ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛОГО ДЫМА Российский патент 2015 года по МПК C06D3/00 C06B29/08 

Изобретение относится к средствам для образования дымовых завес, а более конкретно, к пиротехническим составам на основе хлоратов.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымовой состав, описанный в учебнике Шидловского А.А. Основы пиротехники. М.: «Машиностроение», 1973, с. 243, который содержит компоненты в следующем соотношении (мас. %):

хлорат калия 20-30 хлористый аммоний 50 нафталин или антрацен 20 уголь древесный до 10

В этом составе в качестве дымообразователя служат легко возгоняющиеся вещества: хлористый аммоний и ароматические углеводороды нафталин и антрацен, содержащие много водорода, что обеспечивает большое по объему количество газообразных продуктов горения.

Процесс образования дыма сводится к возгонке этих веществ при горении состава и фазовому переходу в твердое состояние дисперсных частиц после охлаждения на воздухе.

Количество окислителя (хлората калия) определено полнотой окисления горючего до получения паров воды и оксидов углерода.

В качестве горючего использован древесный уголь и нафталин/антрацен, которые выполняют не только функции дымообразования, но и горючего, частично возгоняясь, частично сгорая.

Относительно большое содержание малоактивного хлористого аммония обеспечивает сравнительно малую чувствительность состава к механическим воздействиям при переработке и в эксплуатации.

Уголь древесный является адсорбентом кислотной среды продуктов горения, что способствует формированию более плотной дымовой завесы, то есть повышает эффективность пиротехнического состава по назначению.

Однако продолжением достоинств действия угля древесного является присущий недостаток - нестабильность его свойств, что заметно влияет на различное по эффективности дымообразование пиротехнических зарядов.

К недостаткам описанного пиротехнического состава следует также отнести высокую летучесть нафталина и канцерогенные свойства антрацена технического, что ограничивает использование дымовых зарядов в закрытых помещениях, в частности, для павильонных кино- и видеосъемках.

Кислородный баланс этого дымового состава резко отрицательный, что дает при горении газовую среду, включающую значительное количество СО и легко воспламеняющихся паров нафталина или антрацена, что определяет наличие пламенного горения, снижающего оптическую плотность формируемой завесы сероватого дыма.

Используется описанный пиротехнический состав в оболочке с выходными отверстиями (не исключающими возникновения пламени), что трудоемко, непроизводительно и дорого.

Наличие в продуктах горения этого дымового состава вредных веществ неполного окисления ограничивает его применение в закрытых помещениях.

Более совершенным является пиротехнический состав белого дыма для павильонных съемок, описанный в книге Платова Г.А. ПИРОТЕХНИК. Искусство изготовления фейерверков, М.: ЭКСМО, 2005, с. 169, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный пиротехнический состав белого дыма включает (мас. %):

хлорат калия (бертолетова соль) 44 хлористый аммоний (дымообразователь) 36 канифоль живичная (сосновая) 16 мел (карбонат кальция) 4

Недостатком известного дымообразующего состава является технологическая опасность, определяемая относительно высоким содержанием хлората калия, который в сочетании с активными компонентами представляет собой вторичное ВВ.

Практика применения зарядов из этого пиротехнического состава показала нестабильность воспламенения при неблагоприятных атмосферных условиях.

Кроме того, из-за пламенного горения известного дымообразующего состава падает выход дисперсной фазы в формируемое аэродисперсное образование, оптическая плотность которого снижается и не удовлетворяет требования киносъемок в качестве завесы тумана.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности действия технологически безопасного дымообразующего состава по назначению, при стабилизации воспламеняемости зарядов из него.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав белого дыма, включающий хлорат калия, хлористый аммоний, канифоль сосновую и мел природный, согласно изобретению дополнительно содержит тиомочевину в качестве активатора горения, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хлорат калия 40-43 хлористый аммоний 35-37 канифоль сосновая 15-17 мел природный 2-3 тиомочевина 5-3

Другой особенностью состава по изобретению является то, что канифоль сосновая использована в форме спиртового лака, при массовом соотношении этилового спирта к канифоли сосновой в диапазоне 0,1-0,2.

