Пиротехнический состав белого огня Российский патент 2019 года по МПК C06B33/06 

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к составам, содержащим порошок сплава в комбинации по меньшей мере с одним из кислородовыделяющим веществом, оксидом металла и/или неорганической солью галогенкислородных кислот (хлорат), с красителем, и может быть использован для фейерверков.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав, описанный в патенте SU 1519158 А1, С06В 25/18, С06В 33/04,1995 г., который включает хлорнокислый калий, окись меди, хлорсодержащий полимер и металлическое горючее, а также дополнительно включает пироксилин с дифениламином, химически стабилизирующий состав, горение которого обеспечивает увеличение светосуммы при сохранении цветовых характеристик голубого пламени, что создает фейерверочный эффект.

Компоненты этого состава содержатся в следующем соотношении, мас. %:

хлорнокислый калий 11-29 пироксилин 42,5-49,5 окись меди 10-20 порошок алюминиево-магниевого сплава 5-15 поливинилхлорид 6-10 дифениламин 0,5-1,5.

Достоинством указанного пиротехнического состава является утилизация арсенальных запасов пироксилинового пороха, доля которого составляет почти половину массы композиции.

Коллоксилин, химически стабилизированный дифениламином, выполняет функции горючего связующего, обеспечивающего равномерное распределение компонентов в объеме смеси.

Сочетание компонентов пиротехнического состава в ограниченном массовом соотношении хлорнокислого калия, поливинилхлорида и окиси меди служит для формирования при горении заряда голубого насыщенного цвета пламени.

Недостатком описанного пиротехнического состава является взрывоопасность переработки его в заряды, что нетехнологично и требует применения специальных боксов и персонала.

Отмеченный недостаток устранен в пиротехническом составе по патенту RU 2567635 С1, С06В 29/10, С06В 33/06, 2014 г., который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный пиротехнический состав для фейерверков включает хлорнокислый калий, усилитель цветности хлорпарафин ХП-66Т, цветообразующий меди (II) оксид, ферроцен в качестве катализатора горения и в качестве органического горючего связующего - смолу фенолоформальдегидную в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте.

Особенностью известного фейерверочного состава является его универсальность, возможность за счет изменения массового соотношения содержания компонентов регулировать цвета пламени насыщенных тонов: фиолетового, синего, голубого и сиреневого.

В данном безметальном пиротехническом универсальном составе для повышения скорости горения введен ферроцен, антидетонационная присадка.

Продолжением отмеченных достоинств известного пиротехнического состава является присущий недостаток - ограничение из-за низкой скорости горения применение в качестве снаряжения патронов цветового сигнала.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является модернизация известного пиротехнического состава для использования в качестве сигнального, пламя которого окрашено ярким белым цветом, хорошо видимым и различимым на удалении.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический гранулированный состав белого огня, включающий калий хлорнокислый, хлорпарафин ХП-66Т, меди (II) оксид и в качестве органического горючего связующего идитол, который вводится в форме раствора фенолоформальдегидной смолы в этиловом спирте, согласно изобретению, он дополнительно содержит металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава и технологическую добавку - графит пиротехнический, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

калий хлорнокислый 61-68 меди (II) оксид 4,5-5,5 хлорпарафин ХП-66Т 11-13 порошок алюминиево-магниевого сплава 7-9 идитол (на сухое вещество) 9-11 графит пиротехнический 0,5-0,5

Отличительные признаки предложенного технического решения сообщили составу новое качество - формирование сигнала насыщенного белого цвета пламени при горении, который используют военные, спецслужбы, охотники, спасатели и др.

Введение в пиротехнический состав порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ), который повышает скорость горения зарядов, служит в качестве катализатора горения ярким белым огнем.

Повышенная скорость горения состава увеличивает сферу формируемого фейерверка за счет большего радиуса разлета пиротехнических элементов большей массы, что создает зрелищный красочный эффект.

Использование в качестве органического горючего связующего 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342А в этиловом спирте, которая при смешивании компонентов обеспечивает их диспергирование в объеме и за счет липкости частиц - прочную адгезионную связь компонентов смеси, пригодной для гранулирования.

После удаления из приготовленных гранул провяливанием технологического растворителя состав приобретает новое свойство - сыпучесть, которая обеспечивает возможность автоматического дозирования на операции прессования зарядов.

Порошок хлорпарафина ХП-66Т используется как высокосодержащее хлор вещество для усиления белого цвета, которое дополнительно служит в качестве стабилизатора геометрической формы приготовленных фейерверочных зарядов, звездок и таблеток, чем обеспечивается их функциональность после хранения.

Графит пиротехнический, чистый без примесей, обеспечивает пиротехническому составу снижение чувствительности к трению при смешивании компонентов, улучшая условия производительного прессования таблеток на роторном прессе.

Предложенное массовое соотношение функционально связанных между собой в составе компонентов цветообразующей структуры: цветопламенного окислителя - хлорнокислого калия (79 частей), цветообразующего оксида меди (II) (6 частей) и усилителя цвета - хлорпарафина ХП-66Т (15 частей) гарантированно обеспечивает при горении зарядов насыщенное белым цветом пламя.

Количественное соотношение структурных компонентов пиротехнического состава белого огня по изобретению было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, что нашло подтверждение в улучшении показателей назначения, достигнутых в натурных испытаниях опытных образцов сигнальных и фейерверочных зарядов.

При ведении в предложенный пиротехнический состав цветопламенного окислителя - калия хлорнокислого больше 68 мас. % резко увеличивается скорость горения, а при смешивании компонентов и формовании зарядов повышается чувствительность к трению и механическим воздействиям, предотвращение которых усложняет техпроцесс.

