Пиротехнический литьевой состав для образования дымовой завесы

Изобретение относится к пиротехническим составам, при горении которых генерируется аэрозоль, образующий дымовое облако на воздухе, используемое для постановки маскирующей завесы. Пиротехнический литьевой состав для образования дымовой завесы содержит, мас.%: смесь порошка хлорпарафина 41-48 и жидкого хлорпарафина 10-12, порошок металлического горючего 5-10, дымообразующую окись цинка 15-20, хлорнокислый калий 9-15 и эпоксидную смолу 1-2, причем в качестве металлического горючего он содержит порошок алюминия или алюминиево-магниевого сплава. Решение обеспечивает достижение необходимой несущей прочности зарядов из модифицированного пиротехнического литьевого состава, который характеризуется повышенной эффективностью дымообразования при создании маскирующей завесы, имеющей более высокую оптическую плотность.

 

Предложенное изобретение относится к пиротехническим составам, при горении которых генерируется аэрозоль, образующий дымовое облако на воздухе, используемое для постановки маскирующей завесы.

Уровень данной области техники характеризует литьевой металлохлоридный состав, при горении образующий дымовую завесу, описанный в патенте DE 2451701, C06D 3/00, 1976 г., который включает смесь порошка хлорпарафина и жидкого хлорпарафина в оптимизированном соотношении, при суммарно содержании в композиции 20-90 мас.%, металлическое горючее в форме порошка металлов (алюминия, магния) и оксида цинка в качестве дымообразователя.

Согласно описанию известного состава в качестве металлического горючего в нем могут быть включены смеси порошков (мас.%): 20Mg+45ZnO; 20Al+45ZnO; 30Al; 20Al; 5Al+Ca₂Si.

Недостатком указанного состава является наличие пламенного горения из-за несбалансированности массового соотношения компонентов, что определяет его низкую маскирующую способность.

При этом, образующаяся пиролизная сажа остается в шлаках из углеродного каркаса, формирующегося при разложении хлорпарафинов, кроме основного хлорирующего агента HCl.

Другим недостатком, который ограничивает использование по назначению этого переуплотненного в зарядах дымообразующего состава, является нестабильность горения при низких температурах (ниже минус 30°С).

Более совершенным является пиротехнический литьевой состав для образования дымовой маскирующей завесы по патенту RU 2353605 С1, C06D 3/00, C06B 27/00, 2009 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого предложенному составу.

Известный пиротехнический литьевой состав для образования дымовой маскирующей завесы включает смесь порошка хлорпарафина и жидкого хлорпарафина в массовом соотношении как 1:(2,4-3,3), порошок алюминия в качестве металлического горючего и дымообразователь - окись цинка, при следующем содержании компонентов (мас.%):

порошок хлорпарафина	40-48
жидкий хлорпарафин	12-20
порошок алюминия	5-9
окись цинка	31-35.

Известный состав характеризуется тем, что формируемая оптически непрозрачная дымовая завеса обладает новым дополнительным качеством: поглощает электромагнитное излучение с длиной волны 1,06 и 1,2 мкм, что увеличивает маскирующую способность генерируемого аэрозоля за счет частичного поглощения соответственно лазерного и инфракрасного излучения средств обнаружения и наведения противника.

Оптимизированное массовое соотношение в составе порошкового хлорпарафина и парафина жидкого необходимо для обеспечения текучести смеси при ее переработке в заряды по литьевой технологии.

Смесь порошкообразного хлорпарафина (C₂₅H₃₀Cl₂₂) и жидкого парафина (C₁₈H₃₂Cl₆) является поставщиком хлорирующего агента HCl для образования хлоридов металлов, а также пиролизной сажи, частички которой имеют размер половины длины падающей волны лазерного и инфракрасного излучения (0,53 и 0,6 мкм). Это обеспечивает их поглощение, значительно снижая отраженный сигнал, который в электронных средствах обнаружения и наведения не идентифицируется с защищаемой целью.

Жидкий хлорпарафин обеспечивает смачивание всей композиции, нагретой до температуры заливки состава непосредственно в корпус изделия.

