Результат интеллектуальной деятельности: ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ БЕЛОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к сигнальным средствам для формирования дымового облака в качестве сигнала белого цвета, хорошо видимого и различимого на удалении.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымовой состав, описанный в учебнике Шидловского А.А. Основы пиротехники. - М.: Машиностроение, 1973, с. 243, который содержит компоненты в следующем соотношении (масс. %):

В этом составе в качестве дымообразователя служат легко возгоняющиеся вещества: хлористый аммоний и ароматические углеводороды: нафталин и антрацен, содержащие много водорода, что обеспечивает большое по объему количество газообразных продуктов горения.

Процесс образования дыма сводится к возгонке этих веществ при горении состава и фазовому переходу в твердое состояние дисперсных частиц после охлаждения на воздухе.

Количество окислителя (хлората калия) определено полнотой окисления горючего до получения паров воды и оксидов углерода.

В качестве горючего использован древесный уголь и нафталин/антрацен, которые выполняют не только функции дымообразователя, но и горючего, частично возгоняясь, частично сгорая.

Относительно большое содержание малоактивного хлористого аммония обеспечивает сравнительно малую чувствительность состава к механическим воздействиям при переработке и в процессе эксплуатации.

Уголь древесный является адсорбентом кислотной среды продуктов горения, что способствует формированию более плотной дымовой завесы, то есть повышает эффективность пиротехнического состава по назначению.

Однако продолжением достоинств действия угля древесного является присущий недостаток - нестабильность его свойств, что заметно влияет на различное по эффективности дымообразование пиротехнических зарядов.

К недостаткам описанного пиротехнического состава следует также отнести высокую летучесть нафталина и канцерогенные свойства антрацена технического, что ограничивает использование дымовых зарядов в закрытых помещениях, в частности для павильонных кино- и видеосъемках.

Кислородный баланс этого дымового состава резко отрицательный, что дает при горении газовую среду, включающую значительное количество CO и легко воспламеняющихся паров нафталина или антрацена, что определяет наличие пламенного горения, снижающего оптическую плотность формируемой завесы сероватого дыма.

Используется описанный пиротехнический состав в оболочке с дымовыходными отверстиями (не исключающими возникновения пламени), что трудоемко, непроизводительно и дорого.

Наличие в продуктах горения этого дымового состава вредных веществ неполного окисления ограничивает его применение в закрытых помещениях.

Более совершенным является пиротехнический состав белого дыма для павильонных съемок, описанный в книге Платова Г.А. ПИРОТЕХНИК. Искусство изготовления фейерверков. - М.: ЭКСМО, 2005, с. 169, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный пиротехнический состав белого дыма включает в качестве окислителя хлорат калия, дымообразователь - хлористый аммоний (нашатырь), органическое горючее связующее - канифоль живичную (сосновую), и карбонат кальция (мел природный) в качестве технологической добавки, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

Особенностью этого состава является то, что канифоль сосновая использована в форме спиртового лака, чтобы улучшить технологичность смешивания компонентов без пыления и повысить их адгезионную связь в приготовленной пластичной смеси, что увеличивает производственный цикл на время удаления летучих продолжительным провяливанием смеси.

Недостатком известного дымообразующего состава является технологическая опасность, определяемая относительно высоким содержанием хлората калия, который в сочетании с активными компонентами представляет собой вторичное ВВ.

Практика применения зарядов из этого пиротехнического состава показала нестабильность воспламенения при неблагоприятных атмосферных условиях.

Кроме того, из-за пламенного горения известного дымообразующего состава снижается выход дисперсной фазы в формируемое аэродисперсное образование, оптическая плотность которого падает, что не позволяет его использовать в качестве белого сигнала, хорошо видимого и различимого на большом удалении.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности действия технологически безопасного дымообразующего состава по назначению, при стабилизации воспламеняемости сигнальных зарядов из него.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав белого сигнала, включающий хлорат калия, хлористый аммоний, технологическую добавку и органическое горючее связующее на основе канифоли, согласно изобретению содержит в качестве технологической добавки пирогенный кремнезем, а в качестве связующего 25%-ный раствор канифоли в олифе и дополнительно тиомочевину и антрацен при следующем соотношении компонентов (мас. %):

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили технологическую безопасность приготовления состава от снижения в нем доли бертолетовой соли (хлората калия), стабильность воспламенения сигнальных зарядов, характеризующихся повышенной скоростью горения, при наличии дополнительного горючего - антрацена, частично возгоняющегося, и тиомочевины, которая служит в качестве активатора горения, при снижении доли малоактивного хлористого аммония.

Содержание в пиротехническом дымовом составе хлората калия в количественном диапазоне 32-36 мас. % оптимизировано по химической активности для полной возгонки хлористого аммония, канифоли и максимально антрацена.

