Патент №2570462
Авторы изобретения: М. С. Резников, А. И. Сидоров, А. Ш. Мингазов, В. Л. Гинзбург, В. В. Емельянов, И. А. Абдуллин,
Н. Е. Тимофеев

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРАНЖЕВОГО ДЫМА

Изобретение относится к пиротехническим составам для образования дыма, содержащий хлорат, органическое горючее, краситель или пигмент, при горении которого образуется оранжевый дымовой сигнал.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымообразующий состав оранжевого цвета, содержащий окислитель - хлорат калия, органическое горючее в виде смеси дициан-диамида, тиомочевины и антрацена и краситель жирорастворимый органический оранжевый, описанный в изобретении по патенту SU 252127, C06D, 1969 г., при следующем соотношении компонентов (мас. %):

Соотношение окислителя и комплексного органического горючего в термической основе этого пиротехнического состава оптимизировано для дымообразования при его горении.

Дициандиамид функционирует в качестве дымообразователя, повышая контрастность цвета генерируемого дыма.

Тиомочевина является пламегасителем, сохраняя дисперсную фазу дыма, его оптическую плотность.

Антрацен технический в составе использован как органическое горючее, частично сгорая, частично возгоняясь, дополнительно выполняет функции дымообразователя.

Недостатком описанного состава является низкий выход целевого аэрозоля по причине того, что избыток жирорастворимого красителя оранжевого при горении образует шлаковый остаток, задерживающий генерируемый дым, который фильтруется, чем заметно уменьшается дисперсная фаза красителя. Формируемый оранжевый сигнал при этом получается неконтрастным и плохо различимым на удалении.

Увеличение массовой доли хлората калия в интенсивно горящем составе для дымового сигнала приводит к термодеструкции красителя и цвет дыма практически пропадает.

Этот состав при горении дает вспышки пламени, нарушающие равномерность горения, которые резко снижают количество генерируемого дыма, приобретающего сероватый оттенок, а с учетом содержания в нем оранжевого красителя дым получается грязно-оранжевого цвета, то есть не обеспечивается яркий характерный цвет сигнального дыма, хорошо видимого и различимого на удаленной дистанции.

Описанный целевой состав практически применяется при дополнительном введении в структуру пламегасителей, что снижает массовое содержание основных компонентов и, как следствие, падает выход цветного дыма, снижая эффективность действия по назначению.

Кроме того, этот состав нетехнологичен при смешивании компонентов из-за пыления, что взрывоопасно.

Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом дымообразующем составе по патенту RU 2369590 C1, C06D 3/00, 2009 г., который выбран в качестве наиболее близкого по технической сущности и числу совпадающих признаков аналога предложенному техническому решению.

Известный пиротехнический состав включает органический краситель жирорастворимый оранжевый, хлорат калия, тиомочевину в качестве горючего-газообразователя, дымообразующий дициандиамид, графит и фторкаучук в качестве технологической добавки, исключающей пыление при смешивании компонентов, облегчая прессование зарядов, при следующем соотношение компонентов (мас. %):

К недостатками известного состава можно отнести следующие.

Фторкаучук является дорогим дефицитным материалом, который при горении состава оказывает вредное токсическое воздействие на организм человека, что ограничивает область применения.

В пиротехническую композицию фторкаучук марки СКФ-32 вводится в форме 20-25%-го раствора в ацетоне, для исключения взрывоопасного пыления при смешивании компонентов и обеспечения объемного дозирования гранулированного состава. Продолжением отмеченных достоинств является ухудшение технологичности состава из-за дополнительных операций приготовления раствора и, главное, продолжительной низкотемпературной сушки смеси для удаления летучих.

Дициандиамид (органическое горючее и дымообразователь) при горении формирует токсичные цианистые соединения, что ограничивает применение пиротехнического состава в закрытых объемах, в качестве охранного индикатора несанкционированного вскрытия кейсов.

При горении известного пиротехнического состава генерируется аэродисперсное образование недостаточно насыщенное цветом из-за малого содержания тиомочевины - транспортирующего средства дисперсной фазы и собственно красителя на нижнем пределе диапазона его содержания, что снижает дистанцию видимости и различимости оранжевого сигнала, основные показатели назначения.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение отмеченных недостатков для расширения области применения безопасного и технологичного пиротехнического состава оранжевого дыма.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав оранжевого дыма, включающий органический краситель жирорастворимый оранжевый, хлорат калия, пламягасящую тиомочевину, графит и технологическую добавку, исключающую пыление при смешивании компонентов и обеспечивающую текучесть смеси при прессовании зарядов, согласно изобретению, содержит в качестве технологической добавки хлорпарафин жидкий, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили заметное улучшение показателей назначения пиротехнического состава, характеризующегося повышением динамики выхода оранжевого дыма высокой контрастности характерного цвета, который возможно использовать в качестве сигнала бедствия, хорошо видимого и различимого на большой дистанции, а также в качестве охранного идентификатора несанкционированного вскрытия инкассаторских сумок, кейсов, сейфов и т.п.закрытых объемов.

При этом оптимизированное массовое соотношение содержания предложенных компонентов пиротехнического состава оранжевого дыма позволило исключить из известной композиции токсичный при горении дициандиамид и нетехнологичный фторкаучук СКФ-32.

Кратное повышение в дымовом составе доли тиомочевины исключило пламенное горение заряда при увеличенном относительном содержании окислителя, интенсифицирующего горение, и красителя, который полностью возгоняется для насыщения оранжевым цветом генерируемого аэродисперсного образования.

Введение в пиротехнический состав оранжевого дыма хлорпарафина жидкого имеет целью исключить пыление на операции смешивания порошковых компонентов и обеспечить текучесть смеси при прессовании зарядов.