Отличительные признаки обеспечили технологическую безопасность приготовления состава от снижения в нем доли бертолетовой соли (хлората калия), стабильность воспламенения зарядов из предложенного состава, при повышенной скорости горения для формирования оптически плотной завесы, улучшающей рассеяние светового потока, экранирование которого создает визуальный эффект тумана, что необходимо для кино- и видеосъемок.

Введение в пиротехнический состав белого дыма дополнительного органического горючего - тиомочевины, которая служит в качестве активатора горения, позволило снизить долю хлората калия в составе для исключения пламеобразования, снижающего выход дисперсной фазы в аэродисперсное образование.

Тиомочевина служит в качестве пламегасителя и повышает диспергирование продуктов горения состава в получаемом аэрозоле, формирующем завесу, визуально имитирующую туман, пригодную для павильонных съемок.

При содержании в пиротехническом составе по изобретению тиомочевины сосновой меньше 3 мас. % не исключается пламенное горение, скорость которого падает, снижая интенсивность дымообразования.

При содержании в пиротехническом дымовом составе тиомочевины больше 5 мас. % повышается содержание вредной серы в генерируемом дыме, ограничивая его применение в закрытых помещениях.

Содержание в пиротехническом дымовом составе хлората калия в количественном диапазоне 40-43 мас. % оптимизировано по химической активности для полной возгонки хлористого аммония и канифоли сосновой соответственно массой 35-37%) и 15-17%.

При содержании в пиротехническом составе хлористого аммония меньше 35 мас. % заметно падает плотность формируемой дымовой завесы, то есть не обеспечивается необходимая функциональность по назначению.

При содержании в пиротехническом составе хлористого аммония больше 37 мас. %) образуется его балластный остаток при падении скорости горения заряда, что снижает эффективность дымообразования.

Предварительная обработка канифоли сосновой этиловым спиртом обеспечивает ее липкость при контакте с порошковыми компонентами состава на операции их смешивания и его текучесть на операции прессования зарядов, равноплотность которых в оптимизированном массовом соотношении компонентов стабилизирует функциональные свойства.

Канифоль сосновая в форме 10-20%-ного спиртового лака повышает текучесть пиротехнической смеси на операции прессования зарядов, технологически обеспечивая в нем равномерное содержание компонентов в оптимизированном диапазоне по всему объему. Канифоль сосновая при горении легко возгоняется и служит дополнительным дымообразователем без канцерогенов.

Уменьшение доли содержания канифоли сосновой в пиротехническом составе ниже 15 мас. % приводит к недостатку реакционного тепла при сокращении генерируемых газов, транспортирующих в объем дыма дисперсную фазу, в результате чего не формируется оптически плотная завеса.

При содержании в пиротехническом составе канифоли сосновой больше 17 мас. % заметного повышения эффективности дымообразования не отмечается.

Использование канифоли сосновой в форме спиртового лака обеспечивает гомогенность смеси порошковых компонентов, при равномерном их диспергировании в прессуемом дымовом заряде и служебных характеристик.

При содержании в технологическом лаке этилового спирта относительно канифоли меньше 10 мас. % не исключается пыление при смешивании компонентов состава, что небезопасно и нетехнологично.

При содержании в технологическом лаке на основе канифоли этилового спирта больше 20 мас. % не обеспечивается липкость смешиваемых порошковых частиц компонентов состава, вследствие чего не достигается монолитность формуемого дымового заряда.

Мел природный является доступным дешевым материалом, который химически взаимодействует с продуктами горения, нейтрализуя кислотную среду, в частности связывает SO₂, образующуюся при термодеструкции тиомочевины.

При этом мел выполняет функции адсорбента, стабилизируя параметры горения состава и дымообразования.

При содержании в пиротехническом дымовом составе мела природного меньше 3 мас. % не полностью нейтрализуется кислотная среда в генерируемом дыме, оказывающая корродирующее действие на электроконтакты аппаратуры и приборов, а также металлических конструкций павильона и декораций.

