RU2369590C1

RU2369590C1 - Pyrotechnic composition of colour smoke

Info

Publication number: RU2369590C1
Application number: RU2008113429/02A
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Резников (RU); Михаил Сергеевич Резников; Ильдар Нуртдинович Шакиров (RU); Ильдар Нуртдинович Шакиров; Валерий Нилович Емельянов (RU); Валерий Нилович Емельянов; Алексей Иванович Сидоров (RU); Алексей Иванович Сидоров; Ильнур Абдуллович Абдуллин (RU); Ильнур Абдуллович Абдуллин; Николай Егорович Тимофеев (RU); Николай Егорович Тимофеев
Original assignee: ФГУП "Чебоксарское производственное объединение им. В.И. Чапаева"
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-10

Abstract

FIELD: explosives.

SUBSTANCE: pyrotechnic composition of colour smoke contains potassium chlorate as an oxidiser, thiourea as fuel - gasifier, dicyandiamide, fluorine rubber SKF-32, lamellar graphite of Piv grade as organic dye-monomethyl aminoanthraquinone, red C fat-soluble dye, fat-soluble violet anthraquinone or hexachlorobenzene dye.

EFFECT: stable generation of smoke with various shades.

Description

Изобретение относится к средствам для образования дымовых завес, а более конкретно к пиротехническим составам, которыми снаряжаются сигнальные устройства, преимущественно дымовые патроны, шашки, генераторы, предназначенные для подачи условных сигналов в дневное время, а также для изготовления пироэлементов цветного дыма, используемых в фейерверках.The invention relates to means for the formation of smoke curtains, and more particularly to pyrotechnic compositions that equip signal devices, mainly smoke cartridges, checkers, generators, designed to supply conventional signals in the daytime, as well as for the manufacture of pyroelements of colored smoke used in fireworks.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для снаряжения сигнальных изделий дневного действия по патенту DE №1038967, кл. 78d, 1/02, 1957 г., который содержит (мас.%): 33 хлората калия в качестве окислителя, 24 лактозы и 43 возгоняющегося красителя.The level of this technical field is characterized by a pyrotechnic composition for equipping signal products of daily action according to patent DE No. 1038967, class. 78d, 1/02, 1957, which contains (wt.%): 33 potassium chlorate as an oxidizing agent, 24 lactose and 43 sublimating dye.

Недостатком указанного состава является законодательный запрет в РФ на нецелевое использование пищевых продуктов - лактозы (молочного сахара).The disadvantage of this composition is the legislative ban in the Russian Federation on the misuse of food products - lactose (milk sugar).

Отмеченного недостатка лишен пиротехнический состав, выбранный по числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному, который описан в патенте US №3121231, нац. кл. 149, 1969 г.The noted drawback is deprived of the pyrotechnic composition, selected by the number of matching features as the closest analogue to the proposed one, which is described in US patent No. 3121231, nat. class 149, 1969

Известный пиротехнический состав цветного дыма содержит (мас.%): 25 хлората калия (окислитель), 18 тиомочевины (горючее - дымообразователь) и 57 органического легковозгоняющегося красителя - монометиламиноантрахинона.The known pyrotechnic composition of colored smoke contains (wt.%): 25 potassium chlorate (oxidizing agent), 18 thiourea (fuel - smoke generator) and 57 organic easily inflammable dye - monomethylaminoanthraquinone.

Недостатком известного пиротехнического состава является функциональная ненадежность спрессованных из него зарядов, имеющих градиент микроструктуры в объеме (произвольные по величине и форме микротрещины и расслоения) из-за относительно большого содержания мелкодисперсного органического красителя, что служит причиной нестабильности дымообразования, временной разброс от номинала которого достигает 40%.A disadvantage of the known pyrotechnic composition is the functional unreliability of charges pressed from it having a microstructure gradient in volume (arbitrary in size and shape of microcracks and delamination) due to the relatively high content of finely dispersed organic dye, which causes instability of smoke formation, the time spread of which reaches 40 %

Указанный недостаток усугубляется при выдержке зарядов в условиях низких минусовых температур (до -50°С), характерных для климатических условий применения пиротехнических зарядов: в районах Севера, высокогорья, авиалиний и т.п.The indicated drawback is aggravated when the charges are kept at low subzero temperatures (up to -50 ° С), typical for the climatic conditions of the use of pyrotechnic charges: in the regions of the North, high mountains, airlines, etc.

Кроме того, изготовление пиротехнических зарядов из порошкового состава, содержащего более половины массы мелкодисперсный органический краситель, сопряжено с пылением, что нетехнологично и небезопасно.In addition, the manufacture of pyrotechnic charges from a powder composition containing more than half the mass of finely divided organic dye is associated with dusting, which is not technologically advanced and unsafe.

Для прессования зарядов (особенно крупногабаритных - диаметром более 100 мм) необходимой плотности пиротехнического состава вынужденно используют кратно большее давление с продолжительной выдержкой при рабочей нагрузке. Дополнительно, для предотвращения релаксационных расслоений заряда, применяется буферная подпрессовка инертного состава, что снижает эффективность наполнения изготовленных пироэлементов цветного дыма.For pressing charges (especially large ones - with a diameter of more than 100 mm) of the required density of the pyrotechnic composition, they are forced to use a multiple times higher pressure with prolonged exposure at a working load. Additionally, to prevent relaxation of stratification of the charge, a buffer prepress of an inert composition is used, which reduces the filling efficiency of the manufactured pyroelements of colored smoke.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности пиротехнического состава при использовании по назначению пироэлементов цветного дыма, изготавливаемых более технологично и безопасно.The problem to which the present invention is directed, is to increase the functional reliability of the pyrotechnic composition when used for the purpose of pyroelements of colored smoke, made more technologically and safely.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав цветного дыма, включающий хлорат калия (окислитель), тиомочевину (горючее - газообразователь) и органический легковозгоняющийся краситель, согласно изобретению, дополнительно содержит дициандиамид, фторкаучук и графит, при следующем содержании компонентов, мас.%:The required technical result is achieved by the fact that the known pyrotechnic composition of colored smoke, including potassium chlorate (oxidizing agent), thiourea (fuel - blowing agent) and an organic flammable dye, according to the invention, additionally contains dicyandiamide, fluororubber and graphite, with the following components, wt.% :

хлорат калияpotassium chlorate 20-2820-28 тиомочевина thiourea 8-128-12 дициандиамидdicyandiamide 13-1713-17 фторкаучукfluororubber 5-95-9 графитgraphite 2-32-3 красительdye 33-50,33-50,

причем в качестве красителя использован дымообразователь из ряда: монометиламиноантрахинон, жирорастворимый красный С, жирорастворимый желтый Ж, жирорастворимый оранжевый, жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый или гексахлорбензол.moreover, a smoke generator from the series was used as a dye: monomethylaminoanthraquinone, fat-soluble red C, fat-soluble yellow F, fat-soluble orange, fat-soluble violet anthraquinone or hexachlorobenzene.

Отличительные признаки позволили получить универсальный пиротехнический состав для высокотехнологичного изготовления (включающего объемное дозирование, прогрессивное прессование зарядов с заметно меньшими усилиями) эластичных пироэлементов, генерирующих при стабильном горении дым различных насыщенных цветов.Distinctive features made it possible to obtain a universal pyrotechnic composition for high-tech manufacturing (including volumetric dosing, progressive pressing of charges with noticeably less effort) of elastic pyroelements that generate smoke of various saturated colors with stable combustion.

Новый качественный и количественный состав предложенной термической смеси характеризуется оптимальным отрицательным кислородным балансом для стабилизации горения пиротехнического состава, генерирующего заметно больший объем аэрозоля.The new qualitative and quantitative composition of the proposed thermal mixture is characterized by an optimal negative oxygen balance to stabilize the combustion of the pyrotechnic composition, generating a significantly larger volume of aerosol.

Введение в структуру горючего - газообразователя дополнительно дициандиамида направлено на формирование при горении состава пористых шлаков, с целью максимального выноса в атмосферу газоаэрозольных частиц цветного дыма. Дициандиамид разлагается с выделением тепла, что дополнительно повышает энергетику пиротехнической композиции.The introduction of additional dicyandiamide into the structure of the fuel - gasifier is aimed at the formation of the composition of porous slags during combustion in order to maximize the discharge of colored aerosol particles of gas smoke. Dicyandiamide decomposes with the release of heat, which further increases the energy of the pyrotechnic composition.

