ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ СОСТАВ Российский патент 2015 года по МПК C06B33/14 

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к осветительным составам, включающим нитраты щелочных и щелочноземельных металлов и металлическое горючее.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический осветительный состав, описанный в учебнике Шидловского А.А. Основы пиротехники, М., «Машиностроение», 1973, с. 149, состав №14, который содержит (мас. %):

48 нитрата бария (окислитель);

45 магниевого порошка (металлическое горючее);

7 технологическое связующее.

Недостатком известного пиротехнического осветительного состава является невысокая сила света, что делает его непригодным для применения в современных образцах пиротехнических средств для освещения больших территорий.

Более совершенным является пиротехнический осветительный состав, описанный в источнике USA J.B. Ledgard "The Preparatory Manual of Black Pyrotechnics, First Edittion, 2006 г. (состав 05-05-024A), который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный пиротехнический состав содержит порошок магния, нитрат натрия и технологическую добавку - эпоксидную смолу, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

порошок магния 66,7 нитрат натрия 28,5 эпоксидная смола 4,8

Этот состав обладает рядом достоинств: при его сгорании достигается высокая сила света излучения пламени; за счет использования в рецептуре отверждаемой эпоксидной смолы состав имеет высокие прочностные характеристики спрессованных из него зарядов, испытывающих большие ударные нагрузки при выстреле.

Недостатком известного пиротехнического осветительного состава является низкая технологичность из-за малого жизненного цикла с момента приготовления композиции до ее формования в изделия, что определяется временем полимеризации эпоксидной смолы.

Полимеризованная эпоксидная смола (связующее) является термически нестойкой, что определят низкую устойчивость известной композиции к воздействию повышенных температур, развивающихся при длительном горении заряда из нее, а также при аэродинамическом нагреве артиллерийских осветительных снарядов, снаряженных этим составом.

Пиротехнический состав по прототипу обладает высокой скоростью горения, что ограничивает его применимость в осветительных пиротехнических изделиях, требуемая скорость горения заряда в которых не должна превышать 2,5 мм/с.

Кроме того, этот состав обеспечивает низкий уровень светоотдачи, характеризуемой удельной светосуммой ниже 45000 кд·с/г, что недостаточно для продолжительного освещения больших площадей.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение области использования пиротехнического осветительного состава и технологических возможностей его применения, при повышении функциональной надежности зарядов из него.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический осветительный состав, содержащий магниевый порошок, нитрат натрия и технологическую добавку, активирующую горение - фторкаучук, согласно изобретению, дополнительно содержит фторопласт, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

магниевый порошок 55-66 нитрат натрия 20-30 фторопласт 8-14 фторкаучук 6-1

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышенную термическую и механическую стойкость спрессованным из состава по изобретению зарядов, горение которых характеризуется значительным увеличением излучающей способности пламени в видимом диапазоне частот при низкой скорости горения.

Термическая основа пиротехнического состава сбалансирована по окислительному балансу, обеспечивая оптимальное массовое соотношение кислородвыделяющего окислителя, фторсодержащих органических соединений и металлического горючего порошка для достижения высоких светотехнических характеристик при горении заряда, которое сопровождаются термодеструкцией фторсодержащих компонентов с генерированием частиц, излучающих в видимой области спектра (0,45-0,76 мкм).

При горении состава происходит разложение нитрата натрия и фторорганических компонентов и окисление металлического горючего - магниевого порошка, в результате чего в пламя выделяются частицы, излучающие в видимой области спектра в виде атомов Na, молекул MgO, MgF₂ и раскаленных частиц углерода.

При содержании в пиротехническом осветительном составе порошка магния меньше 55 мас. % сила света неудовлетворительна из-за снижения температуры горения.

При содержании в пиротехническом осветительном составе порошка магния больше 66 мас. % снижается количество активно излучающих компонентов требуемой дисперсности и повышается скорость горения заряда.

При содержании в пиротехническом осветительном составе нитрата натрия меньше 20 мас. % не обеспечивается требуемые спектральные характеристики пламени.

Содержание в пиротехническом осветительном составе нитрата натрия больше 30 мас. % является балластным и снижает долю излучающих компонентов, что ухудшает показатели назначения.

Меньшее минимального содержания в составе магниевого порошка и большее максимального содержания нитрата натрия приводит к резкому падению силы света пламени, так же к нестабильному горению уплотненного из него заряда, который трудно воспламеняется.

При содержании в пиротехническом составе магниевого порошка больше максимального и нитрата натрия меньше минимального приводит к резкому повышению скорости горения состава при незначительном росте силы света.

При горении термической основы предложенного состава в присутствии фторсодержащих органических полимерных компонентов образуются высокодисперсные частицы, повышающие светотехнические характеристики функциональных зарядов.

