Химические реактивы,
комплектующие и оборудование
для пиротехники

Патент №2379273
Авторы: Резников М.С, Шакиров И.Н, Сидоров А.И, Абдуллин И.А, Тимофеев Н.Е, Емельянов В.Н

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИСКРИСТО-ФОРСОВЫЙ СОСТАВ
Изобретение относится к пиротехническим составам для наземных и высотных фейерверков искристо-форсового действия, содержащим термическую смесь, включающую порошкообразный металл в комбинации с двумя кислородвыделяющими соединениями, из которых по меньшей мере одно является неорганической солью.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический искристо-форсовый состав для настольного фейерверка, описанный в патенте RU 2018507, С06В 33/08, 1994 г., который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Известный состав содержит (мас.%): 83-88 коллоксилина, 1,5-3,5 магния, 8-12 титана и 0,5-3,5 масла индустриального.
При использовании в качестве окислителя коллоксилина снижается температура горения состава до 1250-1300 К, благодаря чему отсутствуют падающие горящие частицы металлических порошков, которые образуют короткий и широкий факел, создавая красивый зрелищный эффект.
Совместное функционирование магниевого и титанового порошков при горении состава развивает конфигурацию формируемого форса за счет того, что частицы титана создают протяженную зону тепловыделения, в которой происходит горение частиц магния, сопровождающееся его диспергированием, формируя дополнительный сноп искр.
Индустриальное масло исключает пыление состава при смешивании, что повышает безопасность производства и обеспечивает равномерное распределение частиц металла в коллоксилине и равномерное горение заряда.
Используемые компоненты и продукты их сгорания нетоксичны, что является необходимым условием для фонтанов, горящих в закрытых помещениях.
Однако количественно этот состав не оптимизирован, что снижает показатели назначения. Низкое содержание металлических частиц в составе дает недостаточное число искр в факеле, то есть неудовлетворительный зрелищный эффект.
При увеличении содержания металлических порошков и снижении массы коллоксилина происходит агломерация, ухудшаются условия диспергирования, число несгоревших падающих частиц повышается.
Кроме того, использование коллоксилина удорожает состав и потребительскую стоимость зарядов из него.
Область применения настоящего состава ограничена узкоцелевым назначением и действием как по количеству, так и по цвету искр формируемого форса, то есть не универсален в разнообразии технологии изготовления и действия.
Известный состав имеет неудовлетворительную воспламеняемость, что вынуждает применять специальные средства воспламенения.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности универсального более технологичного пиротехнического состава для расширения искристо-форсовых эффектов.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический искристо-форсовый состав, содержащий окислитель, магниевый порошок и масло индустриальное в качестве технологической добавки, согласно изобретению, он содержит алюминиевый порошок, железный порошок, титановый порошок или смесь титанового порошка с железным порошком в качестве искрообразователя, ферроцен в качестве катализатора горения и графит пиротехнический в качестве флегматизатора, а в качестве окислителя он содержит пироксилиновый порох в виде крошки с преобладающим размером частиц 0,2-0,8 мм и калий азотнокислый при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порох пироксилиновый 27-54
Калий азотнокислый 9-21
Порошок магниевый 7-11
Искрообразователь 22-42
Ферроцен 1-2
Графит 1,5-2,5
Масло индустриальное 0,4-0,6

