ОГНЕПРОВОДНЫЙ ШНУР И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК C06B33/08 C06C5/00 

Изобретение относится к огнепроводным шнурам, используемым для передачи теплового (огневого) импульса в различных системах и устройствах, в особенности, в фейерверочных изделиях, системах пожаротушения и др., а также к составам для изготовления таких огнепроводных шнуров. Известны разнообразные конструкции огнепроводных шнуров для передачи огневого импульса с различной скоростью. Наибольшее распространение получила конструкция с применением внешней изолирующей оболочки, заполняемой горючей смесью. Внешняя изолирующая оболочка служит опорой для закрепления горючей смеси и предохраняет ее от воздействия внешней среды. Для равномерного распределения горючей смеси внутри оболочки через сердцевину шнура пропускают направляющие нити. Для увеличения скорости горения огнепроводного шнура горючую смесь наносят непосредственно на направляющую нить либо изготавливают сердечник, включающий мощное ВВ. (Быстров И.В. Краткий курс пиротехники. М., Оборонгиз, 1940, стр. 163; пат. РФ N 2065847, C 06 C 5/00, БИ N 24, 1996; пат. ЧССР N 229664, C 06 C 5/00, 1984; пат. США N 5597973, C 06 В 45/00, 1997). В некоторых конструкциях для более значительного увеличения скорости горения между горючими направляющими и стенками оболочки создается свободное пространство для протока продуктов сгорания, (пат. CWA N 2923239, кл. 102-27, 1960. Огнепроводные шнуры, имеюцие внешнюю изолирующую оболочку, в зависимости от особенностей конструкции и вида горючей смеси, сгорают со скоростью от 10 до 300 мм/с.

Общим недостатком этих шнуров является то, что наличие внешней изолирующей оболочки исключает их зажжение в произвольной точке их длины. На практике это приводит к увеличению времени передачи огневого импульса, что делает их непригодными для использования в быстродействующих системах. Наиболее близкий к предлагаемому шнуру по назначению и совокупности признаков является пиротехнический шнур по патенту РФ N 2026277, C 06 C 5/00, БИ N 1, 1995, который представляет собой заряд с центральным цилиндрическим каналом и продольным разрезом на толщину горящего свода величиной 0,01 - 0,06 мм.

Однако указанная конструкция шнура предполагает использование пиротехнического состава со скоростью горения более 10 мм/с. Такое ограничение по скорости горения состава для шнура практически сужает производственную базу для его изготовления. Технической задачей данного изобретения является разработка огнепроводного шнура с высокой скоростью горения, зажжение которого возможно в любой точке его длины, изготавливаемого из состава, имеющего скорость горения при нормальных условиях менее 10 мм/с.

Поставленная задача решается тем, что конструктивно огнепроводный шнур выполнен в виде заряда с центральным каналом, разрезанным на ширину 0,01 - 0,1 мм по образующей на всю толщину горящего свода, причем центральный канал заряда имеет развитую поверхность, различной формы, а в качестве состава для его изготовления взят состав со скоростью горения при нормальных условиях менее 10 мм/с, при этом периметр канала шнура превышает ширину продольного разреза не менее чем в 10 раз. Возможно использование внешней обмотки шнура в виде оплетки из синтетической нити с шагом плетения до 5 мм при толщине нити до 90 текс для предотвращения обрыва шнура при монтаже и эксплуатации.

На фиг.1 представлен общий вид шнура, где огнепроводный шнур 1 имеет центральный канал 2 с развитой поверхностью и продольный разрез 3 на всю глубину горящего свода.

На фиг. 2...5 приведен общий вид ряда шнуров, имеющих канал с различной величиной поверхности. Величина поверхности канала шнура характеризуется периметром канала (Рвн.,мм): чем более развитую поверхность имеет канал, тем большее значение имеет его периметр. Например, Рвн. канала на фиг. 2 равен 10,1 мм, фиг.3 - 8,3 мм, фиг.4 - 5,7 мм, фиг.5 - 8,8 мм.

