RU2379274C1 - Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент - Google Patents
Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379274C1 RU2379274C1 RU2008127950/02A RU2008127950A RU2379274C1 RU 2379274 C1 RU2379274 C1 RU 2379274C1 RU 2008127950/02 A RU2008127950/02 A RU 2008127950/02A RU 2008127950 A RU2008127950 A RU 2008127950A RU 2379274 C1 RU2379274 C1 RU 2379274C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alkali metal
- generating element
- binder
- gas
- tetrazole
- Prior art date
Links
Landscapes
- Air Bags (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пиротехнике. Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент (ГГЭ) выполнен из тетразолсодержащего полимера, пластифицированного диметилформамидом, в качестве связующего, бифункционального ароматического динитрилоксида в качестве отвердителя, азида щелочного металла, нитрата щелочного металла и хлорида щелочного металла. Изобретение позволяет снизить процент токсичных газообразных продуктов, увеличить газопроизводительность, понизить температуру отходящих газов до 400-600 К, снизить температуру отверждения ГГЭ до 60°С. 2 табл.
Description
Изобретение относится к пиротехническим составам, в частности к пиротехническому газогенерирующему элементу (ГГЭ), способному к протеканию самоподдерживающейся реакции полной или частичной газификации. Последние используются для функционирования автономных средств спасения (понтоны, надувные трапы, прыжковые устройства), различные механические устройства (домкраты для поднятия плит, ножницы для резки арматуры и др.).
Пиротехнический ГГЭ представляет собой конденсированные энергоемкие системы, состоящие из горючего полимерного связующего, окислителя и специальных эксплуатационных и технологических добавок, предназначенных для формирования и регулирования технических и эксплуатационных характеристик.
Общими требованиями к пиротехническим ГГЭ являются:
- отсутствие либо минимальное содержание токсичных и взрывоопасных газов, твердых шлаков в продуктах их сгорания;
- большой объем генерируемого газа с рабочей температурой 300-600 К;
- удовлетворительный уровень механической прочности.
Известны безазидные пиротехнические составы, которые запатентованы. Так, в патенте [1] описывается газогенерирующий состав для вытеснения огнетушащих средств, содержащий фенолформальдегидную смолу резольного типа и нитрат калия. В авторском свидетельстве [2] описывается твердое газогенерирующее топливо, содержащее перхлорат калия, ацетилцеллюлозу, сажу, алюминий и пластификатор. Данные технические решения технологически реализуются следующим образом. В смесителе проводят пластификацию полимерной основы через предварительную стадию ее растворения в растворителе (как правило, ацетон), затем в полученное полимерное связующее загружают в определенной последовательности дисперсные наполнители, перемешивают, полученную технологическую массу формуют в изделие требуемых размеров и отверждают его при повышенных температурах 150-160°С. Завершающей стадией является распрессовка изделия из технологической формы.
Всему вышеописанному присущи недостатки. А именно:
- в качестве связующего используется фенолформальдегидная смола, которая относится ко второму классу опасности. При загрузке выделяются пары фенола, формальдегида, аммиака, пыль уротропина и смолы;
- в составе продуктов сгорания присутствует оксид углерода;
- температура отверждения наполненных систем с фенолформальдегидной смолой в качестве связующего находится в диапазоне 150…155°С;
- генерируют незначительный объем газообразных продуктов (360-600 л/кг);
- использование токсичного, легковоспламеняющегося ацетона в технологическом цикле;
- высокое содержание перхлоратов щелочных металлов;
- наличие твердой фазы в продуктах сгорания;
- высокая температура продуктов горения 1300-1450 К.
В качестве прототипа к предлагаемому техническому решению авторы выбрали пиротехническое топливо по [3], содержащее в своем составе, наряду с азидами и перхлоратами щелочных металлов в качестве связующего, производные тетразола или амид азомуравьиной кислоты и двуокись кремния, которая обеспечивает удаление окислов натрия из шлаков. Однако данное техническое решение обладает рядом недостатков. В частности, большое количество азида щелочного металла в составе топлива (47,5-54,8 вес.%) чрезвычайно опасно из-за высокой токсичности самих азидов и возможности выделения в процессе газификации взрывоопасной газообразной азотистоводородной кислоты. Кроме того, наличие аэрозольных частиц в продуктах сгорания (оксид и карбонат натрия) требует установки дорогостоящих фильтров для очистки газа, а также при термическом распаде входящих в состав перхлоратов металлов происходит выделение хлористого водорода, который является весьма токсичным веществом. Ко всему прочему, указанный прототип обладает неудовлетворительной газопроизводительностью (0,45 г/л) и не обеспечивает требуемый уровень прочностных характеристик готовых изделий.
Предлагаемое авторами техническое решение направлено на создание твердого пиротехнического газогенерирующего элемента, отличающегося отсутствием в продуктах сгорания токсичных компонентов и высоким уровнем прочностных характеристик.
Предлагаемый состав пиротехнического газогенерирующего элемента содержит в качестве горючего связующего пластифицированный диметилформамидом тетразолсодержащий полимер совместно с низкотемпературным динитрилоксидным отверждающим агентом. Нужно отметить, что данная система тетразолсодержащий полимер - низкотемпературный отвердитель впервые предложена для подобных составов. Выбор связующего был сделан неслучайно, так как тетразолсодержащие полимеры отличаются высокими энергетическими характеристиками, наряду с относительно низкой чувствительностью к удару, трению, относительно высокой термостабильностью при значительных энергоемкостях и содержании азота и большим газообразованием. Кроме того, в предлагаемом техническом решении азид щелочного металла частично заменен на нитрат щелочного металла и не содержит в своем составе перхлората металла. Варианты составов предлагаемого газогенерирующего элемента представлены в табл.1.
Вследствие существенного снижения содержания азида щелочного металла и использования нового связующего газогенерирующий элемент позволяет получить газообразные продукты сгорания, не содержащие в своем составе оксида углерода, а содержание взрывоопасного водорода составляет всего 1%. При этом выделяющийся объем газообразных продуктов по сравнению с прототипом практически в три раза больше и составляет 1,2 л/г, а его температура в два раза ниже, чем у прототипа, и составляет 600 К.
Таблица 1 | ||||
Компоненты пиротехнического газогенерирующего элемента | ||||
Компоненты | Состав | |||
№1 | №2 | №3 | №4 | |
мас., % | мас., % | мас., % | мас., % | |
N-метилаллил-5-винилтетразол | 14,8 | 15,8 | 16,8 | 18,8 |
N,N-диметилформамид | 14,8 | 15,8 | 16,8 | 18,8 |
Азид натрия | 32 | 30 | 28 | 24 |
Нитрат калия | 18 | 18 | 18 | 18 |
Хлорид калия | 20,4 | 20,4 | 20,4 | 20,4 |
Бифункциональный ароматический динитрилоксид (от массы полимера, пластифицированного диметилформамидом) | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 0,45 |
Использование предлагаемой системы полимер-отвердитель позволяет: во-первых, изготавливать элементы не в стеклообразном состоянии, а в вязкоупругом, что, в свою очередь, приводит к существенному повышению механической прочности изделия и их устойчивости к образованию трещин при транспортировке и эксплуатации (физико-механические характеристики пиротехнического ГГЭ определялись на машине ПИРС-9М в условиях статического растяжения и для каждого предлагаемого состава представлены в табл.2); во-вторых, избавиться от такого негативного фактора, как усадка изделия на завершающей стадии его изготовления - отверждения, что, в свою очередь, повышает целостность изделия и обеспечивает строгое соблюдение закона горения и стабильное газовыделение при эксплуатации пиротехнического ГГЭ; в-третьих, посредством использования низкотемпературного отверждающего агента снизить на 25-30% энергозатраты на проведение завершающей стадии технологического процесса изготовления пиротехнического ГГЭ - отверждения за счет снижения температуры отверждения по сравнению с существующим прототипом со 155°С до 50-60°С.
