СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО ЭЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК C06B33/12 

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано для быстрой передачи огневого импульса к различным типам устройств, содержащих пиротехнические составы.

Наибольшее распространение для передачи огневого импульса получили различные системы на основе пиротехнических шнуров. Известен огнепроводный шнур /Пиротехнический состав для огнепроводного шнура-стопина. Патент RU №2001899, Б.И. №39-40, 1993, МПК С06В 33/00/, включающий в себя следующие компоненты, мас.%: окислитель - перхлорат калия (24-42); связующее на водной основе - сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты (1,0-1,5); добавку метилцеллюлозы или натрийкарбоксилметилцеллюлозы (0,02-0,17); остальное - порошок титана. Огнепроводный шнур изготавливается по водоотливной технологии и имеет стабильно высокую скорость горения 2-5 м/с (в полихлорвиниловой оболочке) в зависимости от содержания компонентов. К недостаткам данного огнепроводного шнура следует отнести невозможность многоточечного задействования им пиротехнических элементов от одного шнура, обусловленное наличием полихлорвиниловой оболочки. Кроме того, достаточно большое содержание в нем титана (до 80 мас.%) ограничивает или даже исключает применение огнепроводного шнура без оболочки, а также в системах, где шлаки должны быть неэлектропроводные.

Известен состав /Пиротехнический шнур и состав для его изготовления. Патент RU №2026277, Б.И. №1, 1995, МПК С06С 5/00/ для пиротехнического шнура, включающий (мас.%) пластификатор - соединение из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей в количестве (48-60); модификатор горения - свинцовая соль ферроцендикарбоновой кислоты (4-20); фторопласт - 4 в количестве (1,5-2,5); масло индустриальное (0,5-0,8); централит (0,25-0,6); остальное - нитроцеллюлоза. Состав готовится по технологии баллиститных порохов путем смешения компонентов в водной среде с последующим отделением от воды, вальцеванием и проходным прессованием в шнуры. Недостатком такой пиротехнической системы является низкая скорость горения шнура - (0,004-0,017) м/с. Дополнительные конструктивные решения - наличие у шнура канала и продольного разреза на глубину горящего свода, хоть и приводят к скачкообразному росту скорости (до 0,45 мм/с) шнура, однако и этого может быть недостаточно для ряда устройств, где необходима высокая скорость задействования пиротехнических цепочек.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является состав для изготовления пиротехнического эластичного листового материала /Патент США, №3897731, МПК С06С 5/00, публ. 5.08.1975/. Состав включает в себя изоляционный негорючий элемент - асбест или стекловолокно и горючую композицию (преимущественно безгазовую) на основе циркония (возможно использование никеля) и хромата бария. Возможна добавка перхлората калия. Листовой материал готовится путем нанесения на изоляционный материал - подложку (суспензированное тонкоизмельченное стекловолокно, асбест) водной суспензии на основе горючей смеси и стекловолокна (или асбеста). Базовая пиротехническая композиция, состоящая из 18,5 мас.% Zr и 81,5 мас.% BaCrO₄ с добавкой стекловолокна в количестве 5,5% (сверх 100%), нанесенная на негорючую основу, позволяет получить листовой эластичный материал, имеющий умеренную скорость горения (менее 0,1 м/с). К недостаткам данной композиции следует отнести относительно невысокую скорость горения листового материала, что обусловлено выбором рецептуры пиротехнической композиции.

Задачей настоящего изобретения является повышение скорости горения эластичного материала, изготовленного из заявляемого состава.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого технического решения, заключается в изготовлении пиротехнического листового материала со следующими характеристиками:

- скорость горения - (1-4) м/с;

- удельное газовыделение - (30-50) см³/г,

- удельное тепловыделение - (430-900) кал/г;

- надежное инициирование пиротехнической цепочки;

- безопасность изготовления листового материала.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата, состав для изготовления пиротехнического листового материала, содержащий порошки металла, хромата бария, перхлората калия и асбеста, согласно изобретению дополнительно содержит фторопласт-42, а в качестве порошка металла используется титан при следующем соотношении компонентов (мас.%):

BaCrO₄48-71KClO₄5-20Асбестовый порошок3-10Фторопласт-423-5Ti12-32

В другом варианте, для решения указанной задачи и достижения технического результата, состав для изготовления пиротехнического листового материала, содержащий порошки циркония, хромата бария, перхлората калия и асбеста, согласно изобретению дополнительно содержит фторопласт-42, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

BaCrO₄52-57KClO₄6-10Асбестовый порошок7-10Фторопласт-422-5Zr23-26

Использование заявляемых компонентов в указанном соотношении позволяет создать листовой материал, характеризующийся высокими скоростями горения. Данный эффект обеспечивается составлением композиции, близкой к стехиометрии, и присутствием сравнительно небольшого количества негорючего компонента - асбеста. Использование порошков металла - титана или циркония, окислителей - перхлората калия и хромата бария, а также фторопласта-42 в выбранных количествах обеспечивает высокие энергетические показатели материала, а также высокую надежность его горения и инициирования им пиротехнических цепочек. Использование фторопласта-42 в составе также улучшает реологические и физико-механические характеристики, что позволяет создать эластичный листовой материал.

Листовой материал готовится путем приготовления суспензии на основе раствора фторопласта в ацетоне и исходных компонентов с последующими процессами разлива в формы, сушки и вальцевания. На последнем этапе из листового материала изготавливаются (нарезаются) пиротехнические элементы необходимой формы и размера. Безопасность изготовления такого материала обеспечивается отсутствием стадии приготовления собственно пиротехнической композиции.

