Твердотопливный низкотемпературный газогенерирующий состав

Изобретение относится к твердотопливным газогенерирующим составам. Твердотопливный низкотемпературный газогенерирующий состав содержит нитрат аммония марки ЖВ, динитрамид гуанилмочевины и метилполивинилтетразол. Изобретение обеспечивает высокую газопроизводительность, низкую температуру продуктов сгорания, отсутствие экологически неблагоприятных соединений хлора в продуктах сгорания, низкую чувствительность к детонационным и механическим воздействиям. 1 табл.

 

Изобретение относится к области газогенерирующей техники, а именно к высокоэнергетическим твердотопливным низкотемпературным газогенерирующим составам, и может быть использовано в различных системах пожаротушения на основе газогенераторов, автономных системах подъема затонувших объектов, подушках безопасности автомобилей, системах интенсификации добычи нефти.

Известен ряд твердотопливных газогенерирующих составов на основе нитрата аммония [1, 2, 4], которые характеризуются высокой газопроизводительностью и скоростью горения.

Недостатком, например по [1], является наличие в составе перхлората аммония и октогена, что приводит к появлению в продуктах сгорания токсичных соединений хлора, а наличие октогена как взрывчатого вещества приводит к повышению чувствительности состава к механическим и детонационным воздействиям. Кроме того, наличие перхлората аммония и октогена в твердотопливном газогенерирующем составе приводит к существенному росту температуры продуктов сгорания, что ограничивает область его применения.

Известны газогенерирующие составы [2], характеризующиеся низкой температурой продуктов горения. Недостатком у них является присутствие в составе соединений, содержащих хлор (хлорид аммония), что также приводит к появлению токсичных продуктов сгорания. При этом фазовая стабилизация нитрата аммония, применяемого в таких составах, достигнута с помощью добавки соединений металлов, что, в свою очередь, как представлено в [3], снижает срок службы составов. Кроме того, рассмотренный нитрат аммония содержит 15 мас.% фазостабилизирующей добавки, что приводит к существенному снижению его окислительного потенциала.

Известен газообразующий состав [4], состоящий из гидрида алюминия и перхлората калия. Его недостаток обусловлен наличием в его составе гидрида алюминия, что резко повышает взрывоопасность состава на всех стадиях его производства и эксплуатации. Наличие перхлората калия приводит к образованию токсичных соединений хлора в процессе горения, что также является нежелательным фактором. В случае использования смешанного окислителя нитрат аммония/перхлорат аммония [4] происходит выделение токсичных соединений хлора. Такие составы характеризуются неустойчивым воспламенением и горением при нормальных давлениях.

Таким образом, известные твердотопливные газогенерирующие составы характеризуются нестабильностью свойства нитрата аммония как окислителя, высокой температурой продуктов сгорания, наличием токсичных соединений хлора (HCl и др.) в продуктах сгорания, низкой газопроизводительностью, высокой чувствительностью к детонационным и механическим воздействиям, низкой скоростью горения и низкой воспламеняемостью при низких давлениях, что существенно ограничивает их функциональные возможности и обрасти применения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является твердотопливный газогенерирующий состав [прототип, 5]. В нем в качестве окислителя используется фазостабилизированный нитрат аммония (НА), в качестве связующего смесь на основе метриол тринитрата (TMETN), 1,2,4-бутанетриол тринитрата (BTTN) и дигликоль динитрата (DEGDN), в качестве энергетической добавки, содержащей горючие элементы, используются октоген (НМХ) и гексоген (RDX). В составе в качестве фазостабилизирующей добавки для нитрата аммония используется NiO, что, как показано в литературе [3], приводит к нестабильности свойств нитрата аммония в плане фазовой стабилизации, данная марка нитрата аммония не выдерживает более 10-15 циклов температурного нагружения и полиморфные переходы в кристаллической решетке восстанавливаются, что недопустимо в составах газогенерирующих композиций. Присутствие в составе октогена и гексогена приводит к высокой температуре продуктов сгорания и высокой чувствительности к детонационным и механическим воздействиям составов. Кроме того, данный состав характеризуется низкой скоростью горения и большим временем задержки зажигания. Введение в состав октогена и гексогена за счет снижения содержания нитрата аммония приводит к снижению газопроизводительности.

Предлагаемое техническое решение направленно на создание твердотопливного газогенерирующего состава, способного при сохранении высокой скорости горения, высокого уровня газопроизводительности, низкой взрывоопастносности состава, отсутствия токсичных соединений в продуктах сгорания, низкой температуры продуктов сгорания обеспечить хорошую воспламеняемость составов и повышенный уровень скорости их горения при нормальных условиях и может быть использовано в различных газогенераторах прикладного назначения, работающих при низких давлениях, в которых требуется высокая газопроизводительность, низкая температура продуктов сгорания и отсутствие токсичных соединений в продуктах сгорания, а также низкая чувствительность к детонационным и механическим воздействиям. Предлагаемое техническое решение обеспечено наличием в газогенерирующем составе впервые применяемых нитрата аммония марки ЖВ и динитрамида гуанилмочевины, а также наличием метилполивинилтетразола. Предлагаемый состав, мас.%: нитрат аммония марки ЖВ - 60-70; динитрамид гуанилмочевины - 20-25; метилполивинилтетразол - остальное до 100.

Повышение стабильности свойств нитрата аммония обусловлено использованием фазостабилизированного нитрата аммония марки ЖВ, повышение скорости горения и снижение времени задержки воспламенения обеспечиваются использованием динитрамида гуанилмочевины, повышение газопроизводительности обусловлено применением нитрата аммония марки ЖВ и динитрамида гуанилмочевины, снижение чувствительности обеспечивается применением динитрамида гуанилмочевины и метилполивинилтетразола, отсутствие токсичных соединений в продуктах сгорания обусловлено отсутствием хлорсодержащих соединений в предлагаемом составе (см. таблицу).

В качестве окислителя используется фазостабилизированный нитрат аммония марки ЖВ. Нитрат аммония обеспечивает высокое содержание окислительных бесхлорных соединений в продуктах разложения, характеризующихся низкой температурой. Впервые примененный в газогенерирующих составах динитрамид гуанилмочевины обеспечивает дополнительный экзотермический тепловой эффект в температурном интервале разложения нитрата аммония, что приводит к интенсификации процесса горения состава и облегчает его воспламенение. Введение метилполивинилтетразола обеспечивает необходимый уровень механических характеристик.

Предлагаемый состав позволяет решить проблему низкой эффективности горения (низкая скорость горения, большие энергомассовые потери на шлакообразование и агломерацию) за счет интенсификации тепловыделения в конденсированной фазе в температурном интервале, соответствующем термическому разложению нитрата аммония.

Для проверки эффективности предложенного состава были проведены экспериментальные стендовые испытания на Опытно-испытательной станции ФГУП ФНПЦ «Алтай», подтвердившие высокую эффективность предложенного состава.

Твердотопливный низкотемпературный газогенерирующий состав, включающий окислитель, горючее и связующее, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит нитрат аммония марки ЖВ, в качестве горючего - динитрамид гуанилмочевины, в качестве связующего - метилполивинилтетразол при следующем содержании компонентов, мас.%:

нитрат аммония марки ЖВ	60-70
динитрамид гуанилмочевины	20-25
метилполивинилтетразол	остальное