ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМОВОЙ ЗАВЕСЫ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОРОХОВЫМ ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
POWDER-COATED GRANULAR PYROTECHNIC COMPOUND FOR INFRARED SMOKE SCREENING AND ITS MANUFACTURING METHOD

Группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, относится к средствам для образования дымовых завес, а более конкретно к технологии изготовления пиротехнических составов, которые используются в качестве дымообразующего снаряжения в боеприпасах для постановки маскирующего аэрозольного облака.
Уровень данной области техники характеризует дымовой заряд для гранат, мин, выстрелов, описанный в патенте RU 2262064, F42B 12/48, 2005, выполненный цилиндрической формы с центральным каналом из аэрозольобразующего состава, содержащего (мас.%): 87-91 фосфора красного технического, 8-10 связующего - фторкаучука, 1-3 графита (технического углерода).
Фторкаучук при функционировании состава активизирует горение фосфора красного, так как структурный фтор связующего является активным окислителем.
Порошок технического углерода, диспергированный в объеме состава, снижает трение при прессовании заряда, обеспечивая технологическую безопасность.
Центральный канал спрессованного заряда, который размещен в алюминиевой оболочке, заполнен воспламенительно-разрывным зарядом из флегматизированного гексогена, инициируемого детонационным импульсом капсюля-детонатора.
Возникающей при этом детонационной волной пиротехнический заряд функционального состава дробится на мелкодисперсные частицы, в которых воспламеняются частицы фосфора красного.
Распространяясь в воздушном пространстве на 15-70 м, горящие частицы образуют аэрозольное облако, инфракрасное (ИК) излучение которого экранирует теплоизлучающую военную технику и оборудование от средств обнаружения и наведения противника, обеспечивая тем самым скрытность маневров и время для выполнения боевой задачи.
Однако недостатком описанного заряда является его инертность из-за переуплотнения состава, воспламенение которого возможно только посредством взрывчатого вещества, что усложняет огневую цепь инициирования боеприпаса и ограничивает область использования.
Повышенное содержание в пиротехническом составе технологической добавки - порошка технического углерода до 3 мас.% уменьшает долю функционального компонента - фосфора красного и эффективность основного действия боеприпаса.
Произвольное дробление спрессованного заряда из функционального состава не исключает формирование крупных фракций, которые не образуют аэрозоль, а падают и догорают на подстилающей поверхности, что снижает маскирующую способность и плотность дымовой завесы, время существования которой недостаточно для эффективной защиты военной техники и оборудования.
Отмеченные недостатки устранены в патенте GB 2188921, С06В 39/00, 1987 г., в котором описан пиротехнический гранулированный состав для создания дымовой завесы и способ его изготовления, которые по существу и числу совпадающих признаков выбраны в качестве наиболее близких аналогов предложенной группе изобретений: составу и способу его изготовления.
Особенностью дымовой завесы, образованной при горении известного состава, является непроницаемость для длинноволнового электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне волн детекторов систем обнаружения объектов военной техники, излучающих тепло, и наведения на цель.
Известный дымообразующий состав содержит, мас.%: 95 - фосфор красный аморфный и 5 - связующее в виде бутадиен-стирольного каучука, который включает по массе 9% технической сажи с микронным размером частиц.
Гранулы известного пиротехнического состава припудрены черным бессерным порохом в количестве 1-2 мас.% от массы гранул.
При горении фосфора красного образуется густое облако, излучающее в инфракрасном диапазоне, которое препятствует проникновению длинноволнового (10-14 мкм) ИК-излучения детекторов обнаружения цели и средств наведения, так как происходит его переизлучение в массе дымовой завесы.
Когда дымовое облако остывает, то аэрозольные частички сажи (технического углерода) размером 5-7 мкм поглощают зондирующее ИК-излучение, что обеспечивает общую длительность маскировки в течение 30 с.
Однако при срабатывании центрального воспламенительно-разрывного заряда высокотемпературная зона продуктов детонации в открытом воздушном пространстве ограничена, что является причиной неполного воспламенения диспергируемого фосфорного снаряжения и, как следствие, при этом снижается маскирующее действие формируемого аэрозольного облака.
Количество пороха, удерживаемого на поверхности гранул, является явно недостаточным для автономного воспламенения фосфора в объеме снаряжения, поэтому в дымообразующий состав вынужденно диспергируют гранулированный воспламенительный состав, который инициируется от штатного взрывателя боеприпаса.
Это усложняет изготовление и комплектацию дымовой гранаты, структуру ее снаряжения, причем доля функционального состава в нем снижается, что неизбежно уменьшает эффективность дымовой завесы.
Для обеспечения заданной дымовой защиты от ИК-излучения детектора необходимо увеличивать объем боеприпаса или используемое количество штатных дымовых гранат.
Известный способ характеризуется тем, что состав изготавливают гранулированным для увеличения поверхности горения функционального снаряжения, с целью интенсификации постановки маскирующей дымовой завесы.
Связующий каучук предварительно растворяют в дихлорэтане с образованием геля, в котором диспергируют фосфор красный. Затем полученную массу сушат и гранулируют продавливанием через сито, формируя гранулы диаметром 3,2 мм, которые припудривают молотым бессерным порохом, например, скатыванием.
