ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ МАСКИРУЮЩЕГО ДЫМА Российский патент 2015 года по МПК C06D3/00 C06B33/02 

Изобретение относится к пиротехническим металлохлоридным составам, при горении генерирующим дым, используемый для постановки маскирующих завес.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для формирования при горении дымовой маскирующей завесы, описанный в патенте GB 62132 B1, C06D 3/00, 1999 г., который включает в качестве окислителя гексохлорэтан, в качестве горючего - алюминиевый порошок, функциональный компонент - окись цинка и технологическую добавку - фенолформальдегидную смолу, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

гексахлорэтан 59-69 окись цинка 19-31 алюминиевый порошок 4-10,5 фенолформальдегидная смола 2,3-3,2

Недостатком этого металлохлоридного состава является малое время стабильного дымообразования из-за высокой скорости горения, что определяет неудовлетворительную функциональность по маскирующему действию.

Фенолформальдегидная смола является чисто технологической добавкой и служит дополнительным органическим горючим, для термодеструкции которого необходимо повышенное содержание металлического горючего - алюминиевого порошка.

Относительно большое содержание в этом составе алюминия провоцирует пламенное искровое горение, что может привести к воспламенению подстилающей поверхности и в итоге демаскировать защищаемые дымом объекты.

При этом не обеспечивается заданный удельный расход дымообразования, то есть время функционирования дымовой шашки составляет 60% необходимого, что требует увеличения массы используемого заряда.

Более совершенным является пиротехнический дымообразующий состав по патенту RU 2369589 C2, C06D 3/00, C06B 33/12, 2009 г., который характеризуется повышенной маскирующей способностью и стабильностью функционирования при заметном снижении скорости горения.

Указанный дымообразующий металлохлоридный состав, выбранный по технической сущности и числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному дымообразующему составу, включает гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и фторкаучук, которые содержатся в следующем соотношении, мас.%:

гексахлорэтан 60-67 окись цинка 27-32 алюминиевый порошок 3-5 фторкаучук 2-4

Синтетический фторкаучук, который вводится в форме раствора в ацетоне, в известном составе выполняет функции технологического связующего, предотвращая пыление сухих порошкообразных компонентов при смешивании, исключив тем самым взрывоопасность промышленного производства.

Фторкаучук, который служит дополнительным окислителем, взаимодействуя с металлическим горючим состава, образует хлориды алюминия и цинка, усиливающие оптическую неоднородность дымового облака, показатель преломления которого нерегулярно изменяется за счет флуктуации плотности и диспергирования конденсированной фазы, что определяет оптическую плотность формируемой маскирующей завесы.

Преобразование падающего оптического излучения в дымовом облаке с беспорядочно распределенными неоднородностями сопровождается его ослаблением за счет поглощения и нерегулируемым рассеянием, то есть отраженные волны распространяются по всевозможным направлениям, минимизируя до фонового уровень отражения в направлении средств обнаружения и наведения противника.

Недостатком известного дымообразующего состава является относительно низкая маскирующая способность формируемой дымовой завесы из-за не оптимизированного массового соотношения компонентов для достижения максимальных показателей назначения.

Это объясняется, в частности, ограничением содержания в составе алюминиевого порошка для снижения скорости горения, что служит причиной неполного хлорирования в дисперсной фазе окиси цинка, при том, что высокая гигроскопичность хлористого цинка способствует получению устойчивого аэрозольного облака с повышенными маскирующими характеристиками.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение маскирующей способности дымообразующего состава при пониженной скорости его горения для использования в малогабаритных изделиях с временем генерирования дыма не менее 10 минут.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав маскирующего дыма, включающий гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и органическое горючее связующее, согласно изобретению, дополнительно содержит хлорпарафин ХП-470, а в качестве органического связующего - канифоль сосновую, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

гексахлорэтан 54-62 окись цинка 27-29 алюминиевый порошок 6-8 хлорпарафин 2-4 канифоль сосновая 3-5

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили улучшение функциональности генерируемого дыма по маскирующей способности как в видимом диапазоне электромагнитного излучения, так и в инфракрасной области, что расширяет технологические возможности и область применения дымообразующих зарядов из предложенного состава.

Включение в металлохлоридную композицию хлорпарафина ХП-470 и канифоли сосновой направлено на повышение поглощающей способности плотной маскирующей завесы, которая обеспечивается за счет выхода в генерируемый при горении состава дым частичек сажи размером 1,0-2,8 мкм (половина длины волн инфракрасного излучения боеголовок самонаведения).

При горении предложенного пиротехнического состава металлическое горючее способствует полному переводу структурных составляющих гексахлорэтана в аэрозоль, что, сравнительно с прототипом, на треть увеличивает дымообразующую способность и заметно повышает маскирующую способность дыма в видимом диапазоне: (77-54)% и (5,2-4,7) м²/г соответственно.

Использование в дымообразующем металлохлоридном составе мелкодисперсного алюминиевого порошка с большой удельной поверхностью, который равномерно распределен в термической основе для максимального контакта с окислителем во всем объеме заряда, улучшает термохимическое взаимодействие окиси цинка и обеспечивает полную возгонку канифоли.

Это позволило заметно увеличить массовую долю алюминия в составе для повышения температуры его горения, практически сохранив скорость горения 0,12-0,17 мм/с для функционирования дымового заряда в течение не менее 10 минут.

В результате предложенной модернизации состава получена объемная завеса яркого белого дыма (при снижении в нем количества свободного углерода), характеризующегося высокой маскирующей способностью.

Оптимальный количественный состав предложенной дымообразующей смеси был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов зарядов, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для определения уровня показателей назначения.

