Химические реактивы,
комплектующие и оборудование
для пиротехники

Патент №2462443
Авторы: Резников М.С, Абызов Н.З, Емельянов В.В, Сидоров А.И

Изобретение относится к области пиротехники, а более конкретно к пиротехническим составам на основе нитратов металлов, которые предназначены для образования цветного огня при реакции как минимум двух твердых веществ.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав белого огня, включающий барий азотнокислый, стронция азотнокислый, порошок алюминиево-магниевого сплава (металлическое горючее), окись магния и органическое горючее связующее - идитол, который вводят в виде 10-20%-го раствора в этиловом спирте, описанный в изобретении SU 390053, C06D 1/00, 1973 г.
Этот пиротехнический состав характеризуется повышенной удельной силой света и чистоты белого цвета пламени при горении, чему способствуют диспергированные порошки окиси магния и азотнокислого стронция.
Однако недостатком описанного пиротехнического состава белого огня является узкоцелевое назначение - пульсирующее горение, формируемое периодическими вспышками пламени, что ограничивает его применение в качестве сигнального состава белого огня при стабильном горении заряда из него.
Отмеченный недостаток исключен в пиротехническом составе белого огня, описанном в книге А.А.Шидловского «Основы пиротехники», Машиностроение, 1973 г., с.206-207, который содержит, мас.%: 56 нитрата бария, 11 нитрата калия, 6 фторида бария, 19 алюминия (металлическое горючее) и 8 серы, дополнительное горючее, технологический цементатор состава.
Сера как дополнительное горючее необходима для предотвращения образования в пламени монофторида бария и способствует генерированию свободного фтора для полного окисления продуктов химических реакций, чем увеличивает скорость горения состава.
По технической сущности и числу совпадающих признаков этот состав выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному пиротехническому составу белого сигнального огня.
При горении известного пиротехнического состава нитрат бария сообщает пламени зеленоватый оттенок, нитрат калия - розоватый; при совместном их присутствии в составе пламя получается не яркого белого цвета.
Последнее качество ограничивает функциональные возможности по использованию состава в качестве сигнального, устойчиво горящего относительно продолжительное время, хорошо видимого и различимого на удаленном расстоянии.
Кроме того, известный состав неэкологичен из-за высокого содержания в продуктах горения серы, которая в приземном слое атмосферы реакционно образует вредные вещества.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование пиротехнического состава белого огня для повышения его функциональности по назначению, при улучшении технологичности приготовления смеси и прессования из нее зарядов.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав белого сигнального огня, включающий нитрат бария, нитрат калия, порошок металлического горючего и дополнительное горючее, согласно изобретению, содержит в качестве металлического горючего порошок алюминиево-магниевого сплава, канифоль сосновую как органическое горючее и дополнительно масло индустриальное, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрат бария 62-68
Нитрат калия 12-14
Порошок алюминиево-магниевого сплава 17-19
Канифоль сосновая 2-3
Масло индустриальное 1-2

Отличительные признаки обеспечили стабильность горения пиротехнического состава белым пламенем, которое хорошо видимо и различимо на относительно большей дальности. При этом состав приготавливается простым смешиванием компонентов; из смеси прессуются плотные и механически прочные заряды.
Массовое соотношение азотнокислых бария и калия, а также относительная доля металлического горючего в структуре термической основы пиротехнического состава сохранены как оптимальные, сравнительно с прототипом. Но при этом в качестве металлического горючего в составе использован более эффективный порошок алюминиево-магниевого сплава, который обеспечил повышение скорости горения.
Суммарное содержание бария азотнокислого и калия азотнокислого в пиротехническом составе меньше 74 мас.% не обеспечивает заданных скорости и времени горения для более продолжительного времени свечения белого огня необходимой яркости.
Увеличение массовой доли вышеуказанных нитратов в сумме больше 82 мас.% приведет к нестабильному горению пиротехнического состава и вырождению его функционального назначения как сигнальный белый огонь из-за низкой различимости и видимости.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава (ПАМ-3 и ПАМ-4) меньше 17 мас.% резко падает скорость горения, которое протекает нестабильно, вплоть до затухания.
При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 19 мас.% не достигается заданного времени существования сигнала, что не удовлетворяет требованиям функциональности.
Канифоль сосновая марки А является хорошим цементатором, что повышает несущую прочность прессованных пиротехнических зарядов, в отличие от органического горючего связующего - идитола в известном составе.
При этом канифоль флегматизирует горение пиротехнического состава, снижая температуру, что сравнительно повышает время существования сигнала, то есть улучшает функциональность формируемого красного сигнала.
Содержание в пиротехническом составе канифоли менее 1 мас.% является недостаточным для заметного снижения скорости его горения, чтобы реально повысить время существования цветного сигнала.
При содержании в составе канифоли больше 3 мас.% возникает нестабильность горения заряда из-за сильной флегматизации его горения.
Введение в пиротехнический состав масла индустриального марки И-12А повышает технологичность приготовления пиротехнического состава за счет исключения пыления при смешивании мелкодисперсных порошковых компонентов и обеспечивает их равномерное распределение при прессовании за счет снижения внутреннего трения, что позволяет повысить удельные усилия прессования зарядов, имеющих стабильное горение.
При содержании в пиротехническом составе масла индустриального меньше 1 мас.% гарантированно не обеспечиваются вышеуказанные технологические и функциональные достоинства состава и прессованных зарядов из него
При содержании в пиротехническом составе масла индустриального больше 2 мас.% происходит недопустимая его экссудация.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Количественное соотношение компонентов предложенного нового качественного состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло экспериментальное подтверждение по достижению более высоких показателей назначения, сравнительно с аналогами и штатными пиротехническими составами.
Проверка параметров пламенного цветного горения зарядов, спрессованных из пиротехнических составов различных рецептур, проводилась в идентичных условиях.

Компоненты  Содержание компонентов, мас.%
1 2 3 4 5 6
Нитрат бария 62 62 65 66 68 70
Нитрат калия 14 12 13 16 12 10
Порошок ПАМ 19 21 18 17 15 15
Канифоль сосновая 4 3 3 0,5 2 3
Масло индустриальное 2 2 1 0,5 3 2


В таблице приведены составы экспериментальных зарядов с характерным содержанием компонентов внутри предложенных диапазонов, на границах предельных значений и за этими границами.
Натурные испытания экспериментальных зарядов из пиротехнических составов белого сигнального огня показали, что требуемый уровень показателей назначения гарантированно и в полной мере достигается при горении образца №3, включающего компоненты, массовое содержание которых находится в пределах заявленных диапазонов. Горение этого пиротехнического состава обеспечивает заданные оптические и временные параметры сигнала, в частности стабильное яркое пламя белого цвета, различимое и видимое на дистанции, превышающей штатную на 30%, а дистанцию по прототипу - на 20%.
Из-за существенно сниженной скорости горения состава №1, в котором содержится избыток канифоли, достигнутой яркости белого сигнала недостаточно для его различимости на установленной дистанции.
Состав №2, в термической основе которого содержание металлического горючего больше оптимального, быстро сгорает, что ограничивает возможность его применения в качестве сигнального, так как время существования белого пламени мало.
Повышенное содержание в составе №4 нитрата калия, относительно доли нитрата бария (при суммарной их массе в термической основе, не превышающей заявленного количества) приводит к снижению качества сигнала, существующего в течение продолжительного времени горения заряда, что не удовлетворяет требования тактико-технического задания.
Кроме того, из-за недостаточного содержания масла индустриального в составе механическая прочность заряда ниже требуемой, а технологическая его переработка сопровождается пылением.
Состав №5 характеризуется недостаточной температурой горения, что приводит к ухудшению оптических свойств формируемого пламенного сигнала; при прессовании заряда происходит экссудация избытка масла в составе, что недопустимо по условиям эксплуатации.
Состав №6 принципиально непригоден в качестве заряда сигнального белого огня, так как в количественно несбалансированной его термической основе не обеспечивается полнота химического взаимодействия компонентов и, следовательно, при горении заряда не достигаются необходимые скорость и температура горения для получения яркого белого пламени.
Предложенный состав приготавливают и прессуют в заряды по принятой в пиротехнической промышленности технологии на действующем оборудовании.
Смешивание предварительно подготовленных (просушенных, измельченных и просеянных) порошковых компонентов пиротехнического состава мерными долями производят в лопастном смесителе типа 6ЛС в течение 5-10 минут до гомогенизации смеси.
Затем в приготовленную смесь сухих порошков добавляют 1-2 мас.% масла индустриального марки И-12А и перемешивают в течение 5 минут.
Приготовленный упруго-пластичный сыпучий, объемно дозируемый материал прессуют в пиротехнические заряды на гидравлических прессах с удельным давлением на треть ниже, чем в прототипе.
Натурные испытания опытных образцов пиротехнических зарядов показали рост на 20-30% дальности видимости и различимости белого сигнала.
Проведенный сопоставительный анализ существенных признаков предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности серийного получения состава для сигнальных зарядов на действующем пиротехническом производстве можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Достигнутые показатели назначения пиротехнического состава позволяют рекомендовать его для промышленного изготовления зарядов белого сигнального огня с целью поставки потребителям.


 

Поделиться: