ШНУР ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНИЦИИРУЮЩЕГО ИМПУЛЬСА И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C06C5/00 C06C5/04 

Изобретение относится к шнуровым средствам передачи инициирующего огневого или детонационного импульса к различным исполнительным и предохранительным механизмам устройств специального назначения и, в частности, к аэрозольным генераторам пожаротушения, а также к реактивным составам для изготовления активной сердцевины таких средств передачи.

Известна конструкция пиротехнического шнура [1], в которой активный состав, нанесенный на тонкую медную проволоку, покрыт двухслойной оболочкой из битума и полиэтилена. Установлено, что такого типа устройства весьма малочувствительны к начальному тепловому импульсу, вследствие чего оказалось невозможным их прямое локальное задействование (инициирование) в произвольной точке по длине шнура, такие устройства не могут быть использованы в качестве термочувствительного элемента в системах пожаротушения.

Известна также конструкция пиротехнического шнура без оболочки [2], сердцевина которого, выполненная из пиротехнического состава, имеет центральный канал и один тонкий сквозной продольный разрез на всю длину по образующей. Существенным недостатком применения такого устройства в системах пожаротушения или раннего оповещения по нашему мнению является отсутствие герметичной оболочки, предохраняющей окружающее пространство от теплового (лучевого) воздействия шнура в период его срабатывания. Кроме того. следует иметь в виду, что, как отмечено авторами изобретения [2], шнур такого типа, если его снабдить оболочкой, теряет свою работоспособность.

Известен также инициирующий шнур [3], используемый для создания замедлений при взрывании, который, когда он должным образом инициирован, распространяет импульс инициирования со скоростью горения от 0,5 до 2 мс, т.е. порядка (28-150) м/с. Названный шнур включает сердцевину из взрывчатой композиции, заключенную в оболочку из пластичного металла. Дополнительно поверх первой может быть нанесена герметизирующая полимерная оболочка. Шнур изготавливают посредством уплотнения предварительно засыпанной в металлическую трубку взрывчатой композиции посредством последующей штамповки (обжатия) или протяжки, приводящих к уплотнению композиции, сопровождающемуся уменьшением диаметра сердцевины. Необходимым условием практической реализации устройства является наличие пластичной металлической оболочки, непосредственно прилегающей к взрывчатой сердцевине. Отсюда следует, что названный шнур фактически имеет ограничения по его длине. что связано в основном с трудностями сплошного заполнения трубок малого диаметра на значительную длину (способ изготовления - периодический). Таким образом, обязательное наличие сплошной металлической оболочки обуславливает нетехнологичность изготовления шнура и его эксплуатации вследствие ограниченной гибкости (резкие перегибы могут привести к нарушению сплошности взрывчатой сердцевины и возможному затуханию горения). Обращает на себя внимание особенность, отмеченная авторами изобретения: шнур обладает ограниченной чувствительностью к начальному импульсу ("если шнур должным образом инициирован") и ограниченной инициирующей способностью (необходимо переходное устройство-взрыватель между шнуром и основным зарядом, шнур заявлен в качестве устройства замедления, но не для срабатывания от относительно слабого теплового импульса). При этом, в отличие от предлагаемого нами устройства, замедляющий шнур при навесках взрывчатых композиций порядка (0,1-4) гран/фут, что соответствует (0,021-0,870) г/м изделия, устойчиво горит, но не детонирует, при этом реализация заявленного авторами режима ускоренного горения шнура может быть обеспечена только при наличии прочного металлического слоя, в противном случае оболочка потеряет герметичность при срабатывании, а скорость горения станет нестабильной и значительно снизится. При тех же навесках активной сердцевины предлагаемый нами шнур качественно отличается от аналога, поскольку он может функционировать как в режиме ускоренного горения, так и детонировать, при этом для обеспечения заявленных режимов достаточно наличия гибкой и эластичной полимерной оболочки, вполне обеспечивающей отсутствие радиального энерговыделения (герметичности при срабатывании). Предлагаемое нами устройство имеет значительно меньшую себестоимость, поскольку может быть изготовлено по непрерывной экструзионной технологии в значительных количествах, при этом оно более технологично и в эксплуатации (гибкие отрезки любой длины).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является детонирующий шнур [4], содержащий сердцевину из пластичного взрывчатого вещества, заключенную в защитную оболочку, выполненную из двух слоев лака и армированную нитями, которые расположены на поверхности первого слоя лака и закреплены на ней вторым слоем лака, а на защитную оболочку нанесена упрочняющая оболочка, выполненная из полимерного материала и армированная нитями, расположенными параллельно оси шнура. Указанный шнур предназначен для передачи детонационного импульса в стесненных условиях и, в частности, в скважинах при донном инициировании скважинного заряда ВВ. Изобретение позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики шнура, такие как продольная прочность на разрыв, а также невозможность "самовозбуждения" детонации в местах пересечения шнура при петлеобразовании, что, однако, не исключает полного отсутствия радиального энерговыделения при его срабатывании. Следует также отметить, что жесткое соединение внутреннего нитяного слоя с сердцевиной посредством лака по нашему мнению не гарантирует целостности сердцевины в местах возможных перегибов шнура, а наоборот жесткость самой защитной оболочки, выполненной по предложенной схеме, а также отсутствие относительной подвижности (в малом) и жесткость связи защитной оболочки и сердцевины в совокупности должны только способствовать "переламливанию" сердцевины совместно с защитной оболочкой, хотя наличие упрочняющей оболочки может несколько снизить указанный эффект. Известно также, что сердцевина шнура, изготовленная из пластичного взрывчатого вещества и заключенная в немассивную (нетяжелую) оболочку, обычно обладает значительным критическим диаметром и, следовательно, способна устойчиво детонировать только при значительных (более 1 г/м) навесках ВВ.

Задачей предлагаемого изобретения является создание шнурового изделия, способного обеспечить передачу сигнала на расстояние, возбуждаемого, в частности, низкоградиентным источником тепла, с обеспечением надлежащего его быстродействия, безопасности и надежности применения.

Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой конструкции активная сердцевина шнура выполнена на основе высокочувствительного к тепловому импульсу состава, содержащего инициирующее взрывчатое вещество (ИВВ) в количестве, не превышающем 1 г/м.п. изделия, и заключена в герметичную гибкую оболочку, выполненную, например, из термопластичного материала. При соответствующей навеске реактивного состава в сердцевине шнура, толщине и прочности его оболочки срабатывание изделия происходит без разрушения оболочки и радиального энерговыделения. Дополнительно с целью уменьшения навески реактивного состава без потери его работоспособности и надежности сердцевина шнура может быть выполнена с центральным каналом и, в частности, содержать тонкий слой (фактически монослой) частиц активного состава вплоть до навески порядка 0,01 г ИВВ на метр длины изделия.

Для увеличения продольной и поперечной прочности шнура между его оболочкой и сердцевиной может быть размещен слой упрочняющих элементов, например нитей, расположенных по образующим оболочки или выполненных в виде спиральной или "чулочной" оплетки (нежестко связанной с сердцевиной и расположенной, вследствие малого критического диаметра сердцевины шнура на незначительном расстоянии от геометрической оси шнура, что обеспечивает его гибкость и неломкость).

Оболочка шнура частично или полностью может быть выполнена из материала с повышенными теплопроводящими свойствами, например металлической или на основе металлполимерной композиции, что позволит в случае необходимости существенно повысить чувствительность устройства к тепловому импульсу, а в итоге его быстродействие и надежность. При необходимости оболочка шнура может быть выполнена многослойной. Например, внутренний тонкий слой может быть выполнен из термопластичного материала типа сополимера этилена с винилацетатом, а наружный защитный - из металлполимерной композиции на основе полиэтилена низкой плотности.

Следующее отличие заключается в том, что сердцевина шнура может быть выполнена вспененной или содержать полые сферы, например стеклянные, с наружным диаметром, не превышающим 50 мкм. Таким образом, изменяя количество сфер, вводимых в единицу объема сердцевины шнура, можно регулировать ее пористость, а следовательно, и скорость передачи инициирующего импульса. При этом сферы в зависимости от их химического состава и количества могут как флегматизировать, так и сенсибилизировать реактивный состав сердцевины.

Шнур работает следующим образом.

При зажжении сердцевины в любой точке по длине шнура от внешнего теплового источника, например от очага пожара, происходит ею высокоскоростное сгорание или детонирование.

Следует отметить, что предлагаемая конструкция шнура является в некоторой степени универсальной и может быть использована в неэлектрических системах инициирования, например, при проведении промышленных взрывных работ, коммутации фейерверков и т.п.

