ОГНЕГАСИТЕЛЬНЫЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
EXTINGUISHING PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к химическим средствам тушения пожаров, а более конкретно к огнегасительным пиротехническим составам, содержащим газообразующие химически активные вещества, и может быть использовано для подавления очагов возгорания в закрытых помещениях.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический аэрозолеобразующий состав, описанный в патенте RU 2392993 C1, A62D 1/06, 2009 г., который содержит (мас. %): 70-76 нитрата калия (окислитель), 7-14 идитола (органическое горючее связующее) и 13-20 дициандиамида (газообразователь).
Особенностью указанного огнегасительного пиротехнического состава является оптимальное массовое соотношение компонентов термической основы, близкое к стехиометрическому, обеспечивающее полноту сгорания, и модификация идитола в форме лака путем предварительного его растворения в этиловом спирте для повышения адгезионных связей с порошкообразными компонентами при смешивании.
Этот состав характеризуется повышенным выходом тушащей газоаэрозольной смеси, включающей ингибиторы горения, что повышает эффективность объемного тушения очагов возгорания в закрытых непроветриваемых помещениях.
Продолжением отмеченных достоинств является присущий недостаток, который определяется тем, что при химическом взаимодействии газообразующий дициандиамид в функциональный аэрозоль выделяет токсичные цианистые соединения и аммиак, негативно воздействующие на организм человека, что существенно ограничивает объем применения состава из-за неудовлетворительной экологичности.
2
Кроме того, огнегасящая газоаэрозольная смесь имеет ярко выраженные щелочные свойства из-за того, что при термическом разложении несгоревшего избытка нитрата калия образуются KO и KOH, которые активно корродируют электроконтакты аппаратуры и оборудования, находящихся в защищаемом от огня помещении.
Отмеченные недостатки устранены в аэрозолеобразующем пиротехническом составе для тушения пожаров по патенту RU 2494781 C2, A64D 1/06, 2013 г., включающем комплексный окислитель: йодат калия и нитрат калия, органическое горючее связующее - идитол и газообразующие уроторопин и карбамид, которые содержатся в следующем соотношении (мас. %):
йодат калия
55-65
нитрат калия
11-13
идитол
10-14
уротропин
11-13
карбамид
3-5
Известный состав характеризуется тем, что в генерируемом аэрозоле повышенной эффективности тушения пожаров, с температурой вдвое ниже, практически не содержится токсичных и вредных веществ, что расширяет область его применения.
Кислородсодержащий основной окислитель йодат калия обеспечивает генерирование аэрозоля с высокими пожаротушащими свойствами, но скорость горения состава при этом не обеспечивает интенсивного создания требуемой концентрации ингибиторов горения в защищаемом объеме, необходимой для эффективного подавления источника возгорания.
Дополнительный сильный окислитель нитрат калия в минимально необходимом количестве служит активатором горения состава, повышая скорость горения и генерирования огнетушащего аэрозоля, способствуя более интенсивному диспергированию образующихся шлаков и выносу их из генератора вместе с аэрозолем.
Кроме того, нитрат калия выполняет функции технологической добавки для приготовления сыпучей смеси, предотвращая комкование йодата калия с образованием монолита и в качестве рыхлителя обеспечивает равномерное распределение в смеси.
2
2
4
2
2
Имеющие отечественную сырьевую базу газообразователи - уротропин (CH)N и карбамид (NH)CO - при горении формируют рабочее тело из азота, диоксида углерода и паров воды для транспортирования ингибиторов горения, разбавляющих аэрозоль, снижая его температуру, альтернативно заменили импортный дициандиамид, который поставлял в генерируемый аэрозоль вредные и токсичные вещества.
Однако недостатком известного пиротехнического состава является относительно низкая скорость горения (1,3 мм/с), что определяет продолжительность времени на создание в защищаемом объеме минимально необходимой тушащей концентрации ингибиторов горения для первичного подавления пожара, то есть характеризуется неудовлетворительной эффективностью основного действия по назначению.
При этом газообразующий уротропин при горении плавится, полностью не диспергируясь, и образует несгорающие фильтрующие шлаки, что препятствует полному выносу основного функционального вещества в аэродисперсное образование, снижая его пожаротушащую способность.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение химической активности экологически безопасного аэрозолеобразующего состава, технологичного и более эффективного действия в подавлении очагов возгорания в закрытых объемах.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный огнегасительный пиротехнический состав, включающий йодат калия, нитрат калия, газообразующий компонент и органическое горючее связующее на основе идитола, согласно изобретению содержит в качестве газообразующего компонента сорбит, а дополнительным органическим горючим связующим служит тиомочевина, при следующем соотношении компонентов (мас. %):
нитрат калия
42-51
йодат калия
26-28
сорбит
16-18
идитол
6-10
тиомочевина
1-2,
причем идитол введен в количестве 5-7 мас. % в виде сухого порошка, а в количестве 1-3 мас.% - в форме 50%-ного спиртового раствора.
Отличительные признаки предложенного технического решения за счет достижения низкой температуры размягчения полученного состава (40-75°C) позволяют изготавливать из него функциональные заряды по прессовой технологии, гарантированно обеспечивающей тождественность их физико-механических характеристик и огнетушащих свойств.
