ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛОГО СИГНАЛЬНОГО ОГНЯ
PYROTECHNICAL COMPOSITION OF WHITE SIGNAL LIGHT

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к пиротехническим составам на основе нитратов металлов, которые предназначены для образования белого огня при химическом взаимодействии нескольких твердых веществ.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав белого огня, описанный в книге А.А. Шидловского, «Основы пиротехники», М., Машиностроение, 1973 г., с.206-207, который содержит (мас.%):
нитрат бария
56
нитрат калия
11
фторид бария
6
алюминиевый порошок
19
сера
8
При горении состава нитрат бария сообщает пламени зеленоватый оттенок, нитрат калия - розоватый, а в сочетании с нитратом бария пламя получается неяркого белого цвета.
Сера, как дополнительное горючее к металлическому горючему состава, необходима для предотвращения образования в пламени монофторида бария и способствует генерированию свободного фтора для полного окисления продуктов химических реакций, чем увеличивается скорость горения состава.
Недостатком описанного пиротехнического состава являются ограниченные функциональные возможности по его использованию в качестве сигнального, так как не достигается необходимая чистота белого огня, пламя при горении заряда имеет ярко выраженный зеленоватый цвет, что не соответствует нормативно установленному колеру белого сигнала.
Кроме того, этот состав не обеспечивает при сгорании экологической безопасности из-за высокого содержания в продуктах горения фтора, который в приземном слое атмосферы реакционно образует вредные вещества.
Более совершенным является пиротехнический состав белого сигнального огня, описанный в патенте RU 2462443 C1, C06D 3/03, C06B 33/14, 2011 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.
Известный пиротехнический состав белого сигнального огня включает бинарный окислитель - нитрат бария и нитрат калия, металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава, в качестве органического горючего связующего - канифоль сосновую и технологическую добавку - масло индустриальное, при следующем массовом соотношении компонентов:
нитрат бария
62-68
нитрат калия
12-14
порошок алюминиево-магниевого сплава
17-19
канифоль сосновая
2-3
масло индустриальное
1-2
Канифоль сосновая в составе служит цементатором смеси компонентов, обеспечивая повышенную несущую прочность уплотненных пиротехнических зарядов. При этом канифоль флегматизирует горение пиротехнического состава, что повышает время существования сигнала, то есть улучшает функциональность формируемого белого сигнала.
Содержание в известном пиротехническом составе масла индустриального марки И-12А обеспечивает технологичность его приготовления за счет исключения пыления при смешивании мелкодисперсных порошковых компонентов.
Недостатком известного пиротехнического состава является малое время существования и невыраженный по яркости цвет, что ограничивает его использование в качестве белого сигнального огня из-за неудовлетворительной дальности видимости и различимости.
Кроме того, этот состав характеризуется высокой чувствительностью к механическим воздействиям, что затрудняет переработку в серийном производстве.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение показателей назначения технологичного пиротехнического состава белого сигнального огня по контрастности цвета и продолжительности существования.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом составе белого сигнального огня, содержащем в качестве окислителя бинарную смесь, включающую нитрат калия, порошок алюминиево-магниевого сплава, цементатор и органическое горючее связующее, отличающийся тем, что бинарная смесь окислителей включает перхлорат калия и он дополнительно содержит тиомочевину, при этом в качестве цементатора использован хлорпарафин жидкий, а в качестве органического горючего - фенолформальдегидная смола, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
перхлорат калия
28-35
нитрат калия
34-36
тиомочевина
9-11
порошок алюминиево-магниевого сплава
14-15
хлорпарафин жидкий
2-3
фенолформальдегидная смола
6-7
Другой особенностью состава по изобретению является то, что он содержит порошок алюминиево-магниевого сплава, частицы которого не превышают 60 мкм.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышенное время существования контрастного белого сигнала, хорошо видимого и различимого на дистанции 16-20% дальше, чем по прототипу.
Соотношение компонентов термической основы состава (при снижении массовой доли окислителей и металлического горючего) в сторону превышения первых, сравнительно с прототипом, оптимизировано для снижения скорости горения функционального заряда в течение более продолжительного времени свечения продуктов горения белым цветом необходимой яркости для хорошей видимости и различимости сигнала на относительно большой дальности.
При содержании в предложенном пиротехническом составе бинарной смеси окислителей меньше 62 мас.%, в том числе: перхлората калия меньше 28 мас.%, а нитрата калия меньше 34 мас.%, не обеспечивается заданный уровень яркости свечения пламени, что снижает дальность видимости и различимости белого сигнального огня.
