Воспламенительный пиротехнический состав

Изобретение относится к пиротехнике, а именно к воспламенительным составам, инициирующим воспламенение и горение функционального снаряжения различных изделий специального назначения и боеприпасов. Воспламенительный пиротехнический состав имеет термическую основу, состоящую из окислителя - нитрата калия и металлического горючего - порошка алюминиево-магниевого сплава, искрообразователь - ферросилиций, органическое горючее связующее – раствор канифоли в олифе и технологическую добавку в виде смеси графита пиротехнического с порошком идитола, при соответствующем соотношении компонентов. Состав обладает высокими техническими характеристиками воспламеняющего действия за счет активизации его горения и повышения температуры дисперсной фазы в генерируемом аэродисперсном образовании, при упрощении технологии его приготовления. 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к воспламенительным составам, инициирующим воспламенение и горение функционального снаряжения различных специзделий и боеприпасов, который содержит мелкораздробленный металл в комбинации с кислородсодержащим веществом, не являющимся взрывчатым.

Уровень данной области техники характеризует воспламенительный пиротехнический состав, описанный в патенте RU 2354634 C1, С06В 33/04, 2004 г., который содержит, мас. %: 69 нитрата калия (калия азотнокислого), 9 порошок алюминиево-магниевого сплава, 9 фенолформальдегидной смолы СФ-0112 (идитола) в виде 25%-ного раствора в смеси этилового спирта с ацетоном равных долей и по 9 искрообразующих порошков магниевого и железного.

Недостатком указанного состава является узкоцелевая направленность применения только в закрытых оболочках, при неудовлетворительной функциональной надежности.

Более совершенным является воспламенительный пиротехнический состав для инициирования зарядов основного снаряжения различных изделий, который описан в патенте RU 2554634 C1, С06В 33/12, С06С 9/00, 2013 г., который по числу совпадающих признаков и технической сущности выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.

Известный воспламенительный пиротехнический состав содержит нитрат калия, порошок алюминиево-магниевого сплава, искрообразующий ферросилиций, идитол и активатор горения - тиомочевину, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

нитрат калия	62-70
порошок алюминиево-магниевого сплава	9-11
ферросилиций	9-11
тиомочевина	4-6
идитол	8-10

Известный состав, чувствительный к инициирующему тепловому импульсу, характеризуется высокой эффективностью воспламенения основного заряда, который зажигается, устойчиво горит и детонирует за счет распределенных точечных источников энергии - раскаленных частиц металла.

Содержание металлического горючего в виде порошка алюминиево-магниевого сплава повысило калорийность состава, температуру и скорость его горения, что позволило применение в качестве искрообразователя инертного ферросилиция ФС-75, содержащего мелкодисперсные частицы железа, раскаляющиеся при горении состава, образуя сноп искр, служащих точечными источниками тепловой энергии в направленном огневом форсе, обеспечив эффективное зажжение основного заряда.

Нитрат калия в совокупности с порошком алюминиево-магниевого сплава (ПАМ) образует термическую основу пиротехнического состава в сбалансированном реакционном соотношении масс по кислороду, чувствительную к импульсу тепловой энергии.

Структурно связанный в сплаве ПАМ алюминий имеет повышенную реакционную способность, так как не подвержен окислению кислородом, а магний, теряя в сплаве излишнюю активность, увеличивает скорость горения воспламенительного состава, повышенных калорийности и удельного выхода газообразных продуктов его окисления.

Серосодержащая тиомочевина служит в качестве активатора горения термической основы.

Идитол в виде спиртового раствора служит технологическим связующим структурных порошковых компонентов пиротехнического состава, пригодного для формования зарядов прессованием, где выполняет функции каркасообразователя.

Продолжением отмеченных достоинств известного состава являются присущие недостатки.

Большая длительность технологического процесса изготовления состава, вызванная продолжительным удалением летучих и влаги растворителя - фенолформальдегидной смолы, которую осуществляют низкотемпературным провяливанием, увеличивает потребительскую стоимость состава.

Из-за избыточного кислородного баланса термической основы происходит недостаточный объем газообразования для активного выноса горячих продуктов горения, что уменьшает дисперсную фазу в функциональном аэродисперсном образовании, снижая эффективность действия по назначению.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение активности горения воспламенительного состава, при упрощении технологии его приготовления.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный воспламенительный пиротехнический состав, термическая основа которого состоит из окислителя - калия азотнокислого и металлического горючего - порошка алюминиево-магниевого сплава, содержащий искрообразующий ферросилиций, идитол, органическое горючее связующее и технологическую добавку, согласно изобретению, включает в качестве органического горючего связующего раствор канифоли в олифе, а технологическую добавку в форме смеси графита пиротехнического с порошком идитола, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

калий азотнокислый	58-64
порошок алюминиево-магниевого сплава	9-11
ферросилиций	9-7
порошок идитола	13-15
графит пиротехнический	2-3
раствор канифоли в олифе	3-6

Отличительные признаки предложенного технического решения повысили технические характеристики воспламеняющего действия при горении предложенного состава за счет активизации его горения и увеличения горячей дисперсной фазы в генерируемом аэродисперсном образовании, что повысило эффективность действия спрессованной воспламенительной таблетки из модернизированного состава по назначению.

Натурные и стендовые испытания опытных образцов воспламенительных таблеток из предложенного пиротехнического состава показали его пригодность для эффективного и надежного инициирования и стабильного зажигания основных зарядов снаряжения штатных изделий.

Предложенный диапазон соотношения окислителя (нитрата калия) и металлического горючего (ПАМ) в термической основе пиротехнического состава оптимизирован для диспергирования твердых раскаленных частиц в функциональное аэродисперсное образование.

Исключение из структуры технологического растворителя, заменой на доступный раствор канифоли в олифе, упростило техпроцесс, что заметно сократило его длительность, при этом сухой порошок идитола увеличенной массовой доли существенно активизировал горение термической основы, практически исключив шлакообразование.

Особенностью предложенного технологического связующего (органического горючего) - раствора канифоли в олифе - является то, что оно целиком является структурным жидкотекучим компонентом состава, образующим липкую пленку на порошковых компонентах состава при смешивании, без присутствия дополнительного растворителя, который затем необходимо удалять.

В качестве органического горючего связующего использован широкоприменяемый в пиротехнике 25%-ный раствор канифоли живичной в олифе масляной, которое является предпочтительным для использования в оптимизированном по изобретению пиротехническом составе. Это связующее приготавливается из промышленно выпускаемых веществ, доступных и относительно дешевых и не токсичных, обеспечивает безопасность техпроцесса изготовления воспламенительного состава.

В настоящем составе использована канифоль сосновая по ГОСТ 19113-84, промышленно получаемая из живичной смолы экстракцией скипидара, имеющей по техническим свойствам предпочтение относительно таловой и экстракционной канифоли.

Из существующего ряда олиф (искусственных, синтетических, алкидных) опробованы олифы на основе растительных масел, в частности, натурального и оксоль, причем выбрана для приготовления органического горючего связующего в смеси с канифолью сосновой олифа масляная натуральная, из льняного масла.

Функционально действие этого связующего в структуре пиротехнического состав определяется улучшением воспламеняемости зарядов, при горении которых органическое горючее связующее полностью термически разлагается, увеличивая объем выносимых газов, транспортирующих раскаленную дисперсную фазу огневого факела.

При содержании в пиротехническом воспламенительном составе раствора канифоли в олифе меньше 3 мас. % не обеспечиваются необходимые технологические свойства: распределение компонентов при смешивании неравномерное из-за комкования, что затрудняет прессуемость состава в прочные заряды, которые не полностью соответствуют техническим требованиям.

При содержании в пиротехническом воспламенительном составе раствора канифоли в олифе больше 6 мас. % нет улучшения технологических и служебных характеристик, при этом не обеспечены каркасность и прочность прессованных зарядов.

Использование порошкового сухого идитола увеличенной доли содержания 13-15 мас. % продиктовано необходимостью повышения скорости и температуры горения термической основы состава и сопутствующего газообразования, как транспортирующего средства дисперсной фазы, выполняющей функции распределенных источников теплового излучения для эффективного инициирования зажигания и стабильного горения основного заряда.

При содержании в составе порошка идитола меньше 13 мас. % снижается скорость его горения, ухудшается воспламеняющее и зажигательное действие основного заряда.

Содержание в воспламенительном пиротехническом составе сухого идитола больше 15 мас. % является балластным.

Графит пиротехнический марки П в сочетании с сухим порошковым идитолом образует смесь технологических добавок, улучшающую прессуемость воспламенительного пиротехнического состава в заряды повышенной прочности, что обеспечивает возможность его применения в изделиях с высокой импульсной нагрузкой.

Графит пиротехнический в качестве технологической добавки в количестве 2-3 мас. % обеспечивает сыпучесть предложенному составу для объемного дозирования и, будучи диспергированным в растворе канифоли в олифе, усиливает воспламеняемость заряда за счет его искрения при горении.

При содержании в составе (в смеси с сухим идитолом) графита в количестве меньше 2 мас. % не обеспечивается однородность композиции и, следовательно, воспламенительные заряды характеризуются анизотропией служебных характеристик.

Увеличение массовой доли в смеси технологических добавок графита больше 3 мас. % не создает заметного улучшения свойств и качеств состава и зарядов из него.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе ферросилиция меньше 7 мас. % формируется недостаточное количество искр для стабильного воспламенения основного заряда и активного зажигательного действия в месте функционирования изделия.

Содержание в воспламенительном пиротехническом составе ферросилиция больше 9 мас. % является избыточным и снижает эффективность основного действия по назначению.

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

Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.

Предложенные отличия воспламенительного состава, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по пиротехнике.

Изготовление воспламенительных зарядов из состава по изобретению возможно осуществлять серийно на действующем пиротехническом производстве.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.

Количественное соотношение компонентов предложенного воспламенительного пиротехнического состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам опытной проверки натурных образцов зарядов.

Характерные составы для испытаний, в которых компоненты содержатся в предложенных диапазонах массового соотношения, за пределами оптимизированных диапазонов и на границах количественного содержания компонентов по изобретению, представлены в таблице.

В результате испытаний установлено, что составы 2-4 при инициировании форсом от штатного капсюля или пламенем примыкающего стопина обеспечили воспламенение и стабильное зажигание прессованных зарядов основного снаряжения изделий различных конструкций и разных калибров.

Состав 1 характеризуется неустойчивым воспламенением основного заряда изделия из-за низкой скорости его горения.

При горении пиротехнических таблеток из нетехнологичного состава 5, имеющего недостаточную калорийность, развиваются неудовлетворительные по скорости и температуре параметры горения, которые ниже требуемых для эффективного основного действия по назначению.

Изготавливают предложенный воспламенительный состав по принятой в пиротехнической отрасли технологии смешивания компонентов в любом промышленном смесителе.

В смеситель вносят мерное количество порошкообразных компонентов (мас. %): 61,5±1,5 нитрат калия, 10±1 порошок алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-3 и ПАМ-4, 8±1 ферросилиций марки ФС-75 и 2,5±05 графит марки «П», которые перемешивают в течение 7-10 минут.

Затем добавляют 14±1 мас. % порошка идитола марки СФ-0112 и 4±1 мас. % раствора канифоли живичной в олифе масляной натуральной, которые перемешивают в течение 10-15 минут для равномерного их распределения в объеме с образованием вяжущей пленки на поверхности порошковых частиц состава.

Из полученной пластифицированной смеси компонентов пиротехнического состава прессованием формируют функциональные воспламенительные таблетки (заряды), характеризующиеся высокой чувствительностью к импульсу тепловой энергии и динамичным генерированием при горении форса пламени, в котором распределены раскаленные твердые частицы, чем обеспечивается надежное воспламенение основного снаряжения изделий и его стабильное горение.

Пиротехнический состав по настоящему изобретению технологичен для серийного производства воспламенительных зарядов, инициирующих основное снаряжение разного рода изделий.

Воспламенительный пиротехнический состав, термическая основа которого состоит из окислителя - нитрата калия и металлического горючего - порошка алюминиево-магниевого сплава, содержащий искрообразующий ферросилиций, идитол, органическое горючее связующее и технологическую добавку, отличающийся тем, что он включает в качестве органического горючего связующего раствор канифоли в олифе, а технологическую добавку в форме смеси графита пиротехнического с порошком идитола, при следующем соотношении компонентов (мас. %):

нитрат калия	58-64
порошок алюминиево-магниевого сплава	9-11
ферросилиций	9-7
порошок идитола	13-15
графит пиротехнический	2-3
раствор канифоли в олифе	3-6