ВОСПЛАМЕНЯЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК C06C7/00 

Настоящее изобретение относится к воспламеняющей композиции, предназначенной для запуска пиротехнической цепи с целью обеспечить воспламенение, размыкание или подрыв. Воспламеняющая композиция - это масса детонирующего вещества, служащая для преобразования, как правило, механического действия, например удара, в действие пиротехническое, что вызывает воспламенение порохового заряда или взрывчатки. Изобретение будет более подробно описано применительно к охотничьим или спортивным патронам, но его использование этим не ограничивается и может подходить для любой системы взрывной деформации, например в автомобильной промышленности, для приведения в действие надувных подушек безопасности или пояса безопасности.

Классическая воспламеняющая композиция состоит из взрывчатой фракции, включающей одно или несколько первичных взрывчатых веществ и одно или несколько второстепенных взрывчатых веществ, окислительно-восстановительную систему и в некоторых случаях связующее вещество и фрикционный агент. Из числа первичных взрывчатых веществ более не используют гремучую ртуть и азид свинца в чистом виде, так как они подвергают оружейный металл слишком сильной коррозии, а также по причине загрязнения окружающей среды отходами, содержащими ртуть и свинец. Обычно используют смеси первичных взрывчатых веществ, выбранные из смесей тринитрорезорцината свинца и тетразена. Таким образом, коммерчески доступными являются композиции, имеющие следующий состав:

- взрывчатая фракция, включающая в качестве первичного взрывчатого вещества приблизительно 35 мас.% тринитрорезорцината свинца и от 3 до 4 мас.% тетразена относительно общей массы композиции,

- окислительно-восстановительная система, и

- связующее вещество.

Ранее были разработаны воспламеняющие композиции без свинца, в которых взрывчатая фракция состоит из композиции диазодинитрофенола и тетразена, причем доля тетразена может достигать 40% по массе относительно общей массы композиции.

В FR-A-2 730991 раскрыта воспламеняющая композиция, предназначенная для патронов, используемых в легком вооружении, и включающая 20-40 мас.% диазодинитрофенола и 5-20 мас.% тетразена; также она включает окислительно-восстановительную систему, включающую металлы и оксиды олова. В ЕР-А-1 216215 раскрыта воспламеняющая композиция, включающая 5-40 мас.% взрывчатого вещества, выбранного из нитроэфиров и нитраминов, 5-40 мас.% тетразена, а также окислительно-восстановительную систему, пластификатор и фрикционный агент. Наиболее предпочтительные из описанных композиций всегда содержат взрывчатую фракцию, доля которой составляет не менее 50 мас.% композиции.

В поисках наименее ядовитых и вредных для окружающей среды композиций заявитель обнаружил, что тетразен, или гидрат 1(5-тетразолил)-4-гуанил тетразена может использоваться в воспламеняющей композиции в качестве преимущественного первичного взрывчатого вещества, также в качестве единственного первичного взрывчатого вещества, и даже как единственный компонент взрывчатой фракции. Это открытие интересно в нескольких отношениях. Прежде всего, взрывчатая фракция, получаемая таким образом, не содержит свинца. Кроме того, неожиданно оказалось, что использование тетразена в качестве преимущественного первичного взрывчатого вещества или в качестве единственного первичного взрывчатого вещества позволяет снизить долю взрывчатой фракции в воспламеняющей композиции.

Таким образом, изобретение относится к взрывчатой композиции, которая содержит по крайней мере (а) взрывчатую фракцию, содержащей по крайней мере одно первичное взрывчатое вещество, (b) окислительно-восстановительную систему и (с) связующее вещество - пластификатор; при этом взрывчатая фракция в композиции составляет от 9 до 35 мас.% композиции, а первичным взрывчатым веществом является тетразен, который составляет по крайней мере 95 мас.% указанной взрывчатой фракции. Предпочтительно, чтобы тетразен составлял по крайней мере 99 мас.% взрывчатой фракции.

Композицию согласно данному изобретению получают таким образом упрощенным способом, не требующим дополнительного синтеза еще одного первичного взрывчатого вещества, поскольку вышеозначенная композиция эффективна и без него и даже без второстепенного взрывчатого вещества.

Более того, в результате промышленного синтеза тетразена через реакцию нитритной соли и нейтральной соли гуанидина получают маточные растворы, которые обрабатывают способом физико-химического разложения, при этом не образуются побочные продукты - загрязняющие вещества, содержащие тяжелые металлы. Более конкретно, наиболее предпочтительный способ промышленного получения тетразена включает реакцию (при взбалтывании) водного раствора соли нитрита, например нитрита натрия, и водного раствора нейтральной соли гуанидина, например сульфата гуанидина, в отсутствие неорганической кислоты и в присутствии, при необходимости, уксусной кислоты и/или агента кристаллизации. Для получения композиции по изобретению прочие ингредиенты затем перемешивают, смесь прессуют и высушивают.

