АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
AEROSOL-FORMING PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к средствам образования маскирующих дымовых завес, а более конкретно к средствам их генерирования - пиротехническим составам, используемым в качестве аэрозолеобразующего снаряжения боеприпасов, при горении которого в атмосфере образуются газообразные вещества инфракрасного излучения, имитирующие работающий двигатель боевой техники в качестве ложной цели.
Уровень данной области техники характеризуют дымообразующие составы по патентам US 5049214, 4704966, 3650856, при горении которых образуется маскирующее облако дыма, содержащее фосфор красный, термическую смесь металлического горючего и окислителя, полимерное связующее и технологические добавки.
Недостатком этих дымообразующих составов, горение которых происходит при относительно низкой температуре конденсированной фазы, является неудовлетворительная маскирующая способность из-за низкого содержания основного функционального компонента, что определяет малый выход аэрозоля.
Отмеченный недостаток устранен в пиротехническом составе по патенту RU 2083539, С06D 3/00, С06В 39/06, 1997 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенного дымового пиротехнического состава.
2
Известный пиротехнический состав включает фосфор красный гранулированный, термическую смесь металлического горючего (порошок алюминиево-магниевого сплава) и окислителя (натрий азотнокислый), полисульфидное связующее (тиокол), связующее - эпоксидную смолу, отверждающие добавки марганца (IV) окись и гексаметилентетрамин, ускоритель отверждения - дифенилгуанидин и технологическую добавку аэросил (двуокись кремния с удельной поверхностью не менее 300 м/г) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фосфор красный
61-69
алюминиево-магниевый сплав
11-17
натрий азотнокислый
8-20
тиокол
3,2-4,3
смола эпоксидная
1,4-1,9
марганца (IV) окись
0,4-0,6
гексаметилентетрамин
0,1-0,3
дифенилгуанидин
0,2-0,6
Оптимизированное соотношение и дисперсность компонентов способствуют тому, что при горении состава в первую очередь происходит взаимодействие высокотемпературной термической смеси порошка алюминиево-магниевого сплава и натрия азотнокислого с выделением большого количества тепла, затрачиваемого на возгонку фосфора, то есть более эффективное дымообразование, которое повышает маскирующую способность состава.
Использование в пиротехническом составе фосфора красного гранулированного обеспечивает технологичность и безопасность приготовления смеси на принятом в отрасли стандартном оборудовании.
Маскирующая способность за счет дымообразования (количество дисперсной фазы аэрозоля, образующейся при сгорании единицы массы пиротехнического состава) по сравнению с уровнем техники повысилась в полтора-два раза.
Недостатками известного многокомпонентного пиротехнического состава являются технологическая сложность и продолжительность изготовления продукта в пределах заданных служебных характеристик, что ограничивает серийное унифицированное производство.
Для изготовления известного состава отсутствует сырьевая база, так как фосфор красный гранулированный в России не производится. Мелкодисперсный фосфор красный самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом, что затрудняет его безопасную переработку.
Кроме того, соотношение компонентов термической смеси в составе не оптимизировано при балластном избытке окислителя для максимального тепловложения в диспергирование дымообразующего компонента, что снижает эффективность аэрозолеобразования и маскирующую способность пиротехнического состава.
Этот недостаток усугубляется неравномерным распределением термической смеси в объеме состава при локализованном контакте с фосфором красным, который при этом не полностью возгоняется, из-за недостаточного массового содержания тиокола.
Однако основным недостатком известного состава является отсутствие сырьевой базы, так как фосфор красный гранулированный в России не производится. Мелкодисперсный фосфор красный самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом, что затрудняет его безопасную переработку.
В связи с тем, что пиротехнический состав предназначен для защиты боевой техники, необходимо иметь независимое производство для промышленного изготовления аэрозолеобразующего состава, снаряжения пиротехнических боеприпасов, используемых для маскировки и скрытного перемещения боевой техники.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание универсального, более эффективного по основному действию, технологичного в серийном производстве аэрозолеобразующего пиротехнического состава на основе фосфора красного гранулированного.
Требуемый технический результата достигается тем, что в известном дымообразующем пиротехническом составе на основе фосфора красного гранулированного, включающем термическую смесь алюминиево-магниевого порошка и натрия азотнокислого, связующее - тиокол, стабилизатор - марганца (IY) окись, полимерный компонент и технологическую добавку - аэросил, отличающемся тем, что фосфор красный флегматизирован распределенными в объеме гранул фторкаучуком и графитом в следующем соотношении содержания, мас.%: 87-92 фосфор красный, 8-10 фторкаучук и 0,5-2,5 графит, в качестве полимерного компонента использован дибутилфталат, а в качестве технологической добавки альтернативно - графит, при этом компоненты состава содержатся в следующем соотношении, мас.%:
фосфорсодержащие гранулы
63-70
порошок алюминиево-магниевого сплава
15-19
натрий азотнокислый
8-10
тиокол
4,5-5,5
марганца (IY) окись
0,3-0,7
дибутилфталат
0,5-1,5
аэросил или графит
0,5-1,5
Отличительные признаки обеспечили расширение технологических возможностей использования аэрозолеобразующего состава для постановки маскирующей завесы и ложных целей, имитирующих нагретый двигатель боевой техники, что достигается за счет генерирования в атмосферу при динамичном горении снаряжения из него твердой фазы аэрозоля в качестве источника электромагнитного излучения с длинами волн видимого и инфракрасного диапазона (0,4-14 мкм), обеспечивающего скрытные перемещения и маневры бронетехники, а также формирование ложных целей для средств обнаружения противника.
