АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМОВЫХ МАСКИРУЮЩИХ ЗАВЕС Российский патент 2013 года по МПК C06D3/00 C06B33/00 

Изобретение относится к пиротехническим составам для образования дымовых маскирующих завес.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический аэрозолеобразующий состав, описанный в патенте RU 2083539, C06D 3/00, С06В 39/06, 1997 г., включающий в оптимизированном массовом соотношении фосфор красный, нитрат щелочного металла, металлическое горючее и полисульфидное связующее.

Особенностью этого состава является использование фосфора красного с размером порошковых частиц 100-1000 мкм, в качестве металлического горючего - порошок алюминиево-магниевого сплава с удельной поверхностью не менее 1000 см²/г, в качестве нитрата щелочного металла - натрий азотнокислый с удельной поверхностью не менее 400 см²/г, в качестве полисульфидного связующего тиокол и дополнительно эпоксидной смолы в качестве связующего.

Дополнительно в гранулированный состав введены: отверждающие добавки марганца (IV) окись и гексаметилентетрамин; для ускорения полимеризации диметилгуанидин; технологическая добавка двуокиси кремния с удельной поверхностью не менее 300 м²/г (аэросил), повышающая сыпучесть композиции.

При взаимодействии компонентов термической основы выделяется большое количество тепла, затрачиваемого на возгонку фосфора красного, основного аэрозолеобразующего компонента, что повышает эффективность формируемой маскирующей завесы.

Недостатком описанного пиротехнического состава, высокоэффективного по выходу дыма, является техническая непригодность для серийного производства из-за многокомпонентности и технологической трудности промышленной реализации в заданных узких диапазонах содержания структурных компонентов.

Более технологичным и простым является пиротехнический состав по патенту US 3650856, C06D 3/00, 1974 г., включающий, мас.%: 31-47 фосфор красный, 18-32 нитрат щелочного металла, 4-5 порошок магния в качестве металлического горючего и 25-35 полисульфидное связующее.

Основным недостатком указанного пиротехнического состава, в массе которого 1/3-1/4 занимает технологическое связующее, является низкая маскирующая способность из-за ограниченного содержания основного аэрозолеобразующего компонента - фосфора красного, и низкой температуры горения в конденсированной фазе (700°С), которая определяется положительным кислородным балансом термической основы: нитрат щелочного металла - металлическое горючее.

В качестве наиболее близкого по технической сущности и числу совпадающих признаков аналога предложенному составу выбран пиротехнический аэрозолеобразующий состав для образования дымовой маскирующей завесы по патенту RU 2387627, C06D 3/00, 2008 г., который содержит фосфор красный, окислитель и металлическое горючее.

Особенностью известного состава является то, что он содержит порошок фосфора красного с размером частиц 30-80 мкм, флегматизированный водным раствором двухлористого олова, окислитель в форме водного раствора нитрата аммония, в качестве металлического горючего - порошок алюминиево-магниевого сплава с размером частиц 50-100 мкм.

Известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

фосфор красный 54-68 нитрат аммония 15-30 порошок алюминиево-   магниевого сплава 6-15 двухлористое олово 0,7-1,3 вода 4-6

Дополнительно в серийно изготавливаемый состав вводят натрий сернокислый в количестве 3-5 мас.% сверх 100 мас.% для связывания свободной воды в кристаллогидрат.

Техническое преимущество описанного состава заключается в его технологичности, так как приготовленную в общем смесителе композицию порционно выгружают непосредственно в снаряжаемое изделие, исключая за ненадобностью провяливание, промежуточную выгрузку на лотки, гранулирование и сушку, что заметно сократило технологический цикл безопасного изготовления по водной технологии пиротехнического состава.

При горении этого пиротехнического состава генерируется аэрозоль с повышенным содержанием дисперсной фазы, что обеспечивает высокую маскирующую способность дымовой завесы.

Обработка порошка фосфора красного водным раствором двухлористого олова, масса которого составляет 1,3-1,9 мас.% от массы фосфора, осуществляемая совместным перемешиванием, обеспечивает формирование на частичках фосфора пленочного покрытия, выполняющего антипирогенные функции и являющегося технологическим флегматизатором при дальнейшей переработке без защитной атмосферы.

Нитрат аммония вводят в форме водного раствора, что заметно снижает вязкость композиции в форме суспензии, облегчая ее безопасное равномерное перемешивание.

Размер кристаллов нитрата аммония на порядок больше, чем размер частиц компонентов состава, что затрудняет получение однородной смеси при его применении в порошковой форме.

Нитрат аммония имеет высокую растворимость в воде при температуре 70-80°С в массовой доле, примерно в 5-6 раз превышающей содержание воды в растворе.

Использование при изготовлении известного пиротехнического состава водного раствора нитрата аммония обеспечило равномерность распределения окислителя на высокоразвитой поверхности частичек фосфора красного и при взаимодействии с активным металлическим горючим дает повышение линейной скорости горения состава (1,5-2 мм/с), что сокращает время аэрозолеобразования и постановки дымовой маскирующей завесы.

Порошок алюминиево-магниевого сплава служит высокоэнергетическим металлическим горючим, часть которого окисляется технологической водой и образует составляющую гидрореагирующего топлива, а совокупно с нитратом аммония обеспечивает его полное сгорание и максимальный выход дисперсной фазы аэрозоля.

Использование в качестве металлического горючего порошка алюминиево-магниевого сплава с размерами частиц в диапазоне 50-100 мкм, сопоставимыми с фракционностью фосфора красного, обеспечивает однородность смеси при механическом перемешивании компонентов.

В серийном производстве, когда единовременно приготавливается большая масса состава, с целью исключения возможной экссудации воды из приготовленной массы композиции, которую выгружают непосредственно в снаряжаемые изделия без сушки, в состав дополнительно вводят натрий сернокислый. При этом свободная вода связывается за счет образования кристаллогидрата.

Недостатком известного пиротехнического состава является наличие в генерируемом аэрозоле маскирующей завесы, постановка которой осуществляется на собственных позициях, высокотоксичного вещества - двухлористого олова, что ограничивает его практическое целевое применение.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известного пиротехнического аэрозолеобразующего состава для образования дымовых маскирующих завес, безопасного в производстве и применении, имеющего более высокие показатели назначения.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный аэрозолеобразующий состав для образования дымовых маскирующих завес, включающий фосфор красный, нитрат аммония в форме водного раствора, порошок алюминиево-магниевого сплава и флегматизатор, согласно изобретению содержит порошок алюминиево-магниевого сплава дисперсностью не выше 50 мкм, в качестве флегматизатора карбамид и дополнительно технологическую добавку - хлорпарафин жидкий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фосфор красный 60-70 нитрат аммония 17-20 порошок алюминиево-магниевого сплава 4-7 карбамид 7-10 хлорпарафин жидкий 2-3

Другой особенностью состава по изобретению является то, что водный раствор нитрата аммония включает натрий сернокислый при содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония 68-74 вода 13-14 натрий сернокислый 13-18

Отличительные признаки обеспечили повышение количества дисперсной фазы генерируемого аэрозоля и газообразных продуктов горения, улучшая их вынос в атмосферу, способствуя диспергированию сажевых частиц, обеспечивающих устойчивость дымового облака и кроющей способности формируемой завесы.

Достигнутое повышение эффективности дымообразования позволяет снизить габариты компактной пиротехнической шашки, удобной в служебном обращении.

Состав по изобретению технологичен в серийном производстве.

Содержание фосфора красного в пиротехническом составе по изобретению оптимизировано в диапазоне 60-70 мас.%, что сопоставимо с содержанием основного аэрозолеобразователя в аналоге.

Использование в качестве металлического горючего порошка алюминиево-магниевого сплава с дисперсностью до 50 мкм направлено на более активное горение состава при увеличении поверхности горения мелкодисперсного горючего. Это в свою очередь позволило в 1,5-2 раза снизить массовую долю порошка алюминиево-магниевого сплава в составе в пользу других компонентов аэрозолеобразующего состава.

Порошок алюминиево-магниевого сплава является комплексным металлическим горючим, в котором алюминий активизирует горение состава, а магний переводит структурные хлорсодержащие компоненты в аэрозоль, повышая дымообразование. При этом негативные качества, присущие металлам при раздельном использовании, в сплаве нивелированы.

При содержании в пиротехническом составе алюминиево-магниевого сплава меньше 4 мас.% развивается температура, недостаточная для полноты использования фосфора красного по назначению, чем снижается оптическая плотность дымовой завесы.

При содержании в пиротехническом составе алюминиево-магниевого сплава больше 7 мас.% возникает пламенное горение с образованием конденсированной фазы и шлаков, в результате чего не достигается необходимое количество дыма для постановки эффективной маскирующей завесы, причем сокращается время аэрозолеобразования.

Сочетание карбамида с хлорпарафином жидким марки ХП-470 снижает пламеобразование при стабилизации горения состава, исключая арочный эффект дымообразования.

Карбамид как органическое горючее служит активатором горения состава, является пламегасителем, что повышает интенсивность дымообразования и увеличивает оптическую плотность формируемого аэрозольного облака.

Хлорпарафин жидкий - технологическая добавка, которая исключает пыление состава при смешивании компонентов и дополнительно увеличивает дымообразование, образуя дисперсную фазу за счет хлорирования металлов при горении состава, повышая маскирующую способность генерируемого аэрозоля.

При содержании в пиротехническом составе карбамида меньше 7 мас.% и хлорпарафина жидкого меньше 2 мас.% гарантированно не обеспечивается флегматизация частиц порошка фосфора красного, повышается чувствительность состава к механическим воздействиям, чем ограничиваются технологические возможности серийного производства и условия служебного обращения с составом.

При содержании в пиротехническом составе карбамида больше 10 мас.% и хлорпарафина жидкого больше 3 мас.% технологические свойства заметно не улучшаются.

При содержании в пиротехническом составе нитрата аммония меньше 17 мас.% резко снижается скорость горения, в результате чего падает интенсивность дымообразования.

При содержании в пиротехническом составе нитрата аммония больше 20 мас.% снижается удельная эффективность генерирования аэрозоля

Натрий сернокислый обеспечивает связывание свободной влаги в пиротехническом составе с образованием кристаллогидрата общей формулы Na₂SO₄·nH₂O(n≥10), чем повышается технологичность состава.

Натрий сернокислый вводят в водный раствор нитрата аммония в соотношении компонентов, рассчитанных по математической модели планирования эксперимента, которые составляют, мас.%:

нитрат аммония 68-74 вода 13-14 натрий сернокислый 13-18

Оптимизированное соотношение компонентов этого технологического раствора обеспечивает получение при равномерном безопасном перемешивании компонентов однородной вязкотекучей композиции пиротехнического состава, что способствует высокоскоростному горению функционального состава (1,5-2 мм/с) и быстрой эффективной постановке маскирующей завесы из генерируемого аэрозоля длительностью существования не менее 5 минут.

При этом исключена экссудация избытков влаги из массы промышленно приготавливаемой массы композиции на технологических операциях и в готовом продукте.

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

Экспериментально были приготовлены и испытаны опытные образцы зарядов из предложенного пиротехнического состава, компоненты которых вводили на границах заявленных диапазонов, внутри диапазонов и за их пределами.

Достигнутые при сжигании опытных образцов зарядов из составов, компоненты которых соответствуют заявленным диапазонам их массового содержания, фактические показатели по скорости дымообразования, оптической плотности маскирующей завесы и времени ее существования оказались объективно лучшими, сравнительно с составами известных аналогов.

Изобретение относится к пиротехническим аэрозолеобразующим составам для образования дымовых маскирующих завес. Состав включает 60-70 мас.% красного фосфора, 17-20 мас.% нитрата аммония в форме водного раствора, 4-7 мас.% порошка алюминиево-магниевого сплава дисперсностью не выше 50 мкм, в качестве флегматизатора карбамид в количестве 7-10 мас.% и технологическую добавку - хлорпарафин жидкий в количестве 2-3 мас.%. При этом водный раствор нитрата аммония содержит, в мас.%: нитрат аммония или калия 68-74, воду 13-14 и натрий сернокислый 13-18. Техническое решение обеспечивает повышение выхода количества дисперсной фазы аэрозоля и газообразных продуктов горения и улучшает диспергирование сажевых частиц, обеспечивающих устойчивость дымового облака и кроющей способности формируемой завесы. Повышение эффективности дымообразования позволяет снизить габариты шашки, выполнить ее компактной и удобной в служебном обращении. 1 з.п. ф-лы.

1. Аэрозолеобразующий состав для образования дымовых маскирующих завес, включающий фосфор красный, нитрат аммония в форме водного раствора, порошок алюминиево-магниевого сплава и флегматизатор, отличающийся тем, что он содержит порошок алюминиево-магниевого сплава дисперсностью не выше 50 мкм, в качестве флегматизатора - карбамид и дополнительно технологическую добавку - хлорпарафин жидкий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фосфор красный 60-70 нитрат аммония 17-20 порошок алюминиево-магниевого сплава 4-7 карбамид 7-10 хлорпарафин жидкий 2-3

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что водный раствор нитрата аммония включает натрий сернокислый при содержании компонентов, мас.%:
нитрат аммония 68-74 вода 13-14 натрий сернокислый 13-18