RU2417207C2 - Способ изготовления пиротехнических составов - Google Patents

Способ изготовления пиротехнических составов Download PDF

Info

Publication number
RU2417207C2
RU2417207C2 RU2009118101/05A RU2009118101A RU2417207C2 RU 2417207 C2 RU2417207 C2 RU 2417207C2 RU 2009118101/05 A RU2009118101/05 A RU 2009118101/05A RU 2009118101 A RU2009118101 A RU 2009118101A RU 2417207 C2 RU2417207 C2 RU 2417207C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
components
mixture
particles
pyrotechnic
composition
Prior art date
Application number
RU2009118101/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009118101A (ru
Inventor
Владимир Васильевич Андреев (RU)
Владимир Васильевич Андреев
Александр Валерьевич Душкин (RU)
Александр Валерьевич Душкин
Сергей Александрович Гуськов (RU)
Сергей Александрович Гуськов
Владимир Егорович Зарко (RU)
Владимир Егорович Зарко
Владимир Николаевич Симоненко (RU)
Владимир Николаевич Симоненко
Николай Захарович Ляхов (RU)
Николай Захарович Ляхов
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Новосибирский Механический Завод "Искра"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Новосибирский Механический Завод "Искра" filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Новосибирский Механический Завод "Искра"
Priority to RU2009118101/05A priority Critical patent/RU2417207C2/ru
Publication of RU2009118101A publication Critical patent/RU2009118101A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2417207C2 publication Critical patent/RU2417207C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Air Bags (AREA)

Abstract

Изобретение относиться к способам изготовления пиротехнических составов различного назначения. Согласно способу компоненты порошкообразных пиротехнических композиций состава окислители-восстановители и их смеси подвергают обработке интенсивными ударно-истирающими механическими воздействиями до образования агрегированных частиц-агломератов измельченных частиц исходных компонентов и/или увеличения дефектности кристаллической структуры реагентов, а именно до уширения отдельных рефлексов рентгеновских дифрактограмм не менее чем на 10% от исходных значений. Механическая обработка компонентов составов может проводиться как одновременно, так и по отдельности с последующим смешением. Предложенный способ обеспечивает увеличение скорости и стабильности горения, а также улучшение статистических показателей горения пиротехнических композиций. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Description

