ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫЕ ОБЛАКА Российский патент 2011 года по МПК C06B29/08 

Предложенное изобретение относится к составам, содержащим перхлорат и органический компонент, не являющимся взрывчатыми или термическими, а более конкретно, к пиротехническим аэрозолеобразующим составам, воздействующим на состояние погоды, а именно: для рассеяния облаков и туманов, предотвращения градобитиий и вызывания осадков из переохлажденных облаков с помощью льдообразующих ядер, получаемых при сгорании пиротехнического состава.

Уровень данной области техники характеризуют пиротехнические составы, описанные в книге А.А.Шидловского «Основы пиротехники», М., Машиностроение, 1973 г., с.287; в патентах US №3630950, A01G 15/00 и №3677841, С06В 15/02; GB №1110768, C10G 5/00; FR №1460540, A01G 15/01.

Указанные пиротехнические составы содержат окислитель (перхлораты или нитраты щелочных или щелочноземельных металлов, а также аммония), горючее (органические смолы, азотсодержащие органические соединения, металлы), льдообразующий реагент - йодистое серебро и йодистый свинец, самостоятельно или с активирующими возгонку добавками йодистого калия, иодистого аммония, и технологические добавки.

В качестве технологических добавок в указанных пиротехнических составах, для обеспечения возможности переработки и получения равномерного распределения компонентов в смеси, используют различные масла, графит, аэросил, окислы титана, железа и другие химические вещества.

Недостатками описанных пиротехнических составов являются низкий порог льдообразующего действия (минус 5-6°С) и невысокий выход льдообразующих ядер (1·10¹³-5·10¹² с 1 г состава при температуре минус 10°С).

В качестве наиболее близкого по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран пиротехнический состав для активного воздействия на переохлажденные облака и туманы по патенту RU 2175185 C1, A01G 15/00, С06В 29/08, C06D 3/00, 2001 г., который содержит окислитель - перхлорат аммония (NH₄ClO₄), органическое горючее - фенолформальдегидную смолу (C₁₃H₁₂O₂), дициандиамид (C₂H₂N₄) в качестве регулятора скорости горения и пламегасителя, смесь тонко измельченных порошков иодистого серебра AgI (основной льдообразующий реагент) и иодистого калия KI (активатор) и технологические добавки (графит, аэросил и индустриальное масло).

Заявленное количественное соотношение компонентов известного пиротехнического состава обеспечило получение повышенных показателей назначения: порог льдообразующего действия составляет минус 4-5°С, выход активных ядер кристаллизации при температуре минус 10°С составляет (1-2)·10¹³ с 1 г состава, а при минус 6°С - до 7,5·10¹² с 1 г состава, что повышает эффективность действия противоградовых и вызывающих осадки средств.

Известный пиротехнический состав содержит, мас.%:

перхлорат аммония 48-58 фенолформальдегидная смола 13-17 дициандиамид 9-11 йодистое серебро 7-9 йодистый калий 11-13 графит 0,5-1 аэросил 0,5 масло индустриальное 0,5-1

Недостатком известного пиротехнического состава для воздействия на переохлажденные облака является относительно большая скорость горения и низкий порог кристаллизирующего действия генерируемого аэрозоля, что ограничивает эффективность льдообразования по высоте нижнего слоя обрабатываемых облаков для принудительного вызывания осадков при более высокой температуре.

Применяемый в качестве активатора йодистый калий не обеспечивает в полной мере активацию основного льдообразующего реагента - йодистого серебра, в результате чего он частично термически разлагается и не используется по основному назначению.

Кроме того, технологическая добавка - аэросил, является импортной, что повышает потребительскую стоимость противоградового средства и ограничивает производство функционального пиротехнического состава.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известной пиротехнической композиции по качественному и количественному составу для повышения ее целевой функциональности и эффективности льдообразующего действия в более широком диапазоне температуры облаков.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом составе для воздействия на переохлажденные облака, включающем перхлорат аммония, фенолформальдегидную смолу, дициандиамид, смесь тонко измельченных порошков йодистого серебра и иодида-активатора, и технологические добавки - графит и масло индустриальное, согласно изобретению в качестве активатора он содержит йодистый аммоний и йодистую медь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

перхлорат аммония 48-52 фенолформальдегидная смола 12-14 дициандиамид 8-11 йодистое серебро 9-11 йодистый аммоний 10-12 йодистая медь 4-6 графит 0,5-1 индустриальное масло 0,5-1

Отличительные признаки обеспечили повышение эффективности действия пиротехнического состава по назначению за счет увеличения доли иодидов и оптимизации массового соотношения компонентов для более продолжительного его горения, обеспечив смещение порога кристаллизации в облаках в сторону более высоких температур.

Для решения поставленной задачи в предложенном пиротехническом составе, сравнительно с прототипом, несколько снижена массовая доля термической основы, при повышении относительного содержания в ней органического горючего, что позволило сохранить уровень температуры горения.

Уменьшение в пиротехническом составе перхлората аммония направлено на обеспечение более длительного времени горения термической основы и аэрозолеобразования.

Фенолформальдегидная смола при горении выделяет в пламя частички сажи, которые служат дополнительными центрами льдообразования в обрабатываемом облаке.

В предложенном составе практически сохраняется массовое соотношение основного льдообразующего реагента и активатора, но качественно изменен сам активатор, который выполнен в виде смеси двух иодидов.

Йодистая медь является наиболее действенным активатором льдообразователя - йодистого серебра, смещая реакцию его разложения при более высокой температуре за счет избытка выделяемого иода. Однако сама по себе йодистая медь трудно возгоняется и шлакуется, что снижает динамику процесса.