Таблица 2 | |||||
Физико-механические характеристики предлагаемого ГГЭ | |||||
Наименование характеристик | Требуемый уровень | Состав | |||
№1 | №2 | №3 | №4 | ||
σu, МПа | ≥0,2 | 0,7 | 1,12 | 1,31 | 2,7 |
ξc, % | 3-5 | 3,5 | 4,5 | 6,0 | 7,0 |
Е2%, МПа | ≥10 | 17,1 | 25,7 | 15,6 | 13,1 |
где σu - разрушающее напряжение на разрыв, МПа;
ξс - предельная относительная деформация, %;
Е2% - модуль упругости, МПа.
Еще одной отличительной особенностью предлагаемого технического решения является исключение из технологического цикла изготовления пиротехнического ГГЭ стадии предварительного связующего в токсичном пожаровзрывоопасном ацетоне и его дальнейшего удаления из состава. Последнее существенно повышает безопасность изготовления ГГЭ и частично упрощает технологический процесс.
Предлагаемое техническое решение осуществляется в следующем порядке.
Масса газогенерирующего элемента, изготавливаемого в лабораторных условиях, составила 50 г. Первая стадия изготовления заключалась в предварительной подготовке компонентов, конкретно в приготовлении полимерного связующего и подготовке дисперсных компонентов. Приготовление полимерного связующего проводили путем непосредственного смешения полимера и пластификатора. Для этого навеску полимера взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0001 грамма. В фарфоровой ступке полимер смешивали с предварительно взвешенным диметилформамидом в соотношении, указанном в табл.1. Смешение проводили до полного растворения полимера и получения гомогенного раствора без видимых включений. Дисперсные материалы на стадии подготовки подвергали измельчению (перетиру), сушке при температуре 60°С и рассеву для выбора нужной фракции. Следующая стадия изготовления пиротехнического ГГЭ заключалась в приготовлении технологической массы. Для этого в полимерное связующее последовательно вводили дисперсные компоненты в соответствии с табл.1. Время смешения определяли визуально по равномерности распределения сыпучих компонентов в объеме полимерного связующего. После получения однородной массы ее подвергали вакуумированию в течение 20 минут при остаточном давлении 100 кПа для удаления летучих веществ. Далее технологическую массу заливали в пресс-форму для придания готовому изделию требуемой формы и геометрических размеров. Так, для определения физико-механических характеристик образцы изготавливались в виде двухсторонних лопаток, а для определения характеристик горения образцы изготавливались в виде цилиндров, диаметр и высота которых равна была 20 мм. В последнем случае образцы в форме подпрессовывались давлением 12,5 кгс/см2 в течение 60 секунд. Затем пресс-формы с технологической массой помещались в воздушный термостат ТС-80М-2 для отверждения массы при температуре 60°С в течение 24 часов. По истечении времени отверждения проводили завершающую стадию распрессовки - извлечение готовых образцов из пресс-форм. Полученные образцы испытывались по стандартным методикам: физико-механические характеристики определялись на машине ПИРС-9М, а характеристики горения газогенерирующих элементов определялись посредством сжигания образцов в приборе постоянного давления в атмосфере азота.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в средствах аварийного спасения, в различных пневматических и газовых системах и механических устройствах, функциональность которых основывается на работе газов избыточного давления, в системах быстрого наполнения и развертывания эластичных надувных оболочек и заградительных устройств.
Источники информации
1. Патент SU №1445739 А1, 23.12.1988.
2. Авторское свидетельство SU №520028, 30.06.1976.
3. Авторское свидетельство SU №559638, 25.05.1977.