Согласно наиболее предпочтительному варианту получения смеси по данному изобретению разработан способ, при котором тетразен получают in situ. Согласно этому способу в сухом виде смешивают соль нитрит и нейтральную соль гуанидина, то есть реагенты для производства тетразена, так же как и другие ингредиенты, входящие в состав композиции. Потом необходимое дозированное количество этой сухой смеси помещают в запальную ячейку, спрессовывают, а затем увлажняют смесь; на этом этапе образуется тетразен; наконец, полученную композицию высушивают. Этот способ подходит для всех исходных реагентов, используемых для синтеза тетразена, в частности нитрита натрия и/или сульфата гуанидина, так же как и для всех ингредиентов композиции согласно данному изобретению. Этот способ крайне выгоден, поскольку безопасность работ в данном случае сочетается с безопасностью для окружающей среды.

Следовательно, объектом изобретения также является композиция, описанная выше, взрывчатая фракция которой содержит другое первичное взрывчатое вещество, кроме тетразена, а также композиция, в которой тетразен является единственным компонентом взрывчатой фракции.

Взрывчатая фракция композиции может содержать, если это окажется необходимым, по крайней мере одно второстепенное взрывчатое вещество. Его могут выбирать из второстепенных взрывчатых веществ, хорошо известных специалистам, в частности из взрывчатых ароматических нитросоединений, таких как тротил (или 2, 4, 6-тринитротолуол, 2, 4, 6-TNT), мелинит (или пикриновая кислота) и тринитроанилин (или пикрамид, или тринитроамин бензол); взрывчатых веществ - эфиров азотной кислоты, таких как пентрит (или пентаэритриол тетранитрит, PETN) и азотнокислых эфиров целлюлозы; также из взрывчатых нитраминов, таких как гексоген (или циклотриметилентринитрамин, RDX), тетрил (или 2,4,6-тринитрофенилметилнитрамин), нитрогуанидин и октоген (или циклотетраметилентетранитрамин, НМХ).

Композиция согласно настоящему изобретению обладает следующими выгодными характеристиками, которые можно рассматривать независимо или в сочетаниях.

Окислитель или окислители окислительно-восстановительной системы (b) выбирают из химически стойких окислителей, а именно нитрата бария, оксидов цинка, сульфата цинка, оксида меди, нитрата меди, оксидов марганца и железа, хлората калия (бертолетова соль), хлората натрия, оксида хрома, карбонатов и их смесей.

Восстановитель или восстановители окислительно-восстановительной системы (b) выбирают из органических восстановителей, металлов и солей металлов, целлюлозы и, в случае необходимости, ее производных (нитроцеллюлоза). В качестве примера, восстановитель или восстановители окислительно-восстановительной системы (b) выбирают из алюминия, магния, циркония и сульфида сурьмы.

Перечни окислителей и восстановителей, приведенные выше, не являются исчерпывающими, и специалист может использовать любую другую устойчивую окислительно-восстановительную систему, совместимую со взрывчатой фракцией согласно настоящему изобретению, при этом эффективность композиции не снижается.

Предпочтительно, доля окислительно-восстановительной системы (b) составляет от 65 до 81 мас.% композиции.

Пластификатор (с) предпочтительно выбирают из целлюлозных смол, таких как гуммиарабик, трагант и смола акации. Если пластификатор нужен и даже необходим, его доля в композиции может быть очень незначительной, она обычно варьирует от 0,01 до 5 мас.%.

Композиция по изобретению, предпочтительно, содержит:

от 15 до 25% тетразена,

от 40 до 60% нитрата бария,

от 18 до 30% сульфида сурьмы,

от 5 до 12% алюминиевого порошка,

пластификатор.

Для увеличения чувствительности взрывчатой фракции в составе композиции может присутствовать по крайней мере один химически инертный фрикционный агент. Этот агент выбирают из: стеклянного порошка, алмазной крошки, карбидного порошка, керамического материала, нитридов, например нитрида титана. Доля фрикционного агента предпочтительно не превышает 15 мас.% композиции.

Как было указано выше, композиция согласно настоящему изобретению может использоваться в разных областях, а именно для боевых, охотничьих, спортивных и оборонительных патронов, патронов для гладкоствольного и нарезного оружия, в автомобильной промышленности - при производстве надувных подушек безопасности или преднатяжителей для ремней безопасности, или в любом другом изделии, использующем пиротехническую энергию, а также в технологиях забивки с помощью взрывных патронов. Также эта композиция может применяться в медицине для инъекций, например для внутрикожного или подкожного введения лекарства или вакцины.

Характеристики и преимущества изобретения, в частности параметры и результаты испытаний композиции по настоящему изобретению, иллюстрируются в нижеприведенных сравнительных примерах.

Пример 1: сравнение баллистических характеристик композиции согласно настоящему изобретению и композиции согласно предшествующему уровню техники.

Сравниваемые композиции имеют следующий состав

Композиция по изобретению:

20% тетразена,

48% нитрата бария,

8% алюминиевого порошка,

24% сульфида сурьмы,

пластификатор.

Доля пластификатора невелика по сравнению с другими компонентами приведенной для примера композиции. Поскольку процентное содержание указанных компонентов может несколько колебаться по абсолютной величине, введение пластификатора существенно не меняет состав композиции.

Взрывчатая фракция (а) в составе такой композиции согласно настоящему изобретению составляет только 20% указанной композиции. Такая композиция представляет собой предпочтительный вариант настоящего изобретения, поскольку взрывчатая фракция (а) состоит только из тетразена.

Композиция согласно предшествующему уровню техники:

30-35% тринитрорезорцината свинца,

2-5% тетразена,

30-45% нитрата бария,

10-20% сульфида сурьмы,

пластификатор.

Вышеприведенные замечания по поводу доли пластификатора применимы и в отношении композиции согласно предшествующему уровню техники. Взрывчатая фракция в такой композиции составляет 32-40%.

Обе эти композиции тестировали в одинаковых условиях; были проведены три теста: тест на чувствительность к удару, баллистический тест и слепой баллистический тест в натуральную величину.

1) Тест на чувствительность к удару

Этот тест позволяет измерить способность композиции реагировать на удар в огнестрельном оружии и ее соответствие нормам безопасности.

Используют стандартное устройство с падающим шариком. Шарик весом 56 г отпускается с высоты Н, попадая на ударник (жало взрывателя), что вызывает взрывание или невзрывание заряда. Запальная смесь помещается в ячейку (камеру), в которой она защищена бюваром.

На основании этого теста выводятся статистические выкладки, отвечающие законам Генри, что таким образом позволяет охарактеризовать композицию и оценить границы ее безопасного несрабатывания и высоту падения, выражая энергию, при которой указанная композиция срабатывает наверняка.

Результаты, полученные по трем партиям композиции согласно настоящему изобретению, представлены в таблице 1, где Н это средняя высота падения, s представляет собой стандартное (или среднеквадратическое) отклонение, установленное для этой высоты, а параметр H+5s соответствует порогу функции, при котором срабатывание является стопроцентным.

Испытываемая композиция представляет собой композицию, описанную в начале примера, причем указанная в таблице доля тетразена варьируется и он соответственно замещается нитратом бария.

Эти результаты подобны результатам, полученным со смесью, изготовленной по старой технологии, которая была описана выше и протестирована в тех же условиях.

2) Баллистический тест

В процессе этих тестов измеряют давление в стволе и скорость пуль на предварительно заданных расстояниях. Эти тесты проводили согласно нормам CIP и SAAMI.

Собирают патроны с пыжом и юбкой, снаряженные имеющимся на рынке порохом и зарядом свинца, в которых используется воспламеняющая композиция согласно изобретению, или же композиция согласно предшествующему уровню техники; патроны помещают в контрольное устройство, баллистический ствол.

Были проведены тройные тесты с композицией по изобретению с зарядом свинца в 36 г и другим зарядом в 32 г.

Измеряемые величины следующие:

Р1 показывает давление в барах, измеряемое в баллистическом стволе, в 25 мм от дна гильзы: это измерение проводится с помощью пьезоэлектрического датчика.

Sp1 представляет собой стандартное (среднеквадратическое) отклонение, установленное для этого давления.

V1 показывает скорость свинцового пучка, выраженную в м/с и вычисленную в одном метре от дула ствола: это средняя из двух скоростей, одна из которых измеряется непосредственно у дула ствола, а другая в двух метрах от дула.

Sv1 показывает стандартное (среднеквадратическое) отклонение, установленное для этой скорости.

V2 показывает среднюю скорость (в м/с) свинцового пучка, вычисленную в промежутке между оптическим барьером, расположенным в двух метрах от дула ствола, и оптическим барьером, расположенным в 17 метрах. Определяют среднюю скорость.

Sv2 показывает стандартное (среднеквадратическое) отклонение, установленное для этой скорости.

Tc - время сгорания, называемое также barrel-time, показывает время в микросекундах между ударом по капсюлю и проходом свинца перед фотоэлементом, расположенным у дула ствола.

