АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ Российский патент 1995 года по МПК A62D1/00 

Изобретение относится к технике тушения пожаров химическими веществами, в частности к аэрозолеобразующим составам, генерирующим при своем сгорании огнетушащие вещества.

Наиболее близким к изобретению является способ получения огнетушащей смеси и соответствующий пиротехнический состав, при сгорании которого образуются одновременно огнетушащая аэрозоль и газообразные продукты для ее распыления.

Использование пиротехнических составов для генерирования огнетушащих веществ имеет ряд очевидных преимуществ. Во-первых, огнетушащие вещества генерируются в виде очень эффективных мелкодисперсных частиц аэрозолей. Для порошкового пожаротушения порошки с таким малым размером частиц практически недоступны. Во-вторых, при сгорании состава одновременно образуются газообразные продукты сгорания, создающие поток для подачи аэрозоля в зону тушения пожара. В-третьих, генераторы с такими составами достаточно просты и, соответственно, надежны. Они не требуют профилактического обслуживания, всегда готовы к применению и могут быстро выпустить огнетушащую смесь в зону пожара.

Основой известного пиротехнического состава для тушения пожаров является пара окислитель горючее связующее, причем в качестве окислителя используются нитраты или перхлораты щелочных металлов, в основном нитрат или перхлорат калия.

Однако составы такого типа имеют определенные недостатки: невысокая трудно регулируемая скорость горения, что затрудняет их использование для тушения в полугерметичных и открытых объемах, а также относительно невысокая огнетушающая способность.

Задача изобретения создание аэрозолеобразующего состава с высокой и легко регулируемой скоростью горения и высокой огнетушащей способностью.

Для этого в качестве основы предлагаемого состава используется азид калия K_N3 соединение, которое благодаря своим некоторым свойствам позволяет обеспечить огнетушащему составу требуемые характеристики. Во-первых, азид калия, как и большинство других азидов металлов, имеет высокую скорость термического разложения, что и определяет высокую скорость горения составов на его основе, во-вторых, это соединение имеет высокое (48,2%) весовое содержание калия элемента, являющегося основой многих наиболее эффективных огнетушащих соединений (для сравнения: в нитрате калия, являющегося основным поставщиком калия в составах типа окислитель-горючее связующее, содержание калия составляет 38,7%).

Термическое разложение азида калия протекает с поглощением энергии (1,7 кДж/моль), поэтому он не является взрывчатым веществом и не способен гореть самостоятельно. В то же время поглощаемая при его разложении энергия очень мала (практически равна нулю), поэтому состав на основе азида калия с небольшим количеством высокоэнергетической добавки должен хорош гореть. В качестве такой добавки можно использовать любые вещества или смеси веществ с большой теплотой сгорания. В данном случае в качестве добавки лучше всего использовать сбалансированную смесь нитрата или перхлората калия, поскольку они также содержат калий, с очень энергичным горючим алюминием, который имеет рекордно высокую теплоту сгорания и к тому же весьма доступен, или с магнием. Роль энергетической добавки в составе с азидом является вспомогательной, добавка нужна только для того, чтобы нагреть азид калия до его разложения и обеспечить условия для устойчивого горения состава, в качестве такой добавки можно использовать и другие вещества, например нитросоединения или смеси, если они не уступают по энергетическим характеристикам или если неободимо жертвовать эффективностью ради обеспечения каких-либо других характеристик состава.

Помимо энергетической добавки в состав целесообразно ввести связующее, которое склеивает все порошкообразные компоненты состава, придает прочность зарядам из него и оберегает их от атмосферной влаги и других внешних воздействий. В зависимости от условий эксплуатации и применения составов в качестве связующего можно использовать различные органические полимеры или смолы или более термостойкие элементорганические полимеры.

П р и м е р ы осуществления изобретения. В соответствии с описанной выше сущностью изобретения создан ряд конкретных составов на основе азида калия с добавками алюминия с несколькими окислителями нитратом и перхлоратом калия и с различными органическими и элементорганическими полимерными связующими. Все составы показали высокую огнетушащую способность при тушении углеводородных пламен (керосин, ацетон). В частности, был испытан ряд составов на основе азида калия с добавками алюминия, перхлората калия и органического полимерного связующего с химическим составом (C₂H₄O)_n-. В составах варьировалось соотношение между весовой долей азида и добавок. Испытанные составы KN₃(KClO₄)Al)C₂H₄O имели следующее весовое соотношение:
Состав N 1 87,2 /7,5/2,9/2,4. Расчетная температура горения Т_г 920^оС, теплота горения Q 200 кал/г, объем генерируемых газов на единицу веса состава (в пересчете на нормальные условия Р 1 атм, Т 20^оС/V_г 385 л/кг, содержание калия в составе К 42,1% скорость горения u 1,5 мм/с. Этот состав расположен вблизи границы области устойчивого горения. При увеличении доли азида калия выше 90% в составах с этим набором компонент появляется неустойчивость и неполнота сгорания.

