ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНО-ЗАЖИГАТЕЛЬНЫЙ СОСТАВ
PYROTECHNICAL FLAMMABLE AND INCENDIARY COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к воспламенительно-зажигательным пиротехническим составам, инициирующим воспламенение функционального снаряжения различных специальных изделий и боеприпасов, при обеспечении интенсивности и стабильности их горения.
Уровень данной области техники характеризует воспламенительно-зажигательный пиротехнический состав, описанный в книге «Modern Pyrotechnics by H. Ellern Chimikal Publ», Co, Me., New York, 1961, рецептура №67, содержащий окислитель - оксид железа и смесь порошков титана и циркония в качестве металлического горючего, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
оксид железа
50
титан
32,5
цирконий
17,5
Указанный пиротехнический состав характеризуется высокой чувствительностью к механическим воздействиям из-за содержания циркониевого порошка, очень чувствительного к трению и ударам компонента, что ограничивает приготовление и переработку состава в серийном производстве.
При этом состав, который пылит на операции смешивания, что взрывоопасно, имеет неравномерное распределение компонентов в объеме и плохо прессуется в заряды, для чего требуется высокое удельное давление, является нетехнологичным доя серийного производства.
Кроме того, в описанном известном медленно горящем пиротехническом составе образуется много шлаков, что снижает эффективность основного действия.
Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом воспламенительном составе, описанном в патенте UA №96650 A, C06C 9/00, 2004 г., который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав включает азотнокислый барий (нитрат бария), титановый порошок, нитролак, графит и фенолформальдегидную смолу, которые содержатся в следующем массовом соотношении, %:
нитрат бария
59
титановый порошок
35
раствор Н-15
3
раствор фенолфор-
мальдегидной смолы
3
графит
0,5 (сверх 100%)
Особенностью известного состава является то, что раствор Н-15 представляет собой 15%-ный раствор нитролака в ацетоне, то есть по факту в приготовленной смеси содержится 0,5 мас.% нитролака, который состоит из 88 мас.% коллоксилина (горючего-окислителя) и 12 мас.% камфоры (органического горючего связующего), пластифицирующей нитролак.
В качестве связующего в известном составе используют 50%-ный раствор фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте, следовательно, в готовой смеси органического горючего связующего - фенолформальдегидной смолы содержится 1,5 мас.%.
Недостатком этого воспламенительного состава является сложность приготовления, в частности раствора Н-15, и длительное время сушки смеси для удаления технологических растворителей, содержащихся в большом количестве, что определяет его высокую трудоемкость и повышенную потребительскую стоимость.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является модернизация воспламенительного пиротехнического состава по структурным компонентам, которые позволят упростить технологию изготовления, без потери основных показателей назначения.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический воспламенительный состав, включающий нитрат бария, титановый порошок, нитролак, графит и фенолформальдегидную смолу, согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
нитрат бария
57-62
титановый порошок
33-36
нитролак
2-3
графит
0,5
фенолформальдегидная смола
2,5-3,5
Отличительные признаки предложенного технического решения упростили структуру и технологию изготовления состава, сообщив ему дополнительное качество - зажигательное действие, при повышении функциональности пиротехнического состава по гарантированному воспламенению основного заряда изделия, который интенсивно зажигается и стабильно горит (что подтверждается натурными испытаниями опытных образцов зарядов из предложенного состава).
Это обеспечивается формированием высокотемпературного форса из продуктов горения, включающих конденсированную фазу, расширяющего технологические возможности применения воспламенительного заряда и в качестве зажигательного средства.
Особенностью предложенного воспламенительно-зажигательного состава является то, что при смешивании компонентов на порошинках титана автоматически формируется покрытие из нитролака, а фенолформальдегидная смола используется в виде 15%-ного спиртоацетонового раствора, что заметно сокращает время сушки смеси.
Выполнение на частицах порошкового титана (металлического горючего термической основы) пленочного покрытия из нитролака, чувствительного к тепловому импульсу, обеспечило воспламенение пиротехнического состава в объеме и стабильное его горение, что повышает функциональность основного действия.
Липучее нитролаковое покрытие титанового порошка, в совокупности с фенолформальдегидной смолой вдвое повышенной массы, обеспечивает равномерное распределение компонентов в составе при смешивании для унификации свойств изготавливаемых из технологической смеси воспламенительно-зажигательных зарядов.
Оптимизация, сравнительно с прототипом, массового соотношения окислителя (больше) и металлического горючего (меньше) в термической основе снизила на 30% температуру воспламенения и интенсифицировала горение состава (со скоростью 10,6 мм/с).
Совместное использование фенолформальдегидной смолы в виде 15%-ного спирто-ацетонового раствора и нитролака (без растворителя) кратно сократило технологическое время на удаление летучих из приготовленной смеси при сушке.