Покрытие гранул пленкой пороха обеспечивает сыпучесть составу и функционально не является балластом, повышая его энергетику.
Частицы размером более 3,2 мм не удерживаются в воздухе, догорая на земле, что снижает объем и плотность аэрозольного облака, эффективность маскировки.
При размерах частиц менее 3,2 мм возникают технологические трудности применения состава в серийном производстве.
Принятый порядок операций по известному способу изготовления гранулированного пиротехнического состава ограничивает его показатели назначения и эффективность основного действия из-за технической проблемы формирования порохового покрытия гранул необходимой толщины для обеспечения автономности их воспламенения и устойчивого горения для генерирования в полном объеме формируемой дымовой завесы, так как порох наносят на сухие гранулы.
Кроме того, работа в серийном производстве с дихлорэтаном - полимерным растворителем бутадиен-стирольного каучука является опасной для персонала и экологически вредна.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является повышение функциональной надежности и маскирующей способности формируемого дымового облака при горении модифицированного пиротехнического состава, полученного по усовершенствованной технологии изготовления гранул с автономным воспламенением и устойчивым их горением.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом гранулированном составе для образования дымовой завесы инфракрасного излучения с пороховым покрытием, содержащем фосфор красный, каучуковое связующее и диспергированный в нем порошок технического углерода, согласно изобретению, в качестве каучукового связующего он содержит фторкаучук, а в качестве порохового покрытия использовано воспламенительное покрытие из пороховой мякоти дымного пороха, сформированное с использованием поливинилового спирта в качестве клеящей добавки, при следующем содержании компонентов, мас.%:
фосфор красный
72,5-79,0
фторкаучук
6,7-8,5
порошок технического углерода
0,5-1,3
поливиниловый спирт
1,5-2,0
пороховая мякоть дымного пороха
13-15
Другой особенностью предложенного технического решения является то, что в способе изготовления пиротехнического гранулированного состава для образования дымовой завесы инфракрасного излучения с пороховым покрытием, включающем приготовление геля фосфора красного в растворе связующего каучука, гранулирование, сушку и нанесение пороха на поверхность гранул, по предложению авторов, в качестве связующего каучука используют 25%-ный раствор фторкаучука в ацетоне, в приготовленный гель фосфора красного диспергируют порошок технического углерода, полученные после гранулирования гранулы орошают в дражираторе 10%-ным водным раствором клеящей добавки - поливинилового спирта, затем на них засыпают пороховую мякоть дымного ружейного пороха при массовом соотношении 1:(0,15-0,18), перемешивают с формированием порохового покрытия из адгезионного слоя пороховой мякоти дымного ружейного пороха, после чего гранулы сушат до содержания влаги не более 0,4 мас.%.
Отличительные признаки позволили технологическими приемами сформировать на поверхности гранул более эффективного функционального состава слой пороха, в качестве автономного воспламенительного средства, который обеспечивает устойчивое горение пиротехнического состава во всем объеме снаряжения.
Использование в качестве связующего фторсодержащего каучука снабжает пиротехнический состав дополнительным активным окислителем фосфора красного, что интенсифицирует его горение и минимизирует время постановки дымовой завесы.
Порошок технического углерода, диспергированный в состав, при изготовлении гранул, выполняет технологические функции антифрикционной сухой смазки в смесителе, а при функционировании состава по назначению служит дополнительным распределенным тепловым излучателем, а также поглощающим агентом зондирующего длинноволнового ИК-излучения в остывающем аэрозольном облаке, что увеличивает противодействие средствам обнаружения и наведения противника.
Относительное увеличение массового содержания фосфора красного в составе до оптимального за счет сокращения доли порошка технического углерода служит повышению эффективности заряда и его маскирующей способности.
Снижение массового содержания порошка технического углерода в оптимизированном диапазоне создает возможность адекватно увеличить массу функционального компонента - фосфора красного, генерирующего дымовую завесу, излучающую тепло в ИК-диапазоне.
При содержании в предложенном составе порошка технического углерода менее 0,5 мас.% время существования защитной дымовой завесы сокращается, так как в остывающем облаке недостаточно количества твердых аэрозольных частиц, поглощающих зондирующее ИК-излучение.
Содержание в составе порошка технического углерода более 1,5 мас.% является балластным и снижает показатели назначения.
Спреерное орошение гранул пиротехнического состава в дражираторе 10%-ным водным раствором поливинилового спирта размягчает их поверхность, увеличивая адгезию. При условии, что гранулы, полученные продавливанием массы через сетку, имеют протяженную форму, они в дражираторе разламываются на более мелкие фрагменты, которые, слипаясь между собой, формируют сферические конгломераты заданных геометрических и массовых параметров для более эффективного функционирования по основному назначению.
Последующее перемешивание в дражираторе сформированных гранул пиротехнического состава с пороховым покрытием обеспечивает прочное их адгезионное сцепление и образование плотного равномерного покрытия из пороховой мякоти дымного ружейного пороха, чувствительного к воспламенительному импульсу, толщиной, достаточной для автономного воспламенения фосфора красного.
