ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА Российский патент 2024 года по МПК A01G15/00 C06B29/22 

Изобретение относится к средствам активного воздействия на гидрометеорологические процессы и предназначено для предотвращения и прерывания градобитий, вызывания осадков из переохлажденных облаков посредством генерирования льдообразующего аэрозоля, полученного при горении пиротехнического заряда или шашки с запрессованным составом.

Уровень данной техники характеризует пиротехнический состав для воздействия на переохлажденные облака и туман, используемый в серийном производстве в противоградовых ракетах «Алазань-6», патронах воздействия на облака ПВ-26 и ПВ-50, самолетных аэрозольных генераторах САГ-26, описанный в патенте RU2175185, A01G 15/00, С06В 29/08, C06D 3/00, содержащий следующие компоненты в указанных соотношениях (мас. %):

- 48-58 перхлората аммония в качестве окислителя,

- 13-17 смолы фенолформальдегидной в качестве горючего,

- 9-11 дициандиамида в качестве регулятора скорости горения и пламегасителя,

- 7-9 серебра йодистого в качестве льдообразующего реагента,

- 11-13 калия йодистого в качестве активирующей добавки,

- 1-3 технологических добавок (графит, масло индустриальное, аэросил).

Количественное соотношение компонентов пиротехнического состава обеспечивает порог льдообразующего действия в диапазоне температур минус 4-5°С. Выход активных центров кристаллизации по результатам лабораторных испытаний ФГБУ «ЦАО» за период 2009-2016 гг. при температуре минус 10°С составляет (1,0-1,7)×10¹³ с 1 грамма состава, а при минус 6°С - 1,0-3,26×10¹² с 1 грамма состава, что является достаточным для эффективного воздействия противоградовых и вызывающих осадки средств на гидрометеорологические процессы.

В составе использован хорошо возгоняемый дополнительный активатор йодистый калий, который конденсирует пары воды и выносит из зоны горения образующиеся шлаки. Йодистый калий способствует возгонке йодистого серебра, чем значительно повышает эффективность генерируемого аэрозоля при более продолжительном горении пиротехнического состава.

Однако йодистый калий не обеспечивает в полной мере активацию йодистого серебра, в результате чего он частично термически разлагается и не используется по прямому назначению, таким образом происходит снижение эффективности создания активных центров кристаллизации.

Недостатками данного пиротехнического состава являются относительно низкий температурный порог кристаллизующего действия генерируемого аэрозоля, что ограничивает эффективность льдообразования по высоте нижнего слоя обрабатываемых облаков при более высокой температуре атмосферы от минус 3 до 0°С, отсутствие полной возгонки йодистого серебра, вследствие чего требуется использование в составе 7-9% дорогостоящего льдообразующего реагента, а также низкая скорость горения состава в пределах 0,7-1,2 мм/сек.

Отмеченные недостатки в определенной степени устранены в более совершенном пиротехническом составе для воздействия на переохлажденные облака по патенту RU2692313, A01G 15/00, С06В 29/22, 2018., который по техническим характеристикам и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав для воздействия на переохлажденные облака содержит следующие компоненты в соотношении (мас. %):

Перхлорат аммония 56,0-62,0 Смола фенолформальдегидная 13,0-17,0 Стеарат кальция 3,5-5,0 Серебро йодистое 2,5-3,5 Калий йодистый 12,0-14,0 Медь (I) йодистая 1,0-2,0 Олифа натуральная 2,0-5,0 Графит 0,0-1,0 Ферроцен 0,0-2,0

Указанный пиротехнический состав, как и аналог, обеспечивает достаточно высокий выход активных центров кристаллизации при температурах минус 5-10°С. Также данный состав обладает повышенным порогом льдообразующего действия при температуре до минус 3°С в результате более полной возгонки функциональных реагентов, образующих активные центры кристаллизации; содержание дорогостоящего льдообразующего реагента йодистого серебра в рецептуре состава снижено до 2,5-3,5%.

