ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ Российский патент 2016 года по МПК C06B31/02 C06B33/14 

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

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический осветительный состав для авиационных посадочных подкрыльных факелов, описанный в учебнике Шидловского А.А. Основы пиротехники, М., Машиностроение, 1973 г., с. 149, состав №10 Таблицы 11.16, содержащий окислитель - нитрат бария, металлическое горючее - смесь порошков магния и алюминиево-магниевого сплава, функциональную добавку криолита и в качестве пластификатора трикрезилфосфат, выбранный по числу совпадающих признаков и технической сущности в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный осветительный пиротехнический состав содержит компоненты в следующем соотношении (мас. %):

нитрат бария 60 магниевый порошок 8 порошок алюминиево-   магниевого сплава 22 криолит 7 трикрезилфосфат 3

Введение в структуру известного пиротехнического состава жидкого трикрезилфосфата пластифицирует композицию, которую возможно перерабатывать экструзионным способом в длинномерные полуфабрикаты штучных функциональных пироэлементов, получаемых последующей мерной резкой после провяливания.

Однако при этом ухудшается воспламеняемость состава и несколько снижается светимость генерируемого при горении аэродисперсного образования.

Недостатком известного состава является неудовлетворительная сила света пламени из-за несбалансированного содержания компонентов термической основы и малого содержания целевого аэрозолеобразователя - криолита (химической формулы Na₃AlF₃), при горении которого формируются твердые частицы NaF и AlF₃, излучающие в видимом диапазоне спектра, повышая суммарную излучающую способность генерируемого при горении состава аэродисперсного образования.

Кроме того, порошок химически активного магния нерегулируемо взаимодействует с кислородом воздуха, в результате чего вариативно изменяются термодинамические характеристики термической основы состава из-за снижения температуры и скорости его горения, что ограничивает применение известного осветительного состава только в корпусных изделиях.

На снижение температуры горения известного пиротехнического состава оказывает негативное влияние трикрезифосфат (CH₃C₆H₄O)₃РО, который является трудно воспламеняемым веществом, антипиреном.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности осветительного состава путем стабилизации его воспламеняемости, при повышении силы света пламени, сопровождающего горение модернизированной пиротехнической композиции, используемой в качестве универсального осветительного средства, расширяющего технологические возможности применения.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный осветительный пиротехнический состав, содержащий нитрат бария, порошок алюминиево-магниевого сплава и криолит, согласно изобретению дополнительно включает канифоль и в качестве активатора горения тиомочевину в массовом соотношении к термической основе в диапазоне 0,03-0,07, при следующем содержании компонентов, мас. %:

нитрат бария 32-42 порошок алюминиево-   магниевого сплава 27-29 криолит 27-31 канифоль 2-3 тиомочевина 2-5

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили повышение эффективности целевого действия при горении модернизированного осветительного пиротехнического состава.

Оптимизация соотношения нитрата бария и порошка алюминиево-магниевого сплава, при значительном увеличении массовой доли функционального криолита, обеспечила повышение светотехнических характеристик предложенного пиротехнического состава.

Серосодержащая тиомочевина обеспечила активацию воспламенения и горения пиротехнического состава осветительных зарядов, при этом выделяющаяся свободная сера, взаимодействуя с металлами, образует дополнительную дисперсную фазу, излучающую в видимом диапазоне спектра.

Введение в композицию осветительного состава активатора горения - тиомочевины в массовом соотношении к термической основе состава как (0,03-0,07):1 обеспечило гарантированное воспламенение состава от штатных источников теплового импульса при сопутствующем повышении силы света и стабильности горения осветительных зарядов, что позволяет их использовать без оболочки, снижая потребительскую стоимость при расширении области применения по назначению.

Соотношение компонентов термической основы предложенного пиротехнического состава оптимизировано экспериментально по достижении повышенных показателей скорости его горения и яркости излучения генерируемого аэродисперсного образования.

Тиомочевина химической формулы (NH₂)₂CS, являясь активатором горения, дополнительно выделяет большое количество газов: H₂S, NH₃, CS₂, NH₂, CN и N₂, чем повышается динамика формирования излучающего в видимом диапазоне спектра аэродисперсного образования, действие которого по освещению местности при этом значительно увеличилось.

Пиротехнические составы, термическая основа которых составляет меньше 59 мас. % и тиомочевины содержится меньше 2 мас. % (при их массовом соотношении меньше 0,03), характеризуются низкой скоростью горения и параметрами светового излучения ниже заданных, то есть нефункциональными.

Содержание в пиротехническом составе с термической основой относительной массой больше 71%, включающем тиомочевину свыше 5 мас. % (при их массовом соотношении больше 0,07), не обеспечивает требуемой длительности освещения местности, так как горение зарядов происходит в ускоренном режиме.

При содержании в осветительном пиротехническом составе нитрата бария меньше 32 мас. % не достигается заданного спектра излучения аэродисперсного образования из-за недостаточной скорости горения термической основы.

