Пиротехнический состав для образования дымовой маскирующей завесы
Владельцы патента RU 2353606:
Емельянов Валерий Нилович (RU)
Захарова Зинаида Александровна (RU)
Вагонов Сергей Николаевич (RU)
Вареных Николай Михайлович (RU)
Изобретение относится к пиротехнике. Пиротехнический состав для генерирования при горении дыма белого цвета содержит перхлорат калия, гексахлорзтан, алюминиевый порошок с удельной поверхностью 0,13-0,38 м2/г, окись цинка или цинковые белила, технологические добавки - хлорнаирит, пластифицированный дибутилсебацинатом, и аэросил. Изобретение направлено на повышение температуры и скорости горения состава, а также кроющей способности генерируемого дыма. 2 табл.
Изобретение относится к средствам для образования дымовых завес, а более конкретно к пиротехническим составам, при горении которых генерируется аэрозоль, образующий на воздухе дымовую завесу, которую используют для постановки уводящих ложных целей, защищающих технику в условиях боевых действий.
Уровень данной области техники характеризуют пиротехнические металлохлоридные смеси, описанные в патенте DE №1542020, кл. 78d и патенте US №3485171, нац. кл. 102-56, включающие хлорсодержащий окислитель, металлическое горючее и функциональный дымообразующий компонент - окись цинка, соответственно (мас.%):
| гексахлорэтан | 40-60; | 45,5 |
| цинк | 20-30; | - |
| алюминий | 1-10; | 7 |
| окись цинка | 2-10; | 47,5 |
Эти составы нетехнологичны из-за пыления при изготовлении и переработке, что взрывоопасно, и характеризуются неустойчивым горением из-за переуплотнения зарядов прессованием.
Отмеченный недостаток устранен в составе для образования дымовой маскирующей завесы по патенту FR №2560371, F41H 3/00, 1982 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.
Этот более совершенный состав включает активный окислитель (перхлорат калия), химически взаимодействующий с окисью цинка и металлическим горючим, повышая температуру горения и полноту сгорания функциональной композиции, что увеличивает дымообразование, а также дополнительно включает связующие компоненты, улучшающие технологические свойства смеси в промышленном изготовлении зарядов.
Известный состав содержит перечисленные компоненты в следующем соотношении (мас.%):
| перхлорат калия | 16 |
| гексахлорзтан | 31 |
| цинк | 31 |
| окись цинка | 12 |
| неопреновое связующее | 10 |
Недостатком известного состава, характеризующегося высокой технологичностью изготовления и эффективностью дымообразования, является ограниченное использование только в герметичных устройствах из-за гигроскопичности цинка, неактивного металлического горючего.
Кроме того, температура горения состава недостаточна для полного сгорания сажи, что определяет серый цвет неконтрастного дыма из-за малого количества перхлората калия.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение температуры и скорости горения состава, а также кроющей способности генерируемого дыма.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом составе для образования дымовой маскирующей завесы, содержащем перхлорат калия, гексахлорэтан, металлическое горючее, окись цинка и технологические добавки, согласно изобретению, он содержит окись цинка или цинковые белила, в качестве металлического горючего он содержит алюминиевый порошок с удельной поверхностью 0,13-0,38 м2/г, а в качестве технологических добавок - хлорнаирит, пластифицированный дибутилсебацинатом, и аэросил, при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| перхлорат калия | 16-24 |
| гексахлорэтан | 18-22 |
| алюминиевый порошок | 23-27 |
| окись цинка | 25-29 |
| хлорнаирит | 3-6 |
| дибутилсебацинат | 1-3 |
| аэросил | 1-2 |
Отличительные признаки обеспечили повышение технологичности состава в промышленной переработке, а также улучшение основных показателей назначения - повышение маскирующей способности более контрастного белого дыма, который характеризуется дополнительным качеством по отражению лазерного излучения на длине волны 1,06 мкм, что расширяет функциональные возможности при использованию для маскировки от средств обнаружения и наведения на защищаемую цель.
Оптимальное массовое соотношение компонентов состава рассчитано по математической модели планирования эксперимента для максимальной эффективности дымообразования, дисперсная фаза которого в воздухе образует аэрозоль, наилучшая маскирующая способность которого достигается с размерами частиц, близкими к длинам волн видимого спектра.
Присутствие дыма в воздухе понижает его светопроницаемость за счет поглощения или рассеивания значительной части света аэрозольными частицами.