Однако недостатками данного состава являются нестабильная работа при повышенных давлениях и температуре ниже 0°С, а также возникновение микротрещин в толще состава при длительном хранении и при значительных перепадах температур от минус 20 до плюс 50°С.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение стабильности работы состава при повышенных давлениях, устойчивая работа пиротехнических шашек, запрессованных с данным составом, при температуре до минус 15°С, повышение химической стойкости при длительном хранении в широком диапазоне температур.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известный пиротехнический аэрозолеобразующий состав для воздействия на облака и туман, содержащий перхлорат аммония, смолу фенолформальдегидную, йодид серебра, йодид калия, йодид меди, ферроцен, дополнительно введены тиокол, смола эпоксидно-диановая, дибутилфталат, марганца (IV) окись, уротропин и дифенилгуанидин при следующем соотношении компонентов состава (мас. %):

Перхлорат аммония 59,0-65,0 Смола фенолформальдегидная 15,0-19,0 Серебро йодистое 2,5-3,5 Калий йодистый 8,0-10,0 Медь (I) йодистая 1,0-2,0 Тиокол 3,0-7,0 Смола эпоксидно-диановая 0,5-1,5 Дибутилфталат 1,0-2,0 Марганца (IV) окись 0,2-1,0 Уротропин 0,1-1,0 Дифенилгуанидин 0,0-1,0 Ферроцен 0,0-1,0

Введение компонентов выше или ниже предельных значений приводит к ухудшению выходных характеристик льдообразующих составов.

Отличительными признаками заявляемого изобретения является новая композиция известных компонентов, введенных в пиротехнический льдообразующий состав в оптимальном количественном соотношении. Такое соотношение компонентов позволяет обеспечить синергетический эффект технического результата и оптимизировать технологические и эксплуатационные свойства: состав химически стоек при хранении в диапазоне температур от минус 20 до плюс 50°С, способен стабильно гореть в пиротехнических зарядах при повышенных давлениях, а эффективность льдообразующего воздействия на грозовые облака находится на уровне аналогов благодаря полной возгонке йодистого серебра. Необходимую прочность и эластичность составу обеспечивают пластификатор дибутилфталат и смесь отвердителей: марганца (IV) окись, уротропин и дифенилгуанидин.

Соотношение содержания окислителя перхлорат аммония (NH₄,ClO₄) к смеси горючих компонентов фенолформальдегидной смолы ((С₇Н₆О)_n), тиокола ([C₅H₁₀O₂S_m]_nSH), смолы эпоксидно-диановой (С₂₁Н₃₂О₄), дибутилфталата (С₁₆Н₂₂О₄) и уротропина (C₆H₁₂N₄) наиболее оптимально обеспечивает полную возгонку йодистого серебра (AgI), обеспечивая выход льдообразующих ядер на уровне аналогов (при температуре минус 10°С - (1,0-1,5)×10¹³ с одного грамма состава; при минус 6°С - (3,0-4,0)×10¹² с одного грамма состава). В качестве льдообразующих реагентов в составе использованы смеси тонко измельченных порошков йодистого серебра, йодистого калия (КI), йодистой меди (CuI), в качестве активных пластификаторов применены тиокол, смола эпоксидно-диановая, дибутилфталат, в качестве каталитической добавки для регулирования скорости горения - ферроцен (C₁₀H₁₀Fe).

Процесс отверждения состава обеспечивается путем введения в рецептуру отвердителей марганца (IV) окиси (MnO₂) и дифенилгуанидина (C₁₃H₁₃N₃) для тиокола, а также уротропина для смолы эпоксидно-диановой, благодаря чему повышается прочность запрессованного состава в результате полимеризации тиокола, что способствует равномерному стабильному горению состава в пиротехнических зарядах, в том числе при повышенных давлениях и отрицательных температурах до минус 15°С. Дибутилфталат как пластификатор введен в смесь тиокола и эпоксидной смолы для снижения вязкости смеси и обеспечения равномерного распределения компонентов по всему объему пиротехнического состава.

Основной реагент - йодистое серебро является наилучшим веществом для кристаллизации водяного пара и водяных капель переохлажденного облака. Дополнительный функциональный реагент йодистый калий достаточно легко возгоняется, образуя активные центры конденсации влаги, что повышает эффективность действия основного реагента в переохлажденных облаках, в которых конденсируется влага с последующей ее кристаллизацией при отрицательных температурах. Дополнительный галогенид йодистая медь использован в качестве активатора льдообразования, который, взаимодействуя с йодистым серебром, при относительно высокой температуре до минус 2°С образует структуру, близкую к структуре льда, что способствует активной кристаллизации капель и выпадению осадков.

Марганца (IV) окись и тиокол также способствуют повышению скорости горения запрессованного состава без снижения льдообразующей активности, что расширяет технологические возможности при проектировании конкретных средств воздействия.

Ферроцен (каталитическая добавка) позволяет изменять скорость горения запрессованного состава.

Компоненты состава имеют широкую сырьевую базу.

