АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ
AEROSOL-FORMING PYROTECHNIC COMPOSITION

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к аэрозолеобразующим при горении составам, используемым для постановки дымовых завес.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав, при горении которого формируется аэрозоль, генерирующий электромагнитное излучение в диапазоне волн видимого и инфракрасного излучений, который описан в патенте RU №2369591 C1, C06D 3/00, 2009 г., содержащий фосфор красный гранулированный, термическую основу из смеси порошка алюминиево-магниевого сплава и натрия азотнокислого, связующее - тиокол, стабилизатор - марганца (IV) окись, полимерный компонент (дибутилфталат) и аэросил и/или графит в качестве технологической добавки, которые 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 (IV) окись
0,3-0,7
дибутилфталат
0,5-1,5
аэросил и/или графит
0,5-1,5
Особенностью описанного пиротехнического состава является то, что фосфор красный перед гранулированием предварительно флегматизируют смешиванием с фторкаучуком и графитом, равно распределяя в объеме гранул компоненты в массовом соотношении (%): 87-92 фосфор красный, 8-10 фторкаучук и 0,5-2,5 графит.
Дополнительная обработка фосфора красного необходима для повышения его технологичности в дальнейшей переработке, которая существенно снижает чувствительность к механическим воздействиям в процессе прессования зарядов, обеспечивая тем самым безопасность в служебном обращении и в приготовлении функционального состава.
С учетом структурных составляющих предварительно сформированных гранул этот состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %:
фосфор красный
55-64
порошок алюминиево-магниевого сплава
15-19
натрий азотнокислый
8-10
тиокол
4,5-5,5
марганца (IV) окись
0,3-07
дибутилфталат
0,5-1,5
фторкаучук
5,4-6,5
аэросил
0,5-1,5
графит
1,8-0,3
Флегматизирующий фторкаучук, являясь как окислителем, так и горючим, дополнительно активирует процесс горения пиротехнического состава, усиливая энергетическое действие термической основы.
За счет дополнительного непосредственного механического контакта с активным окислителем - фторкаучуком повышается диспергирование горящего фосфора красного в атмосферу, где он доокисляется кислородом воздуха, увеличивая тем самым дисперсную фазу аэрозоля и, следовательно, маскирующее действие формируемой завесы, и расширяет спектр частот электромагнитного излучения.
Это разнообразит взаимодействие дисперсной фазы аэрозольного облака, оптически плотного маскирующего средства, с электромагнитным облучением средств зондирования, искажая отраженные лазерные сигналы и генерируя распределенные источники инфракрасного излучения, неидентифицируемые с локальным радиационным излучением работающего двигателя, которые суммарно обеспечивают скрытное перемещение авто- и бронетехники.
Маскирующая способность фосфорного аэрозоля складывается из ослабления электромагнитного отражения и собственной светимости аэрозольного облака за счет вуалирующей яркости.
Продолжением отмеченных достоинств описанного состава является присущий недостаток: высокая трудоемкость и потребительская стоимость прессованных зарядов из предварительно флегматизированных гранул на основе фосфора красного дополнительными компонентами на отдельных операциях.
Отмеченный недостаток устранен в аэрозолеобразующем пиротехническом составе по патенту RU 2083539 C1, C06D 3/00, C06B 306, C06B 21/00, 1997 г., который по числу совпадающих признаков и технической сущности выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
2
Известный аэрозолеобразующий пиротехнический состав включает фосфор красный гранулированный, порошок алюминиево-магниевого сплава, натрий азотнокислый, тиокол - полисульфидное связующее, эпоксидную смолу, марганца (IV) окись, гексаметилентетрамин (уротропин) в качестве отвердителя связующих, ускоритель отверждения дифенилгуанидин (гуанид Ф) и технологическую добавку - двуокись кремния с удельной поверхностью частиц не менее 300 м/т - аэросил при следующем соотношении компонентов, мас. %:
фосфор красный гранулированный
61-69
порошок алюминиево-магниевого сплава
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
аэросил
0,3-0,7
2
2
Особенностью известного состава является использование компонентов с дополнительной селекцией: фосфор красный с размерами частиц 100-1000 мкм составляет не менее  от всего объема фосфора, порошок алюминиево-магниевого сплава используется с удельной поверхностью не менее 1000 см/г, удельная поверхность натрия азотнокислого не менее 400 см/г, тиокол с содержанием серы не менее 30%, что ограничивает серийное производство дымовых зарядов.
Флегматизацию фосфора красного проводят предварительно приготовленным без применения растворителя связующим (смесь тиокола с эпоксидной смолой), которым затем опудривают в смесителе порошком алюминиево-магниевого сплава.
Далее в один прием вводят, перемешивая, окислитель, отверждающую и технологическую добавки, после чего добавляют 5-20%-ный раствор ускорителя полимеризации (дифенилгуанидина) в нелетучем растворителе в количестве 1-10% от массы связующего.
