АЭРОЗОЛЬНЫЙ ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ Российский патент 1994 года по МПК A62D1/00 C06B25/18 C06B25/20 

Изобретение относится к области разработки аэрозольных огнетушащих составов для объемного пожаротушения в замкнутых или полузамкнутых объемах, в частности, для тушения пожаров в двигательных установках самолетов, автомобилей, вертолетов, тепловозов и других.

При горении аэрозольного огнетушащего состава образуются высокодиспергированные огнетушащие агенты, обладающие высокой способностью ингибировать пламенные цепные реакции.

Как правило, газогенераторы пожаротушащих установок должны работать при атмосферном давлении или в интервале давлений, близких к нему. Поэтому аэрозольные огнетушащие составы должны устойчиво гореть и иметь низкую зависимость скорости горения от давления в интервале 1-5 атм. С другой стороны, пожаротушащие установки различного назначения должны обеспечивать различный секундный расход за счет регулирования скорости горения аэрозольного огнетушащего состава.

Известны аэрозольные огнетушащие составы, включающие огнетушащий агент, окислитель и связующие, например, состав для огнетушения (патент США N 3972820), состоящий из следующих компонентов, мас.%: галоидное соединение (гексахлорбензол, гексабромбензол и др.) 25-85; окислитель (хлорат или перхлорат натрия или калия) 15-45; связующее (эпоксидная смола) 3-50. Состав представляет собой твердую смесь, полученную отверждением при температуре 70^оС в течение 17 ч. При горении указанного состава образуются высокодиспергированные огнетушащие агенты (за счет испарения галоидных соединений), которые подавляют пожар.

Однако указанный состав характеризуется невозможностью регулирования скорости горения, особенно при низких давлениях, близких к атмосферному из-за отсутствия катализатора и активатора горения, что приводит к повышенному расходу состава для обеспечения безотказной работы газогенератора, низкой огнетушащей способностью (100-150 г/м³), низкой химической стойкостью (отсутствие стабилизатора) и, как следствие, небольшой гарантийный срок хранения; образованием экологически вредных веществ при горении (гексахлорбензол, гексабромбензол и др.). Кроме того, сложность технологии изготовления состава затрудняет ее промышленное осуществление в серийном производстве.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является аэрозольный огнетушащий состав, содержащий 55-90% нитрата или перхлората щелочного металла и 10-45% горючего связующего. В качестве горючего связующего используют баллиститный порох (международная заявка РСТ NWO 92/17244).

Но заявленный состав не обладает достаточно высокой скоростью горения при атмосферном давлении, которая обеспечила бы снижение зависимости скорости горения от давления в интервале давлений, близким к атмосферному. Недостатком этого состава является и то, что при неполном сгорании продуктов оказывается вредное влияние недогоревших окислов углерода (СО) и азота, а также ионов хлора. Кроме того, производство зарядов производится прессованием, что не обеспечивает достаточно высокую производительность.

В основу изобретения положена задача разработать аэрозольный огнетушащий состав, обладающий высокой огнетушащей способностью с повышенной скоростью горения при атмосферном давлении, обеспечивающий снижение зависимости скорости горения от давления в интервале давлений, близких к атмосферному, характеризуемый повышенной экологической безопасностью за счет обеспечения более полного сгорания продуктов, а следовательно, уменьшения недогоревших окислов углерода и азота, а также исключения ионов хлора, являющихся причиной коррозии материалов. Одновременно поставлена задача повышения производительности при изготовлении зарядов за счет применения существующей шнековой технологии.

Задача решена тем, что аэрозольный огнетушащий состав включает нитрат калия, горючее связующее - баллиститный порох и катализатор-гексациано(III)феррат калия. Причем баллиститный порох содержит диметилдифенилмочевину, или дифениламин, или их смесь, углерод, масло смазочное, фторпласт, стеарат натрия или цинка и нитроцеллюлозу, пластифицированную полярными и неполярными пластификаторами или их смесями, при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %: нитрат калия 40,0-70,0, гексациано(III)феррат калия 0,2-10,0, диметилдифенилмочевина, или дифениламин, или их смесь 0,5-2,0, углерод 4,5-9,5, масло смазочное 0,5-2,0, фторпласт 0,1-4,0; стеарат натрия или цинка 0,02-1,0, нитроцеллюлоза пластифицированная остальное.

