УДАРНЫЙ КАПСЮЛЬНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2015 года по МПК C06B33/08 C06C7/00 

Изобретение относится к области ударных капсюльных составов (УКС) для капсюлей-воспламенителей (KB) патронов стрелкового оружия и может найти применение в капсюлях-воспламенителях различного назначения.

В настоящее время возросли требования к экологической безопасности различных изделий и производств. В частности, необходимо существенно уменьшить количество вредных для человека и окружающей среды выбросов, возникающих при стрельбе. Особенно это важно для тренировок и соревнований в закрытых помещениях и тирах, а также при стрельбе из бронетехники. Немаловажное значение имеет и экологическая обстановка при производстве самих патронов (Агеев М.В., Егоров В.Н., Каталкина В.А., Петров В.Н. Ударный состав с пониженным риском вредного воздействия на окружающую среду/Энергетические конденсированные системы. Материалы III Всеросс. конф. (3.10-2.11, 2006 г.), Черноголовка, М.: Янус-К, 2006. - С.3-4).

Основными параметрами, определяющими эффективность действия любого капсюля-воспламенителя, являются его чувствительность к удару и воспламеняющая способность. Они, в свою очередь, задаются природой используемого в них УКС.

В настоящее время широкое распространение имеют так называемые оржавляющие и неоржавляющие ударные капсюльные составы. Оржавляющие составы изготавливают на основе гремучей ртути с содержанием бертолетовой соли в качестве окислителя, а в качестве горючего большей частью трехсернистой сурьмы (Ш-1), а неоржавляющие составы - на основе ТНРС (тринитрорезорцинат свинца) с добавлением тетразена и с использованием в качестве окислителя двуокиси свинца и нитрата бария (Ш-2) (Бабак Ф.К. Основы стрелкового оружия. - СПб.: ООО «Издательство «Полигон», 2003. - 253 с.). А также составы по ТУ 75.13.104.143-91 и составы по патентам: РФ 2157357 С1, 10.10.2000, US 4247494, 27.01.1981, US 4056416, РФ 2188184, 27.08.2002 и РФ 2245315, 03.06.2003.

У всех этих составов есть общий недостаток. В них содержатся химические соединения тяжелых металлов (ртути, свинца и бария). При производстве и, особенно, использовании этих составов в воздух выбрасывается большое количество токсичных веществ. Эти выбросы во много раз превосходят требования предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в воздухе рабочей зоны (ПДК ртути 0,005-0,01 мг/м³, ПДК соединений свинца 0,01-0,05 мг/м³). (ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. 01.01.1989. - М.: Изд-во стандартов, 1988, 75 с.) При выстреле только одного патрона на основе штатного состава Ш-1 или Ш-2 в воздух выбрасывается не менее 8 мг соединений тяжелых металлов. Это создает в объеме 100 м³ восьмикратное превышение ПДК по отношению к стандартным санитарно-гигиеническим требованиям в воздухе рабочей зоны.

Наиболее близкой к предлагаемому по изобретению УКС является воспламеняющая композиция по патенту RU 2417972 С2, 27.03.2010, с составом 15-25% тетразена, 40-60% нитрата бария, 18-30% трехсернистой сурьмы, 5-12% алюминиевого порошка (прототип). Данная композиция предназначена для запуска пиротехнической цепи, с целью обеспечить воспламенение, размыкание или подрыв. В патенте, как пример применения, указаны ударные капсюли-воспламенители.

Из описания патента следует, что указанная композиция по прототипу обеспечивает необходимую работоспособность капсюлей-воспламенителей, но анализ приведенных в прототипе результатов испытаний (RU 2417972 С2, 27.03.2010, таблица 1) показывает, что это справедливо только при содержании в изделии не менее 58 мг композиции. Такое количество состава содержится лишь в некоторых видах ударных капсюлей-воспламенителей, большинство же из них являются малогабаритными изделиями с содержанием УКС от 25 до 45 мг. Поэтому вопрос о возможности использования композиции по прототипу в KB с содержанием УКС менее 50 мг остается открытым.

