Пиротехнический шнур и состав для его изготовления

 

Использование: передача теплового (огневого) импульса к различным предохранительно-исполнительным механизмам. Сущность изобретения: шнур содержит пиротехнический заряд, выполненный из пиротехнического состава со скоростью горения более 10 мм/с с центральным каналом и продольным разрезом на толщину горящего свода при отношении толщины продольного разряда к разности величин наружного диаметра шнура и диаметра центрального канала 0,0182 - 0,1882. Состав содержит, мас. %: пластификатор 48,00 - 60,03; модификатор горения 4,00 - 20,00; фторопласт-4 1,5 - 2,5; масса индустриального 0,5 - 0,8; централит 0,25 - 0,60; нитроцеллюлоза остальное. Состав может дополнительно содержать 0,10 - 0,15% неорганического пигмента. Компоненты смешивают в воде и после отделения воды вальцуют и прессуют в шнуры. 2 с. и 7 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к пиротехническим шнуровым системам передачи теплового (огневого) импульса к различным предохранительно-исполнительным механизмам специальных устройств, в частности устройств пожаротушения, а также к пиротехническим составам для изготовления таких систем передачи.

Известны пиротехнические шнуры различных конструкций. Наибольшее распространение получил бикфордов шнур, который представляет собой слабо спрессованную сердцевину из зерен шнурового пороха. Сквозь серцевину пропускают две направляющие хлопчатобумажные нити, назначение которых состоит в равномерном распределении пороха. В целях предохранения последнего от сырости и других атмосферных влияний, а также закрепления зерен пороха, сердцевина заключается в три оплетки из льняной или хлопчатобумажной пряжи. Для большей герметизации пороха вторая и третья оплетки покрываются водонепроницаемыми веществами (смолой, гуттаперчей, асфальтом, парафином, клеевой краской). Бикфордов шнур горит с постоянной скоростью около 1 см/с [1].

В патенте США [2] описана линия передачи огневого импульса в виде шнура, представляющего собой многослойную оболочку, внутри которой находятся хлопчатобумажные или иные нити, покрытые горючим материалом, например дымным порохом. Нити, покрытые горючим составом, размещаются в оболочке таким образом, чтобы между ними и оболочкой остался зазор для проникания газов, что обеспечивает значительно большую, чем у бикфордова шнура, скорость горения.

Значительно ранее аналогичные конструкции шнура (так называемый стопиновый привод) описаны в [3 и 4].

Наиболее близким к предлагаемому шнуру по достигаемому эффекту является пиротехнический шнур по патенту США [5], представляющий собой расположенную по центру медную нить, на которую нанесен пиротехнический состав. Шнур имеет диаметр 1,65-2,33 мм и покрыт снаружи тонким слоем битума и полиэтилена. Скорость горения шнура - от 20 до 300 мм/c.

Недостатком данного шнура, а также всех известных конструкций является невозможность их задействования в произвольной точке по длине шнура, что обусловлено наличием оболочки. На практике это приводит к увеличению времени передачи огневого командного импульса. Простое исключение оболочки из конструкции известных огнепроводных шнуров приводит к столь резкому снижению скорости горения, что делает их практически непригодными для использования в быстродействующих системах передачи командного импульса.

Целью изобретения является разработка пиротехнического шнура, задействование (зажжение) которого возможно в любой точке по его длине при одновременном сохранении высокой скорости горения.

Указанная цель достигается тем, что шнур выполнен в виде трубки с центральным каналом, вдоль образующей которой имеется разрез на всю толщину горящего свода. При этом толщина горящего свода выбирается в диапазоне 0,35-1,10 мм при внешнем диаметре трубки 2,50-5,00 мм, ширина разреза 0,01-0,06 мм, а в качестве материала для изготовления шнура используется пиротехнический (горючий) состав с нормальной скоростью горения более 10 мм/с при атмосферном давлении.

На чертеже представлен шнур, общий вид.

Пиротехнический шнур 1 имеет центральный канал 2 и продольный разрез 3 на глубину горящего свода 2е₁.

Шнур работает следующим образом.

При зажжении от внешнего источника тепла, например от очага пожара, в некоторой точке по длине шнура происходит его сгорание с опережающим перемещением фронта горения по внутренней поверхности канала, чем обеспечивается высокая скорость передачи теплового импульса. Наличие продольного разреза предотвращает разрушение шнура давлением газов, образующихся в канале в процессе горения и как следствие такого разрушения - погасание шнура.

Примеры конкретного конструктивного выполнения шнура представлены в табл. 2 и 3.