С целью повышения эффективности аэрозольный состав может содержать следующие варианты пластифицированной целлюлозы: нитроцеллюлозу, пластифицированную динитродиэтиленгликолем или триацетином при их весовом соотношении 40-45: 60-55 соответственно; нитроцеллюлозу, пластифицированную смесью динитродиэтиленгликоля и триацетина, взятых в соотношении 1:1, при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 40-45:60-55 соответственно; нитроцеллюлозу, пластифицированную смесью триацетина и дибутилфталата, взятых в соотношении 1:1, при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 40-45: 60-55 соответственно; нитроцеллюлозу, пластифицированную смесью динитродиэтиленгликоля и дибутилфталата, взятых в соотношении 1:1, при соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 40-45:60-55 соответственно. Предлагаемый состав обладает высокой огнетушащей способностью 10-25 г/м³, высокой скоростью горения при Р=0,1 МПа 3,9-4,9 мм/с, прочностью при сжатии 30-42 МПа. Кроме того, состав характеризуется снижением зависимости скорости горения от давления при низких давлениях (0,3-3 МПа), что исключает аномальную работу генератора пожаротушения, повышает огнетушащую способность состава и приводит к снижению его расхода. Состав обладает высокими физико-механическими характеристиками, а именно, прочность при растяжении E_р^293К составляет 2,5-3 МПа, деформация ε_p^293K 5-12%, модуль упругости Е_р^293К= 80-85 МПа. Заявляемый состав также характеризуется простотой технологии изготовления и удобством изготовления из него элементов заданных форм и размеров для применения. Процесс изготовления элементов для применения включает следующие операции: изготовление массы из исходных компонентов без ввода водорастворимых нитрата калия и гексоциано(III)феррата калия в водной среде путем перемешивания, отжим полученной массы, смещение полученной массы с нитратом калия и гексоциано(III)ферратом калия, прессование элементов заданных форм и размеров.

П р и м е р 1. Состав состоит из следующих компонентов, мас.%: Нитрат калия 61,2 Гексоциано(III)феррат калия 4,8 Дифениламин 0,5 Углерод 8,4 Масло индустриальное 0,5 Фторопласт 1,5 Стеарат натрия 0,1
Пластифицированная
нитроцеллюлоза (в т.ч.

нитроцеллюлоза 10,4 ди- нитродиэтиленгликоль 12,6) 23,0
Для экспериментальной проверки пожаротушащего эффекта состава на базе жаровой трубы камеры сгорания воздушно-реактивного двигателя была создана установка, позволяющая моделировать условия пожара в скоростном потоке воздуха, характерного для авиационной техники.

Огнетушитель, оснащенный аэрозольным твердотопливным зарядом из указанного состава, устанавливался соосно с жаровой трубой на расстоянии 0,5-1 м от среза. В процессе эксперимента по тушению расход и скорость воздушного потока регулировалась в пределах 0,1-0,2 кг/с, 100-1000 м/c cоответственно, расход керосина ТС-1 от 20 до 70 г/с. Температура продуктов сгорания по показаниям датчиков варьировалась от 1200 до 1500^оС. Суммарный расход газоаэрозольной смеси варьировался от 30 до 100 г/с. В процессе экспериментов было получено устойчивое гашение пламени жаровой трубы при удельном расходе газоструи около 50-75 г/кг воздуха. В процессе гашения расход топлива ТС-1 через топливную форсунку поддерживался постоянным. Время работы жаровой трубы до включения огнетушителя варьировалось от 7 с до 1,5 мин. Время работы огнетушителя от 1 до 6 с.

Результаты испытаний представлены в табл. 1.

П р и м е р ы 2-5. Состав аналогичен описанному в примере 1 за исключением пластифицированной нитроцеллюлозы, взятой в различных вариантах. Варианты заявляемого состава и результаты экспериментальной проверки, проведенной аналогично примеру 1, представлены в табл. 1.