При зажжении шнура в некоторой точке длины происходит его сгорание с опережающим перемещением фронта горения по внутренней поверхности канала, обусловленное давлением газообразных продуктов сгорания.

Величина этого давления определяется в основном соотношением между газоприходом и газорасходом, на которое в свою очередь влияют такие характеристики шнура, как величина поверхности канала, ширина разреза горящего свода трубки шнура, их соотношение, а также скорость горения состава, из которого изготовлен шнур. Проведенными исследованиями разработанной конструкции шнура было показано, что при различных скоростях горения состава отношение периметра канала шнура к ширине его продольного разреза должно составлять величину, равную или более 10.

Примеры конкретного конструктивного выполнения шнура приведены в таблицах 1,2.

Как видно из данных, приведенных в таблицах 1 и 2, изменяя периметр канала шнура в пределах 5,7...10,1 мм, ширину продольного разреза горячего свода в пределах 0,01. ..0,1 мм, можно регулировать скорость горения шнура в пределах 50...450 мм/с, используя при этом для изготовления шнура составы с различной скоростью горения.

Известны разнообразные составы для изготовления огнепроводных шнуров, Наиболее распространение получили сыпучие минеральные смеси на основе неорганических окислителей и порошкообразных горючих, например дымный порох. На их основе изготавливаются огнепроводные шнуры, имеющие внешнюю изолирующую оболочку (Заявка Франции N 2706449 A1, C 06 C 5/06, заявл. 18.06.93; пат. РФ N 93035 055/23, 6 C 06 В 33/14, БИ N 15, 1996; пат. США N 5597993, C 06 B 45/00, 1997 г.).

Основным недостатком этих составов является наличие в их продуктах сгорания значительного количества твердых частиц, что определяет их жгучесть и опасность, так как это может привести к появлению дополнительных очагов загорания на пути прокладки огнепроводного шiнура.

Наиболее близким к предлагаемому составу по назначению и совокупности признаков является пиротехнический состав по патенту РФ N 2026277, C 06 C 5/00, включающий, мас. %: пластификатор 48,00...60,03, модификатор горения 4,00. . . 20,00, фторопласт-4 1,50...2,50, масло индустриальное 0,50...0,80, централит 0,25...0,60, нитроцеллюлозу - остальное, имеющий скорость горения более 10 мм/с.

Основным недостатком этого состава является опасность его производства, так как высокая скорость его горения может привести к возникновению потенциально опасных аварийных ситуаций. Соответственно это требует разработки и применения комплекса дополнительных мероприятий по безопасному ведению технологического процесса: снижения загрузки и производительности аппаратов, повышения прочности ограждающих конструкций, ведения дополнительных средств сигнализации, использования более чувствительных и более эффективных средств пожаротушения и т. д. В совокупности это повышает стоимость, ограничивает объем и возможности массового производства шнура.

Технической задачей данного изобретения является разработка состава для изготовления огнепроводного шнура по существующей технологии баллиститных порохов, имеющего оптимальные скоростные, технологические и физико-механические характеристики, необходимые для массового производства шнура.

