ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СВЕТОЗВУКОВОЙ СОСТАВ Российский патент 2014 года по МПК C06B29/08 C06B31/08 

Изобретение относится к термическим составам, содержащим нитраты щелочных или щелочноземельных металлов, с органическими компонентом, не являющимся взрывчатым или термическим, которые могут быть использованы в качестве светозвукового сигнала.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав звукового действия, описанный в Modern Pyrotechnies by Н. Elern, Chemikal Publ. Co. Mc, New Jork, 1961, рецепт №58, который содержит окислитель - хлорат калия, органическое горючее газообразователь - галловую кислоту [С₆Н₂(ОН)₃·СООН] и добавку красного каучука, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

хлорат калия 73-77 галловая кислота 24-19 красный каучук 3-4

Указанный пиротехнический состав при горении создает неудовлетворительный по выразительности звуковой эффект.

Кроме того, этот пиротехнический состав характеризуется неэффективным комплексным сигнальным действием заряда из него, так как создает при функционировании низкую тональность звуковых колебаний, возникающих при достаточной скорости его горения, а также низкое по интенсивности световое излучение газообразных продуктов горения в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн, что недостаточно для хорошо различимых сигналов.

Более совершенным является пиротехнический состав звукового действия, выбранный в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу по технической сущности и числу совпадающих признаков, описанный в книге А.А. Шидловский, А.И. Сидоров, Н.А. Силин. «Пиротехника в народном хозяйстве». - М.: Машиностроение, 1978 г., с.160, который содержит хлорат калия в качестве окислителя и органическое горючее газообразователь - галловую кислоту, при массовом соотношении компонентов, мас.%:

хлорат калия 75 галловая кислота 25

Известный пиротехнический состав звукового действия представляет собой простую бинарную смесь: окислитель - органическое горючее, легко перемешивающуюся с равномерным распределением компонентов в объеме смеси, которая не расслаивается при хранении до прессования зарядов.

Однако известный состав не получил широкого практического применения из-за нерегулируемых параметров назначения, потому что скорость горения состава невозможно изменить при жестком массовом соотношении компонентов.

Для надежного воспламенения хлората калия требуется мощный тепловой импульс от специального устройства, что ограничивает практическое использование известного пиротехнического состава в ограниченных объемах сигнальных мин, файеров и пр.

Кроме того, известный пиротехнический состав характеризуется высокой чувствительностью к механическим воздействиям, ограничивая тем самым переработку в серийном производстве.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технических возможностей безопасного применения пиротехнического состава звукового действия, сопровождаемого ярким свечением генерируемых газообразных продуктов горения, достаточных для использования в качестве комплексного сигнального заряда.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический светозвуковой состав, включающий окислитель и органическое горючее, согласно изобретению в качестве окислителя содержит смесь перхлората калия, нитрата калия и тиомочевины, органическое горючее выполнено в виде смеси калия бензойнокислого с идитолом порошкообразным и содержит технологическую добавку в виде лакового раствора идитола, при этом идитол порошкообразный и лаковый раствор идитола соотносятся как равные части, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

перхлорат калия 56-62 нитрат калия 10-8 тиомочевина 5-8 калий бензойнокислый 19-22 идитол порошкообразный 2-3 лак идитола 2-3

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили улучшение показателей назначения: повышена тональность звука при горении пиротехнического состава со скоростью, когда появляется резкий свист, который сопровождается мощным излучением электромагнитной энергии в видимом диапазоне (не менее 1000 кд).

Выполнение комплексного окислителя резко повысило скорость горения пиротехнического состава, при которой возникает звуковой эффект свиста.

Нитрат калия улучшает воспламеняемость состава и обеспечивает динамичное его горение, перхлорат калия снижает уровень чувствительности до безопасного (при этом втрое дешевле заменяемого хлората калия), а тиомочевина активирует разложение перхлората калия для взаимодействия при горении с калием бензойнокислым, который обеспечивает достижение основного целевого назначения - звукового эффекта от свиста.

Перхлорат калия в пиротехническом составе обеспечивает достижение необходимого уровня скорости горения.

Замена хлората калия (по прототипу), который имеет высокий тротиловый эквивалент, перхлоратом калия продиктована снижением опасности переработки состава в условиях серийного производства зарядов.

Перхлорат калия снижает взрывчатые свойства пиротехнического состава.

Тиомочевина в структуре комплексного окислителя является активатором химического разложения при горении калия бензойнокислого и перхлората калия, а также служит пламегасителем, предотвращающим потерю реагентов и снижение эффективности действия.

Массовое содержание калия бензойнокислого оптимизировано для активизации взаимодействия с кислородом перхлората калия и достижения максимальной скорости горения состава, при которой возникает звуковой эффект свиста - целевое назначение сигнального заряда.

Идитол (новолачная фенолформальдегидная смола марки СФ-0112А) повышает скорость химического взаимодействия с кислородом перхлората калия, в результате чего растет скорость горения, при которой возникает эффект свиста.

Идитол является дополнительным газообразователем и технологической добавкой, которая служит для равномерного распределения всех компонентов в составе при смешивании.

Использование части фенолформальдегидной смолы в виде лака (раствора в этиловом спирте, ацетоне или в смеси спирта с ацетоном) обеспечивает смачивание и склеивание порошковых частиц компонентов между собой в однородную по массовому их соотношению композицию, которая не расслаивается при хранении до прессования в заряды.