Как видно из данных, представленных в табл. 1, введение в заявляемый состав различных вариантов пластифицированной нитроцеллюлозы обеспечивает высокие равноценные показатели заявляемого состава, а именно, огнетушащая способность 20-25 г/см³, скорость горения 3,5-4,1, величина зависимости скорости горения от давлений, близких к атмосферному, составляет 0,2-0,27.

П р и м е р ы 6-9. Заявляемые варианты аэрозольного огнетушащего состава и результаты экспериментальной проверки, проведенной аналогично описанному в примере 1, представлены в табл. 2. В примере 6 в качестве стабилизатора химической стойкости введена диметилдифенилмочевина, а в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы - нитроцеллюлоза, пластифицированная динитроэтиленгликолем в весовом соотношении 40:60. В примере 7 в качестве стабилизатора химической стойкости введена смесь диметилдифенилмочевины с дифениламином (1:1), в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы - нитроцеллюлоза, пластифицированная смесью динитродиэтиленгликоля и триацетина (1:1) при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 45:55. В примере 8 в качестве стабилизатора химической стойкости введен дифениламин, в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы - нитроцеллюлоза, пластифицированная смесью триацетина и дибутилфталата (1:1) при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 45:55. В примере 9 в качестве стабилизатора химической стойкости введен дифениламин, в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы - нитроцеллюлоза, пластифицированная триацетином в весовом соотношении 40: 60. Для сравнения в табл. 2 приведены также испытания составов, имеющих выходящие за пределы заявленных количества исходных компонентов (примеры 10-13).

Термодинамическими расчетами и экспериментальным путем подтвержден состав продуктов сгорания заявляемого состава и прототипа.

Если суммарное количество недоокисленных окислов углерода и азота СО и NO, NO₂ в продуктах сгорания прототипа принять за единицу, то в продуктах сгорания предлагаемого состава это количество уменьшается до 0,65-0,7. Таким образом, введением в состав гексациано(III)феррат калия и подбором соотношений остальных компонентов достигается поставленная цель, а именно: повышается скорость горения состава при давлениях, близких к атмосферному; в продуктах сгорания на 30-35% снижается доля вредных газов СО и NO, NO₂, что существенно улучшает экологию окружающей среды; при изготовлении аэрозольобразующих зарядов из данного состава в 3-5 раза повышается производительность труда и соответственно снижается их себестоимость.

Использование: в аэрозольных огнетушителях для объемного пожаротушения в замкнутых или полузамкнутых объемах. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: 40,0 - 70,0 нитрата калия, 0,2 - 10,0 гексациано (Ш) феррата калия, 0,5 - 2,0 диметилдифенилмочевины или дифениламина, или их смеси, 4,5 - 9,5 углерода, 0,5 - 2,0 масла смазочного, 0,1 - 4,0 фторопласта, 0,02 - 1,0 стеарата натрия или цинка, пластифицированная полярными или неполярными пластификаторами, или их смесями нитроцеллюлоза - остальное. В качестве последней может быть использована нитроцеллюлоза, пластифицированная триацетином при соотношении 40 - 45 : 60 - 55. 1 з.п. 2 табл.

АЭРОЗОЛЬНЫЙ ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ, включающий нитрат щелочного металла, баллиститный порох, отличающийся тем, что в качестве нитрата щелочного металла он содержит нитрат калия, в качестве баллиститного пороха - порох, содержащий пластифицированную полярными или неполярными пластификаторами или их смесями нитроцеллюлозу, диметилдифенилмочевину или дифениламин, или их смесь, углерод, масло смазочное, фторопласт, стерат натрия или цинка и дополнительно - гексациано (III) феррат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрат калия 40,0 - 70,0
Гексациано(III)феррат калия 0,2 - 10,0
Диметилдифенилмочевина или дифениламин, или их смесь 0,5 - 2,0
Углерод 4,5 - 9,5
Масло смазочное 0,5 - 2,0
Фторопласт 0,1 - 4,0
Стеарат натрия или цинка 0,02 - 1,0
Пластифицированная полярными или неполярными пластификаторами, или их смесью нитроцеллюлоза Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы он содержит нитроцеллюлозу, пластифицированную триацетином при их весовом соотношении 40 - 45 : 60 - 55 соответственно.