При содержании в пиротехническом дымовом составе мела природного больше 5 мас. % является балластным.

При горении предложенного пиротехнического состава обеспечивается полнота возгонки дымообразующих хлористого аммония и канифоли сосновой без балластного остатка.

Дымовой состав по изобретению характеризуется стабильным беспламенным горением при нейтрализации генерируемого экологически безвредного дыма, что обеспечивает возможность его применения для павильонных кино- и видеосъемок.

Достоинством предложенного дымового состава являются технологическая и экологическая безопасность изготовления зарядов и функционирования их по назначению, соответственно.

Предложенный пиротехнический состав характеризуется 100%-ной надежностью воспламенения зарядов от 1 г ДРП.

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.

Предложенный пиротехнический состав белого дыма изготавливают по принятой в пиротехнике технологии.

В промышленный смеситель засыпают просеянные на ситах порошкообразные компоненты в мерных долях (мас. %): 41,5±1,1,5 хлората калия, 36,±1 хлористого аммония, 4±1 тиомочевины и 2,5±0,5 карбоната кальция (мела природного), которые перемешивают в течение 5-7 минут.

Затем добавляют 16±1 мас. % канифоли сосновой, предварительно обработанной этиловым спиртом в количестве 2-4 мас. %, и перемешивают в течение 3-5 минут до полной гомогенизации приготовленного состава.

Достижение улучшенных показателей назначения (нового технического результата) иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, приведенных в Таблице.

Испытания показали, что составы 2-4 стабильно воспламеняются и горят без образования пламени, генерируемый аэрозоль (дым) не содержит заметного количества вредных и экологически опасных веществ, что позволяет их использование в закрытых объемах.

Состав 1 при пламенном замедленном горении формирует оптически неплотную дымовую завесу из-за малого содержания тиомочевины и балластного количества остальных компонентов, при недостаточной массе хлората калия для их полной возгонки и формирования эффективной дисперсной фазы.

Состав 5 характеризуется нестабильным горением и дымообразованием, причем в формируемом аэродисперсном образовании отмечено повышенное содержание серы и кислотной среды.

Следовательно, составы 1 и 5 непригодны для использования в качестве источника дымовой завесы в закрытых объемах павильонных кино- и видеосъемок.

Сравнительно с известными аналогами, предложенный состав имеет ряд преимуществ:

- удельная массовая и счетная концентрации дисперсной фазы дыма увеличилась на 30-40%;

- обеспечена 100%-ная воспламеняемость заряда от запал-спички (при 80-90% по прототипу);

- при горении предложенной композиции дымового заряда образуется экологически безопасные продукты, которые не обладают канцерогенными свойствами.

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 практической возможности серийного изготовления зарядов белого дыма для павильонной киносъемки на действующем в отрасли оборудовании, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.

Изобретение относится к пиротехническим составам для образования дымовых завес. Пиротехнический состав белого дыма включает, мас. %: хлорат калия 40-43, хлористый аммоний 35-37, канифоль сосновую 15-17, мел природный 2-3 и тиомочевину 5-3 в качестве активатора горения. Канифоль сосновая использована в форме спиртового лака, при массовом соотношении этилового спирта к канифоли сосновой в диапазоне 0,1-0,2. Техническое решение обеспечивает технологическую безопасность приготовления состава за счет снижения в нем доли бертолетовой соли (хлората калия), стабильность воспламенения зарядов при повышенной скорости горения для формирования оптически плотной завесы, улучшающей рассеяние светового потока, экранирование которого создает визуальный эффект тумана, что необходимо для кино- и видеосъемок. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Пиротехнический состав белого дыма, включающий хлорат калия, хлористый аммоний, канифоль сосновую и мел природный, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тиомочевину в качестве активатора горения, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хлорат калия 40-43 хлористый аммоний 35-37 канифоль сосновая 15-17 мел природный 2-3 тиомочевина 5-3

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что порошок канифоли сосновой использован в форме спиртового лака, при массовом соотношении этилового спирта к канифоли сосновой в диапазоне 0,1-0,2.