Окислитель йодат калия, содержанием 26-28 мас. %, предотвращающий образование коррозионно-активного гидроксида калия, является поставщиком основного ингибирующего вещества - KJ, переводимого в дисперсную фазу аэрозоля, эффективного огнегасителя.
В качестве активатора горения состава использован сильный окислитель - нитрат калия в количестве 42-51 мас. %, достаточном для ускорения химических реакций взаимодействия компонентов, без образования несгоревшего остатка, что предотвращает генерирование вредных веществ.
Кратное увеличение нитрата калия, при уменьшении вдвое доли йодата калия, сравнительно с прототипом, обеспечило оптимизацию соотношения в составе бинарного окислителя, когда при горении образуется достаточно дисперсной фазы функционального KJ и дополнительно активируется горение композиции при большей массе сильного окислителя - нитрата калия, доступного, недорогого отечественного продукта.
При этом обеспечивается повышенная скорость достижения в защищаемом объеме огнетушащей концентрации ингибиторов горения, которые транспортируются газами, в большом количестве генерируемыми сорбитом, и, следовательно, повышается эффективность подавления очагов возгорания.
Особенностью предложенного состава является то, что расчетная масса идитола вводится в форме порошка (5-7 мас. %) и только часть (1-3 мас. %) в виде 50%-ного спиртового раствора для связи компонентов при смешивании.
В предложенном составе используют малую часть дозы идитола в форме спиртового раствора, которой достаточно, в совокупности с канифолью или тиомочевинной, для технологичного перемешивания сухих компонентов, включая порошок идитола, и прочного их сцепления при формовании зарядов. Этим достигается заметное сокращение технологического времени сушки состава по изобретению.
6
5
14
2
2
В качестве газообразователя в состав введен сорбит химической формулы COH, который кроме ингибиторов (CO и HO) генерирует горючий гексан, способствующий повышению скорости горения состава.
Сорбит при горении полностью термически разлагается и переходит в газообразное состояние, которое служит эффективным транспортирующим средством для выноса KJ в тушащий аэрозоль.
Дополнительно в состав вводят тиомочевину, обладающую высокой реакционной способностью, которая повышает воспламеняемость заряда, разлагается при низкой температуре горения, выделяя большое количество газов, выполнющих функции рабочего тела для генерируемой дисперсной фазы функционального аэрозоля - ингибиторов горения.
Спиртовой раствор идитола образует вяжущую композицию при перемешивании состава, которая обеспечивает цементацию и каркасность уплотненных из нее зарядов.
Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи 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 огнегасительный состав готовится и перерабатывается по принятой в пиротехническом производстве технологии, на существующем стандартном оборудовании.
В смеситель вводят все сухие порошкообразные компоненты мерными дозами (мас.%): 46,5±4,5 нитрат калия, 27±1 йодат калия, 17±1 сорбит, 6±1 идитол и 1,5±0,5 тиомочевину, которые перемешивают в течение 15-20 минут для равномерного распределения в объеме смеси.
После этого в смеситель вводят смолу СФ-0112А-50 (заранее приготовленный 50%-ный раствор идитола в этиловом спирте) в количестве 1,5-4,5 мас.% и перемешивают в течение 5-7 минут. Предварительная обработка идитола этиловым спиртом в оптимизированном их массовом соотношении обеспечила поверхностное растворение частиц горючего связующего для повышения адгезионных связей липкой их поверхности со структурными компонентами состава, который достаточно сыпуч для объемного дозирования и пригоден для переработки в заряды прямым прессованием.
Затем пластифицированную смесь сушат слоем 1-2 см на лотках до содержания летучих не выше 0,6 мас.% и отправляют на формование зарядов непосредственно в корпуса генераторов или в адекватные формы.
При удалении сушкой летучего этанола - растворителя идитола (смолы СФ-0112А-50) в составе содержится 6-10 мас.% идитола: 5-7 мас.% порошка и 1-3 мас.% сухого остатка смолы СФ-0112А-50.
Количественное соотношение компонентов предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов по назначению, которые показали достижение улучшенных характеристик по минимизации тушащей концентрации генерируемого аэродисперсного образования при горении с кратно повышенной скоростью состава, компоненты которого содержатся в пределах оптимизированных диапазонов.
В таблице приведены характерные рецепты составов испытанных зарядов, в которых компоненты находятся в пределах заявленных диапазонов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов содержания.
Как показали испытания опытных образцов заряды из составов 2-4 показали повышенные характеристики по огнегасительной способности, которые полностью соответствуют изобретательскому замыслу.
Заряды из состава 1 из-за неполного сгорания нитрата калия формировали газоаэрозольную тушащую смесь с выраженными щелочными свойствами, что ограничивает применение для противопожарной охраны электрооборудования и приборов.
Заряды из состава 5, который длительно сушится, крошатся и при падении с высоты 2 м раскалываются, имеют скорость горения и тушащую концентрацию генерируемого функционального аэрозоля, сопоставимые с аналогами.
3
Предложенный огнегасительный пиротехнический состав, при горении со скоростью 3-4 мм/с, образует гасящую концентрацию ингибиторов горения на треть ниже, чем штатный состав (59/86 г/см), достаточную для эффективного подавления очагов возгорания, не генерируя при этом токсичных и вредных веществ, поэтому пригоден для тушения пожаров в закрытых объемах.