Также к недостаткам состава по прототипу можно отнести наличие в окислительно-восстановительной комбинации нитрата бария, который является солью тяжелого металла и может оказывать вредное воздействие на организм человека (ПДК соединений бария 0,1 мг/м³, требуется защита глаз). (ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. 01.01.1989. - М.: Изд-во стандартов, 1988, 75 с.)

Техническим результатом изобретения является разработка экологически безопасного УКС, не содержащего в своем составе соединений тяжелых металлов и обеспечивающего надежную работоспособность капсюлей-воспламенителей с содержанием УКС не менее 25 мг.

Технический результат достигнут при получении УКС, содержащего тетразен, в качестве сенсибилизатора кварцевый песок и окислительно-восстановительную композицию, не содержащую соединений тяжелых металлов, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Тетразен - 40-60%

Сенсибилизатор (кварцевый песок) - 10-25%

Окислитель (нитрит натрия, нитрат калия, хлорат и перхлорат калия) - 10-25%

Горючее (цирконий, магний, трехсернистая сурьма) - 8-15%

Связующее вещество - 0,01-1% сверх 100% состава.

Предлагаемый УКС отличается тем, что в качестве высокочувствительной взрывчатой композиции применяется в сравнении с прототипом увеличенное количество тетразена (40-60%), в сочетании с кварцевым песком в качестве сенсибилизатора (10-25%). Такая взрывчатая композиция позволяет обеспечить необходимую чувствительность и надежную работу KB даже при навесках состава в 25 мг.

Экспериментальные испытания с другими сенсибилизаторами, в качестве которых использовали различные высокопрочные инертные и химически активные материалы (стекло, Si, TiC, WC, SiC, керамика и др.), показали, что требуемую чувствительность УКС удалось достичь только при использовании кварцевого песка (SiO₂), взятого в определенном соотношении.

Такое избирательное сенсибилизирующее действие кварцевого песка SiO₂ в УКС не является очевидным.

Введение в состав окислительно-восстановительной композиции, состоящей из горючего и окислителя, позволяет повысить теплоту сгорания УКС и, как следствие, его воспламеняющую способность. В качестве окислителей предлагается использовать нитрат калия, нитрит натрия, хлорат и перхлорат калия. Данные окислители более экологически безопасны, чем предлагаемый в прототипе нитрат бария, и позволяют достигать требуемой чувствительности и воспламеняющей способности УКС. В качестве горючих компонентов могут применяться цирконий, магний, трехсернистая сурьма (Sb₂S₃), титан, бор, алюминий, но предпочтительными горючими являются цирконий и трехсернистая сурьма.

Для увеличения энергетических характеристик аналогично прототипу УКС может содержать, по крайней мере, одно вторичное взрывчатое вещество (ВВ), но его содержание не должно превышать 5% от массы всего состава. При большем содержании экспериментально показано, что вторичные ВВ оказывают сильное флегматизирующее действие на УКС в изделиях с содержанием УКС не менее 25 мг.

Для улучшения технологии приготовления состава и снаряжения KB возможно использовать взрывчатую композицию (кварцевый песок - тетразен) в виде гранул. При этом доля связующего вещества в этой композиции может быть 0,01-1% сверх 100% (в качестве связующего может быть использована нитроцеллюлоза или другое соединение). Технология изготовления гранул взрывчатой композиции существенного значения не имеет. Приготовленные гранулы смешивают с остальными компонентами по обычной технологии изготовления УКС с последующим снаряжением состава в КВ. Использование взрывчатой композиции (кварцевый песок - тетразен) в виде гранул улучшает технологичность и безопасность производства УКС и KB при изготовлении, при этом не снижает чувствительность и воспламеняющую способность готовых изделий.

Предлагаемый ударный экологически безопасный состав отличается тем, что не содержит тяжелых металлов, а сочетание высокочувствительной взрывчатой композиции с остальными компонентами УКС при определенном соотношении обеспечивает требуемую чувствительность и воспламеняющую способность различных KB с навесками составов не менее 25 мг.

Таким образом, технический результат не является функцией конкретного признака, а достигается за счет совокупности ряда признаков.

