и жидкого хлорпарафина ХП-470, который в большей степени выполняет роль поставщика хлора, для образования монохлорида стронция, который служит основным излучателем красного монохромного цвета.
Также, использование в составе в качестве связующих двух жидких составляющих, раствора смолы СФ-342А в ацетоне и жидкого хлорпарафина ХП-470, увеличивает время провяливания состава перед грануляцией и сушки готового состава перед формированием заряда, что требует дополнительных площадей.
(13)
Отмеченные недостатки частично устранены в пиротехническом составе красного огня по патенту RU 2 722 031 C1, С06В 31/02, С06В 33/04, G08B 5/40, приоритет от 29.08.2019 г., который выбран по технической сущности и числу совпадающих существенных признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав красного огня включает окислители: стронций азотнокислый, калий хлорнокислый и стронций углекислый, металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава, усилитель цвета - хлорпарафин ХП-66Т, технологическую добавку - стеарат кальция и органическое горючее связующее, выполненное в форме 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342 в этиловом спирте, мас. %:
стронций азотнокислый
25-31
калий хлорнокислый
24-26
стронций углекислый
11,5-12,5
хлорпарафин ХП-66Т
8,5-10,0
порошок алюминиевого-магниевого сплава
15-17
фенолоформальдегидная смола СФ-342А (на сухое вещество)
7-9
стеарат кальция
1,5-2,0
Описанный пиротехнический состав красного цвета пламени характеризуется повышенным временем поддерживания сигнального огня, насыщенного ярким красным цветом, что позволило достичь большей дальности видимости и различимости, сравнительно с аналогами.
Использование в пиротехническом составе комплекса окислителей, которые обеспечивают новое качество термической основе состава: усиление цветности красным пламенем при горении зарядов.
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 зарядов.
Использование в качестве технологической добавки раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342А 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.
Состав красного огня идеально подходит для формирования из него зарядов, не требующих габаритных ограничений, такие как фейерверки, где за счет высокой скорости горения состава увеличивается масса заряда, и соответственно увеличивается разлет зарядов, обеспечивая более красочный зрелищный эффект фейерверка.
Продолжением отмеченных преимуществ являются присущие недостатки для использования этого состава в качестве зарядов для сигнальных патронов:
- высокая скорость горения зарядов, не позволяющая использование зарядов с ограниченными размерами корпуса изделия;
- недостаточная прочность зарядов для сигнальных патронов, обладающих повышенной мощностью пороховых газов от срабатывания вышибного заряда;
- недостаточная сыпучесть состава, для обеспечения автоматического дозирования на высокопроизводительном оборудовании.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка состава для зарядов, обладающих повышенной прочностью и более низкой скоростью горения состава для обеспечения необходимого времени горения на траектории заряда в ограниченных габаритах конструкции патронов и улучшение технологичности приготовления состава для формования зарядов на высокотехнологичном оборудовании, горение которых обеспечивает более высокую насыщенность пламени ярким красным цветом для обеспечения дальности видимости и различимости.
Для достижения технических результатов за основу взят вышеуказанный прототип с его преимуществами в сочетании компонентов, которые обеспечивают технологичность приготовления состава и хорошую насыщенность цвета пламени, а именно:
- использование в качестве металлического горючего порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-4), который повышает калорийность термической основы за счет присутствия алюминия, что допускает бескорпусное горение зарядов;
- использование в пиротехническом составе комплекса окислителей, которые при смешивании продуктов реакции формируют радикально красный цвет пламени, а выбранное оптимальное их массовое соотношение обеспечивает насыщенность пламени красным цветом при горении зарядов на всей траектории;
- введение стронция углекислого усиливает насыщенность красным цветом пламени, и снижает скорость горения состава;
- использование для активации горения калия хлорнокислого, сильного окислителя, который обеспечивает объемное горение состава, при этом генерируется реакционный хлор, усиливающий насыщенность огня цветом;
- использование технологической добавки - стеарата кальция, который улучшает прессуемость зарядов, снижая чувствительность состава к трению при механических нагрузках.
