СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
METHOD FOR MANUFACTURE OF PYROTECHNIC ELEMENTS

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к способу изготовления композитных пиротехнических элементов, выполненных с покрытием из воспламенительного состава, содержащего мелко раздробленный металл, сплав в комбинации с неорганической солью азоткислородных кислот, имеющий повышенную чувствительность к тепловому импульсу, инициирующему поверхностное горение пиротехнических элементов, и может быть использовано в сигнальных и фейерверочных изделиях.
Зажжение спрессованных пиротехнических зарядов представляет собой определенную проблему с организацией воспламенительного импульса для вспышки состава, температура которого выше 1000°С.
Эта задача решается с помощью примыкающих к основному спрессованному пиротехническому заряду воспламенительных составов, температура вспышки которых составляет 500-600°С. При этом достигается наилучшее зажигательное действие за счет медленного горения специально подобранных воспламенительных составов, за время которого обеспечивается достаточная передача тепла зажигаемому основному заряду (см., например, А. А. Шидловский. Основы пиротехники. М., «Машиностроение», 1973, с.184, рис.13.3).
Указанное техническое решение имеет ограниченное применение, потому что функционирует при торцевом горении припрессованного воспламенительного состава к основному заряду.
Кроме того, реализация этого технического решения не предназначена для серийного изготовления мелких пиротехнических элементов.
Отмеченные недостатки устранены в изобретении RU 2064914, С06В 21/00, 1996 г., где изложен высокопроизводительный способ проходного прессования пиротехнических элементов для сигнальных и фейерверочных изделий с функциональным покрытием посредством соэкструзионного прессования коаксиального многослойного шнура, содержащего центральный стержень основного пиротехнического заряда с примыкающими трубчатыми покрытиями из воспламенительного состава и пороховой мякоти - дымного ружейного пороха (Краткая химическая энциклопедия, т.4. М., «Советская энциклопедия», 1965, с.267).
Многослойные шнуры далее режутся поперек на композитные относительно мелкие пиротехнические элементы автономного воспламенения и горения, которые используются в качестве зарядов осветительных и фейерверочных изделий.
Однако не представляется технически возможным серийное изготовление модифицированных функциональным покрытием пиротехнических элементов диаметром менее 10 мм.
Кроме того, описанный способ практически не реализован из-за отсутствия уникального оборудования для изготовления бесконечного многослойного коаксиального шнура, из которого нарезаются пиротехнические элементы с покрытием из воспламенительного состава.
В качестве наиболее близкого аналога, совпадающего с предложенным способом по большинству существенных признаков, выбран способ изготовления пиротехнических элементов с чувствительным к огневому импульсу покрытием для сигнального и фейерверочного изделия, описанного в Быстров И.В. «Краткий курс пиротехники». М., Оборонгиз, 1940, с.166, 176-177.
Согласно данному способу сформированные пиротехнические элементы обмазывают повышающим чувствительность к начальному тепловому импульсу составом, содержащим пороховую мякоть, нитрат калия, горючее и связующее, после чего приготовленные пиропороховые элементы сушат.
Недостатком известного трудоемкого способа является неудовлетворительная функциональная надежность композитных элементов из-за неравномерности слоя покрытия из воспламенительного состава, который наносят обмазыванием пироэлементов, а также по причине отслаивания этого термочувствительного покрытия, имеющего низкую адгезию с функциональным составом, проявляющуюся при сушке элементов, хранении и транспортировании изделий.
Отмеченные недостатки служат причиной нестабильного воспламенения пироэлементов в изделии, которые горят неустойчиво и могут не полностью сгорать, что снижает эффективность основного действия функциональных зарядов.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание производительного способа изготовления мелких пиротехнических элементов (диаметром от 3 мм) с автоматическим нанесением на их поверхность качественного слоя воспламенительного состава.
Требуемый технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления пиротехнических элементов с чувствительным к огневому импульсу покрытием для сигнального и фейерверочного изделия готовят взвесь воспламенительного состава в этиловом спирте путем последовательной засыпки в 20% раствор фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте магниевого порошка, порошка алюминиево-магниевого сплава и железного порошка, перемешивания, добавления порошка калия азотнокислого и перемешивания, при следующем соотношении компонентов на сухое вещество (мас.%):
порошок калия азотнокислого
70
порошок алюминиево-магниевого сплава
10
магниевый порошок
10
фенолформальдегидная смола
10
железный порошок (сверх 100 мас.%)
10
пиротехнические элементы заливают смесью спирта и ацетона с соотношением 30/70 и перемешивают до пластификации поверхности пиротехнических элементов на 20-30% от их объема, затем пиротехнические элементы заливают приготовленной взвесью воспламенительного состава в этиловом спирте и перемешивают с равномерным втиранием воспламенительного состава в пластифицированную поверхность пиротехнических элементов, после чего пиротехнические элементы перемешивают с пороховой мякотью дымного пороха с равномерным втиранием пороховой мякоти в пластифицированную поверхность пиротехнических элементов и сушат до содержания летучих веществ 0,2-0,3%.
Отличительные признаки обеспечили получение в автоматическом режиме готовых пиротехнических элементов, в частности, диаметром 3-5 мм для сигнальных и фейерверочных изделий, на поверхности которых равномерно распределен в конструкционном единстве воспламенительный состав оптимальной композиции.
Обработка поверхности пиротехнических элементов спиртоацетоновой смесью на 20-30% их объема пластифицирует материал снаружи для формирования модифицированного слоя из последовательных прослоек воспламенительного состава и пороховой мякоти дымного пороха, что повышает функциональную надежность специальных пиротехнических изделий визуального эффекта.
Воспламенительный состав и пороховая мякоть дымного пороха при последовательном совместном перемешивании в смесителе в течение заданного времени с пиротехническими элементами, имеющими пластифицированный поверхностный слой в результате взаимодействия со спиртоацетоновой смесью, механически втираются снаружи, равномерно распределяются по поверхности, образуя функциональный слой, чувствительный к огневому импульсу.
Содержание в составе наносимого покрытия летучих минимизировано до технически достижимого диапазона содержания 0,2%.
При содержании летучих более 0,3% воспламеняемость состава неудовлетворителная, когда воспламеняются менее 80% пиротехнических элементов, что недопустимо по техническим условиям и правилами эксплуатации сигнальных изделий.
В предложенном воспламенительном составе выбрано оптимальное соотношение между окислителем (калий азотнокислый) и металлическим горючим (порошки алюминиево-магниевый и алюминиевый), которые скреплены в смеси посредством горючего связующего - фенолформальдегидной смолы, технологически разбавленной этиловым спиртом, удаляемым при сушке готовых композитных пиротехнических элементов.
В структуру воспламенительного состава дополнительно введен железный порошок (10 мас.% сверх 100%) для создания центров воспламенения за счет того, что мелкодисперсные частицы железного порошка, распределенные по поверхности пиротехнических элементов, быстро раскаляются при горении воспламенительного состава и поджигают пиротехническую смесь элементов.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть техническая задача в изобретении решена не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков формулы.
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 промышленного серийного изготовления модифицированных пиротехнических элементов для сигнальных и фейерверочных изделий можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Пиротехнические элементы, предпочтительно диаметром 3-10 мм, 20-25 мм, массой 10-20 кг засыпают в смеситель и заливают спиртоацетоновой смесью в соотношении 30/70 в количестве 200-400 мл. Перемешивание проводят в течение 5 мин, в течение которых поверхность пиротехнических элементов на 20-30% объема пластифицируется.
Затем в смеситель с пироэлементами, поверхность которых пластифицирована, заливают взвесь предварительно приготовленного воспламенительного состава массой 1,2-1,6 кг и перемешивают совместно в течение 15 мин.
Воспламенительный состав приготавливают в лопастном смесителе в два этапа. Вначале готовят смесь металлических порошков с фенолформальдегидной смолой марки СФ-112А в виде 20% раствора в этиловом спирте, в которую последовательно засыпают в равных массовых долях магниевый порошок, порошок алюминиево-магниевого сплава и железный порошок. Перемешивают в течение 3 мин, а затем добавляют порошок калия азотнокислого (70 мас.% состава) и мешают в течение 5 мин.
Воспламенительный состав при совместном перемешивании с пироэлементами механически втирается равномерном слоем в их пластифицированную поверхность, образуя композитные пиротехнические элементы.
Далее в смеситель засыпают 0,4-0,6 кг пороховой мякоти и перемешивают в течение 10 мин.
Пороховая мякоть (полуфабрикат ружейного дымного пороха) представляет собой чувствительную к тепловому импульсу смесь азотнокислого калия, угля и серы.
Обработанные с поверхности пиротехнические элементы выгружают на стеллажи, где при нормальной температуре цеха 18-25°С сушат в течение 8-16 ч до содержания летучих 0,2-0,3%.
Готовые пиропороховые элементы упаковывают для транспортирования или хранения.
В итоге по описанной технологии получают пиротехнические элементы, основной заряд которых выполнен по назначению: дымовым, искрофорсовым и др., модифицированные поверхностным слоеным покрытием, чувствительным к тепловому импульсу, что обеспечивает их автономное воспламенение по всей поверхности и объемное горение в изделии служебного или бытового использования.
Изобретение иллюстрируют следующие примеры обработки пиротехнических элементов для фейерверочных и сигнальных изделий.
Пример 1 обработки пиротехнических элементов диаметром 3-10 мм.
В смеситель типа «пьяная бочка» загружали 10 кг пиротехнических элементов, которые заливали 200 мл спиртоацетоновой смеси.
После 5 мин перемешивания добавляли 1600 г воспламенительного состава и совместно перемешивали в течение 15 мин.
Затем в смеситель загружали 600 г пороховой мякоти дымного пороха и перемешивали в течение 10 мин.
Высушенные пиротехнические элементы горят 1-6 с на высоте полета 15-20 м при использовании в фейерверочных хлопушках, ракетах, летающих шутихах.
Пример 2 обработки пиротехнических элементов диаметром 20-25 мм служебного назначения для сигнальных ракет.
В смеситель загружали 20 кг пироэлементов и 400 мл спиртоацетоновой смеси.
После 5 мин перемешивания добавляли 1200 г воспламенительного состава, так как суммарная поверхность обрабатываемых элементов, сравнительно с примером 1, меньше. Совместное перемешивание в течение 15 мин.
Далее в смеситель загружали 40 г пороховой мякоти дымного пороха и перемешивали в течение 10 мин.
Сушка при нормальной температуре до содержания летучих 0,2-0,3%.
Предложенный способ возможно использовать для обработки пироэлементов любых размеров, отработав параметры и режимы описанных операций для каждого конкретного случая, чтобы обеспечить заданную температуру воспламенения и энергию теплового импульса.
Пироэлементы по описанным примерам воспламеняются от пламени спички, а в заряде сигнальной ракеты - от штатного капсюля-воспламенителя. При этом обеспечивается стабильное воспламенение, устойчивое горение и полное сгорание заряда в заданном режиме функционирования по назначению.
Изобретение позволяет на производстве, где изготавливаются пироэлементы, практически на действующем оборудовании осуществлять модификацию их поверхности для повышения чувствительности зарядов изделий к воспламенительному импульсу.