Согласно приведенным данным таблицы 1, получен ряд заявляемых составов на основе системы Ti(Zr)-KClO₄-BaCrO₄-фторопласт-асбест с различным соотношением компонентов, позволяющих создать листовой материал, обладающий высокой скоростью горения 1-4 м/с, удельным газовыделением 30-50 см³/г, тепловыделением 430-900 кал/г и характеризующийся отсутствием разрушения или осыпания состава при изготовлении пиротехнических элементов из листового материала.

Состав №1 (таблица 1), содержащий, по сравнению с другими составами, большее количество фторполимера, позволяет изготовить эластичный материал, обладающий слишком высоким значением удельного газовыделения (60-70 см³/г). Использование таких материалов может быть сопряжено с определенными трудностями, связанными с необходимостью усиления прочностных свойств устройств их содержащих. Уменьшение содержания фторопласта в составе в свою очередь приводит к ухудшению физико-механических свойств материала (№2, таблица 1), так испытание последнего на один двойной перегиб приводит к его разрушению и осыпанию состава.

Составы №3, 4, 16 (таблица 1), не содержащие перхлорат калия, позволяют создать эластичный материал, характеризующийся низкими скоростями горения (менее 0,1 м/с). Высокое содержание металла (составы №10, 15, таблица 1) в системе приводит к частичному осыпанию состава при испытании материала на один двойной перегиб. Повышенное содержание асбестовой основы приводит, по всей видимости, из-за неравномерности распределения компонентов в конечном материале, к широкому разбросу значений скорости горения (состав №11, таблица 1). Согласно приведенным экспериментальным данным, представленным в таблице 1, оптимальный технический результат наблюдается у составов №5-9, 12-14:

Вариант 1

Компонентмас.%BaCrO₄48-71KClO₄5-20Асбестовый порошок3-10Фторопласт-423-5Ti12-32

Вариант 2

Компонентмас.%BaCrO₄52-57KClO₄6-10Асбестовый порошок7-10Фторопласт-422-5Zr23-26

Таблица 1№КомпонентМас.%Скорость горения, м/сГазовыделение, см³/гТепловыделение, кал/г1234561KClO₄18 
3-4 
60-70 
-BaCrO₄40Ti31Фторопласт7Асбест42KClO₄12 
1-2 
20-30 
-BaCrO₄50Ti33Фторопласт1Асбест43KClO₄0 
<0,1 
30-40 
540BaCrO₄65Ti25Фторопласт5Асбест54KClO₄0 
<0,1 
30-40 
450BaCrO₄60Ti30Фторопласт5Асбест55KClO₄12 
3-4 
40-50 
900BaCrO₄48Ti32Фторопласт5Асбест36KClO₄7 
1-2 
30-40 
575BaCrO₄71Ti15Фторопласт3Асбест47KClO₄5 
1-2 
40-50 
595BaCrO₄60Ti25Фторопласт5Асбест58KClO₄20 
1-2 
40-50 
655BaCrO₄54Ti12Фторопласт4Асбест109KClO₄11 
2-3 
40-50 
735BaCrO₄56Ti20Фторопласт5Асбест810KClO₄20 
- 
20-30 
-BaCrO₄5Ti65Фторопласт5Асбест511KClO₄10 
0,1-3 
- 
-BaCrO₄42Ti28Фторопласт4Асбест1612KClO₄6 
1-2 
30-40 
430BaCrO₄56Zr26Фторопласт2Асбест1013KClO₄10 
2-3 
40-50 
635BaCrO₄52Zr26Фторопласт4Асбест814KClO₄8 
1-2 
40-50 
-BaCrO₄57Zr23Фторопласт5Асбест715KClO₄5 
- 
<20 
-BaCrO₄40Zr45Фторопласт5Асбест516KClO₄0 
<0,1 
10-30 
-BaCrO₄65Zr25Фторопласт5Асбест5

Опытная проверка пиротехнического эластичного материала, полученного из заявляемых составов, в качестве промежуточного элемента огневой цепи в тепловых химических источниках тока (ТХИТ) показала высокую надежность инициирования пиротехнических нагревателей в составе ТХИТ от пиротехнических ленточных элементов, представляющих собой однодетальные изделия в виде прямоугольной полоски.

Группа изобретений относится к пиротехнике. Предложено два варианта составов для изготовления пиротехнического эластичного материала. Согласно варианту 1 состав содержит порошки титана, хромата бария, перхлората калия, асбеста и фторопласта-42. Согласно варианту 2 состав содержит порошки циркония, хромата бария, перхлората калия, асбеста и фторопласта-42. Изобретение направлено на создание состава для изготовления пиротехнического эластичного материала, который может быть использован для надежной передачи огневого импульса и имеет следующие характеристики: скорость горения 1-4 м/с, удельное газовыделение 30-50 см³/г, удельное тепловыделение 430-900 кал/г. 2 н.п. ф-лы, табл.1.

1. Состав для изготовления пиротехнического эластичного материала, содержащий порошки металла, хромата бария, перхлората калия и асбеста, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фторопласт-42, а в качестве порошка металла используется титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

BaCrO₄48-71KClO₄5-20асбестовый порошок3-10фторопласт-423-5Ti12-32

BaCrO₄52-57KClO₄6-10асбестовый порошок7-10фторопласт-422-5Zr23-26