Как видно из приведенных в табл.2 и 3 данных, изменение наружного диаметра шнура в диапазоне 2,5-5,0 мм при толщине горящего свода 0,35-1,10 мм и ширина продольного разреза 0,01-0,06 мм позволяет регулировать скорость горения в пределах 20-450 мм/с. При этом эффект увеличения скорости горения, обусловленный наличием канала и продольного разреза, наблюдается лишь при изготовлении шнура из состава, собственная скорость горения которого, т.е. скорость горения образца, не имеющего ни канала, ни разреза, превышает 10 мм/с при атмосферном давлении.

Известны многочисленные пиротехнические составы для изготовления огнепроводных шнуров. Наибольшее распространение для этой цели получил дымный порох [1] и ему подобные составы [3 и 4].

Наиболее близкой к предлагаемой является рецептура [5], включающая нитроцеллюлозу, пластифицированную дибутилфталатом, стабилизированную дифениламином или централитом и наполненную порошкообразным горючим, например кремнием и окислителем, например свинцовым суриком и перхлоратом калия.

Недостатками этого состава являются малая собственная скорость горения при атмосферном давлении 1,5-2,0 мм/с, скорость горения шнура, изготовленного с использованием этого состава, что обеспечивается конструктивными особенностями шнура - наличием в сердцевине медного провода или хлопкового корда, покрытого черным порохом. Кроме того, высокая температура горения, которая в сочетании с большим содержанием конденсированных продуктов горения, обусловливает высокую жгучесть пламени, что может явиться причиной возникновения дополнительных очагов пожара или повреждения расположенной вблизи аппаратуры при функционировании системы передачи теплового импульса.

Целью изобретения является разработка состава для изготовления пиротехнического шнура, имеющего при атмосферном давлении высокую (более 10 мм/с) скорость горения, а также состава, отличающегося не только названной скоростью горения, но и имеющего низкую (менее 1900К) температуру горения и беспламенность.

Для достижения указанной цели в составе, содержащем нитроцеллюлозу, централит, пластификатор, дополнительно введены масло индустриальное, политетрафторэтилен (фторопласт-4) и модификаторы горения при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пластификатор 48,00-56,40 Модификатор горения 4,00-20,00 Централит 0,25-0,60 Масло индустриальное 0,50-0,80 Фторопласт-4 1,50-2,50 Нитроцеллюлоза Остальное Быстрогорящий пиротехнический состав в качестве пластификатора содержит соединения из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей, например глицерина тринитрат или диэтиленгликоля динитрат или их смесь в количестве 50,7-56,4 мас.%, а в качестве модификатора горения - свинцовую соль ферроцендикарбоновой кислоты (С₁₂Н₈О₄FePb) в количестве 5,0-12,0 мас.% ; или тройную смесь, состоящую из оксида железа (Fe₂O₃), сажи (С) и диоксида свинца (PbO₂), взятых в соотношении 1:1:3, в количестве 10,0-19,0 мас. %.

Быстрогорящий беспламенный пиротехнический состав в качестве пластификатора содержит органическое азидосоединение, например 2,4-диазидо-6-азидоэтокси симметричный триазин в количестве 48,0-56,4 мас.%, а в качестве модификатора горения - карбонат кальция в количестве 4,0-20,0 мас.%.

Последний состав может содержать неорганические пигменты 0,10-0,15 мас. % сажи, оксида железа или сурика свинцового.

Для определения характеристик были изготовлены составы, представленные в табл.1.

Составы готовились по технологии баллиститных порохов смешением компонентов в водной среде с последующим отделением от воды, вальцеванием и проходным прессованием в шнуры.

Результаты испытаний показали наличие двух четко выраженных физических эффектов: наличие у шнура канала и продольного разреза на глубину горящего свода приводит к скачкообразному росту скорости горения без механического разрушения шнура при достижении собственной (т.е. в виде бесканального шнура) скорости горения состава более 10 мм/с; снижение температуры горения менее 1900К обусловливает характер горения без визуально наблюдаемого пламени.

Первое позволяет реализовать скорости горения шнуров 20 - 450 мм/с; беспламенность горения делает пожаробезопасным сам шнур и исключает повреждающее его воздействие на элементы, окружающие систему передачи.

Предпочтительным является использование органических азидов, например 2,4-диазидо-6-азидоэтокси симметричного триазина, так как при этом обеспечивается пониженная температура горения и способность шнура к горению в вакууме. Выбранные пределы его количественного содержания (48,0-56,4 мас.%) обусловлены необходимостью обеспечения собственной скорости горения более 10 мм/с, температуры горения менее 1900К и оптимальных физико-механических и реологических характеристик.