После этого проводят гранулирование состава одновременно с его сушкой в течение 5-10 минут в грануляторе.
Гранулирование резко снижает удельную поверхность частиц и чувствительность состава к механическим воздействиям (удар, трение), что позволяет проводить его объемное дозирование.
В технологии изготовления известного состава, в котором отсутствует большое количество легколетучего растворителя, исключены опасные операции ворошения, грануляции через сито и существенно сокращена длительность производственного цикла.
Высокие температура и скорость горения термической основы состава (порошок алюминиево-магниевого сплава и натрий азотнокислый) обеспечили более полную возгонку фосфора красного и максимальный выход при горении состава дисперсной фазы в аэрозоль, что увеличило маскирующую способность формируемой дымовой завесы.
Однако недостатком известного состава является неполнота использования по назначению фосфора красного, который при несбалансированности термической основы, характеризующейся балластным избытком окислителя, частично сгорает, а не возгоняется, что снижает оптическую плотность формируемого аэродисперсного образования.
При этом пиротехнический состав, в котором в качестве технологической добавки использован аэросил, снижающий усилие прессования зарядов, имеет повышенную чувствительность к воспламенению, что небезопасно для серийного изготовления дымовых зарядов, которые невозможно изготавливать прогрессивным литьем.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение безопасности промышленного производства дымовых зарядов литьем из модернизированного пиротехнического состава, при улучшении показателей назначения.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный аэрозолеобразующий пиротехнический состав, включающий фосфор красный гранулированный, термическую основу из смеси порошка алюминиево-магниевого сплава с натрием азотнокислым, тиокол, эпоксидную смолу, марганца (IV) окись, гексаметилентетрамин, дифенилгуаниидин и технологическую добавку, согласно изобретению, содержит в качестве технологической добавки графит пиротехнический при следующем соотношении компонентов (мас. %):
фосфор красный гранулированный
55-60
порошок алюминиево-магниевого сплава
12-14
натрий азотнокислый
13-15
тиокол
11-9
эпоксидная смола
2-3
марганца (IV) окись
0,4-0,6
гексаметилентетрамин
0,1-0,3
дифенилгуанидин
0,2-0,6
графит пиротехнический
1,3-2,5
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышение маскирующей способности формируемой дымовой завесы за счет увеличенного выхода в аэрозоль дисперсной фазы и упростили техпроцесс приготовления состава, при улучшении переработки в заряды по литьевой технологии, что производительно и существенно сокращает производственные издержки.
Фосфор красный является основным функциональным компонентом, который при горении состава формирует дисперсную фазу генерируемого аэрозоля высокой оптической плотности, поглощающую заметную долю энергии зондирующего электромагнитного облучения.
При содержании в пиротехническом составе фосфора красного менее 55 мас. % снижается эффективность аэрозолеобразования, уменьшается плотность дымовой завесы.
При содержании в пиротехническом составе фосфора красного больше 60 мас. % происходит неполная его возгонка при нестабильном горении заряда.
Выбранные диапазоны содержания в термической основе состава порошка алюминиево-магниевого сплава (металлическое горючее) 12-14 мас. % и натрия азотнокислого - окислителя 13-15 мас. % обеспечивают активное их взаимодействие с малым шлакообразованием, при стабильном беспламенном горении с высокими температурой и скоростью, что обеспечило полноту возгонки фосфора красного для максимального диспергирования его окислов в атмосферу, где формируется маскирующее дымовое облако.
Тиокол, пластифицированный эпоксидной смолой, при перемешивании состава служит для формирования на границах гранул слоя термической основы, обеспечивая активное его воспламенение и горение в объеме заряда продолжительное время.
В качестве пластифицирующих эпоксидных смол при изготовлении связующего в составе по настоящему изобретению были использованы жидкие эпоксидные смолы, полимеризующиеся при переработке в заряды: диановые и фенолформальдегидные, которые характеризуются высокой адгезией к частицам порошкообразных компонентов состава и к поверхности корпуса изделий, образуя монолитность их соединения, исключая пористость и щели в заряде, что обеспечивает заданную функциональность по назначению.
Относительное увеличение в 2,6-2,8 раза, сравнительно с прототипом, содержания пластифицированного эпоксидной смолой тиокола в принципе позволяет перерабатывать предложенный состав по литьевой технологии, что более производительно и безопасно.
Смесь связующего тиокола с эпоксидной смолой обеспечивает равномерный контакт поверхности гранул фосфора красного с термической основой состава, стабильное и активное горение которого обеспечивает генерирование аэрозоля, формирующего маскирующую завесу высокой оптической плотности.
Марганца (IV) окись служит катализатором разложения окислителя.
При содержании в пиротехническом составе марганца (IV) окиси меньше 0,4 мас. % значительно увеличивается технологическое время отверждения полимерного компонента и не обеспечивается стабильность смеси.