Задача решается созданием состава, содержащего нитроцеллюлозу, централит, пластификатор, фторопласт-4, модификатор горения, масло индустриальное, в который дополнительно введены дифениламин, витан и технологические добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пластификатор - 45,00-60,00
Модификатор горения - 0,10-4,00
Фторопласт-4 - 0,80-1,20
Централит - 0,70-1,00
Масло индустриальное - 1,00-1,50
Витан - 0,05-5,00
Дифениламин - 0,10-0,30
Технологически добавки - 0,26-0,48
Нитроцеллюлоза - Остальное
Витан - искусственный полимер (сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты в соотношении 90/10, имеет меньшую по сравнению с фторопластом-4 молекулярную массу, к тому же подвержен пластификации нитросоединениями, входящими в предлагаемый состав. Введение его в состав и частичная замена им фторопласта- 4 способствует оптимизации технологических и физико-механических характеристик (снижению внешнего трения и повышению деформации), что иллюстрируется таблицей 3. Количество витана в составе зависит от типа используемого пластификатора (для нитроэфиров от 0,50 до 2,50 мас.%, для органического азида от 0,05 до 5,00 мас.%) в связи с тем, что должен быть обеспечен необходимый уровень реологических и физико-механических характеристик состава. В состав технологических добавок входят: сульфорицинат E в качестве поверхностно-активного вещества в количестве 0,10. ..0,20 мас.%, стеарат цинка для улучиении адгезии и когезии компонентов в количестве 0,15...0,25 мас.% и желатин, способствующий образованию гидрогелей, в количестве 0,01... 0,03 мас.%. Сульфорицинат E и желатин как технологические добавки используются для приготовления и ста билизации эмульсий пластификаторов (нитроглицерина, смесей нитрогликолей, органического азида) и суспензий минеральных наполнителей (сажи, оксида железа, салицилатов меди, никеля и свинца, фторопласта-4 и витана), для улучшения совмещения и распределения пластификаторов и минеральных наполнителей, определяя гомогенность композиции. Стеарат цинка, выполняя роль своеобразной смазки, обеспечивает улучшение структуры состава шнура. Для определения характеристик были изготовлены составы, представленные в таблице 4.

Как видно из данных, приведенных в таблицах 3,4, использование витана, дифениламина и технологических добавок приводит к снижению, вязкостных и увеличению деформационных характеристик, обеспечивая тем самым высокую технологичность состава и необходимые эксплуатационные свойства получаемых шнуров.

Основой предлагаемого состава является нитроцеллюлоза, пластифицированная или органическим азидом, например 2,4-диазидо-6-азидо-этоксимметричным триазином, или соединениями из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей, например, глицерина тринитратом, диэтиленгликоля динитратом и триэтиленгликоля динитратом или их смесью. Выбранные пределы их содержания (45,00...60,00 мас.% обусловлены необходимостью обеспечения оптимальных реологических характеристик для формования шнуров методом экструзии. Содержание пластификаторов менее 45,00 мас.% повышает вязкость композиции, что приводит к возрастанию нагрузок при вальцевании массы полуфабриката и при формовании шнуров. Содержание пластификатора более 60,00 мас.% нецелесообразно ввиду повышения внешнего трения композиции, что также приводит к возрастанию нагрузок при формовании элементов шнура. Дифениламин (ДФА) выполняет роль стабилизатора химической стойкости состава в процессе изготовления изделий, так как активно связывает окислы азота, появляющиеся в результате термической деструкции нитроцеллюлозы при вальцевании и формовании шнура; централит, как менее активный амин по сравнению с ДФА, стабилизирует систему в процессе хранения изделий. Содержание ДФА менее 0,10 мас.% и централита менее 0,70 мас.% не обеспечивает требуемую химическую стабильность состава, содержание ДФА более 0,30 мас.% и централита более 1,00 мас.% приводит к активизации щелочного гидролиза нитроэфиров и потере пластификаторов.

Фторопласт-4 и витан используются в составе в качестве высокопрочных и эластичных полимеров для улучшения физико-механических и реологических характеристик состава, и выбранные пределы их содержания обеспечивают необходимые физико-механические и реологические характеристики в условиях изготовления и применения шнуров.

Модификаторы горения выполняют в составе роль регуляторов скорости горения; для состава, содержащего в качестве пластификатора сложные нитроэфиры спиртов или гликолей, это - смесь салицилатов меди, свинца, никеля и сажи; для состава, содержащего в качестве пластификатора органический азид, это - смесь сажи и оксида железа в соотношении 3:1. При содержании модификаторов горения менее 0,10 мас.% возникает нестабильность процесса горения шнура, при содержании более 4,00 мас. % в составе продуктов сгорания повышается содержание конденсированной фазы, что приводит к жгучести продуктов сгорания.

Индустриальное масло выполняет роль структурного пластификатора, обеспечивая необходимые технологические и реологические характеристики, но содержание его более верхнего предела (1,50 мас.% ухудшает прочность при растяжении, содержание менее нижнего предела (1,00 мас.%) повышает внешнее трение состава при его переработке в шнуры.