Требуемый технический результат достигается тем, что пиротехнический состав красного огня, содержащий в качестве комплекса окислителей - стронций азотнокислый, калий хлорнокислый и стронций углекислый, в качестве металлического горючего - порошок алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-4), усилителя цвета - хлорпарафин ХП-66Т, технологической добавки - стеарат кальция, органического связующего - порошок фенолоформальдегидной смолы СФ-342А, дополнительно введено горючее связующее в форме 20%-ного раствора фторкаучука СКФ-32 в ацетоне, где фторкаучук СКФ-32 является цементатором, а содержащегося в растворе фторкаучука СКФ-32 ацетона, достаточно для пластификации порошка фенолоформальдегидной смолы СФ-342, который одновременно является связующим и горючим при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стронций азотнокислый
20-24
калий хлорнокислый
37-39
стронций углекислый
9,5-10,5
хлорпарафин ХП-66Т
11-14
порошок алюминиево-магниевого сплава
7-9
фенолоформальдегидная смола СФ-342А
5,5-6,5
стеарат кальция
1,5-2.0
фторкаучук СКФ-32 (на сухое вещество)
1,5-2,0
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили улучшение технологичности приготовления состава смешиванием за счет введения раствора фторкаучука СКФ-32, состоящего из 20% фторкаучука, который является цементатором и 80% ацетона, которого достаточно для одновременного растворения смолы СФ-342А, которая является горючим и дополнительным связующим, для обеспечения достаточной прочности зарядов в сигнальном патроне, после их формирования, которые горят ярким пламенем красного насыщенного цвета, хорошо видимого и различимого на удалении.
Совместное использование этих связующих при смешивании обеспечивают их диспергирование в объеме и за счет липкости частиц -прочную адгезионную связь компонентов смеси, пригодной для гранулирования.
После удаления из приготовленных гранул провяливанием технологического растворителя состав приобретает новое свойство - сыпучесть, которая обеспечивает возможность автоматического дозирования на операции прессования зарядов.
Уменьшение массовой доли горючего - порошка алюминиево-магниевого сплава в составе за счет увеличения массовых долей горючих связующих - фторкаучука СКФ-32 и фенолоформальдегидной смолы СФ-342 А позволило снизить скорость горения зарядов из состава и одновременно повысить их прочность.
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 31,5±2, калий хлорнокислый 54±2 и стронций углекислый 14,5±1,5.
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 зарядов.
Предложенная композиция приготавливается по принятой в пиротехнике технологии смешивания в штатном смесителе, куда помещают все порошковые компоненты мерными долями (мас. %): 22±2 стронций азотнокислый, 38±2 калий хлорнокислый, 10±0,5 стронций углекислый, 8±1 ПАМ-4, 12±1,0 хлорпарафин ХП-66Т, 6±1 фенолоформальдегидная смола и 2±0,5 стеарат кальция, которые смешивают в течении 7-10 минут.
После этого в приготовленную смесь добавляют 20%-ный раствор фторкаучука СКФ-32 в ацетоне в количестве 10±2 (2±0,5 - на сухое вещество) мас. %, после чего смешивают в течении 5-7 минут до равномерного распределения компонентов в объеме. Затем приготовленную смесь пропускают через гранулятор и готовый состав выгружают в лотки 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 включили структурные компоненты в пределах предложенного диапазона, в его середине и за границами оптимизированных значений необходимого минимального и максимального количества их массового содержания в составе.
Для достижения улучшенных показателей назначения проведены натурные испытания пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, которые представлены 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 существенно увеличивается чувствительность сигнальных зарядов к механическим воздействиям, за счет одновременного увеличения содержания в составе калия хлорнокислого и металлического горючего - ПАМ-4.
Состав №5 нетехнологичен из-за ухудшения прессуемости зарядов, которые крошатся, так как уменьшение связующих - смолы СФ-342 и фторкаучука СКФ-32 - существенно сказывается на прочности сигнального заряда.
Предложенный пиротехнический состав характеризуется эффективным и стабильным формированием красного сигнального огня, дальность видимости и различимости которого увеличена на 12-15%, в 2 раза снижена скорость горения состава и прочность заряда обеспечивает его сохранность при срабатывании в сигнальных патронах по сравнению 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 красного сигнального огня отработан для серийного производства.