Нитрат бария совместно с нитролаком образует активный окислитель, который гарантированно обеспечивает достижение заданного уровня скорости горения модернизированного состава.
Количественное соотношение компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и отработано на опытных образцах воспламенительно-зажигательных зарядов, в диапазоне содержания которых гарантированно обеспечивается воспламенение и стабильное горение основного заряда изделия.
При содержании в пиротехническом составе нитрата бария меньше 57 мас.% развиваемые температура и скорость горения тормозят термоприток в основной заряд, который воспламеняется и зажигается нестабильно.
Содержание в пиротехническом составе нитрата бария больше 62 мас.% является избыточным и снижает качественные показатели основного действия по назначению.
При содержании в пиротехническом составе титанового порошка больше 36 мас.% не обеспечивает необходимого диспергирования при горении шлаковых частиц в газообразных продуктах горения, что ухудшает воспламеняемость и зажигание основного заряда по всей контактной поверхности.
При содержании в пиротехническом составе титанового порошка меньше 33 мас.% калорийность и температура продуктов горения недостаточны для надежного действия по зажиганию основного заряда на удалении.
Сочетание технологических добавок - фенолформальдегидной смолы и пиротехнического графита - обеспечило технологичность состава в приготовлении и переработке в условиях серийного производства.
При введении в термооснову состава нитролака меньше 2 мас.% снижается чувствительность состава к штатному инициирующему термическому импульсу, что не гарантирует срабатывание основного заряда.
При содержании в пиротехническом составе нитролака больше 3 мас.% не отмечается улучшения чувствительности к тепловому импульсу его инициирования.
Содержание в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы больше 3,5 мас.% и графита пиротехнического больше 0,5 мас.% является избыточным, что снижает массовую долю основных компонентов, ухудшая функциональность действия по назначению.
При содержании в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы меньше 2,5 мас.% и графита пиротехнического меньше 0,5 мас.% не достигаются требуемые технологические свойства по сыпучести, отсутствию пыления и прессуемости композиции.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной 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 воспламенительно-зажигательный состав приготавливается по принятой в пиротехнической отрасли технологии смешиванием компонентов в действующем смесителе.
В лопастной смеситель загружают 60±0,5 мас.% нитрата бария, 34±0,5 мас.% титанового порошка, предварительно покрытого пленкой нитролака в количестве 2,5±0,5 мас.%, которые перемешивают в течение 5-7 минут.
Затем добавляют 0,5 мас.% графита пиротехнического и 3,5±0,5 мас.% фенолформальдегидной смолы в форме 15%-го спиртоацетонового раствора и перемешивают 10-15 минут для равномерного распределения компонентов в объеме смеси.
Полученную пластичную смесь выгружают на лотки слоем 2 см и сушат в течение не менее 1 часа до содержания летучих не выше 0,5 мас.%, после чего направляют на прессование зарядов.
Оптимальность выбранных диапазонов содержании компонентов состава по изобретению, обеспечивающих достижение необходимого уровня показателей назначения, подтверждена натурными испытаниями опытной партии зарядов, при соотношении компонентов внутри выбранных предельных значений массовой доли в составе, на их границах и за пределами заявленных границ диапазонов.
Характерные составы приведены в Таблице.
Результаты испытаний зарядов показали, что составы 2-4 по достигнутым показателям полностью соответствуют техническим требованиям эксплуатации в качестве воспламенительно-зажигательных.
Состав №1 воспламеняется стабильно, но скорость горения понижена, форс пламени не выражен, в результате чего зажигание основного заряда нестабильное.
Состав №5 показал нестабильное воспламенение и недостаточно интенсивное горение, что явилось причиной увеличения количества шлаков и практически исключение зажигального действия основного заряда, то есть его нефункциональность. Состав характеризуется низкой технологичностью из-за комкования смеси при перемешивании компонентов и потребностью в больших нагрузках при прессовании зарядов.
Опытная проверка приготовленных воспламенительно-зажигательных зарядов, в комплекте с шашками основного заряда изделий, из пиротехнических композиций по изобретению подтвердила достижение заданных показателей назначения (увеличение скорости и температуры горения, при интенсификации формирования конденсированной фазы в пламени), а также позволяет рекомендовать его для промышленного внедрения.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами не выявил совпадения совокупности существенных признаков по количественному содержанию компонентов, что подтверждает новизну изобретения.
Предложенные отличительные признаки, в совокупности с известными признаками, явным образом не следуют для специалиста по пиротехнике, то есть изобретение неочевидно и прямо не следует из уровня техники.
Предложенный пиротехнический воспламенительно-зажигательный состав технологически пригоден для серийного изготовления на действующем производстве.
Следовательно, из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии пиротехнического воспламенительно-зажигательного состава условиям патентоспособности.