Другим существенным отличием предложенного состава является то, что в качестве искрообразователя он предпочтительно содержит алюминиевый порошок в количестве 22-42 мас.%, железный порошок в количестве 26-32 мас.%, титановый порошок в количестве 38-42 мас.% или смесь титанового порошка с железным порошком в количестве 35-41 мас.%, при содержании в смеси титанового порошка в количестве 18-22 мас.% и железного порошка в количестве 17-19 мас.%.
Отличительные признаки обеспечивают повышение показателей назначения и расширение области применения предложенного универсального пиротехнического состава, имеющего повышенную функциональную надежность.
Совместное применение и действие окислителей: азотнокислого калия и крошки пироксилинового пороха, обеспечивает гарантированное воспламенение пиротехнического состава
Использование в качестве основного окислителя измельченного утилизируемого пироксилинового пороха снижает затраты на изготовление искристо-форсовых зарядов, расходуя конверсионные его запасы.
Дополнительное введение азотнокислого калия в состав с повышенным содержанием металлических порошков-искрообразователей, создающих разнообразие зрелищного и цветового эффектов, обеспечивает его воспламеняемость во всем заявленном диапазоне содержания компонентов.
Ферроцен служит катализатором горения пиротехнического состава, включающего металлические порошки относительно высокого массового содержания.
Введение графита в предложенный состав делает его технологичным для объемного автоматизированного дозирования при его изготовлении.
При содержании в составе пироксилина меньше 27 мас.% снижается газообразование, ухудшающее вынос искр, эффективность действия которых падает.
При содержании в составе пироксилина более 54 мас.% снижается искрообразование в результате уменьшения доли содержания металлических порошков.
Введение в высокометаллизированный пиротехнический состав азотнокислого калия менее 9 мас.% приводит к нестабильному воспламенению и неустойчивому горению.
При содержании в составе азотнокислого калия сверх 21 мас.% видимых улучшений показателей назначения нет.
При содержании в составе активного металлического горючего - магниевого порошка меньше 7 мас.% падает скорость и энергетика горения до уровня, когда искрообразование не эффективно из-за падения количества искр, выносимых в форс.
Содержание в составе магниевого порошка более 11 мас.% заметно увеличивает температуру горения при снижении искрообразования.
При содержании в составе металлических порошков-искрообразователей менее 22 мас.% фейерверочный зрелищный эффект падает до уровня аналогов.
При содержании искрообразующих металлических порошков в пиротехническом составе более 42 мас.% резко падает коэффициент полезного действия заряда по основному назначению.
Минеральное масло индустриальное выбрано в оптимальном диапазоне массового содержания для исключения технологического пыления при смешивании компонентов и для равномерного распределения частиц металлических порошков в пироксилине, что обеспечивает стабильное горение при использовании различных искрообразователей в выбранных диапазонах массового содержания в составе.
Использование в искристо-форсовом пиротехническом составе катализатора горения - ферроцена меньше 1 мас.% не обеспечивает стабильности горения всех составов, а содержание его более 2 мас.% нецелесообразно, так как при этом нет улучшения горения и выноса искр в формируемый форс.
При содержании графита менее 1,5 мас.% небезопасно смешивание компонентов состава, который нетехнологичен из-за ухудшаения его сыпучести, что затрудняет объемное дозирование; а содержание графита в составе более 2,5 мас.% является классическим балластом.
Массовое содержание в составе указанных металлических порошков-искрообразователей было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и проверено экспериментальной отработкой практических испытаний сжигания приготовленных опытных зарядов по достигаемому искристо-форсовому эффекту, насыщенности, яркости и цвету формируемого при этом искристого форса.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущего признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
Предложенный пиротехнический состав приготавливают по обычной пиротехнической технологии смешивания компонентов в промышленном смесителе. При этом одновременно засыпают все компоненты, включая пироксилиновый порох, который на стадии его изготовления флегматизирован дибутилфталатом.
Пироксилиновый порох для изготовления искристо-форсового состава используется измельченным в виде крошки по ОСТ В 84-251 с размерами частиц (в преобладании) в диапазоне 0,2-0,8 мм, что обеспечивает равномерное распределение в объеме с остальными компонентами для устойчивого равномерного горения состава.
Для изготовления состава по изобретению используются следующие компоненты:
- калий азотнокислый, ГОСТ 19790;
- порошок магниевый марки МПФ-4 по ГОСТ 6001;
- порошок алюминиевый марки ПА-2 по ГОСТ 6058;
- порошок железный распыленный марки «200», ГОСТ 9849;
- порошок титановый средний, ТУ 14-22-57;
- ферроцен, ТУ 6-02-964;
- графит пиротехнический марки «П», ГОСТ 20799.

Для изготовления составов по изобретению предварительно смешивают раздельно измельченную крошку пороха пироксилинового, азотнокислый калий с добавками технологическими, функциональной и металлические порошки, которые затем добавляют в смеситель для смешивания с приготовленной массой на основе окислителей.
Затем приготовленную смесь сушат при температуре 35-45°С до содержания летучих компонентов не более 6 мас.%.
Смеси, содержащие порошки магния и алюминия, перед сушкой гранулируют через сетку с ячейками 2 мм.
Особенностью предложенного пиротехнического состава, содержащего титан, является его функциональная вариативность, потому что титан функционирует в композиции как металлическое горючее и как искрообразователь.
Высокоэнергетическая смесь порошков магния и алюминия обеспечивает стабильность горения состава, который может использоваться без дополнительного катализатора.
Графит пиротехнический (марки «П») обеспечивает флегматизацию и сыпучесть состава, что позволяет автоматизировать объемное дозирование при его изготовлении, снижая опасность смешивания компонентов и прессования зарядов.
Введение в предложенный состав на основе нитроцеллюлозы, при относительного высоком содержании металлических порошков, азотнокислого калия активизирует воспламеняемость.
Повышение массового содержания в пиротехническом составе магния направлено на увеличение температуры и скорости горения, в результате чего металлические частицы искрообразующих металлических порошков легче прогреваются, воспламеняются и выносятся генерируемой при горении заряда газовой фазой в формируемый интенсивный форс, улучшая зрелищный эффект от диспергированных в объеме факела искр различных цветов.
Так, при содержании в составе металлических порошков-искрообразователей форс расцвечивается следующим образом:
алюминий - ярко белый;
железо - желтоватый;
титан - матово-белый;
смесь титана с железом - кремовый

Технология изготовления пиротехнических составов по изобретению при качественном и количественном разнообразии компонентов остается неизменной, то есть универсальной, что расширяет возможности практической реализации технического решения для изготовления различных искристо-форсовых зарядов разного функционального назначения.
Опытные испытания образцов зарядов, изготовленных из предложенного состава, подтвердили практическое достижение нового функционального качества: гарантированное воспламенение зарядов от любого открытого источника тепла, формирование интенсивного форса, заполненного яркими цветными искрами, которые сопровождаются характерным звуковым потрескиванием, создающими красивый зрелищный фейерверочный эффект.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по фейерверкам, показал, что оно не известно, а с учетом промышленного серийного изготовления пиротехнических искристо-форсовых составов можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
 

Поделиться: