Патент №2614721
Авторы: Фомичев А.В, Вареных Н.М, Долотцев А.В, Сарабьев В.И, Зиннатов Р.Г

Изобретение относится к пиротехнике, а конкретнее к пиротехническим составам красного и зеленого огней, и может быть использовано для изготовления сигнальных средств, в частности в реактивных сигнальных патронах.
Отечественной промышленностью выпускаются однозвездные и многозвездные реактивные сигнальные патроны.
Реактивный сигнальный патрон состоит из пусковой трубки с воспламенительным терочным устройством и помещенной в нее сигнальной ракеты.
Ракета представляет собой алюминиевый корпус, в который запрессованы сигнальный и воспламенительный составы, помещено картонное кольцо и вставлена до упора реактивная часть (двигатель). Принцип работы сигнального патрона заключается в подъеме ракеты до необходимой высоты за счет работы двигателя, выбросе двигателя на вершине траектории полета ракеты, воспламенении и горении сигнальной звездки в корпусе ракеты.
В реактивных патронах использовались штатные сигнальные составы красного и зеленого огней, содержащие в рецептуре гексахлорбензол. В настоящее время производство и применение гексахлорбензола запрещено Конвенцией ООН и Федеральным законом РФ ФЗ от 27.06.2011 г. №164 по экологическим причинам.
В связи с изложенным были проведены исследования по замене в этих изделиях штатных сигнальных составов красного и зеленого огней на новые составы, не содержащие в рецептуре гексахлорбензол.
Имеются пиротехнические сигнальные составы, содержащие в качестве хлорсодержащей добавки поливинилхлорид (ПВХ).
Сигнальный состав красного огня (патент США №8216403 от 14.01.2011 г.) содержит следующие компоненты (в % по массе):
Магний 22-38
Связующее (смола плюс отвердитель) 4-7,5
Нитрат стронция 40-60
Поливинилхлорид 11-16
Согласно приведенным данным, сила света состава - 3500 кд, доминирующая длина волны излучения - 600 нм, чистота цвета пламени -80%, что является недостаточным для состава красного огня, применяемого в реактивных патронах. Известный сигнальный состав красного огня (патент США №7988801 от 12.12.2008 г.) содержит следующие компоненты (в % по массе):
Магний 10-30
Бор 5
Медь 10
Нитрат бария 50-65
Поливинилхлорид 6-12
Связующее 4-7,5
Недостатком данного состава является нестабильный характер горения с образованием достаточно большого количества конденсированных продуктов сгорания.
По числу совпадающих существенных признаков в качестве прототипа выбран состав по патенту РФ №2528257 от 2013 г., содержащий в рецептуре следующие компоненты (в % по массе):
Нитрат стронция или бария 37-59
Магний 12-30
Поливинилхлорид 10-20
Фенолформальдегидная смола 4-6
Калий хлорнокислый 5-17
Составы, изготовленные по вышеприведенной рецептуре, имеют достаточно высокую силу света и удельную светосумму пламени при одновременно высокой чистоте цвета пламени.
Так, образцы диаметром 19,8 мм состава - прототипа зеленого огня имеют силу света 2340÷7440 кд, удельную светосумму 1420÷5360 кд⋅с/г и чистоту цвета пламени 75÷77%. Образцы диаметром 19,8 мм состава - прототипа красного огня имеют силу света 4400÷10850 кд, удельную светосумму 5690÷8300 кд⋅с/г и чистоту цвета пламени 88÷90% в зависимости от соотношения компонентов в составе.
Недостатком данного сигнального состава, выбранного в качестве прототипа, является то, что в случае его применения в реактивных патронах при его горении (состав запрессован в алюминиевую оболочку) происходит раскол горящего образца на 2 или 3 горящие части. Тем самым искажается передаваемый сигнал: сигнал однозвездный или многозвездный.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание пиротехнического сигнального состава с высокими светотехническими характеристиками, способного к горению в запрессованном в алюминиевую оболочку виде без расколов на горящие части.
Технический результат достигается тем, что известный пиротехнический сигнальный состав, содержащий магний, нитрат стронция (в случае красного огня) или нитрат бария (в случае зеленого огня), поливинилхлорид, фенолформальдегидную смолу, согласно изобретению дополнительно содержит перекись бария, а магний введен в состав в виде порошка, покрытого 2÷4% фенолформальдегидной смолы при следующем соотношении компонентов (в % по массе):
Нитрат стронция или бария 39-66
Магний 8-25
Поливинилхлорид 14-21
Фенолформальдегидная смола 5-7