При содержании в предложенном пиротехническом составе бинарной смеси окислителей больше 71 мас.%, в том числе: перхлората калия больше 35 мас.%, а нитрата калия больше 36 мас.%, длительность существования сигнального огня сокращается до практически неприемлемой по ТТЗ.
Тиомочевина в предложенном пиротехническом составе служит в качестве катализатора горения, температуру и скорость которого определяет наличие и массовое содержание металлического горючего - порошка алюминиевого сплава.
При этом тиомочевина активизирует горение термической основы состава и служит при этом пламягасителем, предотвращая выгорание функциональных реагентов.
Скорость горения уплотненного заряда из пиротехнического состава, содержащего тиомочевину меньше 9 мас.%, а порошок алюминиево-магниевого сплава меньше 14 мас.%, недостаточная для формирования яркого сигнального огня выраженного белого цвета.
При содержании в пиротехническом составе тиомочевины больше 11 мас.%, а порошка алюминиево-магниевого сплава больше 15 мас.% время горения заряда сокращается до вспышки, которая не может служить в качестве сигнального огня длительного действия.
Использование порошка алюминиевого сплава фракционностью не выше 60 мкм увеличивает активную поверхность его частиц, более равномерно распределенных в объеме состава для лучшего химического взаимодействия с остальными компонентами, что позволяет снизить массу металлического горючего и, как следствие, температуру горения состава.
При этом обеспечивается при смешивании компонентов равномерное распределение металлического горючего, а при уплотнении состава, за счет снижения внутреннего трения, повышаются удельные усилия прессования зарядов, характеризующихся стабильным горением в течение более продолжительного времени.
Использование в пиротехническом составе по изобретению хлорпарафина жидкого в качестве функционального цементатора композиции, который при горении дополнительно поставляет в огневой форс свободный хлор, окрашивая его белым цветом, улучшает технологичность приготовления смеси, так как органическое связующее горючее - фенолформальдегидную смолу стало возможным вводить в форме порошка, без растворителя, который на финишных операциях необходимо удалять провяливанием смеси на лотках в течение длительного времени.
При содержании в составе хлорпарафина жидкого меньше 2 мас.% и фенолформальдегидной смолы меньше 6 мас.% не обеспечивается равномерное распределение компонентов в объеме, что служит причиной нестабильности его свойств и служебных характеристик заряда.
При содержании в составе хлорпарафина жидкого больше 3 мас.% и фенолформальдегидной смолы больше 7 мас.% резко снижается скорость горения заряда, что ухудшает качество формируемого сигнала.
Фенолформальдегидная смола, которая в составе является связующим, дополнительно служит органическим горючим, стабилизируя режим горения заряда.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи 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.
Количественное соотношение компонентов предложенного пиротехнического состава белого сигнального огня рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение достижением показателей назначения при экспериментальном опробовании опытных образцов уплотненных зарядов.
С целью оптимизации количественного соотношения компонентов состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включали структурные элементы в пределах предложенного диапазона, в его середине и за границами оптимизированных значений необходимого минимального и максимального количества их массового содержания в составе.
Предложенная композиция приготавливается по принятой в пиротехнике технологии смешивания в штатном смесителе, куда помещают все порошковые компоненты и проводят смешивание в течение 10-15 минут, после чего в приготовленную смесь добавляют жидкий хлорпарафин, в котором предварительно распределен смешиванием порошок фенолформальдегидной смолы.
Приготовленный состав компонентов в массовом соотношении по изобретению дополнительно перемешивают в течение 15-20 минут до равномерного их распределения в объеме.
Затем приготовленную смесь выгружают в лотки и провяливают до содержания летучих не более 0,65 мас.%, после чего ее направляют на прессование зарядов заданных формы и размеров.
Натурные испытания опытных образцов зарядов полностью подтвердили достижение показателей назначения и пригодность использования в качестве сигналов белого огня.
Испытания опытных образцов зарядов из предложенного пиротехнического состава подтвердили эффективность и стабильность формирования белого сигнального огня, дальность видимости и различимости которого заметно увеличена, сравнительно с известным уровнем.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники показал, что оно неизвестно и соответствует критерию «новизна» условий патентоспособности технических решений.
Техническая сущность изобретения в новой совокупности существенных признаков явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, то есть предложенное сочетание компонентов в заявленном их массовом соотношении являются неочевидными.
Поэтому, с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнического состава белого сигнального огня на действующем оборудовании можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.