Алюминиевый порошок, диспергированный в составе, служит металлическим горючим для создания хлоридов алюминия, поступающих в дымовое облако, разогревая при этом окись цинка для активации замещения кислорода хлором окислителей, при котором образуется хлорид цинка - основной дымообразователь состава.

Недостатком известного пиротехнического состава является неудовлетворительная оптическая проницаемость дымовой завесы из-за неполноты использования окиси цинка для максимального получения функционального аэрозоля, его дисперсной фазы из генерируемого хлорида цинка.

Кроме того, механическая прочность дымовых зарядов из известного пиротехнического литьевого состава недостаточна для сохранения целостности при их сбрасывании с летательных аппаратов, что ограничивает область оперативного применения.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности дымообразования пиротехнического литьевого состава при горении для улучшения показателей назначения и расширение технологических возможностей по применению.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический литьевой состав для образования дымовой завесы, содержащий смесь порошка хлорпарафина и жидкого хлорпарафина, порошок металлического горючего и дымообразующую окись цинка, согласно изобретению, включает хлорнокислый калий и эпоксидную смолу, а в качестве металлического горючего содержит алюминий или алюминиево-магниевый сплав, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок хлорпарафина	41-48
жидкий хлорпарафин	10-12
металлическое горючее	5-10
окись цинка	15-20
хлорнокислый калий	9-15
эпоксидная смола	1-2.

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили достижение необходимой механической прочности зарядов из модифицированного пиротехнического литьевого состава, который характеризуется повышенной эффективностью дымообразования при создании маскирующей завесы, имеющей более высокую оптическую плотность.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, а с учетом практической возможности серийного изготовления дымовых зарядов из литьевого пиротехнического состава на действующем производстве, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Введение в пиротехнический литьевой состав хлорнокислого калия активизировало горение при повышенных температуре и скорости за счет выделения структурного кислорода, что позволило использовать неактивную технологическую добавку - эпоксидную смолу.

При этом промежуточный реакционный компонент HCl участвует в реакциях замещения, формируя дополнительную гигроскопичную дисперсную фазу из хлоридов алюминия и цинка, улучшающую маскирующую способность дымовой завесы.

Эпоксидная смола, введенная в пиротехнический состав, служит цементатором заряда, повышая его механическую прочность, обеспечив функциональность при сбрасывании дымообразующих изделий с высоты.

Использование в качестве металлического горючего порошка алюминиево-магниевого сплава обусловлено тем, что при этом обеспечиваются необходимые сроки хранения состава с гарантированной химической активностью алюминия и заданной скоростью его горения, стимулированной активным магнием.

Порошок алюминиево-магниевого сплава при горении полностью переводит структурные составляющие хлорсодержащих компонентов в аэрозоль, что улучшает эффективность дымообразования.

Введение в пиротехнический литьевой состав порошка алюминиево-магниевого сплава дополнительно увеличивает температуру и скорость горения за счет химически активного магния, при исключении пассивирования связанного алюминия.

Оптимальное соотношение компонентов в предложенном дымообразующем составе было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено достигнутыми показателями назначения, полученными при испытании опытных образцов изделий на стенде.

При введении в пиротехнический литьевой состав порошкового хлорпарафина меньше 41 мас.% снижается эффективность маскирующего действия дымового заряда.

При содержании в пиротехническом составе порошкового хлорпарафина больше 48 мас.% ухудшаются его литьевые свойства при переработке в заряды.

При содержании в пиротехническом составе жидкого хлорпарафина меньше 10 мас.% не обеспечивается литьевая технология по переработке в дымовые заряды.

При содержании в пиротехническом составе жидкого хлорпарафина больше 12 мас.% композиция приобретает повышенную вязкость. При этом растет скорость пламенного горения с образованием шлаков, в которых фильтруется дисперсная фаза аэрозоля, в результате чего падает оптическая плотность и маскирующая способность дымовой завесы.

При содержании в пиротехническом составе порошка алюминия или алюминиево-магниевого сплава меньше 5 мас.% существенно снижается формирование дымообразующего хлорида алюминия.

При содержании в пиротехническом составе порошка алюминия или алюминиево-магниевого сплава больше 10 мас.% нет заметного улучшения маскирующего действия дымовой завесы.

