Способ гранулирования цирконийсодержащего пиротехнического состава
Владельцы патента RU 2700511:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Изобретение относится к области пиротехники и представляет собой способ гранулирования воспламенительных цирконийсодержащих пиротехнических составов для обеспечения безопасности работ при обращении с ними. Способ включает обработку пиротехнического состава раствором связующего, в качестве которого используют жидкое натриевое стекло в количестве 3-10 мас.% сверх рецептуры пиротехнического состава. Введение технологической добавки в пиротехнические цирконийсодержащие составы приводит к снижению их чувствительности к электрической искре и трению, улучшению технологических характеристик - сыпучести, прессуемости, прочности изделий и уменьшению пыления. 1 табл.
Изобретение относится к области пиротехники и представляет собой способ гранулирования воспламенительных цирконийсодержащих пиротехнических составов, обеспечивающий повышение безопасности работ при обращении с ними.
К восиламенительным пиротехническим составам предъявляется ряд требований, одним из которых является высокая чувствительность к тепловым воздействиям. Достижению этой цели способствует использование порошка циркония в качестве компонента такого пиротехнического состава [А.А. Шидловский. Основы пиротехники. - М.: Машиностроение, 1973, с. 279; В.Э. Мельников. Современная пиротехника. - М., 2014, с. 65]. Недостатком воспламенительных цирконийсодержащих пиротехнических составов является высокая чувствительность к механическим воздействиям и электрической искре, что обуславливает значительную опасность при работе с ними. Важной и приоритетной задачей является поиск путей снижения чувствительности таких пиротехнических составов и опасности ручных работ с ними. Такой результат может быть достигнут за счет введения дополнительной технологической операции - гранулирования пиротехнического состава на этапе его изготовления.
Гранулирование пиротехнических составов с использованием связующих материалов широко применяется для улучшения технологических характеристик пиротехнических составов: уменьшения электризации и налипания (при этом во время прессования нет необходимости дополнительного нанесения смазки на детали прессинструмента, упрощается процесс засыпания навесок пиротехнических составов в узкие каналы, достигается снижение потерь пиротехнических составов), упрощения процесса прессования, повышения прочности изделий, увеличения химической стойкости пиротехнических составов [А.А. Шидловский. Основы пиротехники. - М: Машиностроение, 1973, с. 293, 303; В.Э. Мельников. Современная пиротехника. - М., 2014, с. 141]. Кроме того, гранулирование позволяет снизить пыление при обращении с пиротехническими составами и повысить безопасность работ. В качестве гранулирующих добавок обычно используют различные смолы, декстрин, нитроклетчатку, каучук, растворимые фторполимеры и др.
Известно гранулирование воспламенительного цирконийсодержащего пиротехнического состава раствором нитроцеллюлозы в ацетоне [Патент ЧССР №226778, опубл. 1985]. Состав содержит следующие компоненты: оксид свинца (Pb3O4) в количестве 60÷80 мас. % в качестве окислителя, порошок сплава ферросиликоциркония (FeSiZr) в количестве 20÷40 мас. % как горючий компонент и силицид кальция (CaSi2) в количестве 2÷7% от массы основной смеси. Данный пиротехнический состав характеризуется высокой степенью чувствительности к трению (сведения о чувствительности к электрической искре в патенте не приведены). Гранулирование раствором нитроцеллюлозы в ацетоне не позволяет существенно снизить чувствительность пиротехнического состава к механическим воздействиям.
Наиболее близким по технической сущности и функциональному назначению к заявляемому способу является способ изготовления пиротехнического состава [Патент Канады №471931, опубл. 1951], содержащего свинцовый сурик 35÷80 мас. %, порошок циркония 20÷65 мас. %. Состав изготавливается путем перемешивания компонентов в механическом смесителе. С целью улучшения эксплуатационных свойств такой пиротехнический состав может быть гранулирован, например, раствором нитроцеллюлозы в органическом растворителе (коллоксилин) или гуммиарабиком в воде в количестве не менее 1 мас. % сверх рецептуры.
В соответствии с данным патентом изготавливаются и используются следующие пиротехнические составы:
1) свинцовый сурик 76 мас. % и порошок циркония 24 мас. %;
2) свинцовый сурик 76 мас. %, порошок циркония 24 мас. %, коллоксилин 2 мас. % сверх рецептуры (в качестве гранулирующего компонента).
Недостатками первого пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик и порошок циркония, являются очень высокая степень чувствительности к трению и электрической искре (см. табл.), низкие технологические свойства (плохая прессуемость, пыление и т.п.).
Гранулирование пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик и порошок циркония, коллоксилином обеспечило снижение чувствительности к электрической искре до высокой степени, повышение технологических свойств и химической устойчивости, однако чувствительность к трению осталась очень высокой (см. табл.).
Задачей настоящего изобретения является разработка способа гранулирования цирконийсодержащих пиротехнических составов, обеспечивающего снижение их чувствительности к электрической искре и трению при сохранении технологических характеристик (улучшение сыпучести, прессуемости и уменьшение пыления).
При использовании заявляемого изобретения достигается следующий технический результат:
- повышается безопасность работ при обращении с пиротехническими цирконийсодержащими составами (снижается степень чувствительности к электрической искре и трению, уменьшается пыление);
- улучшаются технологические характеристики пиротехнических цирконийсодержащих составов: уменьшается электризация и налипание, упрощается процесс прессования, повышается прочность пиротехнических изделий, увеличивается химическая устойчивость пиротехнических составов.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется способ гранулирования цирконийсодержащего пиротехнического состава, заключающийся в обработке пиротехнического состава раствором связующего компонента, которым, согласно изобретению, является жидкое натриевое стекло (далее по тексту - ЖНС) в количестве 3÷10 мас. % сверх рецептуры пиротехнического состава.
По химическому составу ЖНС (ГОСТ 13078-81) представляет собой водный раствор полисиликата натрия состава Na2O⋅nSiO2, где n - силикатный модуль (2,7÷3,4).
Достижение технического результата определено экспериментальным путем. Результаты представлены в таблице.
Заявляемый способ осуществляется в следующей последовательности.
На первом этапе изготавливали пиротехнические составы, содержащие следующие компоненты:
- свинцовый сурик 76 мас. % и порошок циркония 24 мас. %;
- свинцовый сурик 70 мас. %, порошок циркония 25 мас. % и дисульфид молибдена 5 мас. % (согласно патенту РФ №2297404, опубл. 2007).
Составы изготавливали путем перемешивания компонентов в смесителе типа «пьяная бочка» в течение 1 часа.
На втором этапе к навескам пиротехнических составов при постоянном перемешивании добавляли предварительно рассчитанные количества ЖНС, разведенного дистиллированной водой (из расчета 3, 5 и 10 мас. % сверх рецептуры пиротехнического состава). Перемешивание продолжали до получения однородной плотной пастообразной массы, которую затем протирали через сито с размером ячеек 0,8 мм. Образовавшиеся при этом гранулы сушили при Т=60÷65°С в течение 16 ч в условиях свободного доступа воздуха. Просушенный материал просеивали через сито с размером ячейки 1,0 мм.
Образцы гранулированных пиротехнических составов испытывали на чувствительность к электрической искре и трению по стандартным методикам. Результаты испытаний воспламенительных цирконийсодержащих пиротехнических составов представлены в таблице.
Примечание. В таблице используются следующие обозначения: W50% - энергия электрической искры, приводящая к воспламенению с 50%-ной вероятностью; W1% - энергия электрической искры, приводящая к воспламенению с 1%-ной вероятностью.
Пиротехнические составы, содержащие:
- свинцовый сурик 76 мас. % и порошок циркония 24 мас. %;
- свинцовый сурик 70 мас. %, порошок циркония 25 мас. % и дисульфид молибдена 5 мас. %
имеют очень высокую степень чувствительности к электрической искре и к трению (класс 1).
Введение технологической добавки 3 мас. % ЖНС сверх рецептуры пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик 76 мас. %, порошок циркония 24 мас. %: приводит к снижению степени чувствительности пиротехнического состава:
- к электрической искре - до высокой степени;
Введение технологической добавки ЖНС 5 мас. % сверх рецептуры приводит к снижению степени чувствительности пиротехнических составов:
- к электрической искре до средней степени: для гранулированного пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик 76 мас. %, порошок циркония 24 мас. % и для гранулированного пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик 70 мас. %, порошок циркония 25 мас. %, дисульфид молибдена 5 мас. %;
-к трению: до высокой степени (класс 9)для пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик 76 мас. %, порошок циркония 24 мас. % и до средней степени (класс 12) для пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик 70 мас. %, порошок циркония 25 мас. %, дисульфид молибдена 5 мас. %.
Введение технологической добавки ЖНС 10 мас. % сверх рецептуры приводит к еще большему снижению степени чувствительности пиротехнического состава, содержащего свинцовый сурик 76 мас. %, порошок циркония 24 мас. %:
- к электрической искре - до низкой степени;
- к трению - до средней степени (класс 13).
Таким образом, гранулирование воспламенительных цирконийсодержащих пиротехнических составов с использованием ЖНС, по сравнению с прототипом (гранулирование коллоксилином), более эффективно снижает степень чувствительности к электрической искре и трению.
Способ гранулирования цирконийсодержащего пиротехнического состава, включающий обработку пиротехнического состава раствором связующего, отличающийся тем, что в качестве связующего используют жидкое натриевое стекло в количестве 3-10 мас. % сверх рецептуры пиротехнического состава.