Графит в предложенном составе улучшает прессуемость, снижая пористость заряда, который при этом стабильно горит.

Особенностью предложенного пиротехнического состава оранжевого дыма является кратное увеличение массовой доли пламягасящей тиомочевины, что позволило, сравнительно с прототипом, увеличить содержание окислителя и красителя, что соответственно интенсифицировало горение и обеспечило насыщенность цветом дыма за счет полноты возгонки и конденсации паров красителя.

Жирорастворимый органический оранжевый краситель по ГОСТ 7461-77 в предложенной композиции пиротехнического состава, который стабильно горит, полностью возгоняется и окрашивает генерируемый аэрозоль чистым насыщенным цветом, хорошо визуально различимым в качестве нормативно установленного визуального сигнала.

При введении в пиротехнический дымообразующий состав красителя оранжевого органического жирорастворимого меньше 44 мас. % генерируемый дым характеризуется недостаточной насыщенностью цветом, что снижает яркость визуального сигнала.

При введении в пиротехнический дымообразующий состав красителя оранжевого органического жирорастворимого больше 50 мас. % нет дальнейшего улучшения показателей назначения по насыщенности дыма характерным цветом, избыток красителя является балластом, ухудшая соотношение остальных компонентов для оптимального взаимодействия при горении.

Введение в пиротехнический состав оранжевого дыма хлората калия - сильного окислителя больше 28 мас. % определяет высокую химическую активность и повышает температуру горения, что является причиной пламенного горения, при котором органический краситель не возгоняется, а сгорает, снижая насыщенность генерируемого дыма оранжевым цветом.

При введении в пиротехнический состав оранжевого дыма хлората калия меньше 26 мас. % замедляется интенсивность и время дымообразования, что снижает функциональность его для оперативного формирования визуального сигнала.

При содержании в дымовом пиротехническом составе тиомочевины меньше 18 мас. % возникает пламенное горение заряда, в результате чего часть красителя не возгоняется, сгорает, не обеспечивая генерируемому дыму заданной яркости оранжевого цвета.

При содержании в дымовом пиротехническом составе тиомочевины больше 20 мас. % падает скорость горения заряда, при этом краситель возгоняется не полностью, что снижает насыщенность дыма характерным цветом.

Хлорпарафин жидкий в предложенном составе выполняет функции технологической добавки, исключающей пыление при смешивании компонентов, увеличивающей текучесть состава на операции прессования зарядов, снижая пористость, и газообразователя, который стабилизирует горение.

При введении в пиротехнический состав оранжевого дыма хлорпарафина жидкого меньше 4 мас. % компоненты при смешивании распределяются неравномерно, что служит причиной аномального горения заряда из него, при нестабильном окрашивании дыма цветом.

Введение в пиротехнический состав оранжевого дыма хлорпарафина жидкого больше 5 мас. % приводит к недопустимой его экссудации на поверхность заряда при уплотнении состава.

Технологическая добавка графита или аэросила в диапазоне содержания 2-3 мас. % обеспечивает хорошую перемешиваемость компонентов состава и в качестве сухой смазки способствует прессуемости из него зарядов.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решена не суммой эффектов, новым сверэффектом суммы признаков.

Приготавливается предложенный дымовой состав по принятой технологии пиротехнического производства смешиванием компонентов в промышленном смесителе.

В смеситель загружают порошковые компоненты (мас. %): 47±3 красителя органического жирорастворимого оранжевого по ГОСТ 7461-77, 26-28 хлората калия (KClO₃), 18-20 тиомочевины (ГОСТ 6344-73), 4-5 хлорпарафина жидкого марки ХП-470 по ТУ 2493-379-05763441-2002 и 2-3 графита или аэросила (SiO₂), которые затем смешивают в течение 10-15 минут для равномерного распределения компонентов.

При этом графит - твердый смазочный материал или аэросил - коллоидный диоксид кремния совместно с хлорпарафином образуют гелеобразную технологическую связку для стабилизации смеси компонентов, которая служит в качестве антифрикционной добавки с выраженными адсорбционными свойствами, обеспечив безопасность прессования зарядов.

Приготовленную смесь направляют на экструзионный пресс для формирования усилием шнека пластифицированный длинномерный уплотненный полуфабрикат, который на выходе автоматически разрезается на штучные заряды.

Количественное содержание компонентов пиротехнического дымообразующего состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента, оптимальность которого по насыщенности дыма оранжевым цветом подтверждена натурными испытаниями опытной партии зарядов, при соотношении компонентов внутри выбранных предельных значений массовой доли в составе, на их границах и за пределами заявленных границ диапазонов. Характерные составы приведены в Таблице.

Опытная проверка в действии приготовленных пиротехнических зарядов из композиций по изобретению показала, что составы 2-4 полностью соответствуют целевому назначению по интенсивному формированию дыма, насыщенного ярким оранжевым цветом, который соответствует назначению использования - в качестве визуального сигнала в охранной системе против несанкционированного вскрытия емкостей.

Заряды 1 и 5, в которых компоненты находятся за границами предложенных диапазонов массового содержания по изобретению, надежно воспламенялись от штатного инициирующего устройства, но их горение нестабильное, при котором заданные параметры цветного дыма не достигаются.

Заряд 1 плохо прессуется, а при его горении генерируемый дым имеет летворительное насыщение оранжевым цветом.

Заряд 5 горит аномально из-за неравномерного распределения компонентов, генерируя дым тусклого окраса, который плохо различим, то есть нефункционален по назначению.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалистов по пиротехнике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления зарядов, интенсивно генерирующих дым оранжевого цвета, на действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.