ИСКРОФОРСОВЫЙ СОСТАВ ЗЕЛЁНОГО ОГНЯ ДЛЯ ФЕЙЕРВЕРКА
SPARK-FORCE COMPOSITION OF GREEN FIRE FOR FIREWORKS

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к пиротехническим составам для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей, и может быть использовано для изготовления фейерверков и салютов красочного зеленого пламени с сопутствующим снопом искр.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический фейерверочный состав, описанный в патенте RU 2501777 C1, С06В 33/12, С06В 25/00, 2012 г., который по технической сущности и числу совпадающих существенных признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный пиротехнический состав содержит цветопламенный окислитель - нитрат бария, усилитель цвета - поливинилхлорид, порошок алюминиево-магниевого сплава в качестве металлического горючего и фенолформальдегидную смолу (идитол) в качестве органического горючего связующего.
Особенностью этого состава является то, что в качестве дополнительного горючего в него дополнительно включены энергонасыщенные утилизируемые отходы пироксилинового производства сгорающей гильзы, включающей тринитротолуол, пироксилин и целлюлозу в массовом соотношении как 1:0,5:0,5 соответственно.
Пиротехнический фейерверочный состав содержит перечисленные компоненты в следующем массовом соотношении, %:
нитрат бария
49-53
поливинилхлорид
5-7
порошок алюминиево-магниевого сплава
10-14
материал отходов сгорающей гильзы
28-32
фенолформальдегидная смола
0,5-1,5
Этот состав позволяет утилизировать неизбежные технологические отходы производства материала сгорающей гильзы, исключив экологически вредные выбросы в атмосферу при их обычном сжигании. При этом пиротехнический состав для фейерверков и салютов характеризуется улучшенными показателями назначения по насыщенности пламени характерным цветом за счет повышения скорости горения и удельного выхода целевого продукта.
Недостатком описанного пиротехнического состава является неудовлетворительный красочный эффект из-за низкого искрообразования.
Отмеченный недостаток устранен в искрофорсовом составе цветного огня для фейерверков по патенту RU 2192406 С2, С05В 33/06, 2002 г., пункты 1 и 5 формулы, который по технической сущности и числу совпадающих существенных признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный искрофорсовый состав зеленого огня для фейерверков содержит нитрат бария, металлические порошки: алюминиево-магниевого сплава, магния и титана, нитропленку, идитол, усилитель цвета - калий хлорнокислый и в качестве газообразователя - калий бензойнокислый при следующем соотношении компонентов (мас.%):
нитрат бария
20-32
калий хлорнокислый
28-37
калий бензойнокислый
13-17
Магний
9-14
Титан
6-9
алюминиево-магниевый сплав
1,99-2,95
Нитропленка
0,01-0,05
Идитол
4-6
В этом составе калий хлорнокислый - высокотемпературный окислитель - играет роль хлорсодержащего вещества, способствующего увеличению насыщенности пламени зеленым цветом, а калий бензойнокислый служит для генерирования высокотемпературного газа-носителя горящих металлических частиц в газовую зону пламени, увеличивая тем самым геометрические размеры искрящегося факела.
Эффективность искрообразования при горении известного состава обусловлена тем, что смесь порошков титана и алюминиево-магниевого сплава гранулируется и гранулы покрываются 15%-ным раствором нитропленки в ацетоне с последующей провялкой.
Приготовленные гранулы в факеле пламени взрываются, образуя улучшенный эффект искрообразования в шлейфе до 60 см на таблетках зарядов диаметром 20 мм.
Недостатком известного состава является бледная цветовая окраска пламени зеленым цветом из-за относительно малой доли (20-32 мас.%) цветообразующего окислителя - нитрата бария, которая ограничена наличием дополнительного газообразователя, необходимого для выноса в пламя факела искрообразующих гранул, где взрыв которых создает искрофорсовый шлейф, и невысокой эффективностью хлорсодержащего усилителя цвета, содержание которого составляет треть общей массы, сокращая тем самым объем и действие по назначению термической основы состава.
Кроме того, приготовление известного многокомпонентного пиротехнического состава, включающего дефицитную и дорогостоящую нитропленку, характеризуется сложной технологией, что повышает его потребительскую стоимость.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности основного действия искрофорсового состава зеленого огня при улучшении его технологичности.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный искрофорсовый состав для зеленого фейерверка, включающий нитрат бария, порошок алюминиево-магниевого сплава, искрообразователь из смеси металлических порошков, хлорсодержащий усилитель цвета и в качестве органического горючего связующего идитол, согласно изобретению, содержит в качестве искрообразователя порошок ферросилиция и алюминиевую пудру, а в качестве усилителя цвета - порошок хлорпарафина, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрат бария
54-61
порошок алюминиево-
магниевого сплава
7-10
Хлорпарафин
14-16
Ферросилиций
9-11
алюминиевая пудра
5-6
Идитол
4-3
Отличительные признаки предложенного технического решения расширили область использования пиротехнического состава для салютов и фейерверков более насыщенного ярким зеленым цветом, образующего оригинальный красочный эффект.
При горении термической основы предложенного пиротехнического состава порошок ферросилиция (сплав железа и кремния) раскаляется и образует сноп искр внутри пушистого шлейфа из сгорающей алюминиевой пудры, что визуально формирует сложно структурированный искрящийся и светящийся протяженный форс зеленого огня.
Использование в искрофорсовом составе зеленого огня в качестве усилителя цветности порошка хлорпарафина марки ХП-66Т, технологичного родственного вещества, обеспечило насыщенность пламени зеленым цветом.
