ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИСКРИСТО-ФОРСОВЫЙ СОСТАВ Российский патент 2013 года по МПК C06B33/00 

Изобретение относится к пиротехническим составам для наземных и высотных фейерверков искристо-форсового действия, содержащим термическую основу, включающую порошкообразный металл в сочетании с неорганической солью азотной кислоты и нитроцеллюлозой.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический искристо-форсовый состав для настольного фейерверка по патенту RU 2018507, С06В 33/08, 1994 г., содержащий (мас.%): 83-88 коллоксилина, 1,5-3,5 магния, 8-12 титана и 0,5-3,5 масла индустриального.

При использовании в качестве окислителя коллоксилина снижается температура горения состава до 1200-1300 К, благодаря чему отсутствуют падающие горящие частицы металлических порошков, которые образуют короткий и широкий факел, создавая красивый зрелищный эффект.

Совместное функционирование магниевого и титанового порошков при горении описанного состава развивает конфигурацию формируемого форса за счет того, что частицы титана создают протяженную зону тепловыделения, в которой происходит горение частиц магния, сопровождающееся его диспергированием, формируя дополнительный сноп искр.

Индустриальное масло исключает пыление состава при смешивании, что повышает безопасность производства и обеспечивает равномерное распределение частиц металлических порошков в коллоксилине и стабильное горение пиротехнического заряда.

Используемые компоненты и продукты их сгорания нетоксичны, что является необходимым условием для фонтанов, горящих в закрытых помещениях.

Однако количественно этот состав не оптимизирован, что снижает показатели назначения. Относительно низкое содержание металлических частиц дает недостаточное число искр в факеле, то есть неудовлетворительный зрелищный эффект.

При увеличении содержания металлических порошков и сопутствующем снижении массы коллоксилина происходит агломерация, ухудшаются условия диспергирования, увеличивая число несгоревших падающих частиц.

Кроме того, использование коллоксилина удорожает состав и потребительскую стоимость зарядов из него.

Область применения описанного состава ограничена узкоцелевым функциональным назначением как по количеству, так и по цвету искр формируемого форса, то есть состав не универсален в разнообразии действия по назначению.

Этот состав имеет неудовлетворительную воспламеняемость, что вынуждает применять специальные средства воспламенения.

Отмеченные недостатки устранены в более совершенном пиротехническом искристо-форсовом составе, описанном в патенте RU 2379273, С06В 33/14, С06В 25/18, 2008 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков является наиболее близким аналогом предложенному составу.

Известный пиротехнический искристо-форсовый состав содержит термическую основу, включающую магниевый порошок в качестве горючего и пироксилиновый порох в виде крошки с преобладающим размером частиц 0,2-0,8 мм и нитрат калия (калий азотнокислый) в качестве смеси окислителей, алюминиевый порошок/железный порошок/титановый порошок или смесь титанового порошка с железным порошком в качестве искрообразователя, а также технологические добавки: ферроцен - катализатор горения, флегматизирующий графит и масло индустриальное.

Компоненты известного состава содержатся в следующем соотношении, мас. %:

порошок пироксилиновый 27-54 нитрат калия 9-21 порошок магниевый 7-11 искрообразователь 22-42 ферроцен 1-2 графит 1,5-2,5 масло индустриальное 0,4-0,6

В качестве искрообразователя состав альтернативно содержит порошкообразные металлы: алюминиевый в количестве 22-42 мас. %, железный в количестве 26-32 мас. %, титановый в количестве 38-42 мас. % или смесь титанового порошка в количестве 18-22 мас.% и железного порошка в количестве 17-19 мас. %.

Совместное применение и действие окислителей: нитрата калия и крошки пироксилинового пороха обеспечивает гарантированное воспламенение пиротехнического состава и стабильное его горение.

Применение в качестве окислителя измельченного утилизируемого пироксилинового пороха снижает затраты на изготовление искристо-форсовых зарядов, используя конверсионные запасы.

Дополнительное введение в состав нитрата калия с повышенным содержанием металлических порошков искрообразователей, создающих разнообразие зрелищного и цветового эффектов, обеспечивает его воспламеняемость во всем оптимизированном диапазоне содержания ингредиентов от любого источника открытого огня непосредственно.

Ферроцен служит катализатором горения пиротехнического состава, включающего металлические порошки относительно высокого массового содержания.

Введение графита в известный состав делает его технологичным для объемного автоматизированного дозирования при изготовлении зарядов.

