Патент №2492159
Авторы: Резников М.С, Варёных Н.М, Емельянов В.Н, Романов В.И, Вагонов С.Н

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к воспламенительным пиротехническим составам для поджига бенгальских свечей.
Уровень данной области техники характеризует близкий по технической сущности пиротехнический состав, описанный в книге Шидловского Н.А., Сидорова А.И., Силина Н.А. Пиротехника в народном хозяйстве. - М.: Машиностроение, 1978, с.145-146, который содержит нитратный окислитель, искрообразующий металлический порошок титана и в качестве связующего нитроклей марки АК-20, при соотношении компонентов, мас.%:
Нитрат калия 12
Титановый порошок 68
Нитроклей АК-20 20
Недостатками описанного пиротехнического состава являются низкая функциональная надежность из-за плохой воспламеняемости, нетехнологичность его изготовления во вредном производстве, пожароопасность при использовании, а также токсичность продуктов сгорания, что ограничивает использование этого состава в качестве инициирующего горение основного заряда бенгальских свечей.
Отмеченные недостатки устранены в изобретении SU 1724659 А1, С06В 33/04, 1992 г., в котором описан воспламенительный пиротехнический состав для бенгальских свечей, включающий нитратный окислитель - азотнокислый калий, искрообразующий титановый порошок и органическое связующее с цементирующими свойствами, содержащее фенолформальдегидную смолу, метилцеллюлозу и целлюлозу, который по числу совпадающих признаков и назначению выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Известный пиротехнический состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Нитрат калия 8-12
Титановый порошок 75-78
Смола фенолформальдегидная 6-10
Метилцеллюлоза 1-3
Целлюлоза 2-5
Этот пиротехнический состав характеризуется надежной воспламеняющей способностью основного функционального покрытия бенгальских свечей, технологичностью изготовления, при улучшении функциональности эксплуатации за счет экологической безвредности продуктов горения и пожарной безопасности искрообразования.
Титановый порошок легко воспламеняется при инициировании состава головки свечи и горит за счет кислорода воздуха, поэтому его повышенное содержание обеспечивает дополнительный фейерверочный эффект от образования ярких искр - раскаленных частичек титана, выносимых газообразными продуктами горения.
Недостатком известного пиротехнического состава является низкая функциональная надежность по воспламенению материала покрытия бенгальской свечи из-за несбалансированности действия по назначению, так как при обильном искрообразовании генерируемой тепловой энергии недостаточно для гарантированного воспламенения и стабильного горения основного заряда.
Кроме того, органическое горючее связующее, обеспечивая при горении состава генерирование рабочего тела для выноса искр, не обеспечивает конструкционной прочности воспламенительной головки бенгальских свечей, которая крошится при силовом воздействии трением для инициирования и не выполняет действия по назначению - передачу тепловой энергии для воспламенения основного заряда покрытия, что приводит к отказам при эксплуатации потребителем.
При этом компоненты комплексного органического горючего связующего получают в качестве комплектующего специального химического производства, что ограничивает технологические возможности изготовления изделий в пиротехническом производстве

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности пиротехнического состава в качестве воспламенительного средства покрытия бенгальских свечей.
Требуемый технический результат достигается тем, что известный воспламенительный пиротехнический состав для бенгальских свечей, содержащий нитратный окислитель, искрообразующий металлический порошок, органическое горючее связующее, включающее фенолформальдегидную смолу, согласно изобретению, содержит в качестве окислителя пороховую мякоть и нитрат бария, искрообразующий ферросилиций и в качестве органического связующего клейстер, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пороховая мякоть 29-33
Нитрат бария 20-18
Ферросилиций 7-9
Фенолформальдегидная смола 4-2
Клейстер 36-42

Другим отличием предложенного состава является то, что клейстер содержит натуральные компоненты в следующем масс.ч.:
Декстрин кукурузный 1-го сорта 5-6
Крахмал кукурузный 2-3
Декстрин кукурузный 2-го сорта    5-7
Крахмал картофельный 1-2
Отличительные признаки предложенного состава обеспечили стабильное воспламенение инициирующей головки бенгальской свечи и гарантированную передачу тепловой энергии на ее функциональное покрытие.