Требуемый уровень собственной скорости горения и, следовательно, обеспечение эффекта скачкообразного повышения скорости горения шнура может быть достигнут и при использовании в качестве пластификаторов нитроэфиров, например тринитрата глицерина, динитрата диэтиленгликоля или их смесей между собой (50,7-56,4 мас.%) в сочетании с модификаторами горения: 5,0-12,0 мас. % свинцовой соли ферроцендикарбоновой кислоты или 10,0-19,0 мас.% тройной смеси (Fe₂O₃+C+PbO₂) [1:1:3].

Однако горение в этом случае пламенное.

При содержании СаСО₃ в составах с азидопластификатором от 4 до 20 мас.% выполняется требование как по величине скорости горения, так и по температуре (менее 1900К).

Фторопласт-4 используется в составах для комплексного улучшения реологических и физико-механических характеристик (табл. 4), оптимальным является его содержание 1,5-2,5 мас.%. При содержании менее 1,5 мас.% не обеспечиваются необходимые реологические и физико-механические показатели, а при содержании более 2,5 мас.% чрезмерная эластичность композиций приводит к искажению формы тонкостенных трубок-шнуров, уменьшению и заплыванию канала в них.

Централит и индустриальное масло необходимы для обеспечения требуемой химической стойкости и технологических характеристик. При содержании централита менее 0,25 мас.% не обеспечивается необходимая для хранения химическая стойкость изделий, при содержании же этой добавки более 0,6 мас.% из-за щелочного гидролиза теряется пластификатор при переработке композиций.

При содержании индустриального масла менее 0,5 мас.% не обеспечивается необходимая технологичность композиций при их переработке, при содержании этой добавки более 0,8 мас.% ухудшаются физико-механические характеристики шнура.

Для окрашивания шнуров может использоваться 0,10-0,15 мас.% пигментов - сажи, сурика свинцового или оксида железа, не влияющих на другие характеристики шнура.

Таким образом, использование предложенных пиротехнического шнура и состава для его изготовления позволяет повысить быстродействие и надежность систем командного задействования различных предохранительно-исполнительных систем, например аварийного оповещения, пожаротушения и других.

Формула изобретения

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ШНУР И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ.

1. Пиротехнический шнур, включающий заряд из пиротехнического состава, отличающийся тем, что в заряде выполнены центральный канал и продольный резерв на толщину горячего свода, а в качестве пиротехнического состава использован пиротехнический состав со скоростью горения более 10 мм/с.

2. Шнур по п.1, отличающийся тем, что отношение ширины продольного резерва к разности величин наружного диаметра шнура и диаметра центрального канала равно 0,0182 - 0,01882.

3. Пиротехнический состав для изготовления пиротехнического шнура, включающий нитроцеллюлозу, центролит, пластификатор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фторопласт-4, масло индустриальное и модификатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%: Пластификатор - 48,00 - 60,03 Модификатор горения - 4,00 - 20,00 Фторопласт-4 - 1,50 - 2,50 Масло индустриальное - 0,50 - 0,80 Централит - 0,25 - 0,60 Нитроцеллюлоза - Остальное 4. Состав по п.3 отличающийся тем, что в качестве пластификатора он содержит соединение из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей в количестве 50,7 - 56,4 мас.%, а в качестве модификатора горения - свинцовую соль ферроцендикарбоновой кислоты в количестве 6 - 10 мас.%, или тройную смесь, состоящую из оксида железа, сажи, диоксида свинца, взятых в соотношении 1 : 1 : 3 в количестве 10 - 14 мас.%.

5. Состав по п.4, отличающийся тем, что в качестве соединения из группы сложных эфиров азотной кислоты и спиртов или гликолей он содержит тринитрат глицерина, или динитрат диэтиленгликоля, или их смесь.

6. Состав по п.3, отличающийся тем, что в качестве пластификатора он содержит органическое азидосоединение в количестве 48,00 - 60,03 мас.%, а в качестве модификатора горения - карбонат кальция в количестве 4,00 - 20,00 мас.%.

7. Состав по п.6, отличающийся тем, что в качестве органического азидосоединения он содержит 2,4-диазидо-6-азидоэтокси симметричный триазин.

8. Состав по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,10 - 0,15 мас.% неорганического пигмента.

9. Состав по п.8, отличающийся тем, что в качестве неорганического пигмента он содержит сажу, оксид железа, свинцовый сурик или их смесь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5