Введение флегматизирующих компонентов фторкаучука и графита в структуру предварительно приготавливаемых гранул фосфора красного повышает его технологичность в дальнейшей переработке, существенно снижая чувствительность к механическим воздействиям, обеспечивая тем самым безопасность в служебном обращении, в приготовлении пиротехнического состава.
При этом фторкаучук, являясь как окислителем, так и горючим, дополнительно активизирует процесс горения состава, усиливая энергетическое действие термической смеси. За счет дополнительного контакта с активным окислителем - фторкаучуком повышается диспергирование горящего фосфора красного в атмосферу, где он доокисляется кислородом воздуха, тем самым увеличивается маскирующее действие дымовой завесы и расширяется спектр частот электромагнитного излучения, генерируемого твердой фазой аэрозоля.
Это разнообразит взаимодействие с электромагнитным облучением средств обнаружения и наведения, искажая отраженные сигналы, что позволяет расширить практические возможности использования зарядов из предложенного пиротехнического состава в качестве маскирующего средства и источника ложных целей, имитирующих нагретый двигатель военной техники. Маскирующая способность фосфорного аэрозоля складывается из ослабления электромагнитного излучения и собственной светимости аэрозольного облака за счет вуализирующей яркости.
При содержании фосфора красного в гранулах менее 87 мас.% снижается эффективность аэрозолеобразования, падает плотность маскирующего облака дыма.
Пиротехнический состав, содержащий фосфор красный гранулированный более 92 мас.%, характеризуется плохой воспламеняемостью, нестабильным горением, вплоть до затухания, неполнотой использования красного фосфора.
Введение в структуру приготавливаемых гранул фосфора красного фторкаучука и графита обеспечивает его флегматизацию, то есть практическую нечувствительность к самовоспламенению в служебном обращении при технологической переработке.
Содержание фторкаучука в гранулах менее 8 мас.% является недостаточным для флегматизации фосфора красного до безопасного в дальнейшей технологической переработке уровня.
При содержании вязкого компонента фторкаучука более 10 мас.% делает гранулируемую смесь нетехнологичной из-за длительного времени сушки провяливанием для удаления растворителя (ацетона).
Содержание в гранулируемой смеси графита менее 0,5 мас.% не обеспечивает снижения чувствительности фосфора красного к воспламенению и физико-химическим воздействиям, технологичность заметно не улучшается.
При содержании в гранулируемой смеси графита более 2,5 мас.% снижается воспламеняемость пиротехнического состава.
При содержании в пиротехническом дымовом составе гранул флегматизированного фосфора красного меньше 63 мас.% маскирующая способность дымового облака неудовлетворительна из-за недостатка основного аэрозолеобразующего компонента.
При содержании в пиротехническом составе гранул флегматизированного фосфора красного более 70 мас.% происходит нестабильное горение.
Содержание в пиротехническом составе металлического горючего меньше 15 мас.% является причиной неполного использования по назначению фосфора красного из-за недостатка термической смеси для развития необходимых температуры и скорости горения, то есть пиротехнический состав не функционален.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 19 мас.% происходит ускоренное горение, что снижает выход аэрозоля, образуется много конденсированной фазы и шлаков; температура горения очень высокая при большой площади факела, что снижает маскирующую способность и создает пожароопасность при использовании.
Выбранный диапазон содержания в термической смеси натрия азотнокислого обеспечивает полноту взаимодействия с металлическим горючим в оптимизированном соотношении, которое дает стабильно активное горение, мало шлаковых остатков при максимальном диспергировании окислов фосфора в атмосферу для формирования маскирующего облака.
Тиокол (связующее) обеспечивает формирование на фосфорсодержащих гранулах, модифицированных фторкаучуком с графитом, слоя термической смеси, что активизирует воспламенение пиротехнического состава в объеме и его равномерное стабильное горение.
Повышение массы тиокола, сравнительно с прототипом, обеспечивает связь всей поверхности флегмагазированных гранул фосфора красного с термической смесью, что способствует росту динамики воспламенения состава и увеличивает время его горения. Кроме того, тиокол увеличивает прочность зарядов, прессуемых из нового дымового состава.
При содержании в пиротехническом составе тиокола менее 4,5 мас.% не обеспечивается равномерного контакта поверхности фосфорсодержащих гранул с термическим составом, что приводит к нестабильному, неравномерному характеру горения и, следовательно, снижает маскирующую способность пиротехнического дымового заряда.
При содержании в пиротехническом составе тиокола более 5,5 мас.% резко растет температура пламенного горения, что снижает вынос аэрозоля и плотность маскирующего облака.
При введении в состав марганца (IV) окиси менее 0,3 мас.% значительно увеличивается технологическое время отверждения полимерного компонента и не обеспечивается стабилизация композиции.
