Результат интеллектуальной деятельности: ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЦВЕТНОГО ДЫМА

Изобретение относится к средствам для образования дымовых завес, а более конкретно к пиротехническим составам, которыми снаряжаются сигнальные устройства, преимущественно дымовые патроны, шашки, генераторы, предназначенные для подачи условных сигналов в дневное время, а также для изготовления пироэлементов цветного дыма, используемых в фейерверках.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для снаряжения сигнальных изделий дневного действия по патенту DE №1038967, кл. 78d, 1/02, 1957 г., который содержит (мас.%): 33 хлората калия в качестве окислителя, 24 лактозы и 43 возгоняющегося красителя.

Недостатком указанного состава является законодательный запрет в РФ на нецелевое использование пищевых продуктов - лактозы (молочного сахара).

Отмеченного недостатка лишен пиротехнический состав, выбранный по числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному, который описан в патенте US №3121231, нац. кл. 149, 1969 г.

Известный пиротехнический состав цветного дыма содержит (мас.%): 25 хлората калия (окислитель), 18 тиомочевины (горючее - дымообразователь) и 57 органического легковозгоняющегося красителя - монометиламиноантрахинона.

Недостатком известного пиротехнического состава является функциональная ненадежность спрессованных из него зарядов, имеющих градиент микроструктуры в объеме (произвольные по величине и форме микротрещины и расслоения) из-за относительно большого содержания мелкодисперсного органического красителя, что служит причиной нестабильности дымообразования, временной разброс от номинала которого достигает 40%.

Указанный недостаток усугубляется при выдержке зарядов в условиях низких минусовых температур (до -50°С), характерных для климатических условий применения пиротехнических зарядов: в районах Севера, высокогорья, авиалиний и т.п.

Кроме того, изготовление пиротехнических зарядов из порошкового состава, содержащего более половины массы мелкодисперсный органический краситель, сопряжено с пылением, что нетехнологично и небезопасно.

Для прессования зарядов (особенно крупногабаритных - диаметром более 100 мм) необходимой плотности пиротехнического состава вынужденно используют кратно большее давление с продолжительной выдержкой при рабочей нагрузке. Дополнительно, для предотвращения релаксационных расслоений заряда, применяется буферная подпрессовка инертного состава, что снижает эффективность наполнения изготовленных пироэлементов цветного дыма.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности пиротехнического состава при использовании по назначению пироэлементов цветного дыма, изготавливаемых более технологично и безопасно.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав цветного дыма, включающий хлорат калия (окислитель), тиомочевину (горючее - газообразователь) и органический легковозгоняющийся краситель, согласно изобретению, дополнительно содержит дициандиамид, фторкаучук и графит, при следующем содержании компонентов, мас.%:

причем в качестве красителя использован дымообразователь из ряда: монометиламиноантрахинон, жирорастворимый красный С, жирорастворимый желтый Ж, жирорастворимый оранжевый, жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый или гексахлорбензол.

Отличительные признаки позволили получить универсальный пиротехнический состав для высокотехнологичного изготовления (включающего объемное дозирование, прогрессивное прессование зарядов с заметно меньшими усилиями) эластичных пироэлементов, генерирующих при стабильном горении дым различных насыщенных цветов.

Новый качественный и количественный состав предложенной термической смеси характеризуется оптимальным отрицательным кислородным балансом для стабилизации горения пиротехнического состава, генерирующего заметно больший объем аэрозоля.

Введение в структуру горючего - газообразователя дополнительно дициандиамида направлено на формирование при горении состава пористых шлаков, с целью максимального выноса в атмосферу газоаэрозольных частиц цветного дыма. Дициандиамид разлагается с выделением тепла, что дополнительно повышает энергетику пиротехнической композиции.

При введении в пиротехнический состав хлората калия менее 20 мас.% нарушается функциональность из-за падения скорости горения, которое при этом происходит нестабильно.

При содержании в пиротехническом составе более 28 мас.% хлората калия заметная часть красителя не возгоняется, а сгорает, что снижает дисперсную фазу генерируемого аэрозоля и, следовательно, цветность дыма.

При содержании в составе тиомочевины менее 8 мас.% дымообразование нестабильно, которое характеризуется неполным диспергированием, что приводит к недостатку газов для эффективного аэрозолеобразования.

При введении в пиротехнический состав дициандиамида (дополнительного горючего - газообразователя) менее 13 мас.% горение термической смеси не обеспечивает полноты возгонки органического красителя, чем снижается насыщенность цвета генерируемого дыма.

Увеличение массовой доли дициандиамида в пиротехническом составе более 17% является балластом, который, как минимум, не улучшает показателей назначения.

Введение в пиротехнический состав фторкаучука марки СКФ-32 в роли связующей технологической добавки (в форме 20-25% раствора в ацетоне) исключает пыление при смешивании компонентов, что взрывобезопасно, и обеспечивает объемную дозировку гранулированного состава в автоматическом режиме.