При содержании в пиротехническом составе окиси цинка меньше 15 мас.% снижается дымообразующая способность композиции до неприемлемой по назначению.

При содержании в пиротехническом составе окиси цинка больше 20 мас.% снижается образование дисперсной фазы аэрозоля из-за неполноты использования инертного компонента при развиваемой температуре горения состава.

При введении в пиротехнический состав хлорнокислого калия больше 15 мас.% происходит термодеструкция компонентов и растет скорость горения, при которой выгорает сажа, что ухудшает маскирующую способность дымовой завесы из-за снижения поглощения инфракрасного излучения и уменьшения ее оптической плотности.

При содержании в пиротехническом составе хлорнокислого калия меньше 9 мас.% происходит неполное сгорание композиции, что снижает показатели назначения.

Эпоксидная смола служит горючим связующим, наличие в смеси которой и при переработке состава в заряды исключает пыление.

Адгезионные связи эпоксидной смолы с компонентами смеси повышает прочность литьевого состава, а при использовании заряда по назначению улучшается воспламеняемость.

При содержании в пиротехническом составе эпоксидной смолы меньше 1 мас.% не обеспечивается сыпучесть композиции из-за неравномерности ее распределения в объеме, поэтому автоматическое дозирование представляется проблематичным. Смесь получается нетехнологичной для серийного производства.

При содержании в пиротехническом составе эпоксидной смолы больше 2 мас.% увеличивается время сушки из-за продолжительного удаления летучих и влаги, падает скорость горения заряда, что увеличивает время постановки дымовой завесы.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.

Приготовление предложенного пиротехнического состава производится на обычных смесителях по принятой технологии действующего производства.

Расчетные данные по количественному соотношению компонентов пиротехнического состава были проверены экспериментально, при изготовлении литьевых зарядов, генерирующих при горении дымовую завесу.

Опытные образцы для испытаний были приготовлены при массовом соотношении компонентов на границах, за границами и внутри оптимизированных диапазонов их содержания.

В смеситель загружают мерное количество ингредиентов, согласно оптимизированному массовому соотношению (мас.%): 43±5 порошковый хлор-парафин марки ХП-1100, 9±1 порошок алюминия марок ПА-4, АСД-4 или порошок алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-3, ПАМ-4, 16,5±1,5 окись цинка в форме равноценных цинковых белил марок БЦО, БЦ-1 или БЦО-М по ГОСТ 202, 11±1 хлорнокислый калий и 1,5±0,5 эпоксидную смолу, которые перемешивают в течение 5-10 минут.

Далее в смеситель добавляют 19±1 мас.% жидкого хлорпарафина ХП-470 и 1,5±0,5 мас.% эпоксидной смолы в виде 15%-ного раствора в ацетоне и перемешивают в течение 10 минут до образования гетерогенной вязкотекучей массы.

Затем из приготовленной массы, нагретой до температуры 50°C, льют функциональные заряды непосредственно в корпус изделий, где происходит остывание на воздухе без вспучивания и трещинообразования.

Данные сравнительных испытаний опытных образцов зарядов по изобретению проявили устойчивое улучшение показателей назначения, сравнительно с изделиями уровня техники, обеспечив, в частности:

- маскирующую способность 6-7 м²/г;

- скорость горения 0,28-0,42 мм/с;

- время постановки дымовой завесы в 1,5 раза меньше, чем у аналогов, что определяет целесообразность промышленного изготовления пиротехнических зарядов для постановки маскирующих дымовых завес по заказам потребителей.

Пиротехнический литьевой состав для образования дымовой завесы, содержащий смесь порошка хлорпарафина и жидкого хлорпарафина, порошок металлического горючего и дымообразующую окись цинка, отличающийся тем, что он включает хлорнокислый калий и эпоксидную смолу, а в качестве металлического горючего содержит алюминий или алюминиево-магниевый сплав, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

порошок хлорпарафина	41-48
жидкий хлорпарафин	10-12
металлическое горючее	5-10
окись цинка	15-20
хлорнокислый калий	9-15
эпоксидная смола	1-2