В целом известный универсальный пиротехнический искристо-форсовый состав характеризуется повышенными показателями назначения и расширением области применения, имеет повышенную функциональную надежность.

Недостатком известного состава является относительно короткий цветной насыщенный искристый форс из-за малого объема генерируемого рабочего тела в форме аэрозоля, в котором диспергируются раскаленные частицы металлических порошков, что ограничивает использование в зарядах для высотных фейерверков.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение зрелищного фейерверочного эффекта и расширение области применения пиротехнических зарядов из универсального состава.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом искристо-форсовом составе, термическая основа которого включает пироксилиновый порох, нитрат калия и металлическое горючее - магниевый порошок, а искрообразователь - металлический порошок из ряда Al, Fe, Ti, и содержащий технологические добавки, согласно изобретению, металлический порошок искрообразователя, предварительно обработанный жидким хлорпарафином ХП 470 или 50%-ным спирто-ацетоновым раствором фторкаучука СКФ-26, диспергирован в порошке фосфора красного, масса которого составляет 0,6 массы нитрата калия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

пироксилиновый порох 27-54 нитрат калия 9-21 магниевый порошок 7-11 фосфор красный 6-13 искрообразователь 17-30 хлорпарафин/фторкаучук 2-3

Как альтернативный вариант предложенный состав включает порошок фосфора красного флегматизированного, предварительно с поверхности покрытого двухлористым оловом в массовом соотношении 9:1.

Отличительные признаки, при сохранении высоких служебных свойств и технологических показателей состава, обеспечили формирование протяженного искрящегося цветного форса при горении заряда из него заполненного яркими цветными искрами, которое сопровождается характерным потрескиванием, создающими красочный зрелищный и звуковой фейерверочный эффект, ярко выраженный и различимый на дистанции.

Предварительной обработкой металлических порошков искрообразователя жидким хлорпарафином ХП-470 или 50%-ным спирто-ацетоновым раствором фторкаучука СКФ-26 на металлических частичках формируется теплостойкое антикоррозионное покрытие, которое улучшает функциональные и служебные характеристики состава.

Хлорпарафин жидкий марки ХП-470 или спирто-ацетоновый раствор фторкаучука марки СКФ-26 флегматизируют металлический порошок искрообразователя, снижая пыление состава при смешивании, а также при горении состава увеличивают дисперсную фазу маскирующей завесы за счет образования хлоридов и фторидов металлов.

Синтетическое покрытие металлического порошка увеличивает срок хранения зарядов без снижения показателей назначения, а функционально обеспечивает временную задержку объемного искрообразования в заряде, в результате подъема температуры при горении термической основы состава.

Высокие адгезионные свойства пластичного материала покрытия формируют прочные связи структурных порошковых компонентов в конгломерат функционального заряда.

Введение в состав пластифицирующей добавки меньше 2 мас. % является недостаточным для покрытия всего объема металлического порошка и образуется неравномерность смачивания композиции, в результате чего не исключается пыление дисперсного состава при смешивании и не гарантировано улучшение служебных характеристик состава.

При введении в состав пластификатора больше 3 мас. % снижается количество искр в форсе из-за частичного сгорания металлического порошка от повышения температуры пламенного горения, в результате чего образуется много шлаков и уменьшается объем генерируемого аэрозоля, при этом увеличивается вязкость массы состава, переработка которого нетехнологична.

Введение в пиротехнический состав порошка фосфора красного направлено на увеличение объема рабочего тела форса за счет интенсивного аэрозолеобразования при его горении, которое дополнительно активизируется окислителями - хлором и фтором, структурными элементами связующего фторкаучука или хлорпарафина.

Диспергирование металлического порошка искрообразователя непосредственно в объем активного аэрозолеобразующего фосфора красного активизирует излучающий накал локализованных функциональных частиц, чем повышается интенсивность искрящегося форса большей протяженности и пролонгированного действия.

Технически необходимые скорость и температура горения состава оптимизирована массовым соотношенем фосфора красного и активного окислителя - нитрата калия как 0,6:1, при этом стало возможным снизить, сравнительно с прототипом, долю искрообразователя в составе, повысив фейерверочный эффект за счет дополнительного звукового потрескивания от разрыва синтетического покрытия на частичках порошка искрообразователя.

При содержании в составе фосфора красного более 13 мас. % увеличивается чувствительность к механическим воздействиям, ухудшая технологическую безопасность.

При содержании в составе фосфора красного меньше 6 мас. % заметно снижается эффективность аэрозолеобразования и падает скорость выноса искр в формируемый форс.

