Воспламенительный состав для электровоспламенителей и способ его получения
Владельцы патента RU 2542312:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") (RU)
Изобретение относится к воспламенительным составам для использования в электровоспламенителях. Воспламенительный состав для электровоспламенителей содержит окислитель, горючее, связующее и дополнительный окислитель. Воспламенительный состав содержит, в мас.%: в качестве окислителя - политетрафторэтилен 8-13, в качестве горючего - алюминиево-магниевый сплав с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.% 70, в качестве связующего - сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида или сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, или сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена 7-15, в качестве дополнительного окислителя - диоксид титана или оксид магния, или сульфат бария, или сульфат кальция 5-12. Смесь политетрафторэтилена с алюмниево-магниевым сплавом подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии от 10 до 50 Дж/г. Механически обработанную смесь смешивают со связующим и дополнительным окислителем. Изобретение позволяет увеличить теплоту сгорания воспламенительного состава для электровоспламенителей, температуру его горения и содержание конденсированных продуктов сгорания. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к воспламенительным составам для использования в электровоспламенителях.
Зажигательное действие воспламенительных составов обуславливается тем количеством тепла, которое передается основному составу от образующихся при горении шлаков (конденсированных продуктов сгорания). Зажигательное действие воспламенительного состава будет тем сильнее, чем выше температура его горения и чем большее количество конденсированных продуктов сгорания останется после его сгорания на поверхности поджигаемого основного состава, см. книга Шидловский А.А. «Основы пиротехники» 1964 г, с.286.
Таким образом, основными требованиями, предъявляемыми к воспламенительным составам, являются высокое количество выделяющейся тепловой энергии (теплота сгорания), высокая температура горения и высокое содержание конденсированных продуктов сгорания.
Известен воспламенительный состав для электровоспламенителей, содержащий окислитель, горючее, связующее и дополнительный окислитель. В качестве окислителя содержит хлорат калия, в качестве горючего содержит роданид свинца и титан, в качестве связующего содержит кремнийорганический лак КО-85 (сверх 100%), в качестве дополнительного окислителя содержит свинцовый сурик. Также состав содержит энергетическую добавку - стифнат бария. Воспламенительный состав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
| хлорат калия | 43,07-47,03 |
| роданид свинца | 43,07-47,03 |
| свинцовый сурик | 0,87-0,95 |
| титан | 3-7 |
| стифнат бария | 2-6 |
см. RU Патент №2353604, МПК C06B 29/02 (2006.01), C06B 33/14 (2006.01), 2008.
Известный воспламенительный состав для электровоспламенителей обладает недостаточной теплотой сгорания, температурой горения и недостаточным содержанием конденсированных продуктов сгорания.
Наиболее близким по технической сущности является воспламенительный состав для электровоспламенителей, содержащий окислитель, горючее, связующее и дополнительный окислитель, в котором в качестве окислителя он содержит перхлорат калия, в качестве горючего содержит бор аморфный, в качестве дополнительного окислителя содержит вещество из ряда: двуокись свинца, свинцовый сурик, хромат свинца, хромат бария, окись висмута, окись свинца, в качестве связующего содержит вещество из ряда: фторкаучук, коллоксилин, бутадиен-нитрильный каучук, смесь бутадиен-нитрильного каучука с нитроцеллюлозой или коллоксилином, при следующем соотношении компонентов, мас.%
| перхлорат калия | 40-80 |
| бор (аморфный) | 10-30 |
| указанный дополнительный окислитель | 10-30 |
| указанное связующее (сверх 100%) | 1,5-2,5 |
см. RU Патент №2202100, МПК F42C 19/08, F42B 3/18, 2003.
Известный воспламенительный состав для электровоспламенителей обладает недостаточной теплотой сгорания, температурой горения и недостаточным содержанием конденсированных продуктов сгорания.
Задачей изобретения является создание способа получения воспламенительного состава, позволяющего увеличить теплоту сгорания, температуру горения и содержание конденсированных продуктов сгорания воспламенительного состава для электровоспламенителей.
Техническая задача решается воспламенительным составом для электровоспламенителей, содержащим окислитель, горючее, связующее и дополнительный окислитель, в котором в качестве окислителя он содержит политетрафторэтилен, в качестве горючего содержит порошок алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, в качестве связующего содержит сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида или сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, или сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена, в качестве дополнительного окислителя содержит диоксид титана или оксид магния, или сульфат бария, или сульфат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| политетрафторэтилен | 8-13 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| указанное связующее | 7-15 |
| указанный дополнительный окислитель | 5-12 |
Техническая задача решается также способом получения воспламенительного состава для электровоспламенителей путем смешения политетрафторэтилена с порошком алюмниево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, полученную смесь подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии от 10 до 50 Дж/г, после чего механически обработанную смесь смешивают со связующим, в качестве которого берут сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида или сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, или сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена, и с дополнительным окислителем, в качестве которого берут диоксид титана или оксид магния, или сульфат бария, или сульфат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| политетрафторэтилен | 8-13 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| указанное связующее | 7-15 |
| указанный дополнительный окислитель | 5-12 |
Решение технической задачи позволяет увеличить теплоту сгорания воспламенительного состава для электровоспламенителей на 15%, температуру его горения на 10%, а количество конденсированных продуктов сгорания увеличить в 5 раз.
Определение дозы механической энергии производят по методу тест-объектов, см. статью Кузнецов А.Р., Бутягин П.Ю., Павлычев И.К. «Лабораторная микромельница для механохимических исследований» / журнал «Приборы и техника эксперимента», 1986, №6, с.201-204, а также статью Бутягин П.Ю., А.Н. Стрелецкий. «Кинетика и энергетический баланс в механохимических превращениях» / журнал «Физика твердого тела», 2005, т.47, выпуск 5, с.830-836.
Характеристика веществ, используемых в способе получения воспламенительного состава для электровоспламенителей и в воспламенительном составе для электровоспламенителей:
Порошок алюминиево-магниевого сплава с размером частиц 80-600 мкм, с содержанием алюминия в сплаве 48 мас.% и магния 52 мас.%, см. книгу Мадякин Ф.П. Учебное пособие: Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Основные понятия о пиротехнических составах и компонентах. Низкомолекулярные вещества: Т.1 - Казань: Издательство Казанского государственного технологического университета, 2006 - с.352-353.
Политетрафторэтилен марки Ф-4 с температурой начала разложения 425°C, температурой стеклования -120°C, температурой плавления 320-327°C, см. книгу Мадякин Ф.П., Тихонова Н.А. Учебное пособие: Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигомеры: Т.2 - Казань: Издательство Казанского государственного технологического университета, 2008. - с.170-171.
Сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида марки Ф-32 Л с температурой начала разложения 310°C, температурой стеклования 30°C, температурой плавления 105°C, см. книгу Мадякин Ф.П., Тихонова Н.А. Учебное пособие: Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигомеры: Т.2 - Казань: Издательство Казанского государственного технологического университета, 2008. - с.170-171.
Сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида марки Ф-42 Л с температурой начала разложения 350°C, температурой плавления 150-160°C, см. книгу Мадякин Ф.П., Тихонова Н.А. Учебное пособие: Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигомеры: Т.2 - Казань: Издательство Казанского государственного технологического университета, 2008. - с.170-171.
Сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена марки СКФ-26 с плотностью 1800-1860 кг/м3, температурой стеклования -22°C, молекулярной массой 300-1000 тысяч, см. книгу Мадякин Ф.П., Тихонова Н.А. Учебное пособие: Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигомеры: Т.2 - Казань: Издательство Казанского государственного технологического университета, 2008. - с.319.
Сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена марки СКФ-32 с плотностью 1830-1850 кг/м3, температурой стеклования -18°C, см. книгу Мадякин Ф.П., Тихонова Н.А. Учебное пособие: Компоненты и продукты сгорания пиротехнических составов. Полимеры и олигомеры: Т.2 - Казань: Издательство Казанского государственного технологического университета, 2008. - с.319.
Диоксид титана с молекулярной массой 79,87 г/моль, см. ГОСТ 9808-84.
Оксид магния с молекулярной массой 40,31 г/моль, см. ГОСТ 4526-75.
Сульфат бария с молекулярной массой 233,43 г/моль, см. ГОСТ 3158-75.
Сульфат кальция полуводный с молекулярной массой 145,15 г/моль получают при нагревании двуводного сульфата кальция при температуре 115°C.
Данное изобретение иллюстрируют примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Воспламенительный состав для электровоспламенителей получают путем смешения политетрафторэтилена с порошком алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, полученную смесь подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии 10 Дж/г, механически обработанную смесь затем смешивают со связующим, в качестве которого берут сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида, и с дополнительным окислителем, в качестве которого берут диоксид титана. Воспламенительный состав для электровоспламенителей содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| политетрафторэтилен | 13 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида | 7 |
| диоксид титана | 10 |
Пример 2. Воспламенительный состав для электровоспламенителей получают путем смешения политетрафторэтилена с порошком алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, полученную смесь подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии 20 Дж/г, механически обработанную смесь затем смешивают со связующим, в качестве которого берут сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, и с дополнительным окислителем, в качестве которого берут оксид магния. Воспламенительный состав для электровоспламенителей содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| политетрафторэтилен | 10 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом | 15 |
| оксид магния | 5 |
Пример 3. Воспламенительный состав для электровоспламенителей получают путем смешения политетрафторэтилена с порошком алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, полученную смесь подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии 40 Дж/г, механически обработанную смесь затем смешивают со связующим, в качестве которого берут сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, и с дополнительным окислителем, в качестве которого берут сульфат бария. Воспламенительный состав для электровоспламенителей содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%):
| политетрафторэтилен | 8 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена | 10 |
| сульфат бария | 12 |
Пример 4. Воспламенительный состав для электровоспламенителей получают путем смешения политетрафторэтилена с порошком алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, полученную смесь подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии 50 Дж/г, механически обработанную смесь затем смешивают со связующим, в качестве которого берут сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена, и с дополнительным окислителем, в качестве которого берут сульфат кальция. Воспламенительный состав для электровоспламенителей содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| политетрафторэтилен | 10 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена | 12 |
| сульфат кальция | 8 |
Характеристики воспламенительного состава для электровоспламенителей оценивают следующим образом.
Для определения теплоты сгорания состава сжигают навеску массой 0,5 г в калориметрической бомбе, см. книгу Шидловский А.А. «Основы пиротехники» 1973 г., с.58. Количество выделившегося тепла (Q) определяют по формуле:
Q=С·(Тн-Тк), кДж/кг,
где C - теплоемкость системы (вода + аппаратура), кДж/кг·К; Тн - начальная температура воды, в которую погружена бомба, К; Тк - конечная температура воды, в которую погружена бомба, К.
Температуру горения состава определяют по ГОСТ Р 51271-99 методом измерения яркостной температуры пиротехнического пламени. Для этого состав формуют методом глухого прессования в картонные оболочки диаметром 15 мм при давлении 1500 кгс/см2 (150 МПа). Испытания смесей проводят при атмосферном давлении в вертикальной камере сжигания.
Количество конденсированных продуктов сгорания состава (Z) оценивают весовым методом, см. книгу И. Быстров «Краткий курс пиротехники» 1939 г., с.48. Навеску состава сжигают в калориметрической бомбе, при этом газообразные продукты сгорания удаляют, а конденсированные продукты извлекают и взвешивают на аналитических весах. Массовую долю конденсированных продуктов сгорания (Z) определяют по формуле:
Z=mk/mн, г/г,
где mk - масса конденсированных продуктов сгорания, г; mн - масса навески состава, г.
Данные из примеров конкретного выполнения по рецептуре воспламенительного состава для электровоспламенителей и данные по теплоте сгорания, температуре горения и содержанию конденсированных продуктов сгорания сведены в таблицу 1.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты воспламенительного состава, мас.% и характеристика воспламенительного состава | Примеры | ||||
| По прототипу | По заявляемому объекту | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Порошок алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48% и магния 52% | - | 70 | 70 | 70 | 70 |
| Политетрафторэтилен | - | 13 | 10 | 8 | 10 |
| Сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида | - | 7 | - | - | - |
| Сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида | - | - | 15 | - | - |
| Сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена | - | - | - | 10 | - |
| Сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена | - | - | - | - | 12 |
| Диоксид титана | - | 10 | - | - | - |
| Оксид магния | - | - | 5 | - | - |
| Сульфат бария | - | - | - | 12 | - |
| Сульфат кальция | 8 | ||||
| Теплота сгорания, кДж/кг | 2340 | 2740 | 2710 | 2720 | 2700 |
| Температура горения, К | 2360 | 2600 | 2580 | 2620 | 2610 |
| Количество конденсированных продуктов сгорания, мас. доля | 0,05 | 0,23 | 0,21 | 0,22 | 0,22 |
Как видно из примеров конкретного выполнения заявляемый воспламенительный состав для электровоспламенителей, полученный по заявляемому способу, имеет больше теплоту сгорания на 15%, температуру горения на 10%, а количество конденсированных продуктов сгорания больше в 5 раз по сравнению с прототипом.
1. Воспламенительный состав для электровоспламенителей, содержащий окислитель, горючее, связующее и дополнительный окислитель, отличающийся тем, что в качестве окислителя он содержит политетрафторэтилен, в качестве горючего содержит порошок алюминиево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, в качестве связующего содержит сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида или сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, или сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена, в качестве дополнительного окислителя содержит диоксид титана или оксид магния, или сульфат бария, или сульфат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| политетрафторэтилен | 8-13 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| указанное связующее | 7-15 |
| указанный дополнительный окислитель | 5-12. |
2. Способ получения воспламенительного состава для электровоспламенителей по п.1, заключающийся в том, что состав получают путем смешения политетрафторэтилена с порошком алюмниево-магниевого сплава с содержанием алюминия 48 мас.% и магния 52 мас.%, полученную смесь подвергают механической обработке при ударно-истирающем воздействии с дозой механической энергии от 10 до 50 Дж/г, после чего механически обработанную смесь смешивают со связующим, в качестве которого берут сополимер трифторхлорэтилена и винилиденфторида или сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, или сополимер винилиденфторида и гексафторпропилена, или сополимер винилиденфторида и хлортрифторэтилена, и с дополнительным окислителем, в качестве которого берут диоксид титана или оксид магния, или сульфат бария, или сульфат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| политетрафторэтилен | 8-13 |
| порошок алюминиево-магниевого сплава | 70 |
| указанное связующее | 7-15 |
| указанный дополнительный окислитель | 5-12. |