При введении в пиротехнический состав хлората калия менее 20 мас.% нарушается функциональность из-за падения скорости горения, которое при этом происходит нестабильно.When less than 20 wt.% Potassium chlorate is introduced into the pyrotechnic composition, functionality is impaired due to a drop in the burning rate, which then occurs unstably.

При содержании в пиротехническом составе более 28 мас.% хлората калия заметная часть красителя не возгоняется, а сгорает, что снижает дисперсную фазу генерируемого аэрозоля и, следовательно, цветность дыма.When the pyrotechnic composition contains more than 28 wt.% Potassium chlorate, a significant part of the dye does not sublimate, but burns, which reduces the dispersed phase of the generated aerosol and, therefore, the color of the smoke.

При содержании в составе тиомочевины менее 8 мас.% дымообразование нестабильно, которое характеризуется неполным диспергированием, что приводит к недостатку газов для эффективного аэрозолеобразования.When the thiourea content is less than 8 wt.%, Smoke formation is unstable, which is characterized by incomplete dispersion, which leads to a lack of gases for efficient aerosol formation.

При введении в пиротехнический состав дициандиамида (дополнительного горючего - газообразователя) менее 13 мас.% горение термической смеси не обеспечивает полноты возгонки органического красителя, чем снижается насыщенность цвета генерируемого дыма.When dicyandiamide (an additional fuel, a blowing agent) is introduced into the pyrotechnic composition, less than 13 wt.% The combustion of the thermal mixture does not ensure the completeness of sublimation of the organic dye, which decreases the color saturation of the generated smoke.

Увеличение массовой доли дициандиамида в пиротехническом составе более 17% является балластом, который, как минимум, не улучшает показателей назначения.An increase in the mass fraction of dicyandiamide in the pyrotechnic composition of more than 17% is a ballast, which, at a minimum, does not improve the performance indicators.

Введение в пиротехнический состав фторкаучука марки СКФ-32 в роли связующей технологической добавки (в форме 20-25% раствора в ацетоне) исключает пыление при смешивании компонентов, что взрывобезопасно, и обеспечивает объемную дозировку гранулированного состава в автоматическом режиме.Introduction to the pyrotechnic composition of SKF-32 fluororubber as a binder technological additive (in the form of a 20-25% solution in acetone) eliminates dusting when mixing the components, which is explosion-proof, and provides a volumetric dosage of the granular composition in automatic mode.

При этом приготовленный пиротехнический состав характеризуется пластичностью, что позволяет кратно снизить давление прессования из него пироэлементов, в которых исключаются расслоения при хранении и эксплуатации. Стабильность структуры и формы пиротехнических зарядов, изготовленных из предложенного состава, сохраняется в широком диапазоне эксплуатационных температур ±50°С.At the same time, the prepared pyrotechnic composition is characterized by plasticity, which allows one to reduce the pressing pressure of pyroelements from it, in which delamination during storage and operation is eliminated. The stability of the structure and shape of pyrotechnic charges made from the proposed composition is maintained in a wide range of operating temperatures of ± 50 ° C.

Введение в структуру состава для приготовления пироэлементов технологической добавки в оптимизированном количестве - фторкаучука (C₆F₇ClH₄), содержащего фтор и хлор, которые являются дополнительными окислителями, активизирует и стабилизирует процесс горения и дымообразования за счет образования хлоридов и фторидов калия.Introduction to the structure of the composition for the preparation of pyroelements of a technological additive in an optimized amount - fluororubber (C ₆ F ₇ ClH ₄ ), containing fluorine and chlorine, which are additional oxidizing agents, activates and stabilizes the combustion and smoke formation due to the formation of potassium chlorides and fluorides.

При содержании фторкаучука менее 5 мас.% не обеспечивается качественное смешивание компонентов и гранулирование пиротехнического состава.When the fluororubber content is less than 5 wt.%, High-quality mixing of the components and granulation of the pyrotechnic composition are not ensured.