Состав N 2 84/9,3/3,7/3. Т_г 1100^оС, Q 256 кал/г,
v_г 380 л/кг, К 40,5% u 5 мм/с.

Состав N 3. 80,5/11,5/4,5/3,5. Т_г 1350^оС, Q 277 кал/г, v_г 370 л/кг, К 38,8% u 15 мм/с.

Состав N 4. 73/15,8/6,2/5. Т_г 1600^оС, Q 380 кал/г, v_г 350 л/кг, К 35,2% Скорость горения не определена, поскольку заряд диаметром 12 мм и высотой 15 мм сгорает практически мгновенно и определить время сгорания по секундомеру не удается. По всей видимости, для этого состава и для составов с меньшим содержанием азида калия скорость горения может достигать десятков или сотен мм/с.

Все испытанные составы показали высокую огнетушащую способность, а два-три раза более высокую, чем для составов типа окислитель-горючее с нитратом калия в качестве окислителя.

Второй важной особенностью этих составов является широкий диапазон скоростей горения от одного мм/с до десятков и сотен мм/с. Такой широкий диапазон полностью перекрывает весь диапазон скоростей горения, который необходим для практики. Третьей важной особенностью является то, что скорость горения составов легко регулируется, причем самым простейшим способом всего лишь за счет изменения доли азида калия в составе.

Проведено испытание составов на основе азида калия с заменой перхлората на нитрат калия и с другими полимерными связующими, например состава с нитратом калия KN₃/KNO₃/Al/C₂H₄O 56,5/31/9/6,4/5,4. Т_г 1600^оС, К 39% или состава KN₃/KClO₄/Al/Ф-4, Т_г 1600^оС, К 38% в котором органический полимер-связующее заменен на элементорганический полимер Фтор-пласт-40. Эти составы показали такую же высокую огнетушащую способность и высокую и регулируемую скорость горения.

Проведены термические испытания составов, которые показали хорошую совместимость азида калия со всеми добавками, поэтому при соответствующем выборе термостойких добавок термическая стойкость состава будет определяться термической стойкостью самого азида калия (температура плавления 350^оС, а температура разложения 360^оС). Отсюда максимальную термическую стойкость составов на основе азида калия можно оценить в 300^оС (с большим запасом в 50^о по отношению к его температуре плавления), а при кратковременных термических воздействиях стойкость может достигать и 350^оС.

Что же касается стойкости к другим внешним воздействиям, то она определяется свойствами связующего. При соответствующем выборе связующего можно сделать заряды из составов на основе азида калия прочными или эластичными, а также стойкими к агрессивным химическим воздействиям и к атмосферной влаге, хладостойкими и т.д.

Предлагаемые составы на основе азида калия могут быть использованы в генераторах различной конструкции и назначения для объемного тушения пожаров в герметичных, полугерметичных и открытых объемах, а широкий выбор возможных полимерных связующих обеспечивает им возможность эксплуатации при наличии высокого уровня внешних агрессивных воздействий механических, термических, химических и т.д.

Использование: для тушения пожаров с помощью веществ, образующихся при сгорании состава. Сущность изобретения: состав содержит азид калия и добавки веществ с высокой теплотой сгорания в количестве, необходимом для устойчивого горения состава, в качестве которых состав содержит органические соединения и/или смесь окислителя с горючим. Аэрозолеобразующий состав содержит дополнительно связующее. Все указанные компоненты состав содержит в следующем количестве, мас. азида калия 55 90; добавок веществ с высокой теплотой сгорания 10 40; связующего 2 6. 3 з. п. ф-лы.

1. АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ, отличающийся тем, что он содержит азид калия и добавки веществ с высокой теплотой сгорания в количестве, необходимом для устойчивого горения состава. 2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки веществ с высокой теплотой сгорания он содержит органические соединения и/или смесь окислителя с горючим. 3. Состав по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит связующее. 4. Состав по пп.1 3, отличающийся тем, что он содержит, мас.

Азид калия 55 90
Добавки веществ с высокой теплотой сгорания 10 40
Связующее 2 6