Поэтому в предложенном комплексном активаторе дополнительно использован хорошо возгоняемый йодистый аммоний, который при этом конденсирует пары воды и выносит из зоны горения образующиеся шлаки, а главное, способствует возгонке как йодистой меди, так и йодистого серебра, чем заметно повышается эффективность генерируемого при горении состава функционального аэрозоля по назначению.

В настоящем техническом решении опытным путем оптимизировано массовое соотношение между иодидами (йодистое серебро, йодистый аммоний, йодистая медь) как 1:1,1: 0,4 соответственно, взаимодействие которых в условиях более продолжительного горения термической основы с заданной температурой обеспечивает максимальную эффективность по выходу в обрабатываемое облако ядер кристаллизации.

При содержании в пиротехническом составе перхлората аммония меньше 48 мас.% и/или фенолформальдегидной смолы меньше 12 мас.% снижается активность, то есть скорость горения и степень возгонки основного льдообразователя - йодистого серебра.

При содержании в составе перхлората аммония больше 52 мас.% и/или фенолформальдегидной смолы более 15 мас.% время генерирования функционального аэрозоля резко падает ниже заданного, что заметно ухудшает эффективность воздействия на облака.

Дициандиамид в предложенном составе выполняет функции регулятора скорости горения и пламегасителя, что способствует улучшению льдообразующих свойств аэрозоля.

Содержание в составе дициандиамида менее 8 мас.% является недостаточным для стабильной возгонки йодистого серебра, не защищенного от термодеструкции.

Содержание в составе дициандиамида более 11 мас.% является балластным, так как нет повышения эффективности основного действия.

Содержание в составе йодистого серебра в диапазоне 9-11 мас.% является оптимальным для заданного льдообразования в переохлажденных облаках и тумане.

При содержании в составе йодистого аммония меньше 10 мас.% происходит термическое разложение основного льдообразующего реагента в пламени, что снижает эффективность действия по назначению.

При содержании в составе йодистого аммония больше 12 мас.% падает скорость горения и, следовательно, снижается образование функционального аэрозоля.

При содержании в составе йодистой меди меньше 4 мас.% снижается выход льдообразующих ядер в структуре генерируемого аэрозоля при более высокой температуре.

При содержании в составе йодистой меди больше 6 мас.% происходит шлакование продуктов горения, балласт не переходит в аэрозоль.

В предложенном составе аэросил полностью заменен графитом, не дефицитным материалом отечественной сырьевой базы.

Введение в пиротехнический состав технологической добавки в диапазоне содержания 0,5-1 мас.% обеспечивает снижение его чувствительности к трению при изготовлении и переработке состава.

Содержание в составе 0,5-1 мас.% масла индустриального исключает пыление на операциях смешивания компонентов.

При содержании в составе масла индустриального более 1 мас.% происходит его экссудация при прессовании, что недопустимо по условиям эксплуатации зарядов.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Предложенный состав готовят последовательным смешиванием компонентов по принятой в пиротехническом производстве технологии с использованием действующих машин и оборудования.

Для экспериментальной проверки предложенного технического решения были изготовлены и испытаны составы с содержанием компонентов на границах выбранных диапазонов, внутри и за границами их предельных значений.

Составы были испытаны в модельных генераторах, конструктивно аналогичных реально применяемым изделиям в форме пиропатронов и боевых частей ракет.

В результате испытаний опытных образцов зарядов из приготовленных пиротехнических составов нашло подтверждение расчетное соотношение предложенного массового содержания компонентов по изобретению, при котором устойчиво обеспечивается повышение эффективности основного действия генерируемого аэрозоля по льдообразованию в переохлажденных облаках и тумане, в частности, выход активных ядер кристаллизации смещен в сторону более высоких температур, а именно: в диапазоне минус 3-4°С, против минус 5-6°С по прототипу.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнического состава для воздействия на переохлажденные облака можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к пиротехническим аэрозолеобразующим составам, воздействующим на состояние погоды, а именно для рассеяния облаков и туманов, предотвращения градобитиий и вызывания осадков из переохлажденных облаков с помощью льдообразующих ядер, получаемых при сгорании пиротехнического состава. Пиротехнический состав включает перхлорат аммония - 48-52 мас.%, фенолформальдегидную смолу - 12-14 мас.%, дициандиамид - 8-11 мас.%, смесь тонко измельченных порошков йодистого серебра - 9-11 мас.% и иодида-активатора, в качестве которого содержит йодистый аммоний 10-12 мас.% и йодистую медь - 4-6 мас.%, и технологические добавки - графит - 0,5-1 мас.% и масло индустриальное - 0,5-1 мас.%. Предложенное решение обеспечивает повышение эффективности действия пиротехнического состава по назначению за счет увеличения доли иодидов и оптимизации массового соотношения компонентов для более продолжительного его горения, обеспечив смещение порога кристаллизации в облаках в сторону более высоких температур.

Пиротехнический состав для воздействия на переохлажденные облака, включающий перхлорат аммония, фенолформальдегидную смолу, дициан-диамид, смесь тонко измельченных порошков йодистого серебра и иодида-активатора, и технологические добавки - графит и масло индустриальное, отличающийся тем, что в качестве активатора он содержит йодистый аммоний и йодистую медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
перхлорат аммония 48-52 фенолформальдегидная смола 12-14 дициандиамид 8-11 йодистое серебро 9-11 йодистый аммоний 10-12 йодистая медь 4-6 графит 0,5-1 индустриальное масло 0,5-1