Пиротехнический фейерверочный состав желтого огня
Владельцы патента RU 2633545:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") (RU)
Изобретение относится к пиротехническим фейерверочным составам желтого огня для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей. Пиротехнический состав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: нитрат натрия 30-50, магниевый порошок фрезерный 15-30, целлюлозу 7-11,25, пироксилин 7-11,25 и тринитротолуол 14-22,5. Состав характеризуется увеличением насыщенности цвета до 90%, увеличением удельной светосуммы до 2-х раз и получением излучения на доминирующей длине волны, соответствующей желтой части спектра (578 нм). Кроме того, состав обладает хорошей воспламеняемостью, позволяющей обходиться без переходного состава, а также позволяет использовать продукты утилизации боеприпасов (сгорющих гильз), что снижает себестоимость изделия и улучшает экологичность процесса утилизации боеприпасов. 1 табл., 5 пр.
Изобретение относится к пиротехническим фейерверочным составам желтого огня для иллюминации, увеселительных, зрелищных и сигнальных целей.
Известен пиротехнический состав желтого огня, содержащий магниевый порошок, нитрат натрия, силикат-глыбу и стеарат кальция при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| магниевый порошок | 45-47,5 |
| нитрат натрия | 21-23,5 |
| силикат-глыба | 23,5-25 |
| стеарат кальция | 5-10, |
см. RU Патент №2394802, МПК С06В 33/04 (2006.01), С06В 31/02 (2006.01), 2010.
Известный пиротехнический состав имеет высокое содержание дорогостоящих компонентов, недостаточную воспламеняемость (для его воспламенения необходим переходной состав).
Известен пиротехнический фейерверочный состав, содержащий коллоксилин, нитроглицерин и/или динитродиэтиленгликоль или их смеси с динитротолуолом в соотношении от 18:1 до 6:1, сим-этилдифенилмочевину, вазелиновое масло, алюминиево-магниевый сплав, криолит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| коллоксилин | 35,0-50,3 |
| нелетучий пластификатор коллоксилина - | |
| нитроглицерин и/или динитратдиэтиленгликоль | |
| или их смесь с динитротолуолом в соотношении | |
| от 18:1 до 6:1 | 21,7-36,0 |
| сим-диэтилфенилмочевина | 1,0-2,0 |
| вазелиновое масло | 0,5-1,5 |
| алюминиево-магниевый сплав | 15,0-20,0 |
| криолит | 4,0-12, |
см. SU Авторское свидетельство №1776027, МПК6 С06В 33/14, 1995.
Известный пиротехнический фейерверочный состав имеет высокое содержание дорогостоящих компонентов, недостаточную воспламеняемость (для его воспламенения необходим переходной состав).
Известен также пиротехнический состав желтого огня, содержащий пироксилин, хлорнокислый калий и дефиниламин, щавелевокислый натрий, алюминиево-магниевый сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| пироксилин | 40,5-55,5 |
| хлорнокислый калий | 16-23 |
| щавелевокислый натрий | 12-16 |
| дифениламин | 0,5-1,5 |
| алюминиево-магниевый сплав | остальное, |
см. SU Авторское свидетельство №1535017, МПК6 С06В 33/06, С06В 39/02, 1995.
Известный пиротехнический состав имеет высокое содержание дорогостоящих компонентов, недостаточную воспламеняемость (для его воспламенения необходим переходной состав).
Известен пиротехнический состав желтого огня, содержащий коллоксилин, нитроглицерин, динитратдиэтиленгликоль, динитротолуол, криолит, кобальтонитрат калия, симм-диэтилдифенилмочевину, вазелиновое масло при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| коллоксилин | 55,08-57,50 |
| нитроглицерин | 17,85-18,60 |
| динитратдиэтиленгликоль | 17,85-18,60 |
| динитротолуол | 0,66-0,67 |
| криолит | 1,0-4,0 |
| кобальтонитрат калия | 1,0-2,0 |
| симм.диэтилдифенилмочевина | 1,90-1,92 |
| вазелиновое масло | 0,66-0,70, |
см. RU Патент №2046118, МПК6 С06В 33/08, 1995.
Известный пиротехнический состав имеет высокое содержание дорогостоящих компонентов, недостаточную воспламеняемость (для его воспламенения необходим переходной состав).
Наиболее близким по технической сущности является пиротехнический фейерверочный состав, включающий нитрат натрия, магниевый порошок и поливинилхлорид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| нитрат натрия | 56 |
| магниевый порошок | 17 |
| поливинилхлорид | 27, |
см. Шидловский А.А. Основы пиротехники. – М.: Машиностроение, 1973. - 201 с.
Известный пиротехнический состав обладает недостаточной насыщенностью цвета пламени и воспламеняемостью (для его воспламенения необходим переходной состав), доминирующая длина волны данного состава соответствует желто-оранжевой области спектра.
Задачей изобретения является создание пиротехнического фейерверочного состава, обладающего повышенной насыщенностью цвета пламени, большей удельной светосуммой и излучающего в длине волны, соответствующей желтой части спектра, обладающего хорошей воспламеняемостью, позволяющей обходиться без переходного состава, а также снижение себестоимости изделия и улучшение экологичности процесса утилизации боеприпасов.
Техническая задача решается тем, что пиротехнический фейерверочный состав желтого огня, включающий нитрат натрия, магниевый порошок фрезерный, согласно изобретению он дополнительно содержит целлюлозу, пироксилин и тринитротолуол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| нитрат натрия | 30-50 |
| магниевый порошок фрезерный | 15-30 |
| целлюлоза | 7-11,25 |
| пироксилин | 7-11,25 |
| тринитротолуол | 14-22,5 |
Решение технической задачи позволяет увеличить насыщенность цвета до 90%, увеличить удельную светосумму до 2-х раз, улучшить воспламеняемость, получить излучение состава на доминирующей длине волны, соответствующей 578 нм, использование в составе целлюлозы, пироксилина и тринитротолуола, являющиеся продуктами утилизации боеприпасов, представляющие собой измельченный материал сгорающих гильз, что позволяет снизить себестоимость изделия, улучшить экологичность утилизации боеприпасов.
Характеристика веществ, используемых в пиротехническом фейерверочном составе желтого огня.
Целлюлоза, пироксилин, тринитротолуол являются компонентами продукта утилизации боеприпасов (сгорающих гильз). Кроме того, при производстве сгорающих гильз технологические отходы составляют до 40% от годной продукции. При утилизации обычным сжиганием сгорающих гильз в атмосферу выбрасываются токсические продукты в виде оксидов азота и углерода и цианистого водорода, которые относятся к 2 и 3 классам опасности.
Измельчение сгорающих гильз ведут на режущей мельнице.
Сгорающие гильзы состоят из пироксилин-целлюлозного полотна, пропитанного тринитротолуолом.
Характеристики пироксилин-целлюлозного полотна:
| Содержание пироксилина, % | 23-26 |
| Содержание целлюлозы, % | 23-26 |
| Содержание тринитротолуола, % | 48-54 |
| Плотность, кг/м3 | 1000÷1320 |
Компонент продукта утилизации - пироксилин имеет химическую формулу: [C6H7O2(ONO2)3]n. Нитроцеллюлоза с третьей степенью замещения, продукт полной этерификации целлюлозы азотной кислотой. Представляет собой желтовато-белые хлопкоподобные нити.
Температура самовоспламенения, °С 160÷170
Компонент продукта утилизации - целлюлоза имеет химическую формулу: (C6H10O5]n. Белое твердое вещество, нерастворимое в воде.
| Молярная масса, г/моль | 324,3 |
| Плотность, кг/м3, | ~1500 |
| Температура воспламенения, °С | 275 |
| Температура самовоспламенения, °С | 420 |
Компонент продукта утилизации - тринитротолуол имеет химическую формулу: C7H5N3O6. Представляет собой желтоватое кристаллическое вещество.
| Молярная масса, г/моль | 227,13 |
| Плотность, кг/м3 | 1654 |
| Температура плавления, °С | 80,85 |
| Температура кипения, °С | 295 |
| Температура вспышки, °С | 290 |
| Теплота взрыва, кДж/кг | 4228 |
Магниевый порошок фрезерный по ГОСТ 7439954. Твердый магний представляет собой блестящий серебристо-белый металл. На воздухе, окисляясь, приобретает матовый оттенок. При обычных условиях поверхность магния покрыта прочной защитной пленкой оксида магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе, примерно до 600°С.
| Молярная масса, г/моль | 24,305 |
| Плотность, кг/м3 | 1740 |
| Температура плавления, °С | 651 |
| Температура кипения, °С | 1103 |
Выпускаемые отечественной промышленностью магниевые порошки обозначаются МПФ (магниевый порошок фрезерный) и делятся на четыре марки - МПФ-1, МПФ-2, МПФ-3, МПФ-4 в зависимости от дисперсности.
Нитрат натрия по ГОСТ 828-77 - NaNO3 представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы с ромбоэдрической или тригональной кристаллической решеткой без запаха. Вкус - резкий соленый. При нагревании до 380°С разлагается с выделением кислорода и нитрита натрия.
| Молярная масса, г/моль | 85 |
| Плотность, кг/м | 2257 |
| Температура разложения, °С | 380 |
| Температура плавления, °С | 308 |
Данное изобретение иллюстрируют следующие примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Пиротехнический фейерверочный состав желтого огня готовят следующим образом.
Берут нитрат натрия, магниевый порошок фрезерный, измельченные сгорающие гильзы, состоящие из целлюлозы, пироксилина и тринитротолуола при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| нитрат натрия | 40 |
| магниевый порошок фрезерный | 20 |
| целлюлоза | 10 |
| пироксилин | 10 |
| тринитротолуол | 20 |
Компоненты состава в граммах:
| нитрат натрия | 2 |
| магниевый порошок фрезерный | 1 |
| целлюлоза | 0,5 |
| пироксилин | 0,5 |
| тринитротолуол | 1 |
После смешения получают состав массой 5 г.
Прессование состава ведут на прессе при давлении 1000 кгс/см2 в картонную оболочку диаметром 15 мм.
Силу света и время горения определяют по осциллограмме горения образцов, ГОСТ 2389-70.
Насыщенность цветом пламени и доминирующую длину волны определяют спектроколориметром «ТКА-ВД».
Воспламеняемость определяют по известной методике.
Пиротехнический состав в виде таблетки помещают в углубление чашечки нижнего воспламенительного устройства прибора, перемещаемого маховичком с рукояткой и зубчатой передачей. Дымный порох ДРП-2 (0,1 г) помещают в нижнее отверстие воспламенительной втулки, закрытое марлевым кружком. Воспламенительную втулку и чашечку устанавливают на определенное расстояние, фиксируемое по шкале. Прибор имеет защитные стекла и вытяжную вентиляцию.
Прессуют таблетки массой 0,5 г и диаметром 10 мм при давлении 1000 кгс/см2. Расстояние между составом и источником пламени устанавливают по шкале. Заряд дымного пороха воспламеняется с помощью мостика накаливания.
На каждой высоте проводят шесть параллельных опытов и определяют высоты, при которых получают шесть воспламенений или шесть отказов. На этих расстояниях проводят еще 19 испытаний. Если из 25 испытаний будет не менее 24 одноименных показаний, то нижний и верхний пределы воспламеняемости считают найденными.
Химическую стойкость определяют на установке «Вулкан-2005» по ОСТ В 84-2085-92.
Температуру воспламенения определяют по ОСТ 3-6613-90.
Определение чувствительности к удару производят на копре К-44-П по ОСТ В 84-892-74.
Определение чувствительности к трению производят на копре К-44-Ш по ГОСТ РВ 50874-96.
Примеры 2-5 аналогичны примеру 1.
Составы по примерам конкретного выполнения и по прототипу, а также их свойства: сила света, удельная светосумма, насыщенность цвета пламени, доминирующая длина волны и воспламеняемость составов от ДРП-2 приведены в таблице.
Химическая стойкость заявленного состава, полученного по примерам конкретного выполнения, находится в пределах от 16 до 20 мм рт.ст.
Температура воспламенения - 208,5°С.
Чувствительность к удару - более 15 Дж, но менее 17,5 Дж, степень опасности - высокая, класс опасности - 7.
Чувствительность к трению - более 300 МПа, но менее 340 МПа, степень опасности - средняя, класс опасности - 14.
Элементы («звездки») из заявленного фейерверочного состава желтого огня изготавливают в форме цилиндров диаметром 5-30 мм, получаемых глухим прессованием состава. Заряды из пиротехнических элементов стабильно горят без оболочки, гарантированно обеспечивая свечение пламени в доминирующей длине волны. Заявленный пиротехнический фейерверочный состав желтого огня в отличие от прототипа не требует использования переходного состава для его воспламенения (исключается операция окатки).
Из приведенных данных видно, что совокупность признаков заявляемого пиротехнического фейерверочного состава желтого огня по сравнению с составом по прототипу позволяет увеличить насыщенность цвета до 90%, увеличить удельную светосумму до 2-х раз, улучшить воспламеняемость, получить излучение состава на доминирующей длине волны, соответствующей 578 нм.
Использование в заявленном составе целлюлозы, пироксилина и тринитротолуола, являющихся компонентами продукта утилизации боеприпасов (сгорающих гильз) и/или технологических отходов при производстве сгорающих гильз, позволяет утилизировать гильзы, не сжигая их на площадках сжигания и не вредя экологии, и обеспечить более низкую себестоимость пиротехнического фейерверочного состава.
Пиротехнический фейерверочный состав желтого огня, содержащий нитрат натрия, магниевый порошок фрезерный, отличающийся тем, что дополнительно содержит целлюлозу, пироксилин и тринитротолуол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| нитрат натрия | 30-50 |
| магниевый порошок фрезерный | 15-30 |
| целлюлоза | 7-11,25 |
| пироксилин | 7-11,25 |
| тринитротолуол | 14-22,5 |