При содержании в составе гексахлорэтана больше 62 мас. % нарушается стабильность горения, снижается выход дыма из-за повышенного шлакообразования, при увеличенном содержании сажи в продуктах горения от переизбытка углеводородных радикалов, в результате чего снижается контрастность дыма.

При содержании в составе гексахлорэтана меньше 54 мас. % маскирующая способность дыма резко падает из-за неполноты использования термической основы в процессе горения.

Основной дымообразующий компонент - окись цинка служит источником образования гигроскопичных частиц маскирующего дыма.

При содержании в составе окиси цинка меньше 27 мас. % маскирующая способность ниже требуемого значения.

При содержании в составе окиси цинка больше 29 мас. % падает скорость горения и снижается генерирование хлоридов металлов из-за недостатка хлора в окислителях, поэтому композиция расходуется на формирование балластных шлаков и дымообразование неудовлетворительное.

При содержании в дымообразующем составе алюминиевого порошка больше 8 мас. % образуются хлориды алюминия и много свободного углерода, в результате чего дым приобретает нежелательный темно-серый оттенок, возможно пламенное горение без образования достаточного количества дыма, что снижает маскирующую способность завесы.

При содержании в дымообразующем составе алюминиевого порошка меньше 6 мас. % характер горения становится неустойчивым, пульсирующим и не достигается уровень температуры для разогрева инертной окиси цинка, в результате чего падает эффективность дымообразования.

Порошкообразный хлорпарафин ХП-470 служит дополнительным окислителем и является поставщиком хлора, активизируя процесс дымообразования; при горении уплотненного заряда со скоростью 0,2 мм/с обеспечивает заданную маскирующую способность дымового облака повышенных габаритов по объему и протяженности маскирующей завесы.

Массовое содержание в предложенном дымообразующем составе хлорпарафина ХП-470, который активизирует горение, формирует дополнительные хлориды металлов, исключая шлакообразование, оптимизировано в диапазоне 2-4 мас. % по максимальному выходу дыма.

Канифоль сосновая в роли технологической добавки в дымообразующем составе обеспечивает требуемую механическую прочность и физико-химическую стабильность зарядов из предложенного состава в условиях эксплуатации, что является уникальным свойством.

При содержании в составе канифоли сосновой меньше 3 мас. % не исключается пыление, что небезопасно, затруднено объемное дозирование смеси на операции прессования зарядов из-за неравномерного распределения компонентов, то есть смесь нетехнологична для серийного производства.

Содержание в дымообразующем составе канифоли сосновой больше 5 мас. % является балластным.

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

Предложенный дымообразующий состав готовится и перерабатывается по принятой в пиротехническом производстве технологии, на существующем стандартном оборудовании.

В смеситель вводят все порошкообразные компоненты состава в следующем соотношении, мас. %: 58±4 гексахлорэтан, 28±1 окись цинка, 7±1 алюминий, 3±1 хлорпарафин, 4±1 канифоль сосновую и перемешивают в течение 7-10 минут для равномерного их распределения в объеме.

Затем полученную пластичную смесь направляют на прессование (k=0,85) зарядов диаметром 300 мм и высотой 65 мм для проведения испытаний.

Для отработки и проверки достижения требуемых показателей назначения были приготовлены и испытаны пиротехнические составы с содержанием компонентов внутри оптимизированных диапазонов их содержания, на границах и за границами пределов этих диапазонов.

Характерные составы приведены в Таблице.

По результатам опытной проверки на функционирование образцы 2-4 показали полное соответствие ТТТ к дымовым зарядам маскирующего действия.

Маскирующая способность при горении заряда №1 снижается до уровня 3,5 м²/г, что не удовлетворяет требования целевого применения дымообразующих изделий.

Заряд №5 характеризуется пульсирующим горением с низким выходом дыма (количество шлаков достигает 27%), при этом состав нетехнологичен в серийном производстве из-за пыления и плохой прессуемости.

В результате опытной проверки приготовленных образцов зарядов из предложенного металлохлоридного состава по изобретению было установлено, что маскирующая способность дымовой завесы длиной 130-170 м достигнута в пределах 4,9-5,4 м²/г, при времени горения зарядов 11-14 минут со скоростью 0,12-0,14 мм/с, при этом дымообразующая способность обеспечивается в диапазоне 77-79%.

Испытания опытных образцов дымообразующих уплотненных зарядов из предложенного состава показали надежное воспламенение от штатных средств инициирования и устойчивое горение.

Предложенный состав химически стойкий и обладает достаточной физико-химической стабильностью, при этом чувствительность к механическим воздействиям низкая, что безопасно и технологично в промышленном производстве и эксплуатации.

Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Существенные отличия металлохлоридного дымообразующего состава, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по пиротехнике.

Изготовление пиротехнического состава из новой совокупности компонентов в предложенном массовом соотношении возможно осуществлять на действующем производстве по отработанной технологии.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Изобретение относится к пиротехническим составам, при горении генерирующим дым, используемый для постановки маскирующих завес. Пиротехнический состав маскирующего дыма включает, мас.%: гексахлорэтан 54-62, окись цинка 6-8, алюминиевый порошок 27-29, органическое горючее связующее - канифоль сосновую 3-5 и хлорпарафин ХП-470. Состав обеспечивает повышение маскирующей способности как в видимом диапазоне электромагнитного излучения, так и в инфракрасной области, при пониженной скорости его горения, что расширяет технологические возможности и область применения дымообразующих зарядов из предложенного состава. 5 пр.

Пиротехнический состав маскирующего дыма, включающий гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и органическое горючее связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорпарафин ХП-470, а в качестве органического связующего - канифоль сосновую, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гексахлорэтан 54-62 окись цинка 27-29 алюминиевый порошок 6-8 хлорпарафин 2-4 канифоль сосновая 3-5