Введение в пиротехнический состав фторкаучука более 9 мас.% снижает энергетику горения и эффективность дымообразования.Introduction to the pyrotechnic composition of fluororubber more than 9 wt.% Reduces the energy of combustion and the efficiency of smoke generation.

Графит мелкодисперсный пластинчатый марки «П» (пиротехнический) снижает чувствительность пиротехнического состава к трению и обеспечивает его сыпучесть, то есть улучшает технологические свойства и безопасность при переработке в заряды, которые легче прессуются.Finely dispersed lamellar graphite grade “P” (pyrotechnic) reduces the sensitivity of the pyrotechnic composition to friction and ensures its flowability, that is, it improves technological properties and safety when processing into charges that are more easily pressed.

При содержании в пиротехническом составе графита менее 2 мас.% улучшения технологических характеристик в явной форме не наблюдается, а содержание графита более 3 мас.% является балластным.When the content of graphite in the pyrotechnic composition is less than 2 wt.%, There is no explicit improvement in technological characteristics, and the graphite content of more than 3 wt.% Is ballast.

При введении в предложенный пиротехнический состав легковозгоняемого органического красителя (дымообразователя разных цветов) в диапазоне массового содержания 33-50% обеспечивается технологическое единообразие перемешивания компонентов и режимов прессования из приготовленной пиротехнической смеси различных зарядов.When introducing into the proposed pyrotechnic composition an easily inflammable organic dye (smoke generator of different colors) in the range of the mass content of 33-50%, technological uniformity of mixing the components and pressing modes from the prepared pyrotechnic mixture of various charges is ensured.

При введении в состав легковозгоняющегося органического красителя более 50 мас.% падает скорость горения пироэлементов и сопутствующее дымообразование из-за неполноты возгонки красителя.When a combustible organic dye is introduced into the composition of more than 50 wt.%, The burning rate of pyroelements and the concomitant smoke formation decrease due to the incompleteness of the dye sublimation.

При содержании в составе легковозгоняющегося органического красителя менее 33 мас.% получают цвет генерируемого дыма ненасыщенный из-за дефицита дисперсной фазы.When the content of the flammable organic dye in the composition is less than 33 wt.%, The color of the generated smoke is unsaturated due to the deficiency of the dispersed phase.

Для окрашивания генерируемого при горении дыма в заданный цвет в пиротехнический состав вводят 33-50 мас.% соответствующего легковозгоняемого органического красителя - дымообразователя:To color the smoke generated during combustion in a predetermined color, 33-50 wt.% Of the corresponding easily ignitable organic dye, smoke generator, is introduced into the pyrotechnic composition:

малиновый цвет - монометиламиноантрахинон, ТУ 6-14-825-77;raspberry color - monomethylaminoantraquinone, TU 6-14-825-77;

красный цвет - жирорастворимый красный «С», ТУ 6-14-56-86;red color - fat-soluble red "C", TU 6-14-56-86;

желтый цвет - жирорастворимый желтый «Ж», ТУ 6-14-58-75;yellow color - fat-soluble yellow "Zh", TU 6-14-58-75;

оранжевый цвет - жирорастворимый оранжевый, ГОСТ 7461-77;orange color - fat-soluble orange, GOST 7461-77;

фиолетовый цвет - жирорастворимый фиолетовый антрахиноновый, ТУ 6-14-118-80;violet color - fat-soluble violet anthraquinone, TU 6-14-118-80;

белый цвет - гексахлорбензол технический, ГОСТ 17445-80.white color - technical hexachlorobenzene, GOST 17445-80.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы существенных признаков формулы.Therefore, each essential feature is necessary, and their combination is sufficient to achieve the novelty of quality, that is, the technical problem posed in the invention is not solved by the sum of the effects, but by a new effect of the sum of the essential features of the formula.

Оптимальный количественный состав предложенной пиротехнической смеси цветного дыма был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов зарядов различных размеров, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для получения гарантированного уровня показателей назначения.The optimal quantitative composition of the proposed pyrotechnic mixture of colored smoke was calculated according to the mathematical model of the experimental design and verified by testing prototypes of charges of various sizes made with different mass ratios of components to obtain a guaranteed level of destination indicators.