Использование мелкодисперсного алюминиевого порошка с большой удельной поверхностью позволяет более равномерно его распределить в термической металлохлоридной смеси для объемного контакта с окислителем, что увеличивает поверхность и скорость горения, полноту сгорания состава при обеспечении в итоге яркого белого дыма.
Относительное увеличение массового содержания алюминиевого порошка в пиротехническом составе повышает температуру его горения, при которой полностью выгорают сажевые частицы, что способствует получению контрастного белого дыма.
Содержание в пиротехническом дымообразующем составе алюминия менее 23 мас.% не обеспечивает функционального уровня температуры горения для полноты сгорания композиции.
Содержание в составе алюминия более 27 мас.% служит причиной образования хлоридов алюминия, которые создают серый цвет дымового облака, снижая маскирующую способность.
При использовании алюминиевого порошка с удельной поверхностью более 0,38 м2/г затруднено его диспергирование из-за слипания частичек порошка.
При использовании алюминиевого порошка с удельной поверхностью менее 0,13 м2/г в смеси с окислителем недостаточный контакт для активного взаимодействия, что снижает температуру горения и контрастность дыма.
Перхлорат калия служит в качестве дымообразователя, в составе используется как активный окислитель металлического горючего, который повышает температуру горения и для выгорания сажи.
При содержании в составе перхлората калия менее 16 мас.% не обеспечивается заданного уровня температуры горения смеси и снижение маскирующих свойств генерируемого аэрозоля.
При содержании в составе перхлората калия более 24 мас.% происходит пламенное горение смеси, что приводит к выгоранию дыма и снижению функциональной эффективности.
Гексахлорзтан является основным окислителем металлического горючего, содержание которого в термическом составе количественно оптимизировано для полного сгорания алюминиевого порошка и генерирования аэрозоля.
При содержании в пиротехническом составе гексахлорэтана менее 18 мас.% снижается скорость его горения и не обеспечивается полное выгорание сажи, что снижает контрастность дыма.
Содержание в составе гексахлорэтана более 22 мас.% приведет к переизбытку углеводородных радикалов, то есть увеличению в продуктах горения сажи, что окрасит дым в серый цвет. При этом снижается яркость дымового облака и его контрастность.
Функциональный дымообразующий компонент - окись цинка или цинковые белила - служит для окрашивания дыма в яркий белый цвет.
Содержание в составе окиси цинка менее 25 мас.% снижает насыщенность дымового облака, маскирующая способность которого падает.
Содержание в составе окиси цинка более 29 мас.% является балластным, приводит к падению скорости горения пиротехнической композиции и снижению эффективности дымообразования.
Использование в качестве альтернативы дымообразующего компонента на основе окиси цинка промышленно выпускаемых цинковых белил снижает потребительскую стоимость зарядов, при этом содержащиеся в них примеси существенно не влияют на функционирование состава и маскирующую способность генерируемого аэрозоля.
Технологическая добавка, которая дополнительно служит активным окислителем, - хлорнаирит, пластифицированный жидким дибутилсебацинатом, - увеличивает плотность и прочность формируемого без пыления пиротехнического заряда и повышает маскирующую способность генерируемого при его горении аэрозоля, являясь дополнительным окислителем и органическим горючим в композиции.
Дибутилсебацинат к тому же выполняет функции регулятора скорости горения смеси.
При содержании хлорнаирита менее 3 мас.% состав остается пылящим, а сформированный из него заряд имеет низкие прочностные характеристики.
При содержании в составе хлорнаирита более 6 мас.% снижается скорость горения, что является причиной появления серого оттенка в дымовом облаке, имеющем более низкую светопоглощающую способность.
Содержание в технологической добавке жидкого пластификатора менее 1 мас.% существенно не улучшает технологических свойств смеси в целом и не обеспечивает прочностных свойств прессованному заряду. Маскирующая способность (плотность дыма) в этом случае снижается из-за уменьшения абсолютного количества хлора.
При введении дибутилсебацината более 3 мас.% приводит к комкованию смеси, снижает температуру горения и увеличивает вынос сажи в маскирующее облако, а также избыток жидкого пластификатора выдавливается на поверхность (экссудирует) формируемого прессованием заряда.
Введение в состав аэросила направлено на повышение технологичности за счет обеспечения сыпучести смеси, которую возможно дозировать.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая цель достигается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.
Приготавливается предложенный дымообразующий состав перемешиванием компонентов, которые вносятся в вышеуказанном оптимальном массовом соотношении, в лопастном смесителе типа СНД-100 в следующей последовательности.