Использование всей массовой доли фенолформальдегидной смолы в форме лака улучшает текучесть состава, обеспечивая равномерное распределение компонентов, при котором не происходит комкования. Но увеличение доли технологического растворителя в приготовленном составе нетехнологично из-за резкого роста продолжительности перемешивания компонентов и сушки смеси для удаления летучих без воспламенения.

Экспериментально определено соотношение в приготавливаемой композиции массовой доли фенолформальдегидной смолы в форме порошка и лака как равные части, когда обеспечиваются приемлемые технологические свойства, упомянутые выше.

При содержании в пиротехническом составе перхлората калия меньше 56 мас.% не обеспечивается заданный уровень параметров назначения - светозвукового действия из-за снижения температуры горения заряда.

При содержании в пиротехническом составе перхлората калия больше 62 мас.% не отмечается существенного улучшения показателей назначения.

При содержании в пиротехническом составе по изобретению нитрата калия меньше 8 мас.% ухудшается его воспламеняемость.

При содержании в предложенном пиротехническом составе нитрата калия больше 10 мас.% не отмечается повышения чувствительности к тепловому импульсу.

При содержании в пиротехническом составе тиомочевины меньше 5 мас.% горение заряда происходит с возникновением пламени, что снижает эффективность действия по назначению до уровня прототипа из-за выгорания компонентов.

Содержание в пиротехническом составе тиомочевины больше 8 мас.% является балластным, так как не увеличивает активности реагентов.

При содержании в составе калия бензойнокислого за границами оптимизированного диапазона 19-22 мас.% не достигается заданный уровень звукового сигнала.

При содержании в пиротехническом составе идитола меньше 4 мас.% недостаточна прочность спрессованного заряда, структура которого не цементируется при смешивании состава.

При содержании в пиротехническом составе идитола больше 6 мас.% нет улучшения ни технологических свойств, ни функциональных качеств заряда.

При введении в состав идитола, приготовленного в виде лака, массой больше 3% резко увеличивается технологическое время перемешивания компонентов и для удаления летучих провяливанием.

При введении в состав части идитола в виде лака меньше 2 мас.% не достигается равномерности распределения компонентов, что не обеспечивает стабильности свойств зарядов из него, и необходимой прочности спрессованных зарядов.

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

Предложенный состав светозвукового действия приготавливается в любом смесителе, действующем на пиротехническом производстве, в который загружают все порошкообразные компоненты в соотношении (мас.%): 59±3 перхлората калия (KClO₄), 9±1 нитрата калия (KNO₃), 6,5±1,5 тиомочевины CS(NH₂)₂, 20,5±1,5 калия бензойнокислого (C₆H₅COOK) по ТУ 6-09-3015-77 и 2,5±0,5 идитола по ГОСТ 18694-80, после чего в течение 10 минут перемешивают.

Затем в смеситель добавляют предварительно приготовленный 20%-ный раствор идитола в смеси равных долей ацетона с этиловым спиртом - лак 2,5±0,5 мас.% и перемешивают в течение 7-10 минут.

Приготовленную смесь выгружают на лотки и провяливают в нормальной атмосфере для удаления растворителя (не более 0,4 мас.% летучих), после чего направляют на прессование зарядов.

Количественное соотношение компонентов предложенного сигнального светозвукового пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам опытной проверки функционирования сигнальных зарядов по назначению.

При этом функционирование зарядов из предложенного пиротехнического состава сопровождается звуковым сигналом в виде резкого свиста при сопутствующем излучении продуктами горения в видимом диапазоне с силой света не менее 1000 кд, что позволяет его рекомендовать для снаряжения сигнальных устройств скрытного размещения в грунте по периметру охраняемых территорий.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехническим сигналам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного изготовления состава на действующем оборудовании пиротехнического производства можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Изобретение относится к пиротехническим составам, содержащим нитраты щелочных или щелочноземельных металлов, с органическими компонентом, не являющимся взрывчатым или термическим, которые при срабатывании обеспечивают светозвуковой сигнал. Пиротехнический светозвуковой состав в качестве окислителя содержит смесь перхлората калия, нитрата калия и тиомочевины, в качестве органического горючего - смесь калия бензойнокислого с идитолом порошокообразным, и содержит технологическую добавку в виде лакового раствора идитола, при этом идитол порошокообразный и лаковый раствор идитола соотносятся как равные части. Изобретение обеспечивает при горении пиротехнического состава повышенную тональность звука в виде резкого свиста, который сопровождается мощным излучением электромагнитной энергии в видимом диапазоне с силой света не менее 1000 кд.

Пиротехнический светозвуковой состав, включающий окислитель и органическое горючее, отличающийся тем, что в качестве окислителя содержит смесь перхлората калия, нитрата калия и тиомочевины, органическое горючее выполнено в виде смеси калия бензойнокислого с идитолом порошкообразным и содержит технологическую добавку в виде лакового раствора идитола, при этом идитол порошкообразный и лаковый раствор идитола соотносятся как равные части при следующем соотношении компонентов, мас.%:
перхлорат калия 56-62 нитрат калия 10-8 тиомочевина 5-8 калий бензойнокислый 19-22 идитол порошокообразный 2-3 лак идитола 2-3