Это обеспечивает устойчивое горение частиц фосфора красного, распределенных метательным импульсом боеприпаса в воздушном пространстве, формируя маскирующее аэрозольное облако.
Использование в качестве порохового покрытия гранул функционального состава пороховой мякоти дымного ружейного пороха (эффективного воспламенительного средства) позволяет утилизировать существующие его арсенальные запасы, сократив потребительскую стоимость дымообразующих боеприпасов.
Содержание в покрытии гранул пиротехнического состава пороховой мякоти дымного пороха менее 0,15 массовых частей основного заряда недостаточно для гарантированного воспламенения всего снаряжения и устойчивого горения фосфора красного в объеме формируемого облака.
При использовании пороховой мякоти дымного пороха в массовом соотношении к основному пиротехническому составу более чем 0,18:1 практически не удается сформировать воспламенительное покрытие гранул большей толщины, так как ее избыток остается в технологическом оборудовании, или просеивается.
Сушку приготовленного пиротехнического гранулированного состава проводят до содержания в нем влаги не более 0,4 мас.% для гарантированного и надежного его воспламенения при температуре эксплуатации в диапазоне от - 40°С до +50°С.
Результатом предложенного менее опасного промышленного способа изготовления пиротехнического гранулированного состава для образования дымовой завесы инфракрасного излучения с пороховым покрытием является получение стабилизированных, автономно воспламеняемых гранул функционального состава на основе фосфора красного, совместное горение которых повышает скорость постановки маскирующей дымовой завесы.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
Предлагаемый пиротехнический гранулированный состав изготавливают по следующей технологии.
В смесителе марки 35СВ в атмосфере азота перемешивают в течение 10-15 минут фосфор красный технический (ГОСТ 8655) массой 87-93%, и 8-10 мас.% фторкаучука марки СКФ-32 (ОСТ В 84-1467) в виде 25%-ного раствора в ацетоне, при массовом соотношении 3:1, образуя гель, в который затем загружают порошок технического углерода (ГОСТ 82-95) в количестве 0,5-1,5 мас.% и мешают 10-15 минут. Последние 5-10 минут мешают с поддувом в зону смешивания воздуха с давлением 0,4 МПа, подсушивая смесь.
Полученный состав гранулируют продавливанием через сетку с ячейками 1,25-2,0 мм на планетарно-вибрационном грануляторе ПВГ-2М. Время гранулирования составляет 15-30 минут.
Далее гранулированный пиротехнический состав при температуре помещения 18-35°С провяливают на лотках до содержания 0,5 мас.% влаги и летучих веществ.
Затем пиротехнический гранулированный состав загружают в дражиратор марки СВА-49, углом наклона чаши которого и скоростью его вращения регулируют размер формируемых гранул, в частности в диапазоне диаметров 0,5-5,0 мм.
Для этого в дражираторе включают спреер подачи 10%-ного водного раствора поливинилового спирта ПВС-10 (ОСТ В84-1467) на перемешиваемые гранулы, поверхность которых при этом размягчается и покрывается клеящим слоем, который связывает гранулы пиротехнического состава.
После отключения спреера в дражиратор засыпают порошок пороховой мякоти дымного ружейного пороха (ГОСТ 1027) массой 150-180 г на 1 кг гранулированного пиротехнического состава. Перемешивание ведут в течение 5 минут.
При горении функционального состава более легкие гранулы диаметром 0,5 мм формируют верхнюю границу аэрозольного облака, а гранулы диаметром 5,0 мм, которые более долго горят, осуществляют энергетическую подпитку для протяженного по времени ИК-излучения и определяют геометрические параметры дымовой завесы.
В результате по предложенному способу формируются гранулы стабилизированного пиротехнического состава с низкой чувствительностью к механическим воздействиям, то есть технологичного в переработке и служебном обращении.
При перемешивании сформированных гранул в течение 5 минут на их поверхности образуется плотный и ровный слой пороха, который служит в качестве автономного воспламенительного средства.
Приготовленный пиротехнический гранулированный состав выгружают на лотки и в течение не менее 3-х часов при температуре 35-45°С сушат, удаляя влагу до содержания не более 0,4 мас.%.
Готовый пиротехнический гранулированный состав для образования дымовой завесы инфракрасного излучения, модифицированный количественно, гранулы которого оснащены воспламенительным пороховым покрытием, укупоревают в пакеты для хранения и дальнейшего снаряжения ручных дымовых гранат.
Проведенный сопоставительный анализ предложенной группы изобретений с выявленными аналогами уровня техники, из которого технические решения явным образом не следуют для специалиста по пиротехнике, показал, что они не известны, а с учетом возможности промышленного изготовления пиротехнического гранулированного состава на штатном технологическом оборудовании, можно сделать вывод об их соответствии критериям патентоспособности.
Опытные партии предложенного дымообразующего состава, изготовленного по технологии изобретения в пределах количественного содержания компонентов с размерами гранул в пределах оптимизированного диапазона, подготовлены для снаряжения экспериментальных ручных гранат для проведения комплексных натурных испытаний, с целью разработки технической документации и реализации заказчикам.