Алюминиевый сферический порошок марок АСД-1 (удельная поверхность 0,13-0,15 м2/г) и АСД-4 (удельная поверхность 0,34-0,38 м2/г) по ТУ 48-5-226 смешивают с жидким пластификатором дибутилсебацинатом, ГОСТ 8728 в течение 10 минут.
Затем в смеситель последовательно добавляют цинковые белила марок БЦО, БЦ-1 или БЦО-М по ГОСТ 202, калий хлорнокислый, ТУ-02-627, гексахлорэтан технический, ГОСТ 9991 и аэросил марок А-300, А-380, ГОСТ 14922, которые все вместе перемешивают в течение 10 минут.
Состав готов к прессованию в заряды, при котором происходит пластификация хлорнаирита и композиции в целом.
Ниже в таблице приведены характерные примеры из числа опытных составов, которые были испытаны при отработке и оптимизации различных качественных и количественных дымообразующих, составов по настоящему изобретению.
В таблице 1 приведены составы при содержании компонентов внутри оптимизированных диапазонов их количественного содержания, с предельным содержанием и за их границами.
| Таблица 1 | |||||
| Наименование компонентов | Содержание компонента в составе, мас.% | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Перхлорат калия | 15 | 16 | 20 | 24 | 25 |
| Гексахлорзтан | 17 | 22 | 20 | 18 | 23 |
| Алюминиевый порошок | 28 | 27 | 25 | 23 | 22 |
| Цинковые белила (окись цинка) | 30 | 29 | 27 | 25 | 23 |
| Хлорнаирит | 7 | 3 | 5 | 6 | 2 |
| Дибутилсебацинат | 0,5 | 1 | 2 | 2 | 4 |
| Аэросил | 2,5 | 2 | 1 | 1 | 1 |
При горении приготовленных составов в результате реакций образуются газообразные вещества и твердые частички: KCl, ZnCl2, AlCl3, ZnO, Al2O3, СО2, Н2О, СО, SiO2, которые обеспечивают практически полный вынос шлаков и получение достаточно плотного белого облака маскирующей завесы с заданными характеристиками по контрасту яркости и коэффициенту лазерного отражения.
В таблице 2 приведены сопоставительные технические характеристики составов №№1-5 таблицы 1, DE - аналог, FR - прототип.
| Таблица 2 | |||||||
| значения | |||||||
| Характеристики | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | DE | FR |
| Скорость горения, мм/с | 0,8 | 1,8 | 1,9 | 1,6 | 0,8 | 0,5 | 0,25 |
| Дымообразующая способность, % | 80 | 96 | 98 | 96 | 80 | 80 | 70 |
| Маскирующая способность, м2/г | 3,0 | 3,9 | 4,5 | 5,0 | 3,2 | 3,6-4,2 | 4,0 |
| Содержание шлаков, % | 16 | 4 | 2 | 4 | 20 | 20 | 30 |
| Время работы шашки, с | 180 | 90 | 110 | 120 | 130 | 200 | 400 |
| Контраст яркости | |||||||
| На 13 с | 0,4 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,3 | 0,4 | 0,2 |
| На 33 с | 0,2 | 0,7 | 0,7 | 0,7 | 0,2 | 0,2 | 0,1 |
| Коэффициент лазерного отражения на дайне волны 1,06 мкм | 0,13 | 0,28 | 0,32 | 0,30 | 0,12 | 0,15 | 0,10 |
| Цвет дыма * | С | Б | Б | Б | С | с/в | С |
| * С - серый, Б - белый, с/в - сероватый. |
Из таблицы 2 видно, что по всем показателям назначения предложенные пиротехнические составы 2-4, компоненты которых содержатся в заявленных диапазонах массового их соотношения, заметно превышают соответствующие показатели дымообразующих составов по аналогу и прототипу.
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 серийного изготовления металлохлоридной смеси дымообразующего состава, позволяет сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Пиротехнический состав для образования дымовой маскирующей завесы, содержащий перхлорат калия, гексахлорэтан, металлическое горючее и технологические добавки, отличающийся тем, что он содержит окись цинка или цинковые белила, в качестве металлического горючего он содержит алюминиевый порошок с удельной поверхностью 0,13-0,38 м2/г, а в качестве технологических добавок - хлорнаирит, пластифицированный дибутилсебацинатом, и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| перхлорат калия | 16-24 |
| гексахлорэтан | 18-22 |
| алюминиевый порошок | 23-27 |
| окись цинка или цинковые белила | 25-29 |
| хлорнаирит | 3-6 |
| дибутилсебацинат | 1-3 |
| аэросил | 1-2 |