Поскольку применительно к системам пожаротушения предлагаемое устройство должно выполнять операции индикации теплового источника путем зажжения реактивного состава сердцевины шнура и быстрой передачи на расстояние инициирующего импульса для срабатывания оповещающего или пожаротушащего устройства, реактивный состав сердцевины предлагаемого шнура должен иметь повышенную термочувствительность и способность быстро сгорать или детонировать при весьма малой навеске реактивного взрывчатого вещества: только в этом случае оболочка шнура при его срабатывании может сохранить свою целостность.

Известно большое количество реактивных составов, способных к передаче инициирующего (огневого или детонационного) импульса.

Так известна группа составов на основе БВВ, содержащая дополнительно пластификатор и связующее [5,6], а также пиротехнические составы, например состав для огнепроводного шнура-стопина [7]. Однако такие рецептуры оказались непригодными для применения в системах пожаротушения вследствие низкой чувствительности к тепловому начальному импульсу.

Известны также рецептуры с низкой (менее 1900 К) температурой горения [2] , включающие нитроцеллюлозу, централит, пластификатор, масло индустриальное, фторопласт-1 и модификатор горения. Составы позволяют устойчиво передавать огневой импульс со скоростью до 450 мм/с только в случае, если длинномерный заряд, выполненный на их основе, снабжен центральным каналом, имеет продольный сквозной разрез и не заключен в защитную оболочку. Снабжение пиротехнического заряда защитной оболочкой приводит к разрушению заряда давлением газов продуктов горения в момент срабатывания и прекращению его функционирования.

Известна также рецептура шнурового состава на основе флегматизированной гремучей ртути [8] . Однако известно, что составы на основе гремучей ртути весьма чувствительны к трению и удару [9,10], поэтому снаряжение ими сердцевины шнура, его транспортировку и использование следует признать весьма опасными операциями. Термочувствительность таких составов применительно к изготовлению на их основе шнуров для использования в системах пожаротушения также оказалась недостаточной.

Наиболее близкой к предлагаемым по назначению следует признать рецептуры шнурового состава на основе флегматизированного азида свинца [3]. Следует отметить относительно меньшую чувствительность данных рецептур (в сравнении с рецептурой [8] ) к трению и удару, однако чувствительность к низкоградиентному тепловому импульсу у подобных рецептур также недостаточна.

Задачей изобретения в этой части является разработка реактивного состава, передающего инициирующий (огневой или детонационный) импульс при весьма малых навесках термочувствительного вещества.

Технический результат выражается в том, что в предлагаемом реактивном составе в качестве термочувствительного вещества используется ИВВ из ряда перекисей органических соединений, таких как перекиси ацетона и бензола, гексаметилентрипероксиддиамин и т.п.

Отличительной особенностью ИВВ из этого ряда, рекомендуемых нами к применению в шнуровых системах передачи инициирующего импульса, является их достаточно высокая чувствительность к тепловому начальному импульсу и сравнительно низкая (на уровне некоторых пиротехнических составов) чувствительность к удару и трению [8]. Однако, вследствие склонности к эксудации, такие составы должны быть заключены в герметичную оболочку или применяться в смеси со связующим.

Поэтому другое отличие заключается в том, что в реактивный состав дополнительно введено горючесвязующее вещество и, при необходимости, соответствующий отвердитель. Нами в качестве горючесвязующих веществ предлагаются такие высокополимеры, как полибутадиеновый, тиокольный, полиуретановый каучуки, эпоксидная и фенолформальдегидная смола и смеси на их основе, например смесь полибутадиенового каучука и эпоксидной смолы. Это позволит значительно расширить номенклатуру и области применения шнуров на основе ИВВ вследствие возможности регулирования в широком диапазоне скорости распространения инициирующего импульса изготавливаемых шнуров, а в процессе изготовления добиваться требуемых реологических свойств состава, что повысит стабильность и безопасность процесса формирования изделия в целом. Получаемые на основе предлагаемого реактивного состава изделия более безопасны при транспортировке и применении.

Дополнительно, когда возникает необходимость в повышении инициирующей способности состава или его чувствительности к внешнему тепловому импульсу, в него могут быть введены частицы алюминия размером порядка 0,5-50 мкм. Это повышает могущество шнура, его чувствительность к внешнему тепловому импульсу, а также теплопроводность слоя сердцевины во фронте распространения инициирующего импульса в момент срабатывания шнура.