Приготовление состава по изобретению производится на используемых в пиротехнической промышленности смесителях планетарного типа механическим перемешиванием в четыре стадии:

1. Приготовление тиокольно-эпоксидной смеси с отвердителями - 15-20 минут.

2. Перемешивание окислителя с жидкой составляющей - 10-15 минут.

3. Последующая загрузка сухих компонентов и дополнительное перемешивание в течение 10-15 минут.

4. Полимеризация приготовленного состава.

Использование смесителей планетарного типа обеспечивает равномерное распределение компонентов во всем объеме приготовляемого состава.

Формование зарядов из приготовленного состава производится методом глухого прессования на гидравлических прессах.

Скорость горения состава в запрессованном при удельном давлении (1200±130) кг/см заряде при нормальных условиях составляет 1,4±2,0 мм/с и может регулироваться крупностью компонентов и введением каталитической добавки.

Для экспериментальной проверки были изготовлены и испытаны составы, рецептуры и характеристики которых в сравнении с составом - прототипом приведены в таблице 1.

Составы испытаны в модельных генераторах, конструктивно аналогичным реально применяемым изделиям. Показатели эффективности льдообразования приведены в таблице 2.

Сопоставительный анализ полученных результатов испытаний опытных образцов составов по изобретению с прототипом в установках по моделированию различных метеорологических условий подтвердил оптимизацию технологических и эксплуатационных свойств состава: состав химически стоек при хранении в диапазоне температур от минус 20 до плюс 50°С, способен стабильно гореть в пиротехнических зарядах при отрицательных температурах до минус 15°С, а необходимую прочность и эластичность составу обеспечивают пластификаторы и отвердители.

Выход активных ядер кристаллизации при температуре минус 10°С составляет (1,0-1,5)×10¹³ с 1 г состава, при температуре минус (5,5-6,0)°С - (3,0-4,0)×10¹² с 1 г состава, при температуре минус 3°С - (1,0-1,2)×10¹¹ с 1 г состава. При температурах минус (3-6)°С льдообразующая активность состава на порядок превышает показатели аналогичных известных составов при существенном уменьшении (в 2,5-3,5 раза) содержания наиболее дорогостоящего и дефицитного компонента йодистого серебра.

Благодаря вышеуказанным преимуществам предлагаемая по изобретению рецептура состава значительно расширяет возможности использования состава как в существующих, так и во вновь разрабатываемых противоградовых и осадковызывающих средствах.

Изобретение относится к средствам активного воздействия на гидрометеорологические процессы и предназначено для предотвращения и прерывания градобитий, вызывания осадков из переохлажденных облаков посредством генерирования льдообразующего аэрозоля, полученного при горении пиротехнического заряда или шашки с запрессованным составом. Пиротехнический аэрозолеобразующий состав для воздействия на облака содержит перхлорат аммония в качестве окислителя, смолу фенолформальдегидную в качестве горючего, смесь тонко измельченных йодида серебра, йодида калия, йодида меди в качестве льдообразующего реагента, тиокол, смолу эпоксидно-диановую, пластификатор дибутилфталат и смесь отвердителей: марганца(IV) окись, уротропин и дифенилгуанидин, ферроцен в качестве каталитической добавки для регулирования скорости горения. Техническим результатом является повышение прочности шашек из запрессованного состава, повышение стабильности работы при повышенных давлениях, устойчивая работа пиротехнических шашек при температуре до минус 15°С, повышение химической стойкости при длительном хранении в диапазоне температур от минус 20 до плюс 50°С с одновременным сохранением эффективности льдообразующего воздействия. 2 табл.

Пиротехнический аэрозолеобразующий состав для воздействия на облака, содержащий перхлорат аммония, смолу фенолформальдегидную, йодид серебра, йодид калия, йодид меди и необязательно ферроцен, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тиокол, смолу эпоксидно-диановую, дибутилфталат, марганца(IV) окись, уротропин и необязательно дифенилгуанидин при следующем соотношении компонентов состава, мас.%:

Перхлорат аммония 59,0-65,0 Смола фенолформальдегидная 15,0-19,0 Серебро йодистое 2,5-3,5 Калий йодистый 8,0-10,0 Медь(I) йодистая 1,0-2,0 Тиокол 3,0-7,0 Смола эпоксидно-диановая 0,5-1,5 Дибутилфталат 1,0-2,0 Марганца(IV) окись 0,2-1,0 Уротропин 0,1-1,0 Дифенилгуанидин 0,0-1,0 Ферроцен 0,0-1,0