При содержании в составе марганца (IV) окиси более 0,7 мас.% увеличивается шлаковый остаток и падает эффективность использования аэрозолеобразующего фосфора красного.
Дибутилфталат, жидкий низковязкий, легко распределяется по объему пиротехнического состава, дополнительно снижая пыление и без использования ускорителей, флегматизаторов и других компонентов пластифицирует тиокол.
При содержании в пиротехническом дымовом составе дибутилфталата менее 0,5 мас.% не обеспечивается равномерного распределения компонента в составе и снижения температуры переработки состава при заданной динамике пластификации тиокола.
При содержании дибутилфталата более 1,5 мас.% пиротехнический состав нетехнологичен из-за продолжительной сушки и повышенного брака при прессовании из него зарядов из-за выхода на поверхность масляного компонента.
Технологическая добавка (графит или аэросил) обеспечивает сыпучесть пиротехническому составу, при этом графит снижает чувствительность к механическим воздействиям и воспламенению, а аэросил улучшает сыпучесть, исключая пыление состава, повышает технологичность, в частности уменьшает усилие прессования из пиротехнического состава аэрозолеобразующего заряда.
При содержании в пиротехническом составе технологической добавки более 1,5 мас.% не достигаются необходимые технические характеристики: падает скорость горения (графит) или снижается прочность заряда (аэросил).
При содержании графита или аэросила менее 0,5 мас.% не достигаются улучшения технологических характеристик приготавливаемого и перерабатываемого состава.
Аэрозолеобразующий пиротехнический состав предложенного количественного содержания компонентов характеризуется широким диапазоном электромагнитного излучения диспергируемой в атмосферу твердой фазы в оптическом и инфракрасном спектре длин волн.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
Предложенный дымообразующий пиротехнический состав изготавливают следующим образом.
Смешивание компонентов предложенного пиротехнического состава производят на действующих смесителях марок 35СВ, 6ЛСМ.
Количественное содержание компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и экспериментально отработано в лабораторных и стендовых испытаниях.
Предварительно формируют гранулы флегматизированного фосфора красного, для чего в смеситель загружают навески порошкообразных фосфора красного по ГОСТ 8655-75, раствор фторкаучука в ацетоне (СКФ-32-25) по ОСТ В84-1967-77 и графита пиротехнического ГОСТ 8295-73. Смешивание проводят в течение 10 минут, после чего смесь протирают через сито с ячейками 1,25-2,0 мм и сушат слоем на лотках до содержания летучих не менее 0,6 мас.%.
Приготовленные гранулы флегматизированного фосфора красного загружают в смеситель совместно с тиоколом жидким, НВБ-2 по ГОСТ 12812-80 и дибутилфталатом по ГОСТ 8728-88. Смешивают в течение 5-10 минут.
Затем добавляют навеску порошка алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-4 или ПАМ-4П по ГОСТ 5593-78 и смешивают в течение 5-7 минут.
После этого в тот же смеситель загружают навески натрия азотнокислого марки А или Б с массовой долей окисляемых веществ не более 0,015% по ГОСТ 828-77, марганца (IV) окиси по ГОСТ 4470-79, аэросила А-380 по ГОСТ 14922-77 или графита. Смешивание проводят в течение 10-25 минут.
2
Допускается последние 5-15 минут мешать с поддувом в зону смешивания воздуха давлением 0,2 МПа (2 кгс/см) для интенсификации удаления летучих и влаги.
Приготовленную смесь сушат провяливанием на лотках в течение 2-4 часов до содержания влаги и летучих не более 0,65 мас.%, после чего затаривают и упаковывают. Прессованный из предложенного пиротехнического состава заряд стандартных размеров (диаметр 81 мм, длина 220 мм, масса 1,3 кг) создает за время 3 с дымовую завесу протяженностью до 15 м, шириной до 10 м при времени образования дыма 0,2-1,0 мин, спектральный диапазон маскирующего и помехового действия которого составляет 0,4-14 мкм, что обеспечивает имитацию нагретого двигателя и достаточно для осуществления скрытного маневра боевой техники под прикрытием плотной дымовой завесы.
Предложенный пиротехнический состав характеризуется химической стойкостью и совместимостью структурных компонентов, физико-химические показатели которого сведены в нижерасположенной таблице.
Наименование характеристик
Значения характеристик
Класс и степень относительной опасности ручных работ при воздействии трением
6 (высокая)
Класс и степень относительной опасности при воздействии ударом
3 (высокая)
Степень чувствительности к электрической искре
Низкая
Тротиловый эквивалент
0,05
Температура воспламенения, °С (за время 5 с)
721
Скорость горения, мм/с
0,9-1,0
Маскирующая способность, м<sup>2</sup>/г в диапазоне (мкм):
0,4-0,76
8-9
0,76-1,5
1,7-1,8
1,5-5,0
0,7-0,8
5,0-14,0
0,8-0,9
Термостойкость, °С
270
Давление прессования зарядов, МПа
70-100
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности практического серийного изготовления дымообразующего состава на действующем оборудовании можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.