Химические реактивы,
комплектующие и оборудование
для пиротехники

Патент №2627409
Авторы: Енейкина Т.А, Гатина Р.Ф, Михайлов Ю.М, Волянюк С.Г, Зинатуллина Д.Б

Изобретение относится к воспламенительным составам, применяемым для воспламенения термостойких смесей.
Известны ударные воспламенительные составы, содержащие диазодинитрофенол, калиевую соль азидодинитрофенола, тетразен, керамику и динитробензофуроксинат калия, одноосновный стифнат калия, тетразен, инертный сенсибилизатор. Составы в силу своего назначения имеют высокую чувствительность к удару и недостаточную термическую стабильность.
Также известны составы: термостойкий воспламенительный состав, содержащий горючее - кремний, окислители - свинцовый сурик и хромат свинца, связующее - кремний-органический лак и термостойкий воспламенительный состав, содержащий роданид свинца, перхлорат калия и хромат свинца. 
Основным недостатком составов является наличие в рецептурах производных свинца, которые являются очень токсичными соединениями.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является термостойкий пиротехнический состав , принятый за прототип, содержащий связующее - смесь сополимера бутадиена и нитрила акриловой кислоты с фенолоформальдегидной смолой (15-30 мас. %) и окислитель - перхлорат калия (70-85 мас. %).

Недостатки прототипа:
- низкая сила состава (317,2-535,7 кДж/кг)
- низкая температура горения (менее 3000 K);
- низкая теплота сгорания (1263,9-2549,5 кДж/кг).

Задачей изобретения является разработка воспламенительного состава с большей силой, температурой горения (более 3000 K) и теплотой сгорания для обеспечения надежного воспламенения термостойких смесей с температурой вспышки, равной 1500°С.
Решение поставленной задачи осуществляется за счет того, что воспламенительный состав, содержащий связующее и окислитель, отличается тем, что содержит в качестве связующего поливинилбутираль, окислителя - перхлорат аммония, металлического горючего - алюминий или алюминиево-магниевый сплав ПАМ-3, а также пластификатор - дибутилфталат, технологические добавки - углерод технический, парафин, олеиновую кислоту, стеарат цинка в следующем соотношении компонентов, мас. %:
Поливинилбутираль 14,5-15,5
Алюминий или алюминиево-магниевый сплав ПАМ-3 6,5-5,5
Дибутилфталат 4,2-4,8
Парафин    0,8-1,2
Олеиновая кислота 0,8-1,2
Углерод технический 0,4-0,2
Перхлорат аммония 72,8-71,6
Стеарат цинка (сверх 100%) 0,4-0,6

При увеличении содержания связующего выше 15,5 мас. % заметно снижаются значения рабочих характеристик воспламенительного состава. 
Увеличение содержания окислителя в составе выше 72,8 мас. % приведет к увеличению энергетических характеристик состава, однако при этом снижается содержание связующего (менее 14,5 мас. %) и, следовательно, ухудшаются прочностные свойства состава. 
При содержании окислителя в составе менее 71,6 мас. % уменьшается кислородный коэффициент α, заметно снижаются значения рабочих характеристик состава и содержание продуктов полного сгорания. Металлическое горючее обеспечивает увеличение температуры горения (более 3000 K) и повышение зажигательной способности состава. При содержании металлического горючего менее 5,5 мас. % наблюдается снижение температуры горения, соответственно, содержание металлического горючего более 6,5 мас. % приводит к увеличению рабочих характеристик. Однако такой состав трудно и опасно перерабатывать в связи с высокой вязкостью массы и большим внешним трением с металлическими стенками аппаратов. 
Дибутилфталат обеспечивает технологичность переработки массы и механическую прочность состава. Содержание дибутилфталата в составе менее 4,2 мас. % приведет к ухудшению прочностных свойств воспламенительного состава. Технологические добавки снижают внешнее трение при процессе проходного прессования, снижение их количества менее 2,2 мас. % повышает опасность фазы прессования. 
Характеристики прототипа, предлагаемого состава и состава за пределами граничных условий приведены в таблице.

Таблица. Характеристики прототипа, предлагаемого состава и состава за предлами граничных условий

Характеристики Прототип По разрабатываемому составу За пределами граничных условий
Обр.1 Обр.2 Обр.3 Обр.4 Обр.5
Перхлорат аммония - 71,6 72,2 72,8 73,5 71,3
Перхлорат калия 70-85 - - - - -
Поливинилбутираль - 15,5 15 14,5 14 16
Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 0,75-28,5 - - - - -
Фенолформальдегидная смола 0,75-14,25 - - - - -
Алюминий - 5,5 6 - 6,8 -
ПАМ-3 - - - 6,5 - 5
Дибутилфталат - 4,8 4,5 4,2 4 5
Сажа - 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1
Парафин - 1,2 1 0,8 0,6 1,3
Олеиновая кислота - 1,2 1 0,8 0,6 1,3
Стеарат цинка, сверх 100% - 0,4 0,5 0,6 0,7 0,3
Сила, кДж/кг 317,2-535,7 1080 1090 105 1102 1026
Температура горения, К при давлении 10 МПа 1120,4-2919,4 3002 3100 3038 3265 2808
Теплота сгорания кДж/кг 1263,9-2549,5 4987 5007 4992 5010 4978
Максимальное напряжение при растяжении, МПа - 10,4 10 7,7 Не удалось зафиксировать (разрыв образца при начальной нагрузке) 8


Из таблицы видно, что предлагаемый состав (обр. 1, 2, 3) по сравнению с прототипом позволяет увеличить рабочие характеристики: силу примерно в 2,5 раза, температуру горения с 1120,4-2919,4 K до 3002-3100 K, теплоту сгорания примерно в 2,8 раза.
При снижении содержания окислителя (менее 71,6 мас. %), металлического горючего (менее 5,5 мас. %) и увеличении содержания связующего (более 15,5 мас. %) и технологических добавок (более 3,4 мас. %) снижаются значения рабочих характеристик воспламенительного состава (обр. 5). Увеличение содержания окислителя (более 72,8 мас. %), металлического горючего (более 6,5 мас. %) и снижение содержания связующего (менее 14,5 мас. %), технологических добавок (менее 2,2 мас. %) приводит к увеличению силы, температуры горения и теплоты сгорания (обр. 4). Однако технология такого состава является очень опасной и трудоемкой, кроме того, готовое изделие не обеспечивает достаточные прочностные свойства.
 

Поделиться: