ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНО-ВЫШИБНОЙ И ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНО-РАЗРЫВНОЙ СОСТАВ Российский патент 2013 года по МПК C06B33/02 C06B25/18 

Предложенное изобретение относится к термическим составам, содержащим нитроцеллюлозу в качестве основы, которые служат для воспламенения функциональных зарядов при их метании посредством вышибания из несущей конструкции и/или ее дробления.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав (дымный ружейный порох), описанный в книге А.А.Шидловский «Основы пиротехники». - М.: Машиностроение, 1973 г., с.с.66, 71, который содержит (мас.%): 75 нитрат калия, 15 древесного угля и 10 серы.

Недостатком этого пиротехнического состава является его дымность, которая визуально экранирует создаваемый основным функциональным зарядом фейерверочный эффект.

Известен в качестве метательного средства боеприпасов бездымный порох на основе пироксилина (98 мас.%), содержащий технологическую пластифицирующую добавку - бутилфталат и функциональные добавки: свинец в качестве катализатора горения и стабилизатор химической стойкости - дифениламин, описанный в Химическом Энциклопедическом Словаре. - М.: «Советская энциклопедия, 1983 г., с.474.

По технической сущности и числу совпадающих признаков этот пиротехнический состав выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Основным недостатком известного пиротехнического состава является его целевое назначение по использованию в качестве метательного заряда, функционирующего при повышенном (до нескольких тысяч атмосфер) давлении.

В пиротехнических средствах (факелы, фейерверки, патроны, ракеты), где рабочее давление метания на 1-2 порядка ниже вышеуказанного, известный пиротехнический состав непригоден, так как при этом горит неустойчиво, до полного затухания.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование известного пиротехнического состава бездымного горения, пригодного для надежного функционирования в качестве воспламенительного и метательного средства в изделиях и системах при давлениях до 100 атм.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом воспламенительно-вышибном и воспламенительно-разрывном составе на основе пироксилина, включающем технологическую и функциональные добавки, согласно изобретению дополнительно введен алюминиевый или титановый порошок, в качестве технологической добавки использован поливиниловый спирт, а в качестве функциональной добавки - порошок сажи с размерами частиц не более 100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

пироксилин 75-95 порошок алюминия или титана 2-20 поливиниловый спирт 3-5 сажа (сверх 100%) 0,3-0,6.

Отличительные признаки позволили создать принципиально новый бездымный пиротехнический состав на основе пироксилина, который устойчиво горит на пониженных давлениях, воспламеняя и метая функциональный заряд пиротехнического средства (факела, фейерверка, патрона и т.п.).

При этом водная технология изготовления предложенного пиротехнического состава является безопасной в серийном производстве.

Порошок металлического горючего, совокупно с пироксилином, образует термическую основу пиротехнического состава, который лучше воспламеняется и стабильно горит в условиях пониженного давления, обеспечивая возможность активного регулирования температуры и скорости его горения.

При этом порошки алюминия или титана образуют газогенерирующую систему, необходимую для метания основного функционального заряда пиротехнического средства.

Титан лучше алюминия воспламеняется, но стоит дороже, что следует учитывать в промышленном производстве.

Содержание порошка алюминия/титана в пиротехническом составе менее 2 мас.% является недостаточным для выраженного проявления вышеперечисленных служебных качеств по назначению.

При введении порошка алюминия/титана в пиротехнический состав избыточно повышается дисперсная фаза в продуктах горения, что снижает эффективность его действия по назначению.

Поливиниловый спирт в качестве связующего компонента, который вводят в состав в виде 25%-ного водного раствора, обеспечивает технологическую безопасность производства.

Кроме того, при горении пиротехнического состава поливиниловый спирт служит в качестве газогенерирующего горючего.

Дополнительным преимуществом использования водорастворимого поливинилового спирта в пиротехническом составе на основе пироксилина является то, что он выполняет функции стабилизатора химической стойкости. Так, испытания опытных образцов зарядов из предложенного состава по пробе Бергмана-Юнка показали объем газовыделения не более 0,5 мл NO/г при допустимой норме 2,5 мл NO/г.

При введении в пиротехнический состав поливинилового спирта менее 3 мас.% не обеспечивается полного смачивания компонентов для безопасного его гранулирования, исключив воспламеняемость в служебном обращении.

Содержание поливинилового спирта в пиротехническом составе более 5 мас.% создает избыточную флегматизацию и является балластным.

Высокодисперсный порошок сажи (до 100 мкм) служит катализатором и стабилизатором горения пиротехнического состава при пониженных давлениях. Дисперсность порошка сажи ограничена из соображений гарантированного распределения ее в объеме пиротехнического состава.

При содержании в пиротехническом составе сажи менее 0,3 мас.% не обеспечивается стабильности его горения при пониженном давлении.

Содержание в предложенном составе сажи выше 0,6 мас.% нецелесообразно из-за увеличения дисперсной фазы при горении, которая повышает дымность пиротехнических средств.

Диапазон содержания в пиротехническом составе основы - пироксилина 75-95 мас.% определен качественным и количественным содержанием необходимых компонентов и обеспечивает устойчивое горение в пиротехнических средствах.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть требуемый технический результат достигается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.

Количественное содержание компонентов предложенного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и экспериментально опробовано на опытных образцах, что подтверждает оптимальность выбранного их соотношения.