При введении в состав калия хлорнокислого меньше 61 мас. % излучение продуктов горения белым цветом не достигает максимальной яркости и насыщенности из-за снижения скорости горения зарядов что в итоге сокращает дистанцию видимости и различимости сигнала или зрелищный фейерверочный эффект.

При введении в пиротехнический состав оксида меди (II) меньше 4,5 мас. % снижается насыщенность пламени при горении белым цветом.

При введении в пиротехнический состав оксида меди (II) больше 5,5 мас. % цвет пламени приобретает голубой оттенок, то есть не достигается заданный технический эффект функционирования в качестве белого игнального огня.

Содержание в составе порошка хлорпарафина оптимизировано в диапазоне 11-13 мас. %, исходя из того, что при этом гарантированно обеспечивается стабильность отформованных зарядов, а при горении в достаточном объеме выделяется реакционного хлора для генерирования в пламя окрашивающий белым монохлорид меди.

При введении в пиротехнический состав металлического горючего ПАМ меньше 7 мас. % падает скорость горения сигнального и фейерверочного зарядов и снижается интенсивность свечения белого огня.

При введении в пиротехнический состав ПАМ больше 9 мас. % увеличивается скорость его горения, в результате чего выгорает часть компонентов, и повышается чувствительность состава к трению; снижается эффективность действия зарядов по функциональному назначению.

При введении в состав 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы в этиловом спирте больше 22 мас. % перемешивание компонентов улучшается, но соответственно увеличивается продолжительность времени на удаление в готовом материале растворителя провяливанием, что неприемлемо для серийного производства.

При введении в состав 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы в этиловом спирте меньше 18 мас. % не обеспечивается равномерность распределения компонентов в объеме материала, происходит его расслоение при грануляции из-за непрочной связи компонентов состава, в результате чего воспламенение зарядов из него нестабильно.

Введение графита в количестве 0,5 мас. % опудриванием гранулированного состава снижает его чувствительность к трению и улучшает прессуемость элементов.

Содержание графита в составе больше 0,5 мас. % является балластом.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными 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 пиротехнический состав изготавливают и формуют в заряды по принятой в отрасли промышленной технологии на действующем оборудовании.

Для смешивания предварительно просушенных, измельченных и просеянных порошковых компонентов пиротехнического состава их загружают в лопастной смеситель мерными долями (мас. %): 64,5±3,5 калий хлорнокислый, 4,75±0,25 оксид меди (II), 12±1 хлорпарафин ХП-66Т и 8±1 ПАМ-4, которые смешивают в течение 10-12 минут для равномерного распределения в объеме.

Затем в смеситель добавляют 18-22 мас. % заранее приготовленного 50%-ного раствора фенолоформальдегидной смолы СФ-342А в этиловом спирте и перемешивают в течение 5-7 минут.

После этого полученную смесь выгружают на сито №1, 6 где ее протирают, формируя гранулы.

На лотках приготовленный гранулированный материал сушат до содержания летучих не выше 0,6 мас. %.

Далее гранулированный материал опудривают в смесителе графитом пиротехническим, куда его добавляют в количестве 0,5 мас. % и смешивают 5 минут.

Приготовленный по технологическому регламенту в соответствии с количественным и качественным составом материал направляют на прессование различных зарядов.

Для оптимизации количественного соотношения компонентов модернизированного состава по изобретению были приготовлены композиции для испытаний, которые включают структурные элементы в пределах предложенного диапазона, его середине и за пределами оптимизированных значений необходимого минимального и максимального количества их массового содержания в составе.

Достижение улучшенных показателей назначения иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, представленных ниже в Таблице.

Характерные составы для испытаний

Натурные испытания опытных образцом приготовленных пиротехнических составов №2-№4 подтвердили достижение заданного окраса пламени при их горении насыщенным белым цветом, что пригодно для использования как в виде сигнального огня, так и в фейерверках для создания красочного визуального эффекта.

Состав №1 характеризуется неудовлетворительной технологичностью из-за продолжительного времени удаления растворителя и повышенной чувствительностью к трению, требуемые показатели назначения не достигаются, в частности, пламя излучает не ярким белым цветом, при слабом насыщении.

Состав №5 горит нестабильно, образуя бледное пламя слабого свечения из-за неравномерного распределения компонентов в объеме.

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

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

Изготовление предложенного пиротехнического состава возможно осуществлять на действующем оборудовании пиротехническом производства.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Изобретение относится к пиротехническому гранулированному составу белого огня. Пиротехнический состав включает калий хлорнокислый, хлорпарафин ХП-66Т, меди (II) оксид и в качестве органического горючего связующего идитол, который вводится в форме раствора фенолоформальдегидной смолы в этиловом спирте, металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава и технологическую добавку - графит пиротехнический. Изобретение обеспечивает увеличение скорости горения состава с формированием сигнала насыщенного белого цвета пламени. 1 табл., 5 пр.

Пиротехнический гранулированный состав белого огня, включающий калий хлорнокислый, хлорпарафин ХП-66Т, меди (II) оксид и в качестве органического горючего связующего идитол, который вводится в форме раствора фенолоформальдегидной смолы в этиловом спирте, отличающийся тем, что он дополнительно содержит металлическое горючее - порошок алюминиево-магниевого сплава и технологическую добавку - графит пиротехнический, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

калий хлорнокислый 61-68 меди (II) оксид 4,5-5,5 хлорпарафин ХП-66Т 11-13 порошок алюминиево-магниевого сплава 7-9 идитол (на сухое вещество) 9-11 графит пиротехнический 0,5-0,5