STc показывает стандартное (среднеквадратическое) отклонение, установленное для этого времени.

Полученные измерения представлены в нижеприведенных таблицах 2 и 3. Таблица 2 отображает тесты с зарядом свинца в 36 г, таблица 3 отображает тесты с зарядом свинца в 32 г.

Из этих результатов следует, что рабочие баллистические характеристики композиции по изобретению воспроизводимы и что они, по крайней мере, настолько же высоки, как и показатели для композиции согласно предшествующему уровню техники.

3) Слепой баллистический тест в натуральную величину.

Стрелки протестировали неидентифицированные патроны с разными композициями на спортивных испытательных стендах и на охоте.

Испытания подтвердили, что рабочие характеристики композиций по изобретению по крайней мере подобны характеристикам композиций согласно предшествующему уровню техники.

Изобретение относится к воспламеняющей композиции и к ее применениям. Композиция содержит взрывчатую фракцию, содержащую по крайней мере одно первичное взрывчатое вещество, окислительно-восстановительную систему и связующее вещество - пластификатор. Взрывчатая фракция в композиции составляет от 9 до 35 мас.% композиции. Первичным взрывчатым веществом является тетразен, который составляет по крайней мере 95 мас.% указанной взрывчатой фракции. Взрывчатая фракция не содержит свинца. 5 н.з. и 16 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Воспламеняющая композиция, содержащая по крайней мере (а)
взрывчатую фракцию, которая включает по крайней мере одно первичное взрывчатое вещество, (b) окислительно-восстановительную систему и (с) пластификатор, отличающаяся тем, что взрывчатая фракция составляет от 9 до 35 мас.%, первичным взрывчатым веществом является тетразен, и тетразен составляет по крайней мере 95 мас.% указанной взрывчатой фракции.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что тетразен составляет по крайней мере 99 мас.% указанной взрывчатой фракции.

3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что взрывчатая фракция не содержит другого первичного взрывчатого вещества, кроме тетразена.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что взрывчатая фракция состоит только из тетразена.

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что взрывчатая фракция содержит по крайней мере одно второстепенное взрывчатое вещество.

6. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что одно или более чем одно второстепенное взрывчатое вещество для взрывчатой фракции выбрано из взрывчатых ароматических нитросоединений, таких как толуол, мелинит и тринитроанилин; взрывчатых веществ - эфиров азотной кислоты, таких как пентрит, и азотнокислых эфиров целлюлозы; а также из взрывчатых нитраминов - таких как гексоген, тетрил, нитрогуанидин и октоген.

7. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она не содержит свинца.

8. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что окислители окислительно-восстановительной системы (b) выбирают из нитрата бария, оксидов цинка, сульфата цинка, оксида меди, нитрата меди, оскидов марганца и железа, хлората калия (бертолетова соль), хлората натрия, оксида хрома, карбонатов и их смесей.

9. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что восстановитель или восстановители окислительно-восстановительной системы (b) выбирают из органических восстановителей, металлов и солей металлов, целлюлозы и, возможно, нитропроизводных целлюлозы.

10. Композиция по п.9, отличающаяся тем, что восстановитель или восстановители окислительно-восстановительной системы (b) выбирают из алюминия, магния, циркония и сульфида сурьмы.

11. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что доля окислительно-восстановительной системы (b) составляет от 65 до 81 мас.% композиции.

12. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что пластификатор (с) выбирают из целлюлозных смол, таких как гуммиарабик, трагант и смола акации.

13. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что доля пластификатора (с) составляет от 0,01 до 5 мас.% композиции.

14. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит:
от 15 до 25% тетразена,
от 40 до 60% нитрата бария,
от 18 до 30% сульфида сурьмы,
от 5 до 12% алюминиевого порошка,
пластификатор.

15. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по крайней мере один химически инертный фрикционный агент, увеличивающий чувствительность взрывчатой фракции.

16. Композиция по п.15, отличающаяся тем, что указанный агент выбирают из стеклянного порошка, алмазной крошки, карбидного порошка, керамического материала, нитридов, например нитрида титана.

17. Композиция по п.15 или 16, отличающаяся тем, что доля фрикционного агента не превышает 15 мас.% композиции.

18. Применение смеси по любому из пп.1-17 для изготовления боевых, охотничьих, спортивных и оборонительных патронов.

19. Применение смеси по любому из пп.1-17 для изготовления надувных подушек безопасности и преднатяжителей для ремней безопасности.

20. Применение смеси по любому из пп.1-17 в технологиях забивки с помощью взрывных патронов.

21. Применение смеси по любому из пп.1-17 в медицинских техниках инъекции.