Содержание технологических добавок более указанных пределов: сульфорицината более 0,20 мас. %, стеарата цинка более 0,25 мас.%, желатина более 0,03 мас.% ухудшает когезию и адгезию компонентов, повышает пенообразование в процессе смешения состава, тем самым затрудняет процесс отжима и снижает производительность при изготовлении шнуров.

Содержание технологических добавок менее указанных пределов: сульфорицината менее 0,10 мас. %, стеарата цинка менее 0,15 мас.%, желатина менее 0,01 мас.% снижает монолитность изделий, т.к. ухудшает технологические характеристики изготавливаемых шнуров.

Таким образом, проведенными экспериментальными исследованиями образцов предлагаемого огнепроводного шнура и состава для его изготовления показано, что задача по разработке быстрогорящего огнепроводного шнура и высокопроизводительного состава для его изготовления полностью решена новой конструкцией шнура и разработкой нового состава для его изготовления.

Разработанная конструкция шнура на основе предложенного состава была проверена с положительным результатом в конструкциях фейерверочных изделий для приведения их в действие, а также в конструкции воспламенительного узла генераторов огнетушащего аэрозоля типа МАГ (ТУ 84-7509009.70-93).

Изобретение относится к огнепроводным шнурам и составам для их изготовления. Огнепроводный шнур включает заряд с центральным каналом и продольным разрезом на толщину горящего свода, причем центральный канал имеет развитую поверхность, а в качестве состава для его изготовления использован состав со скоростью горения менее 10 мм/с, содержащий, мас.%: пластификатор 45,00 - 60,00, модификатор горения 0,10 - 4,00, фторопласт-4 0,80 - 1,20, централит 0,70 - 1,00, витан 0,05 - 5,0, масло индустриальное 1,00 - 1,50, дефиниламин 0,10 - 0,30, технологические добавки 0,26 - 0,48, нитроцеллюлоза остальное. Приведены образцы состава и их характеристики. При использовании изобретения обеспечивается безопасность и удешевление производства изготовления огнепроводного шнура. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.

1. Огнепроводный шнур, включающий заряд с выполненным в нем центральным каналом и продольным разрезом на толщину горящего свода, отличающийся тем, что центральный канал выполнен с развитой поверхностью, а в качестве состава для изготовления заряда использован состав со скоростью горения менее 10 мм/с. 2. Огнепроводный шнур по п.1, отличающийся тем, что отношение величины периметра канала к ширине продольного разреза шнура составляет не менее 10. 3. Огнепроводный шнур по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен внешней оболочкой для заряда в виде оплетки из синтетической нити с шагом плетения до 5 мм, при толщине нити до 90 текс. 4. Состав для изготовления огнепроводного шнура, включающий нитроцеллюлозу, пластификатор, модификатор горения, фторопласт-4, централит, масло индустриальное, отличающийся тем, что он дополнительно содержит витан, дифениламин, технологические добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пластификатор - 45,00 - 60,00
Модификатор горения - 0,10 - 4,00
Фторопласт-4 - 0,80 - 1,20
Централит - 0,70 - 1,00
Масло индустриальное - 1,00 - 1,50
Витан - 0,05 - 5,00
Дифениламин - 0,10 - 0,30
Технологические добавки - 0,26 - 0,48
Нитроцеллюлоза - Остальное
5. Состав по п.4, отличающийся тем, что в качестве пластификатора он содержит соединение из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей, а в качестве модификаторов горения - смесь салицилата меди, свинца, никеля, сажи. 6. Состав по п.5, отличающийся тем, что в качестве соединения из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей он содержит тринитрат глицерина, динитрат диэтиленгликоля, динитрат триэтиленгликоля или их смесь. 7. Состав по п.4, отличающийся тем, что в качестве пластификатора он содержит органическое азидосоединение, а в качестве модификатора горения - смесь сажи и оксида железа при их соотношении 3 : 1. 8. Состав по п.7, отличающийся тем, что в качестве органического азидосоединения он содержит 2,4-диазидо-6-азидоэтоксисимметричный триазин.