Claims (1)
- Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент (ГТЭ), отличающийся тем, что он выполнен из тетразолсодержащего полимера, пластифицированного диметилформамидом в качестве связующего, бифункционального ароматического динитрилоксида в качестве отвердителя, азида щелочного металла, нитрата щелочного металла и хлорида щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
тетразолсодержащий полимер 14,8-18,8 диметилформамид 14,8-18,8 азид щелочного металла 32-24 нитрат щелочного металла 18 хлорид щелочного металла 20,4 бифункциональный ароматический динитрилоксид (от массы тетразолсодержащего полимера, пластифицированного диметилформамидом) 0,45
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127950/02A RU2379274C1 (ru) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127950/02A RU2379274C1 (ru) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2379274C1 true RU2379274C1 (ru) | 2010-01-20 |
Family
ID=42120713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008127950/02A RU2379274C1 (ru) | 2008-07-08 | 2008-07-08 | Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379274C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465258C1 (ru) * | 2011-05-25 | 2012-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Горючее-связующее |
RU2513919C2 (ru) * | 2012-06-14 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" | Пиротехнический низкотемпературный быстрогорящий газогенерирующий состав |
-
2008
- 2008-07-08 RU RU2008127950/02A patent/RU2379274C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465258C1 (ru) * | 2011-05-25 | 2012-10-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Горючее-связующее |
RU2513919C2 (ru) * | 2012-06-14 | 2014-04-20 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" | Пиротехнический низкотемпературный быстрогорящий газогенерирующий состав |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101334814B1 (ko) | 신규한 내노화 에어로졸 발생제와 그 제조 방법 | |
EP0482755A1 (en) | Ignition composition for inflator gas generators | |
US8845833B2 (en) | Method for preparing a pyrotechnic composition and charge | |
KR100455535B1 (ko) | 가스발생제 조성물 | |
BR112013020033B1 (pt) | Gerador de gás de dióxido de carbono químico, dispositivo compreendendo o referido gerador, método para gerar dióxido de carbono, material de carga apropriado para gerar gás de dióxido de carbono e carga permeável a gás | |
Meng et al. | Synthesis, Thermal Properties and Sensitivity of Ladder‐like Nitrocellulose Grafted by Polyethylene Glycol | |
RU2379274C1 (ru) | Твердый пиротехнический газогенерирующий элемент | |
US3467558A (en) | Pyrotechnic disseminating composition containing an agent to be disseminated | |
Dey et al. | Biuret: a potential burning rate suppressant in ammonium chlorate (VII) based composite propellants | |
Toader et al. | New solvent-free polyurea binder for plastic pyrotechnic compositions | |
Abirami et al. | STUDIES ON CURING OF GLYCIDYL AZIDE POLYMER USING ISOCYANATE, ACRYLATE AND PROCESSING OF GAP-BORON− BASED, FUEL-RICH PROPELLANTS | |
RU2357778C2 (ru) | Аэрозолеобразующий огнетушащий состав и способ его изготовления | |
KR102366892B1 (ko) | 소화를 위한 질소-발생 조성물 및 이를 제조하는 방법 | |
RU2326923C2 (ru) | Газогенерирующая композиция для активации нефтедобывающих скважин и способ изготовления зарядов | |
RU2484076C2 (ru) | Пиротехнический воспламенительно-вышибной и воспламенительно-разрывной состав | |
SE514336C2 (sv) | Sammansatt gasbildare för gasdrivna bilsäkerhetsdetaljer | |
RU2541332C1 (ru) | Твердотопливная металлизированная композиция | |
RU2388737C1 (ru) | Газогенерирующий состав | |
KR102541324B1 (ko) | 뇌관용 무독성 지연제 조성물 및 이를 포함하는 지연식 뇌관 | |
CN114031474B (zh) | 一种氧烛点火药及其制备方法 | |
JP5987446B2 (ja) | トリプルベース発射薬組成物 | |
RU2259987C1 (ru) | Газогенерирующий состав | |
RU2325204C1 (ru) | Аэрозольобразующая пламягасящая композиция | |
US11413486B2 (en) | Gas-producing material | |
Rosita | Ability Test of Solid Composite Propellant Burning Rate Based on Composition of Fuel-Binder Ratio Using LAPAN’s HTPB |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120709 |