При содержании в пиротехническом составе марганца (IV) окиси больше 0,6 мас. % увеличивается шлаковый остаток, фильтрующий аэрозоль, в результате чего снижается эффективность использования по целевому назначению из-за неудовлетворительной оптической плотности аэродисперсного образования.
Графит пиротехнический марки «П» обеспечивает сыпучесть составу, снижая чувствительность к воспламенению, что позволяет перерабатывать технологичный состав по изобретению в заряды литьем.
При содержании в пиротехническом составе графита «П» меньше 1,3 мас. % не достигаются равномерность распределения компонентов при смешивании, безопасность переработки состава и улучшение его технологических характеристик.
При содержании в пиротехническом составе графита больше 2,5 мас. % снижается скорость горения зарядов и динамика постановки маскирующей завесы.
Гексаметилентетрамин служит в качестве отвердителя связующего, для полимеризации тиокола и эпоксидной смолы, причем ускорителем отверждения служит дифенилгуанидин, массовое соотношение которых (6%) выбрано в принятых пределах 1-10 мас. % от массы связующего.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивом единстве 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.
Предложенный состав приготавливается следующим образом.
В смеситель загружают навески фосфора красного гранулированного (57±2,5 мас. %), 10±1 тиокола и эпоксидной смолы (2,5±0,5 мас. %), которые перемешивают 7-10 минут для покрытия гранул липкой пленкой.
Затем добавляют 13±1 мас. % порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-3,-4) и перемешивают 5-10 минут, опудривая металлическим горючим слой связующего на поверхности функциональных гранул.
После этого в смеситель загружают навески следующих компонентов (мас. %): 14±1 натрия азотнокислого, 0,5±0,1 марганца (IV) окиси, 1,9±0,6 графита пиротехнического, 0,2±0,1 гексаметилентетрамина и 0,4±0,2 дифенилгуанидина, которые перемешивают 10-15 минут до равномерного распределения компонентов в составе.
Приготовленный простым смешиванием пиротехнический состав выгружают на лотки слоем 2-3 см и провяливают для удаления влаги и летучих до их содержания не более 0,4 мас. %.
Технологический процесс безопасного приготовления пиротехнического состава, сравнительно с прототипом, по времени сокращен втрое.
Оптимальное массовое соотношение компонентов термической основы и фосфора красного обеспечило полное активное взаимодействие порошка алюминиево-магниевого сплава и натрия азотнокислого в непосредственном примыкании к центрально расположенным гранулам функционального компонента, в результате чего при горении состава происходит большое выделение тепловой энергии, затрачиваемой на полную возгонку фосфора красного. При этом обеспечивается максимальный выход генерируемой дисперсной фазы в формируемое аэрозольное облако, характеризующееся повышенной оптической плотностью.
Предложенный аэрозолеобразующий пиротехнический состав пригоден для переработки в заряды по литьевой технологии, имеет низкую степень чувствительности к электрической искре, чувствительность к удару 3 кл., к трению 6 кл., что на 2 кл. выше, чем у аналогичных составов на основе фосфора красного.
При горении состава по изобретению поступающая в атмосферу дисперсная фаза аэрозоля характеризуется повышенной на 50% дымообразующей способностью.
Оптимальное массовое соотношение компонентов в предложенном аэрозолеобразующем пиротехническом составе для получения наилучших показателей назначения было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, что подтверждено результатами испытаний опытных образцов целевых зарядов.
Для огневых испытаний были приготовлены опытные образцы из пиротехнических составов, включающих компоненты в пределах предложенных диапазонов их содержания, на границах и за границами этих диапазонов.
Характерные составы зарядов, прошедшие испытания, представлены в Таблице.
Характерные аэрозолеобразующие пиротехнические составы
2
По результатам испытаний было установлено, что составы 2-4 полностью соответствуют техническому заданию, обеспечив дымообразующую способность 98% по формированию аэрозольной завесы, маскирующая способность которой составляет 4,8-5,0 м/г.
Состав 1 характеризуется пониженной оптической плотностью дымовой завесы из-за пламенного горения при малой скорости, в результате чего образуются шлаки, в которых оседала дисперсная фаза.
Состав 5 имеет неравномерное распределение компонентов в объеме, определяющее нестабильность горения зарядов при относительно низкой скорости, сопровождающейся ростом количества шлаковых остатков, в результате чего оптическая плотность дымовой завесы не соответствует требуемому уровню.
Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия аэрозолеобразующего пиротехнического состава не являются очевидными для специалиста по пиротехнике, которые прямо следуют из постановки технической задачи.
Изготовление пиротехнического состава из совокупности компонентов в предложенном массовом соотношении возможно осуществлять на действующем производстве по отработанной технологии.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Положительные результаты испытаний на эффективность маскирующего действия предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава позволяют рекомендовать его для серийного производства и поставок функциональных зарядов заказчикам.