Фторопласт - дополнительный окисляющий компонент, который при горении смеси разлагается, выделяя частицы пироуглерода, а также взаимодействует с магнием, образуя частицы MgF₂, тем самым повышая световые характеристики состава и показатели назначения зарядов из него.

При содержании в пиротехническом осветительном составе фторопласта меньше 8 мас. % повышается скорость горения состава, но не приводит к повышению светотехнических характеристик.

Содержание в пиротехническом осветительном составе фторопласта больше 14 мас. % приводит к дополнительным затратам энергии на его разложение без заметной активации горения термической основы, что, в свою очередь, ухудшает показатели светотехнических характеристик.

Фторкаучук - искусственный каучук, содержащий 52% фтора и 25% хлора, используется в виде 10%-ного раствора в ацетоне - смолы марки СКФ-32, в качестве технологической добавки, которая повышает механическую прочность и физико-механическую стабильность зарядов из предложенного состава.

Фторкаучук при смешивании обеспечивает капсюлирование порошинок магния, предотвращая его взаимодействие с кислородом воздуха.

При использовании в пиротехническом осветительном составе фторкаучука меньше 1 мас. % не исключается пыление во время смешивания компонентов, что взрывонебезопасно; а из-за неравномерного распределения компонентов затруднено объемное дозирование смеси на операции прессования, необходимое в серийном производстве. Уменьшенное содержание фторкаучука снижает прочностные характеристики запрессовок зарядов.

При использовании в пиротехническом осветительном составе фторкаучука больше 6 мас. % резко увеличивается время сушки смеси, что нетехнологично, при этом снижается энергетика смеси, что приводит к значительному падению силы света.

Высокая термостойкость фторорганических компонентов предложенного пиротехнического состава обеспечивает нечувствительность зарядов из него к аэродинамическому нагреву до температуры 150°С и устойчивость к механическим нагрузкам, что допускает использование композиции в качестве функционального снаряжения артиллерийских боеприпасов.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена 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 пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления пиротехнического осветительного состава на действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.

Приготавливается предложенный осветительный состав по принятой технологии пиротехнического производства смешиванием компонентов в промышленном смесителе.

В смеситель загружают 60,5±5,5 мас. % магниевого порошка (марки МПФ-1) и 10%-ный раствор фторкаучука (3,5±2,5 мас. %) в ацетоне, после чего перемешивают в течение 5-10 минут, в результате чего порошок магния покрывается тонкой пленкой связующего.

Затем в смеситель добавляют 25±5 мас. % нитрата натрия и фторопласт количеством 11±3 мас. %, после чего перемешивают в течение 10-20 минут для достижения равномерного распределения компонентов в объеме смеси.

Полученный состав провяливают не менее 1 часа и затем гранулируют на грануляторе.

Далее приготовленный гранулят сушат на лотках до содержания летучих не выше 0,3%.

Полученный сыпучий пиротехнический материал, который автоматически объемно дозируется, направляют на уплотнение в заряды прессованием с относительно низким давлением 100-300 кгс/см².

Оптимальный количественный состав предложенной смеси компонентов осветительного пиротехнического состава был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов зарядов, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для определения уровня показателей назначения: в пределах диапазона содержания компонентов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов.

Характерные составы, испытанные в структуре зарядов снаряжения артиллерийских боеприпасов, приведены в Таблице 1.

Состав 1 характеризуется высокой скоростью горения при неудовлетворительных показателях по силе света, смесь нетехнологична в приготовлении и переработке в заряды из-за длительной сушки.

Состав 5 при испытании показал нестабильный характер горения, светотехника понижена; заряды из этого состава имеют низкую механическую прочность.

Результаты сопоставительных испытаний составов по изобретению и ближайшему аналогу (прототипу) приведены в Таблице 2.

Из Таблицы 2 следует, что образцы зарядов из предложенного пиротехнического состава показали полную пригодность к требуемым условиям изготовления и переработки его в изделия, которые обеспечивают достижение показателей назначения.

Полученные результаты опытной проверки технического решения по изобретению позволяют рекомендовать предложенный пиротехнический состав для практического снаряжения изделий осветительного назначения больших поверхностей и длительного времени действия.

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к осветительным составам. Пиротехнический осветительный состав содержит, (мас. %): нитрат натрия 20-30, магниевый порошок 55-66, дополнительный окисляющий компонент, активирующий горение, - фторопласт 8-14 и технологическую добавку - фторкаучук 6-1. Спрессованные из состава заряды обладают повышенной термической и механической стойкостью, а при горении характеризуются значительно увеличенной излучающей способностью пламени в видимом диапазоне частот. 2 табл., 5 пр.

Пиротехнический осветительный состав, содержащий магниевый порошок, нитрат натрия и технологическую добавку, отличающийся тем, что он дополнительно включает фторопласт, а в качестве технологической добавки - фторкаучук, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
магниевый порошок 55-66 нитрат натрия 20-30 фторопласт 8-14 фторкаучук 6-1