Для предлагаемых составов проведены в одинаковых условиях сравнительные испытания, со штатными УКС и композицией по патенту-прототипу. Экспериментальные испытания составов на чувствительность к удару и воспламеняющую способность проведены в КВ-27 и в капсюле с фигурной запрессовкой состава КВ-27НФ (Каталог продукции ОАО Новосибирский Механический Завод "ИСКРА" [электронный ресурс] / URL http://www.nmz-iskra.ru/catalog/tr/307. Дата обращения 13.12.2011) по методике принятой в отрасли (А.Г.Горст. Пороха и ВВ // М.: Машиностроение, 1972 г., 208 с.; Бубнов П.Ф., Средства инициирования. Краткий курс / П.Ф. Бубнов, И.П. Сухов //M.: НКАП ОБОРОНГИЗ, 1945. - 163 с.).

По конструктивным особенностям капсюльного гнезда в гильзе винтовочного патрона калибра 7,62 для КВ-27 и КВ-27НФ высота запрессовки УКС с донышком колпачка и фольгой (ВЗС) должна соответствовать 1,32-0,12 мм (Каталог продукции ОАО Новосибирский Механический Завод "ИСКРА" [электронный ресурс] / URL http://www.nmz-iskra.ru/catalog/tr/307. Дата обращения 13.12.2011). На основании этого подбирались соответствующие навески испытуемых составов в указанных KB (см. таблицу). За счет фигурной запрессовки в КВ-27НФ помещается большее количество УКС (см. таблицу) при соблюдении ВЗС. Снаряженные КВ-27 и КВ-27НФ вставлялись в капсюльное гнездо гильзы от винтовочного патрона калибра 7,62. Гильза помещалась в стойку с бойком на копре К-44-1М.

После этого с расстояния 35 см (верхний предел чувствительности) на боек сбрасывался груз массой 307 г. В результате этого должно происходить 100% срабатывание KB (взрывчатое превращение УКС в KB). Это испытание определяет чувствительность KB к удару, что показывает его безотказность при использовании в патронах. Изделия на безопасность использования и транспортировки оценивают при сбрасывании груза с высоты 10 см (нижний предел чувствительности). При высоте сбрасывания груза 10 см не должны происходить срабатывания КВ. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Воспламеняющую способность KB определяет надежное поджигание пороха в патроне при его применении. Воспламеняющую способность УКС экспериментально оценивают при срабатывании KB с верхнего предела чувствительности по поджиганию порохового заряда-свидетеля. Для этого на расстоянии 10 см от снаряженного в гильзу KB в копре К-44-1М устанавливается под гильзой стальная чашечка диаметром 5,8 мм с запрессованной в нее навеской в 20 мг черного дымного пороха марки «Сокол» (пороховой свидетель). Частость поджигания пороха с указанного расстояния продуктами взрывчатого превращения УКС должна быть не ниже показателей для штатных составов и находится в пределах 80-100%. Результаты экспериментов приведены в таблице.

Данные, представленные в таблице, позволяют сделать следующее заключение. Предлагаемые по изобретению УКС (таблица №№4-9) в изделиях с содержанием состава не менее 25 мг:

- не уступают штатным составам Ш-1 и Ш-2 (таблица №№1-2) по чувствительности и воспламеняющей способности;

- превосходят по чувствительности и воспламеняющей способности композицию по прототипу (таблица №3).

Результаты испытаний композиции по прототипу показывают, что даже при навеске 50 мг в изделии она не позволяет достичь требуемых характеристик на уровне штатных составов по чувствительности и воспламеняющей способности.

Предлагаемые УКС (таблица №№4-9) по экологической безопасности, превосходят штатные составы Ш-1, Ш-2 (таблица №№1-2) и композицию по прототипу (таблица №3), так как в своем составе не содержат тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец и барий.

Сравнительные испытания УКС на чувствительность и воспламеняющую способность в KB № Наименование ударного капсюльного состава (УКС) Состав УКС Масса навески состава в KB, мг Чувствительность KB к удару с заданной высоты, частость взрывчатого превращения Воспламеняющая способность KB, частость воспламенения порохового заряда с заданной высоты КВ-27 КВ-27НФ КВ-27 КВ-27НФ КВ-27 КВ-27НФ 1 Штатный оржавляющий (Ш-1) Hg(NCO)₂ - 16%; KClO₄ - 55,5%; Sb₂S₃ - 28,5% 25 35 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см -100% 10 см - 80% 10 см - 100% 2 Штатный неоржавляющий состав на основе нитрата свинца (Ш-2) THPC(C₆H₂N₃O₉Pb) - 25%; Pb(NO₃)₂ - 40%; Sb₂S₃ - 25%; PbO₂ - 5%; Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 5% 30 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 100% 10 см - 100% 3 Состав по патенту RU 2417972 (прототип) Тетразен (C₂H_lSN₁₀O) - 20%; Ba(NO₃)₂ - 50%; Sb₂S₃ - 20%; Al - 10% 25 50 10 см - 0%
35 см - 30% 10 см - 0%
35 см - 30% 10 см - 10% 10 см - 30% 4 Состав по заявке №1 Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 55%; SiO₂-25%; KClO₃ - 10%; Zr - 10% 25 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 90% 10 см - 100% 5 Состав по заявке №2 Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 55%; SiO₂ - 10%; NaNO₂ - 15%; Zr - 20% 25 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 80% 10 см - 100% 6 Состав по заявке №3 Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 55%; SiO₂ - 22%; KNO₃ - 15%; Zr - 8% 25 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 80% 10 см - 90% 7 Состав по заявке №4 Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 55%; SiO₂ - 25%; KClO₄ - 10%; Zr - 10% 25 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 100% 10 см - 100% 8 Состав по заявке №5 Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 54%; SiO₂ - 20%; KNO₃ - 14%; Zr - 10%; Sb₂S₃ - 2% 25 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см -100% 10 см - 90% 10 см - 100% 9 Состав по заявке №6 Тетразен (C₂H₈N₁₀O) - 54%; SiO₂ - 20%; KNO₃ - 15%; Zr - 10%; связующее - 1% 25 40 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 0%
35 см - 100% 10 см - 80% 10 см - 100%

Изобретение относится к области средств инициирования, а именно к ударным воспламенительным составам, которые могут быть применены в ударных капсюлях-воспламенителях патронов стрелкового оружия. Ударный капсюльный состав (УКС) содержит, в мас.%: тетразен 40-60, кварцевый песок 10-25, в качестве окислителя - нитрат калия, нитрит натрия, хлорат или перхлорат калия 10-25, в качестве горючего - цирконий, магний, титан, бор, алюминий или трехсернистую сурьму 8-15. Дополнительно в состав может быть введено связующее в количестве 0,01-1 мас.% сверх 100%, а также вторичное взрывчатое вещество в количестве, не превышающем 5 мас.% от массы всего состава. При сгорании состава не образуется экологически вредных компонентов, что позволяет использовать патроны в закрытых помещениях, например тирах, без вредного воздействия на организм человека. Изобретение направлено на создание воспламенительного экологически безопасного ударного состава, не содержащего в себе солей тяжелых металлов и обеспечивающего надежную работоспособность капсюлей-воспламенителей с содержанием УКС не менее 25 мг. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Ударный капсюльный состав, состоящий из тетразена, сенсибилизатора и окислительно-восстановительной композиции, не содержащей соединений тяжелых металлов, отличающийся тем, что в качестве сенсибилизатора содержит кварцевый песок, в качестве окислителя - нитрат или перхлорат калия, или нитрит натрия, а в качестве горючего - цирконий, трехсернистую сурьму, магний, титан, бор или алюминий при следующем содержании компонентов, мас. %:
тетразен 40-60 кварцевый песок 10-25 окислитель 10-25 горючее 8-15.

2. Ударный капсюльный состав по п. 1, отличающийся тем, что тетразен и кварцевый песок при изготовлении состава применяются в виде совместных гранул с содержанием связующего вещества 0,01-1 мас.% сверх 100% состава.

3. Ударный капсюльный состав по п. 1, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, одно вторичное взрывчатое вещество в количестве, не превышающем 5 мас.% от массы всего состава.