Предложенный пиротехнический состав изготавливается по принятой в отрасли водной технологии следующим образом.

Отработка технологического процесса проводилась для зарядов диаметром 16 мм и массой 1-3 г, по результатам испытаний которых разработана маршрутная технология для промышленного изготовления зарядов массой до 100 г.

Предварительно в лопастном смесителе в два этапа приготавливают раствор поливинилового спирта (ПВС) по ГОСТ 170779-78 в воде.

В течение 4-6 часов осуществляют набухание ПВС в холодной воде, затем растворяют при температуре 85-90°С в течение 1,0-1,5 ч.

Процесс приготовления водного раствора ПВС существенно сокращается при совмещении растворения с нагреванием при постоянном перемешивании в течение 2-3 часов.

Готовый раствор ПВС сливается в емкость, где может храниться неограниченно долго, и расходуется по мере необходимости.

Смешивание последовательно вводимых компонентов пиротехнического состава проводят в смесителях перового и лопастного типов, предназначенных для смешивания композиций с ограниченной сыпучестью.

Вначале загружают расчетное количество порохового пироксилина (ОСТ В84-2373) с водной влажностью 25-30 мас.% и порошка сажи, перемешивая в течение 30-40 минут.

Пироксилин с влажностью более 25 мас.% малочувствителен к удару, тепловому и механическому воздействиям.

Затем вводят в расчетном количестве порошок металлического горючего (алюминий марки ПП-1) и перемешивают 30-40 минут.

Обогрев при смешивании компонентов не используется.

Далее проводят гранулирование состава протиркой через сита с отверстиями 2 мм на протирочных барабанах или в грануляторе.

Гранулированный пиротехнический состав сушится равномерно и обеспечивает автоматическое дозирование при формовании зарядов.

Сушку гранулята до влажности 12-18 мас.% производят на стеллажах естественной сушкой или в сушильных шкафах.

При содержании влаги менее 12 мас.% прочность получаемых зарядов недостаточна, а при влажности более 18 мас.% при прессовании происходит экссудация (часть раствора ПВС выдавливается), что приводит к изменению оптимизированного содержания связующего в готовом заряде.

Дозирование приготовленного состава перед прессованием в зависимости от размеров зарядов и конструкции пресса производят весовым или объемным способом.

Формование зарядов осуществляют в формах требуемого размера с ограничителем смыкания с усилием не более 20 МПа.

В зависимости от размеров формуемых зарядов используются ротационные или эксцентриковые прессы, применяемые для таблетирования пресс-порошков для реактопластов.

Сушку готовых зарядов производят на настольных сушилках и в сушильных шкафах при температуре до 70°С в течение 3-10 ч до содержания влаги в пределах 1,5-3,0 мас.%.

Для существенного сокращения времени сушки и повышения безопасности процесса, учитывая высокую пористость материала изготовленных зарядов, операцию сушки возможно проводить совместно с вакуумированием.

Использование в предложенном пиротехническом составе полимерного водорастворимого связующего ПВС, сравнительно с существующим техническим уровнем, упрощает техпроцесс и снижает производственные затраты, потому что отсутствует легколетучий растворитель, который нет необходимости удалять, производство по водной технологии пожаробезопасно и экологично.

Термическая основа состава из пироксилина, куда дополнительно диспергирован порошок горючего металла, характеризуется повышенной воспламеняющей способностью изготовленных по изобретению воспламенительных метательных зарядов для пиротехнических средств.

Для испытаний из предложенного пиротехнического воспламенительно-вышибного и воспламенительно-разрывного состава были приготовлены опытные партии зарядов для фейерверочных изделий высотного действия диаметром 105, 195 и 310 мм, для штатных сигнальных и фейерверочных патронов.

Проведенные испытания подтвердили устойчивое бездымное горение зарядов из пиротехнического состава по изобретению при кратковременном (0,005-0,01 с) давлении в мортире до 2,6 МПа.

Положительные результаты испытаний предложенного пиротехнического состава позволяют рекомендовать его Заказчику для практической реализации в серийной и вновь разрабатываемой целевой продукции.

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 воспламенительного пиротехнического состава на действующем оборудовании можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Предложенное изобретение относится к термическим составам, которые служат для воспламенения функциональных зарядов при их метании посредством вышибания из несущей конструкции и/или ее дробления. Пиротехнический воспламенительно-вышибной и воспламенительно-разрывной состав на основе пироксилина дополнительно содержит алюминиевый или титановый порошок, в качестве технологической добавки поливиниловый спирт, а в качестве функциональной добавки - порошок сажи с размерами частиц не более 100 мкм. Изобретение является бездымным пиротехническим составом на основе пироксилина, который устойчиво горит на пониженных давлениях, воспламеняя и метая функциональный заряд пиротехнического средства (факела, фейерверка, патрона, ракеты).

Пиротехнический воспламенительно-вышибной и воспламенительно-разрывной состав на основе пироксилина, включающий технологическую и функциональные добавки, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминиевый или титановый порошок, в качестве технологической добавки использован поливиниловый спирт, а в качестве функциональной добавки - сажа с размерами частиц не более 100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
пироксилин 75-95 порошок алюминия или титана 2-20 поливиниловый спирт 3-5 сажа (сверх 100%) 0,3-0,6