Основной дымообразователь - хлористый аммоний, совместно с антраценом, который частично сгорает и частично возгоняется, формируют оптически плотное контрастное облако белого дыма, хорошо различимого и видимого на удалении.

При содержании в пиротехническом составе хлористого аммония меньше 27 мас. % заметно падает плотность и контрастность генерируемого дыма, то есть не обеспечивается необходимая его функциональность по назначению.

При содержании в пиротехническом составе хлористого аммония больше 29 мас. % образуется его балластный остаток при падении скорости горения заряда, что снижает эффективность дымообразования.

Диапазон содержания антрацена 21-23 мас. % в составе оптимизирован из условия использования его как горючего, которое необходимо для разогрева малоактивного хлористого аммония, так и возгоняющегося агента, содержащего много водорода (C₁₄H₁₀), при охлаждении на воздухе образующего большое количества конденсированной фазы, повышая тем самым дымообразование.

Максимальное содержание в составе антрацена ограничено, чтобы исключить вспышки легко воспламеняющихся его паров, когда утрачивается часть генерированной дисперсной фазы в аэрозольном образовании, в результате чего падает плотность и контрастность сигнального дыма.

Введение в пиротехнический состав белого дыма дополнительного органического горючего - тиомочевины, которая служит в качестве активатора горения, позволило снизить долю хлората калия в составе, исключив тем самым пламеобразование, снижающее выход дисперсной фазы в аэродисперсное образование.

При содержании в пиротехническом составе по изобретению тиомочевины меньше 10 масс. % не исключается пламенное горение, скорость которого падает, снижая интенсивность дымообразования.

Использование в качестве органического горючего связующего 25%-ного раствора канифоли в олифе - готового продукта, широко применяемого в пиротехнике, позволило значительно сократить длительность технологического цикла, при сохранении липкости с контактируемыми порошковыми компонентами состава на операции их смешивания.

Приготовленная при этом пластичная смесь компонентов обеспечивает текучесть на операции прессования сигнальных зарядов, равноплотность которых в оптимизированном массовом соотношении компонентов стабилизирует функциональные свойства.

Канифоль сосновая при горении состава легко возгоняется и служит дополнительным дымообразавателем.

Мелкодисперсный пирогенный кремнезем является импортозамещающим продуктом (взамен аэросила), который повышает сыпучесть состава, позволяя автоматизировать дозирование приготовленной смеси на операции прессования зарядов.

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

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 не известно, а с учетом практической возможности серийного изготовления зарядов, генерирующих при горении на открытом воздухе облако белого дыма в качестве цветного сигнала, на действующим в отрасли оборудовании, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.

Количественное содержание компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам натурных испытаний опытных образцов зарядов.

Предложенный пиротехнический состав белого сигнала приготавливают по принятой в пиротехнике технологии.

В промышленный смеситель засыпают просеянные на ситах порошкообразные компоненты в мерных долях (масс. %): 34,2±2 хлората калия, 28±1хлористого аммония, 22±1 антрацена, 11±1 тиомочевины и 1±0,5 пирогенного кремнезема, которые перемешивают в течение 7-10 минут для равномерного распределения в объеме.

Затем в смеситель добавляют 4±0,5 мас. % раствора (25%-ного) канифоли в олифе и перемешивают в течение 3-5 минут до полной гомогенизации приготавливаемого состава в форме пластичной смеси.

Приготовленную технологическую смесь компонентов подают непосредственно на прессование сигнальных зарядов.

Достижение улучшенных показателей назначения (нового технического результата) иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, приведенным в Таблице.

Характерные составы по изобретению

Согласно результатам натурных испытаний опытных образцов дымовых зарядов установлено, что составы 2-4 при горении обеспечивают требуемую дальность видимости и различимости белого сигнала.

При горении состава №1 из-за пламенного горения снижено дымообразование, не обеспечившее требуемой функциональности белого сигнала.

При горении состава №5 отмечено снижение оптической плотности и контрастности дыма, наблюдается пламенное горение.

Испытания предложенных дымообразующих составов, сравнительно с известными аналогами, выявили следующие преимущества.

Удельная массовая и счетная концентрация дисперсной фазы дыма увеличилась на 20-30%.

Обеспечена 100%-ная воспламеняемость зарядов от запал-спички или 1 г ДРП (при 80-90% по прототипу).

Предложенный состав негигроскопичен и сохраняет функциональность в течение не менее 10 лет хранения; заряды могут использоваться без оболочки, что заметно дешевле, расширяя возможности и область его применения.

Предложенный пиротехнический состав рекомендован для изготовления зарядов сигнального белого дыма по заказам потребителей.