Порошок ферросилиция марки ФС-75 при горении состава раскаляется и образует сноп ярких искр, визуально воспринимаемых красно-желтыми.
Совместное функционирование хлорпарафина и ферросилиция создает комбинированный зрелищный эффект двойной цветовой гаммы: красно-желтый центральный сноп искр в опушении зеленым пламенем.
Используемый в пиротехническом составе порошок хлорпарафина марки ХП-66Т содержит 70-72% хлора и является донором свободного хлора, необходимого в пиротехнике для создания цветных огней.
Порошок хлорпарафина - активного окислительного агента - образует хлориды металлов, которые излучают монохромным зеленым цветом, дополнительно насыщая и окрашивая функциональное пламя.
Нетоксичный хлорпарафин дополнительно пластифицирует смесь компонентов состава.
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.
При содержании в пиротехническом искрофорсовом составе нитрата бария меньше 54 мас.% снижается насыщенность пламени зеленым цветом.
При содержании в пиротехническом искрофорсовом составе нитрата бария больше 61 мас.% заметного улучшения показателей назначения не наблюдается.
При содержании в пиротехническом искрофорсовом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 7 мас.% температура и скорость горения заряда снижается и падает выход искр в пламя, насыщенность зеленым цветом которого резко снижается.
При содержании в пиротехническом искрофорсовом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 9 мас.% нарушается оптимизированное его соотношение с окислителем в термической основе состава, в результате чего подает объем генерирования активного хлора и, как следствие, образование излучающих монохромным зеленым цветом хлоридов металлов, что уменьшает насыщенность цветом пламени.
Диапазон содержания порошка хлорпарафина в пиротехническом составе оптимизирован экспериментально в выбранном диапазоне по яркости и насыщенности пламени зеленым цветом и дополнительной пластификации состава на операции прессования в функциональные таблетки снаряжения изделий.
При содержании в пиротехническом искрофорсовом составе идитола (фенолформальдегидной смолы в виде спиртового лака) меньше 3 мас.% не обеспечивает равномерного покрытия клеящей пленкой сухих компонентов состава при смешивании, что приводит к аномалии физико-химических свойств функциональных зарядов, при этом резко повышаются усилия их прессования.
Содержание в пиротехническом искрофорсовом составе идитола больше 4 мас.% приводит к непроизводительному повышению технологического времени сушки смеси перед прессованием таблеток.
При содержании в пиротехническом составе ферросилиция меньше 9 мас.% снижается образование искр в форсовом факеле при горении функционального заряда, что снижает красочный эффект.
Содержание в пиротехническом составе ферросилиция больше 9 мас.% является балластным, так как не обеспечивает заметного улучшения искрообразования.
Состав приготавливается по принятой в пиротехническом производстве технологии смешиванием компонентов в промышленном смесителе.
В смеситель загружают сухие компоненты в долевом содержании (мас.%): 57,5±3,5 нитрат бария по ГОСТ 1713, 8,5±1,5 порошок алюминиево-магниевого сплава марки ПАМ-4 (ГОСТ 5593), 5,5±0,5 алюминиевой пудры марки ПП-3Т по ГОСТ 5592, 15±1 порошка хлорпарафина марки ХП-66Т (СТО 0020-3275-212), 10±1 ферросилиция марки ФС-75 по ГОСТ 1415, которые смешивают в течение 15-20 минут для равномерного распределения в объеме.
Затем в смеситель добавляют заранее приготовленный 50%-ный раствор идитола марки СФ-0112 (ГОСТ 18694) в количестве 3,5±0,5 мас.% в спирте этиловом по ГОСТ 18300 и смешивают в течение 10-15 минут для равномерного распределения лака по поверхности сухих компонентов.
После гранулирования композиции протиранием смеси через мерное сито ее сушат на лотках до содержания летучих не более 0,6 мас.%, а затем прессуют функциональные заряды для фейерверков и салютов.
Количественное содержание компонентов пиротехнического искрофорсового состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, оптимальность которого по достижении 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 представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Компоненты
СОСТАВЫ, содержание компонентов, мас.%
1
2
3
4
5
Нитрат бария
58
61
58
55
53
ПАМ
6
7
8
9
10
Алюминиевая пудра
10
5
6
6
7
Хлорпарафин
13
14
15
16
18
Идитол
5
4
4
3
2
Ферросилиций
8
9
9
11
10
Показатели назначения, полученные в результате испытаний опытных составов по изобретению, приведены в Таблице 2.
Таблица 2.
Характеристики зарядов из составов по изобретению.
Характеристики
Показатели составов
1
2
3
4
5
Сила света, кд
5000
5300
5300
6500
6800
Длина волны, нм
550
550
555
547
523
Чистота цвета, %
69
67
70
68
68
Скорость горения, мм/с
2,0
2,1
2,1
2,2
2,2
Полученные результаты испытаний опытных образцов зарядов показал, что заряды 2-4 по основным техническим характеристикам полностью удовлетворяют заданным требованиям и показателям назначения искрофорсовых таблеток цветного огня для фейерверков и салютов.
Состав №5 характеризуется бледным цветом пламени из-за относительно низкой длины волны излучения аэродисперсного образования при горении.
Горение состава №1 происходит с пониженной скоростью, определяющей уменьшение силы света пламени при горении заряда, формируется невыразительный форс, что снижает красочность и насыщенность фейерверка.
Предложенный состав химически стойкий и обладает достаточной физико-химической стабильностью, при этом чувствительность состава к механическим воздействиям низкая, что безопасно и технологично в промышленном производстве и эксплуатации.
Структурные компоненты состава доступны и имеют широкую сырьевую базу.
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 неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления искрофорсового пиротехнического состава зеленого огня можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.