В составе по варианту с флегматизированным фосфором красным в качестве технологической добавки использовано двухлористое олово, которое наносится на поверхность в форме водного раствора.

Технологическая эффективность двухлористого олова для использования при нанесении на порошок фосфора красного по водной технологии определяется его высокой растворимостью в воде.

При введении в порошок фосфора красного двухлористого олова меньше 0,6 мас. % его частицы не полностью покрываются технологической пленкой флегматизатора, когда его антипирогенные свойства функционально не выражены.

При введении в порошок фосфора красного двухлористого олова больше 1,4 мас. % чувствительность аэрозолеобразователя дополнительно не снижается, а избыток флегматизатора является балластом.

Массовое содержание в составе указанных металлических порошков искрообразователей было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и проверено экспериментальной отработкой практических испытаний сжигания приготовленных опытных зарядов и оценке по достигаемому искристо-форсовому эффекту, насыщенности, яркости и цвету формируемого при этом искристого форса.

При содержании в составе металлических порошков-искрообразователей меньше 17 мас. % фейерверочный зрелищный эффект падает до уровня аналогов.

При содержании искрообразующих металлических порошков в пиротехническом составе больше 30 мас. % резко падает эффективность действия заряда по основному назначению из-за недостатка тепловой энергии для достижения свечения.

Качественный и количественный состав термической основы является оптимальным и технически полностью соответствует прототипу.

При содержании в составе пироксилина меньше 27 мас. % снижается газообразование, ухудшается вынос искр, эффективность действия которых падает.

При содержании в составе пироксилина больше 54 мас. % снижается искрообразование в результате уменьшения доли содержания металлических порошков, которые в массе не разогреваются до температуры излучения.

Введение в высокометаллизированный пиротехнический состав нитрата калия меньше 9 мас. % приводит к нестабильному воспламенению и неустойчивому горению заряда.

При содержании в составе нитрата калия больше 21 мас. % видимых улучшений показателей назначения не наблюдается.

При содержании в термической основе пиротехнического состава металлического горючего - магниевого порошка меньше 7 мас. % падает скорость и энергетика горения до уровня, когда искрообразование неэффективно из-за уменьшения количества искр, выносимых в форс.

Содержание в термической основе пиротехнического состава магниевого порошка больше 11 мас. % заметно увеличивает температуру горения при снижении искрообразования.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по фейерверкам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнических искристо-форсовых составов на действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Предложенный искристо-форсовый состав приготавливают по принятой в пиротехнической отрасли технологии смешивания компонентов в промышленном смесителе, последовательно засыпая все компоненты, включая пироксилиновый порох, который еще на стадии его изготовления флегматизирован дибутилфталатом.

Пироксилиновый порох для изготовления искристо-форсового состава используется измельченным в виде крошки по ОСТ В 84-251 с размерами частиц 0,2-0,8 мм, что обеспечивает равномерное распределение в объеме с остальными компонентами для устойчивого равномерного горения состава.

Для качественного равномерного распределения компонентов в составе по изобретению необходимо предварительно смешать в течение 5-10 минут окислители: измельченную крошку пироксилинового пороха и нитрат калия (ГОСТ 19790) в количестве 27-54 мас. % и 9-21 мас. % соответственно.

Особенностью технологии приготовления состава является предварительная обработка фосфора красного двухлористым оловом и металлических порошков искрообразователей пластификатором.

Металлические порошки искрообразователи: алюминиевый марки ПА-2 (ГОСТ 6058), железный распыленный марки «200» (ГОСТ 9849) и титановый средний по ТУ 14-22-57 в количестве 17-30 мас.% в течение 5-10 минут смешивают с 2-3 мас. % пластификатора (хлорпарафином ХП-470 по ТУ 6-01-16-90 2.1 или 50 %-ным спирто-ацетоновым раствором фторкаучука СКФ-26 по ГОСТ 18376), после чего в смеситель засыпают порошок фосфора красного технического по ГОСТ 8655 с размерами частиц 30-80 мкм, добавляют порошок магниевый (ГОСТ 19790) в количестве 7-11 мас. % и мешают 10-15 минут.

При этом смесь приобретает вязкотекучесть, достаточную для выгрузки в общий смеситель непосредственно к приготовленной массе на основе окислителей, после чего смешивают в течение 20-30 минут.

Приготовленную смесь сушат при температуре 35-45°С до содержания влаги и летучих компонентов не более 0,6 мас. %.