При содержании в осветительном пиротехническом составе нитрата бария больше 42 мас. % нет улучшения показателей назначения.

При содержании в предложенном составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 29 мас. % снижается время свечения из-за избыточной скорости горения зарядов, что неприемлемо в малогабаритных факелах.

При содержании в осветительном пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава меньше 27 мас. % снижается яркость излучения белого цвета пламени из-за недостатка теплотворной способности термической основы и развиваемой температуры при ее горении.

Диапазон содержания 27-31 мас. % криолита в осветительном пиротехническом составе оптимизирован экспериментально по достижении максимального светового излучения аэродисперсного образования, генерируемого при горении зарядов, надежно функционируемых по назначению.

При содержании в осветительном пиротехническом составе тиомочевины меньше 2 мас. % резко падает скорость горения зарядов, снижая быстродействие по генерированию излучающего аэродисперсного образования, а также ухудшается его вынос из-за падения газообразования, то есть уменьшается объем рабочего тела, транспортирующего дисперсную фазу в атмосферу.

Содержание в осветительном пиротехническом составе тиомочевины больше 5 мас. % является балластным, так как при этом не отмечается повышения эффективности горения термической основы состава и скорости выноса излучающих твердых частиц.

Введение канифоли (дополнительного горючего связующего) в структуру предложенного осветительного состава повышает воспламеняемость зарядов, при горении которых полностью термически разлагаясь, увеличивая газообразование и свечение генерируемого функционального облака, что обеспечивает освещение большей поверхности.

Влияние канифоли на устойчивое улучшение показателей назначения предложенного осветительного состава определено в диапазоне содержания 2-3 мас. %, при котором обеспечивается стабильность воспламенения зарядов из него, при горении которых тиомочевина полностью термически разлагается, увеличивая газообразование и светимость генерируемого аэродисперсного образования, что необходимо для освещения большей поверхности.

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 эффектом суммы признаков.

Предложенный осветительный состав изготавливается в любом промышленном смесителе пиротехнического производства, в который загружают все порошкообразные компоненты в соотношении (мас. %): 37,5±5 нитрата бария, 28±1 порошка алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-3, ПАМ-4, 29±2 криолита по ГОСТ 10561, 3,5±1,5 тиомочевины по ГОСТ 6445-74 и 2,5±0,5 канифоли живичной (ГОСТ 19113-84), после чего в течение 16-20 минут перемешивают для достижения равномерного распределения компонентов в объеме смеси.

Приготовленный пиротехнический состав затем направляют на прессование зарядов.

Количественное соотношение компонентов предложенного осветительного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено опытными результатами огневой проверки функционирования зарядов по назначению, которые показали достижение лучших показателей по максимальной силе света аэродисперсного образования при горении зарядов, компоненты которых содержатся в пределах выбранных диапазонов.

В таблице приведены характерные составы испытанных зарядов, в которых компоненты находятся в пределах заявленных диапазонов, на его границах и за границами оптимизированных диапазонов содержания.

Результаты испытаний опытных осветительных зарядов показали, что составы 2-4 гарантированно обеспечивают заданные параметры показателей основного назначения: по быстродействию постановки излучающего в видимом диапазоне спектра аэродисперсного образования, повышенной на 10-15% яркости светового излучения, более длительного свечения и освещения заданной местности.

Составы 1 и 5 характеризуются низкой скоростью горения, что тормозит генерирование излучающего аэродисперсного образования, светимость и яркость которого неудовлетворительны по условиям эксплуатационных требований.

Состав 5 характеризуется нестабильным воспламенением от штатных средств инициирования.

Достигнутые показатели назначения предложенного осветительного состава: быстродействие постановки устойчивого аэродисперсного образования в форме ярко излучающего облака с повышенной силой света, позволяют рекомендовать его для промышленного изготовления осветительных зарядов широкой номенклатуры и поставки их заказчикам.

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

Предложенные отличия осветительного состава не являются очевидными для специалиста по пиротехнике, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.

Изготовление предложенного пиротехнического осветительного состава возможно осуществлять в серийном производстве на действующем оборудовании.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Изобретение относится к пиротехнике, а именно к осветительным составам. Осветительный пиротехнический состав содержит, мас.%: нитрат бария 32-42, порошок алюминиево-магниевого сплава 27-29, криолит 27-31, канифоль 2-3 и в качестве активатора горения - тиомочевину 2-5. Состав имеет высокую эффективность целевого действия за счет стабилизации воспламеняемости и повышения силы света пламени. 1 табл., 5 пр.

Осветительный пиротехнический состав, содержащий нитрат бария, порошок алюминиево-магниевого сплава и криолит, отличающийся тем, что он дополнительно включает канифоль и в качестве активатора горения тиомочевину в массовом соотношении к термической основе в диапазоне 0,03-0,07, при следующем содержании компонентов, мас. %:
нитрат бария 32-42 порошок алюминиево-   магниевого сплава 27-29 криолит 27-31 канифоль 2-3 тиомочевина 2-5