Изложенное не исчерпывает всех возможных комбинаций использования изобретения. а лишь иллюстрируют его суть. На практике возможны и другие варианты воплощения идеи изобретения.

Источники информации
1. Патент США 2863353, кл. 264-3, 1958 г.

2. Патент РФ 2026277, МКИ С 06 С 5/00, С 06 В 33/08, 1991 г.

3. Патент Великобритании 999286, МКИ С 06 С 5/00, 1965 г.

4. Патент РФ 2081101, МКИ С 06 С 5/00, 5/04, 1997 г.

5. Патент США 5049213, МКИ С 06 В 45/10, 1991 г.

6. Патент РФ 2086525, МКИ С 06 В 25/32, 45/10, 1991 г.

7. Патент РФ 2001899, МКИ С 06 В 33/06, 1990 г.

8. Инструкция по применению гремучертутного детонирующею шнура. М.: Госхимтехиздат, 1933 г.

9. Горст А.Г. Пороха и взрывчатые вещества. М.: Машиностроение, 1972 г.

10. Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ.

Изобретение относится к шнуровым средствам передачи инициирующего огневого или детонационного импульса, к различным исполнительным и предохранительным механизмам устройств специального назначения и, в частности, к аэрозольным генераторам пожаротушения, а также к реактивным составам для изготовления активной сердцевины таких средств передачи. Шнур для передачи инициирующего импульса содержит полимерную трубчатую оболочку и сердцевину из реактивного состава на основе инициирующего взрывчатого вещества, при этом сердцевина шнура непосредственно контактирует с полимерным слоем оболочки, а навеска инициирующего взрывчатого вещества в ней составляет не более 1 г на 1 м длины сердцевины шнура. Сердцевина шнура может быть выполнена с центральным каналом, а между оболочкой и сердцевиной размещен слой упрочняющих элементов, например нитей. Реактивный состав для изготовления шнура содержит инициирующее взрывчатое вещество из ряда перекисей органических соединений, например перекись ацетона, и при необходимости горючесвязующее вещество. Полученное шнуровое изделие и состав для его изготовления способны обеспечить передачу сигнала на расстояние, возбуждаемое, в частности, низкоградиентным источником тепла, с обеспечением надлежащего его быстродействия, безопасности и надежности применения. 2 с. и 13 з.п.ф-лы.

1. Шнур для передачи инициирующего импульса, содержащий полимерно-нитяную трубчатую оболочку и сердцевину из реактивного состава на основе инициирующего взрывчатого вещества, отличающийся тем, что сердцевина шнура непосредственно контактирует с полимерным слоем оболочки, при этом навеска инициирующего взрывчатого вещества в ней составляет не более 1 г/м.п. шнура. 2. Шнур по п.1, отличающийся тем, что сердцевина шнура выполнена с центральным каналом. 3. Шнур по п.1, отличающийся тем, что полимерная оболочка шнура выполнена многослойной. 4. Шнур по п.3, отличающийся тем, что многослойная оболочка шнура частично выполнена металлической. 5. Шнур по п.3 или 4, отличающийся тем, что многослойная оболочка шнура частично или полностью выполнена из металлполимерной композиции. 6. Шнур по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что сердцевина шнура выполнена вспененной или содержит полые сферы. 7. Шнур по п.6, отличающийся тем, что сердцевина шнура содержит стеклянные полые сферы. 8. Реактивный состав для изготовления шнура, включающий инициирующее взрывчатое вещество, отличающийся тем, что он в качестве взрывчатого вещества содержит перекись органического соединения. 9. Состав по п.8, отличающийся тем, что он в качестве взрывчатого вещества содержит перекись ацетона. 10. Состав по п.8, отличающийся тем, что он в качестве взрывчатого вещества содержит перекись бензоила. 11. Состав по п.8, отличающийся тем, что он в качестве взрывчатого вещества содержит гексаметилентрипероксиддиамин. 12. Состав по любому из пп.8-11, отличающийся тем, что он дополнительно содержит горючесвязующее вещество. 13. Состав по п.12, отличающийся тем, что он в качестве горючесвязующего вещества содержит фенолформальдегидную смолу с отвердителем. 14. Состав по п.12, отличающийся тем, что он в качестве горючесвязующего вещества содержит эпоксидную смолу с отвердителем. 15. Состав по любому из пп.8-14, отличающийся тем, что он дополнительно содержит частицы алюминия.