При этом стабильно горящий пиротехнический состав головки бенгальской свечи создает дополнительный фейерверочный эффект в форме золотисто-зеленых искр.
Использование в качестве окислителя пороховой мякоти, содержащей 75 мас.% нитрата калия, снижает потребительскую стоимость бенгальских свечей и позволяет утилизировать отходы производства порохов.
При этом мелкодисперсный порошок древесного угля в структуре пороховой мякоти количеством 15 мас.% создает дополнительное золотистое искрение, повышая тем самым красочный эффект при использовании бенгальских свечей.
При активном горении воспламенительного состава пороховая мякоть, которая горит сама, генерирует дисперсную и газовую фазу в качестве рабочего тела для выноса раскаленных искрящихся частиц, что создает фейерверочный эффект.
Дополнительный активный окислитель - нитрат бария, образующий с металлическим горючим - ферросилицием термическую основу пиротехнического состава, повышает температуру горения и окрашивает пламя зеленым цветом, что создает красочное сочетание с золотистыми искрами горящего порошка ферросилиция и древесного угля, распределенного в пороховой мякоти, который используется в качестве компонента состава.
Клейстер готовят смешением сухих компонентов с водой до получения гелеобразной консистенции клейстера.
Введение клейстера (коллоидного раствора клея на натуральной основе) в состав комплексного органического горючего связующего увеличивает механическую прочность воспламенительной головки, цементируя компоненты в монолитном единстве прочной в силовой эксплуатации конструкции «головки спички» - воспламенительного состава бенгальской свечи.
Натуральные компоненты клейстера, приготовление которого отработано в пиротехнической отрасли, не образуют вредных продуктов при горении состава, при этом упрощается технология изготовления бенгальских свечей в целом.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность 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.
Качественный состав пиротехнического воспламенителя для бенгальской свечи составлен из функциональных компонентов по назначению, совокупно предназначенных для формирования заряда, чувствительного к инициирующему тепловому импульсу, от которого он надежно воспламеняется и устойчиво горит, при этом количественное соотношение структурных составляющих было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и оптимизировано экспериментальной отработкой по эффективности целевого действия.

Для испытаний были приготовлены пиротехнические воспламенительные составы с содержанием компонентов внутри, на границах за границами выбранных диапазонов их массового содержания.
Как показали натурные испытания опытных партий воспламенительного состава для бенгальских свечей, выбранные компоненты в оптимизированных диапазонах массового содержания обеспечивают надежное инициирование горения основного пиротехнического заряда бенгальских свечей.
При этом создается дополнительный красочный эффект от формирования золотистых искр
Изготавливается воспламенительный состав из доступных компонентов на действующем оборудовании, что является более технологичным, сравнительно с изготовлением известного состава по прототипу на специальном пороховом производстве.
Натурные испытания бенгальских свечей с воспламенительными головками из опытных образцов пиротехнических составов, имеющих различное массовое количество выбранных компонентов в разных сочетаниях, позволяют оптимизировать пределы их содержания для гарантированного получения показателей назначения.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе пороховой мякоти меньше 29 мас.%, нитрата бария меньше 18 мас.% и ферросилиция меньше 7 мас.% не обеспечивается стабильное воспламенение головки с гарантированной передачей тепловой энергии на основной заряд бенгальской свечи.
При содержании в воспламенительном пиротехническом составе пороховой мякоти больше 33 мас.%, нитрата бария больше 20 мас.% и ферросилиция больше 9 мас.% развивается избыточная активность термической основы, в результате чего основной заряд бенгальской свечи горит с повышенной скоростью и снижается искрообразование, то есть ухудшаются показатели назначения, которые не соответствуют назначению и потребительским качествам изделия.
При введении в пиротехнический состав клейстера больше 42 мас.% наступает флегматизация горения из-за повышенной плотности заряда воспламенительной головки бенгальской свечи, которая не гарантирует передачи тепловой энергии на ее основной заряд для стабильного воспламенения.
При содержании в пиротехническом воспламенительном составе клейстера меньше 36 мас.% возникает рыхлость прессованного заряда головки бенгальской свечи, который крошится при инициировании и в результате чего не обеспечивает воспламенения ее основного заряда.
При содержании в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы меньше 2 мас.% не обеспечивается конструктивная целостность воспламенительной головки при эксплуатации из-за недостаточной цементации компонентов в прессованном заряде.
Содержание в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы больше 4 мас.% является балластом, так как при этом нет заметного улучшения свойств воспламенительного заряда и выходных параметров изделия.
Предложенный состав с оптимизированным массовым соотношением выбранных компонентов характеризуется технологичностью прессования в каркасную воспламенительную головку с высокой чувствительностью к тепловому импульсу, который при горении не образует токсичных веществ в продуктах сгорания, что расширяет возможности практического использования бенгальских свечей, в том числе в закрытых помещениях.
По результатам опытной поверки предложенного воспламенительного состава инициирующей головки бенгальской свечи принято решение о внесении соответствующих изменениях в техническую документацию для серийного производства потребительской продукции.
Проведенный сопоставительный анализ 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 изготовления бенгальских свечей на действующем оборудовании можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.