По варианту приготовления состава, где использован флегматизированный фосфор красный, порошок фосфора красного предварительно обрабатывают с поверхности водным раствором двухлористого олова.

Для этого в смесителе готовят водный раствор двухлористого олова по ТУ-09-5393 в количестве 0,6-1,4 мас. % (в пересчете на сухое вещество) для обработки 5-12 мас. % порошка фосфора красного. Водный раствор двухлористого олова готовят растворением в 1 массовой части воды 3-8 массовых частей SnCl₂ при перемешивании до его полного растворения.

Суспензию порошка фосфора красного с водным раствором двухлористого олова перемешивают в течение 10-15 минут при нормальной температуре.

Приготовленную смесь фильтруют на подложке, после чего сушат при температуре 85-90°С, удаляя технологическую воду.

Введение нитрата калия в предложенный состав на основе пироксилинового пороха (нитроцеллюлозы), при относительно высоком содержании металлических порошков, активизирует воспламеняемость заряда.

Магниевый порошок (металлическое горючее термической основы) увеличивает температуру и скорость горения состава, в результате чего металлические частицы искрообразующих металлических порошков легче прогреваются до температуры свечения и диспергируются генерируемым при сгорании фосфора красного аэрозолем в газовую фазу, образующуюся при горении заряда, формируя интенсивный форс в форме протяженного факела искр различного цвета.

Так, при содержании в составе разных металлических порошков искрообразователей форс расцвечивается следующим образом: ярко-белый (алюминий), желтоватый (железо), матово-белый (титан) и кремовый (смесь титана с железом).

Технология изготовления пиротехнических составов по изобретению при качественном и количественном разнообразии компонентов остается неизменной, то есть является универсальной, что расширяет возможности практической реализации технического решения для изготовления целевых искристо-форсовых фейерверков.

Опытные испытания образцов прессованных зарядов из предложенных составов подтвердили практическое достижение нового функционального качества: гарантированное воспламенение зарядов от любого открытого источника тепла, формирование интенсивного протяженного форса, заполненного яркими цветными искрами, которое сопровождается характерным потрескиванием, создающими красочный зрелищный фейерверочный эффект, хорошо различимый на удалении, что позволяет рекомендовать промышленное серийное изготовление пиротехнических зарядов для реализации заказчикам.

Изобретение относится к пиротехническим составам для наземных и высотных фейерверков искристо-форсового действия, которые содержат термическую основу, включающую порошкообразный металл в сочетании с неорганической солью азотной кислоты и нитроцеллюлозой. Пиротехнический искристо-форсовый состав включает термическую основу, содержащую пироксилиновый порох, нитрат калия и металлическое горючее - магниевый порошок, искрообразователь - металлический порошок из ряда Al, Fe, Ti и технологические добавки. Металлический порошок искрообразователя, предварительно обработанный жидким хлорпарафином ХП 470 или 50%-ным спирто-ацетоновым раствором фторкаучука СКФ-26, диспергирован в порошке фосфора красного, масса которого составляет 0,6 массы нитрата калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пироксилиновый порох 27-54, нитрат калия 9-21, магниевый порошок 7-11, фосфор красный 6-13, искрообразователь 17-30, хлорпарафин/фторкаучук 2-3. Особенностью этого состава является то, что альтернативно порошок фосфора красного используют флегматизированным, в форме покрытия двухлористым оловом в массовом соотношении 9:1. Изобретение обеспечивает сохранение высоких служебных свойств и технологических показателей состава и создает красочный зрелищный и звуковой фейерверочный эффект, ярко выраженный на дистанции. 1 з.п. ф-лы.

1. Пиротехнический искристо-форсовый состав, термическая основа которого включает пироксилиновый порох, нитрат калия и металлическое горючее - магниевый порошок, а искрообразователь - металлический порошок из ряда Al, Fe, Ti, и содержащий технологические добавки, отличающийся тем, что металлический порошок искрообразователя, предварительно обработанный жидким хлорпарафином ХП 470 или 50%-ным спирто-ацетоновым раствором фторкаучука СКФ-26, диспергирован в порошке фосфора красного, масса которого составляет 0,6 массы нитрата калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
пироксилиновый порох 27-54 нитрат калия 9-21 магниевый порошок 7-11 фосфор красный 6-13 искрообразователь 17-30 хлорпарафин/фторкаучук 2-3

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что порошок фосфора красного предварительно покрыт с поверхности двухлористым оловом в массовом соотношении 9:1.