При этом приготовленный пиротехнический состав характеризуется пластичностью, что позволяет кратно снизить давление прессования из него пироэлементов, в которых исключаются расслоения при хранении и эксплуатации. Стабильность структуры и формы пиротехнических зарядов, изготовленных из предложенного состава, сохраняется в широком диапазоне эксплуатационных температур ±50°С.

Введение в структуру состава для приготовления пироэлементов технологической добавки в оптимизированном количестве - фторкаучука (C₆F₇ClH₄), содержащего фтор и хлор, которые являются дополнительными окислителями, активизирует и стабилизирует процесс горения и дымообразования за счет образования хлоридов и фторидов калия.

При содержании фторкаучука менее 5 мас.% не обеспечивается качественное смешивание компонентов и гранулирование пиротехнического состава.

Введение в пиротехнический состав фторкаучука более 9 мас.% снижает энергетику горения и эффективность дымообразования.

Графит мелкодисперсный пластинчатый марки «П» (пиротехнический) снижает чувствительность пиротехнического состава к трению и обеспечивает его сыпучесть, то есть улучшает технологические свойства и безопасность при переработке в заряды, которые легче прессуются.

При содержании в пиротехническом составе графита менее 2 мас.% улучшения технологических характеристик в явной форме не наблюдается, а содержание графита более 3 мас.% является балластным.

При введении в предложенный пиротехнический состав легковозгоняемого органического красителя (дымообразователя разных цветов) в диапазоне массового содержания 33-50% обеспечивается технологическое единообразие перемешивания компонентов и режимов прессования из приготовленной пиротехнической смеси различных зарядов.

При введении в состав легковозгоняющегося органического красителя более 50 мас.% падает скорость горения пироэлементов и сопутствующее дымообразование из-за неполноты возгонки красителя.

При содержании в составе легковозгоняющегося органического красителя менее 33 мас.% получают цвет генерируемого дыма ненасыщенный из-за дефицита дисперсной фазы.

Для окрашивания генерируемого при горении дыма в заданный цвет в пиротехнический состав вводят 33-50 мас.% соответствующего легковозгоняемого органического красителя - дымообразователя:

малиновый цвет - монометиламиноантрахинон, ТУ 6-14-825-77;

красный цвет - жирорастворимый красный «С», ТУ 6-14-56-86;

желтый цвет - жирорастворимый желтый «Ж», ТУ 6-14-58-75;

оранжевый цвет - жирорастворимый оранжевый, ГОСТ 7461-77;

фиолетовый цвет - жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый, ТУ 6-14-118-80;

белый цвет - гексахлорбензол технический, ГОСТ 17445-80.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы существенных признаков формулы.

Оптимальный количественный состав предложенной пиротехнической смеси цветного дыма был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов зарядов различных размеров, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для получения гарантированного уровня показателей назначения.

Предложенный пиротехнический состав приготавливают перемешиванием компонентов в лопастном смесителе марок 6ЛСМ или 35СВ следующим образом.

Все порошковые компоненты: хлорат калия (ГОСТ 2713-74), тиомочевина (ГОСТ 6344-73), дициандиамид (ГОСТ 6988-73), мелкодисперсные графит «П» (ГОСТ 8295-73) и один из вышеперечисленных дымообразователей в массовом соотношении оптимизированных диапазонов содержания засыпают в смеситель, где производят в течение 15-20 минут их смешивание.

Затем в смеситель добавляют 20-25% раствор в ацетоне фторкаучука марки СКФ-32 (ГОСТ 18376-79) массой 6-12% и перемешивают в течение 5 минут.

Далее приготовленную смесь гранулируют в грануляторе и выгружают на лоток для провяливания до содержания летучих не более 0,6 мас.%.

Готовый пиротехнический состав затаривают для хранения и переработки в заряды.

Пироэлементы (заряды) из предложенной смеси изготавливают прессованием с давлением 500-600 кг/см², на 20-30% ниже, чем по прототипу.

Изготовленные пироэлементы после выдержки в температурном диапазоне эксплуатации ±50°С обеспечивают устойчивое горение и дымообразование в течение 200±20 с.

Предложенный состав в различных сочетаниях красителя, при массовом содержании компонентов внутри заявленных диапазонов их содержания, в пределах границ и за пределами диапазонов, переработанный в заряды и элементы потребляемых размеров, был испытан в лабораторных и полигонных условиях, при нормальной температуре и после выдержки при температуре ±50°С.

Испытания показали практически идентичные скорости стабильного горения составов заявленного содержания компонентов в разных зарядах, выдержанных в различных температурных условиях.

Цвет, насыщенность и контрастность генерируемого дыма соответствуют заданным нормативам.

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 возможности промышленного изготовления пиротехнических составов цветного дыма, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.