Перекись бария 4-11
Отличительные признаки обеспечили:
- высокие значения силы света, удельной светосуммы, чистоты цвета пламени;
- горение запрессованного в алюминиевую оболочку сигнального состава происходит без расколов, в частности при действии в 30-мм реактивном сигнальном патроне.
Изготовление заявленного пиротехнического состава проводится по следущей технологии:
1. Обработка магниевого порошка раствором фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте при соотношении между смолой и порошком магния от 10:90 до 20:80 на сухое вещество, то есть 2÷4% смолы из рецептуры идет на обработку магниевого порошка. Количество фенолформальдегидной смолы, необходимой для обработки магниевого порошка (3±1, %), зависит от удельной поверхности последнего. Так при использовании в рецептуре магниевого порошка марки МПФ-1 ГОСТ 6001 (удельная поверхность, определенная по прибору Дерягина - 0,039 м2/г) для обработки достаточно 2% (на сухое вещество) фенолформальдегидной смолы, а при применении в рецептуре состава магниевого порошка марки МПФ-4 (удельная поверхность - 0,144 м2/г) необходимо 4% фенолформальдегидной смолы. Обработка магния проводится в течение 5÷10 минут в зависимости от типа смесителя).
2. Сушка обработанного порошка до содержания в ней массовой доли влаги не более 0,1% (проводится при работающем смесителе с поддувом воздуха под давлением 2 кгс/см2 в течение ~20 минут в смесителе 35СВ).
3. Грануляция обработанного порошка магния через сетку 2 ГОСТ 6613-86 (время грануляции 3÷5 минут).
4. Загрузка всех сухих компонентов (в том числе оставшейся части твердой фенолформальдегидной смолы - 3÷5%) в смеситель и перемешивание в течение 5 минут (в смесителе 6ЛС), 7 минут (в смесителе 35 СВ) до получения однородной массы.
5. Добавление спирта этилового в смеситель и перемешивание состава до однородности (~5 минут).
6. Операция провяливания (составляет 5÷10 минут в смесителе под давлением воздуха 1÷15 кг/см2).
7. Грануляция состава через сетку №1,25÷2 (~5 минут).
Возможен и другой вариант приготовления состава: на операции №5 вместо спирта этилового используется раствор фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте, а на операции №4 твердая фенолформальдегидная смола не вводится.
Компоненты предлагаемого состава имеют сырьевую базу и выпускаются отечественной промышленностью.
Заявленный пиротехнический состав обладает химической стойкостью и физико-химической стабильностью.
Изготовление образцов составов проводили путем прессования в алюминиевые оболочки ∅24,65 мм и высотой 75 мм методом глухого прессования. Давление прессования как предлагаемого состава, так и прототипа, составляло 2500 кгс/см2.
Стендовые испытания образцов (шашек) с определением светотехнических характеристик проводились в фотокамере малой модели по ГОСТ 2389.
Испытания составов в летных условиях в 30-мм реактивных сигнальных патронах повышенной точности (РСППТ) индекса 7С22 (красного огня) и индекса 7С22-01 (зеленого огня) проводились на полигоне ОАО «ФНПЦ «НИИ прикладной химии». Рецептуры испытанных характеристик составов и прототипов и измеренные их технические характеристики, измеренные в стендовых и летных условиях, приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Рецептуры, светотехнические характеристики в стендовых условиях и результаты полигонных испытаний составов красного огня в 30-мм РСППТ индекса 7С22-01
 

Таблица 2 - Рецептуры, светотехнические характеристики в стендовых условиях и результаты полигонных испытаний составов зеленого огня в 30-мм РСППТ индекса 7С22-01

Экспериментальные данные, представленные в таблицах 1 и 2, результатов летных испытаний 30-мм РСППТ, снаряженных звездками предложенного состава и прототипа, свидетельствуют, что после срабатывания изделия:
- при горении звездок прототипа в полете происходит их раскол на несколько частей, что приводит к искажению огневого сигнала;
- при горении звездок предложенного состава красного и зеленого огней в полете не происходит их раскола, что позволяет применить их в качестве огневого сигнала в 30-мм РСППТ.
Также из экспериментальных данных испытаний образцов предложенного состава и состава-прототипа в стендовых условиях (таблицы 1 и 2) видно, что предложенный состав превышает прототип по чистоте цвета, силе света и удельной светосумме пламени.