Предложенный пиротехнический состав приготавливают перемешиванием компонентов в лопастном смесителе марок 6ЛСМ или 35СВ следующим образом.The proposed pyrotechnic composition is prepared by mixing the components in a paddle mixer grades 6LSM or 35CB as follows.

Все порошковые компоненты: хлорат калия (ГОСТ 2713-74), тиомочевина (ГОСТ 6344-73), дициандиамид (ГОСТ 6988-73), мелкодисперсные графит «П» (ГОСТ 8295-73) и один из вышеперечисленных дымообразователей в массовом соотношении оптимизированных диапазонов содержания засыпают в смеситель, где производят в течение 15-20 минут их смешивание.All powder components: potassium chlorate (GOST 2713-74), thiourea (GOST 6344-73), dicyandiamide (GOST 6988-73), finely dispersed graphite “P” (GOST 8295-73) and one of the above smoke generators in a weight ratio of optimized ranges contents are poured into the mixer, where they are mixed for 15-20 minutes.

Затем в смеситель добавляют 20-25% раствор в ацетоне фторкаучука марки СКФ-32 (ГОСТ 18376-79) массой 6-12% и перемешивают в течение 5 минут.Then, a 20-25% solution of SKF-32 fluororubber grade (GOST 18376-79) weighing 6-12% is added to the mixer and mixed for 5 minutes.

Далее приготовленную смесь гранулируют в грануляторе и выгружают на лоток для провяливания до содержания летучих не более 0,6 мас.%.Next, the prepared mixture is granulated in a granulator and unloaded onto a drying tray to a volatile content of not more than 0.6 wt.%.

Готовый пиротехнический состав затаривают для хранения и переработки в заряды.The finished pyrotechnic composition is packaged for storage and processing into charges.

Пироэлементы (заряды) из предложенной смеси изготавливают прессованием с давлением 500-600 кг/см², на 20-30% ниже, чем по прототипу.Pyroelements (charges) from the proposed mixture are made by pressing with a pressure of 500-600 kg / cm ² , 20-30% lower than the prototype.

Изготовленные пироэлементы после выдержки в температурном диапазоне эксплуатации ±50°С обеспечивают устойчивое горение и дымообразование в течение 200±20 с.The pyroelements made after exposure to the operating temperature range of ± 50 ° C provide stable combustion and smoke formation for 200 ± 20 s.

Предложенный состав в различных сочетаниях красителя, при массовом содержании компонентов внутри заявленных диапазонов их содержания, в пределах границ и за пределами диапазонов, переработанный в заряды и элементы потребляемых размеров, был испытан в лабораторных и полигонных условиях, при нормальной температуре и после выдержки при температуре ±50°С.The proposed composition in various combinations of dye, with a mass content of components within the declared ranges of their content, within borders and outside the ranges, processed into charges and elements of consumed sizes, was tested in laboratory and polygon conditions, at normal temperature and after exposure to temperature ± 50 ° C.

Испытания показали практически идентичные скорости стабильного горения составов заявленного содержания компонентов в разных зарядах, выдержанных в различных температурных условиях.The tests showed almost identical stable combustion rates of the compositions of the claimed content of the components in different charges, aged in different temperature conditions.

Цвет, насыщенность и контрастность генерируемого дыма соответствуют заданным нормативам.The color, saturation and contrast of the generated smoke meet the specified standards.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по пиротехнике, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного изготовления пиротехнических составов цветного дыма, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.A comparative analysis of the proposed technical solution with identified analogues of the prior art, from which the invention does not explicitly follow for a pyrotechnic specialist, showed that it is not known, and taking into account the possibility of industrial manufacturing of pyrotechnic compositions of colored smoke, it can be concluded that the patentability criteria are met.

Claims

The pyrotechnic composition of colored smoke, including potassium chlorate as an oxidizing agent, thiourea as a fuel, a blowing agent and an organic dye, characterized in that it additionally contains dicyandiamide, SKF-32 fluororubber and plate grade graphite P, and it contains monomethylaminoanthraquinone as an organic dye, fat-soluble red dye C, fat-soluble violet dye anthraquinone or hexachlorobenzene in the following components, wt.%:
potassium chlorate 20-28 thiourea 8-12 dicyandiamide 13-17 fluororubber SKF-32 5-9 plate graphite grade P 2-3 dye 33-50