Область изобретения.
Изобретение относится к способам изготовления пиротехнических составов различного назначения.
Для приготовления пиротехнических составов применяются химические компоненты двух видов: горючие вещества и окислители. Основным способом приготовления пиротехнических составов является раздельное измельчение и прямое смешение компонентов смеси с последующим гранулированием и запрессовкой в формы. [1]. При таком способе производства довольно сложно без применения специальных методов получить высокую гомогенность смеси в случае использования микродобавок (катализаторы, ингибиторы). Как известно, скорость взаимодействия частиц твердых веществ в значительной мере зависит от площади контакта фаз реагентов. Классический способ позволяет создать достаточно развитую поверхность контакта за счет слипания частиц компонентов, но манипуляции с порошком после смешения почти наверняка приводят к распаду таких слабо связанных агломератов, т.е. для решения проблемы увеличения скорости взаимодействия (горения) необходимо создать развитую поверхность контакта фаз реагентов и зафиксировать это состояние.
В ряде пиротехнических изделий, как например, в пиротехнических реле (замедлители) важным показателем является стабильность горения и малый разброс скорости горения от изделия к изделию. Для решения этой задачи необходимо иметь смеси высокой гомогенности, т.е. обеспечить стехиометрический состав смеси в любой точке и постоянную дисперсность компонентов, чего сложно добиться в традиционной технологии последовательного смешения. Кроме того, стабильность горения для составов в условиях интенсивного теплоотвода тесно связана со скоростью горения смеси. Таким образом, в этих случаях также желательно повышение скорости взаимодействия компонентов пиротехнических смесей.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа производства пиротехнических составов, обладающих рядом преимуществ по сравнению с имеющимися технологиями: варьирование скорости горения, увеличение стабильности горения, улучшение статистических показателей горения.
Поставленная задача решается благодаря заявленному способу получения пиротехнических композиций, отличающегося тем, что компоненты композиции и их смеси подвергаются механической обработке ударно-истирающими воздействиями до образования агрегированных частиц (фиг.1) и (или) до уширения основных рефлексов на рентгеновских дифрактограммах как минимум на 10% (пример 1).
В основу предлагаемого способа приготовления пиротехнических смесей положены способность всех твердых тел накапливать приложенную механическую энергию в виде точечных и протяженных дефектов структуры, а также способность образовывать плотные агрегированные частицы [2, 3]. Эти процессы происходят при обработке как отдельных компонентов, так и их смесей ударно-истирающими механическими воздействиями, реализуемыми в валковых, вибрационных и планетарных мельницах, широко использующихся в процессах измельчения исходных материалов. Степень их протекания зависит от интенсивности и длительности обработки.
В традиционных технологических процессах подготовки порошкообразных компонентов, как правило, используется только процесс измельчения, то есть уменьшения размеров частиц, происходящий на начальных стадиях механической обработки. Однако реакционная способность твердых веществ может весьма существенно увеличиваться при формировании композитных агрегатов, а также при накоплении дефектности их твердых кристаллических фаз.
При этом если обрабатывается смесь различных порошкообразных веществ, то вначале происходит измельчение исходных частиц, а затем их агрегация с образованием агломератов композитного состава. В агломератах частицы реагентов находятся в непосредственном контакте между собой. Развитая поверхность контакта способствует быстрому и полному протеканию реакции. Помимо этого на границах раздела фаз реагентов в результате приложения механической энергии возникают области значительного разупорядочения структуры веществ, что проявляется на дифрактограммах в виде уширения рефлексов (см. пример 1, таблица 1). Совокупность этих двух эффектов позволяет в широких пределах влиять на скорость и стабильность процесса горения. Описанный подход был использован для разработки способа производства пиротехнических замедлителей (реле).
Фиг.2 иллюстрирует критерий степени агрегации частиц смеси. График построен на основе гранулометрических данных состава: 16% FeSi, 21% Pb3O4, 63% BaCrO4. Если все интегральные кривые исходных компонентов лежат выше интегральной кривой распределения размеров частиц продукта, значит совместный помол приводит к агрегации. Понятно, что при значительной разнице в размерах частиц исходных компонентов может возникнуть ситуация, при которой этот критерий работать не будет (фиг.2), т.к. один из компонентов может быть представлен частицами, превышающими размеры агрегатов. В данном случае можно прибегнуть к предварительному измельчению крупного компонента и последующей механической обработке в составе смеси.
Прототипом настоящего изобретения является патент [4], описывающий способ получения пиротехнического состава на основе Ti и B. Авторы предлагают готовить смесь, предварительно смешивая горючее и окислитель в стехиометрическом соотношении, добавляя затем крупную фракцию горючего (металла) с целью влияния на состав продуктов реакции. В результате длительного смешения компонентов происходит образование агломератов частиц размером порядка 1-2 мм. Морфология/строение агломератов может меняться в зависимости от начального размера частиц. Так, если размер частиц горючего значительно превышает размеры частиц окислителя, то происходит «налипание» окислителя на горючее, и наоборот.
Основным недостатком изобретения-прототипа является невозможность достичь максимальной площади контакта горючего и окислителя, т.к. мелкие частицы распределяются только по поверхности крупных, а основная часть вещества остается недоступной для протекания реакции.
Наше изобретение позволяет получать композитные агломераты частиц реагентов с развитой внутренней поверхностью контакта. Помимо увеличения дисперсности порошка и достижения высокой степени гомогенности предложенный способ позволяет влиять на дефектность кристаллической структуры частиц и тем самым влиять на скорость взаимодействия окислителя и горючего на молекулярном уровне.
По отношению к выбранному прототипу заявляемое техническое решение обладает совокупностью отличительных существенных признаков, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна" по действующему законодательству.
Сведений об известности отличительных признаков в совокупности признаков известных технических решений с достижением того же положительного результата, как у заявляемого способа, не имеется. На основании этого можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
Применение нашего способа приготовления компонентов для изготовления замедляющих составов позволило значительно улучшить потребительские свойства пиротехнических реле на их основе. Измерения скорости горения механоактивированных и исходных пиротехнических составов показали, что механообработка приводит в случае относительно медленногорящих смесей к увеличению скорости на 25%, а в случае относительно быстрогорящих смесей - на 50%. Такое изменение скоростных характеристик горения объясняется улучшением как гомогенности смеси, так и изменением дефектности кристаллической структуры частиц смеси и, как следствие, повышением реакционной способности входящих в нее компонентов. При этом разброс значений скорости горения для пиротехнических образцов, содержащих механообработанные составы, оказывается заметно ниже, чем в случае исходных смесей.
Примеры реализации изобретения.
Пример 1
Для оценки влияния механической обработки в шаровой мельнице на дефектность кристаллической структуры частиц было проведено измельчение порошка FeSiCr. Товарный порошок FeSiCr подвергается механической обработке в течение 1, 3, 10 часов. Анализ дифрактограмм показал значительное увеличение полуширины пика 2Θ=17.3° в зависимости от времени проведения механической обработки (таблица 1).
Таблица 1
Зависимость полуширины пика 2Θ=17.3° FeSiCr от времени механической обработки.
Время обработки, час Полуширина пика 2Θ=17.3, град Разница, %
0 0,18 0
3 0,24 33,3
10 0,39 116,6
Пример 2
Получение пиротехнической смеси FeSiCr (50%)/PbCrO4 (50%). В данном случае использовался предварительно механически обработанный в течение 3-х часов FeSiCr (см. пример 1).
Характер интегральных кривых распределения размеров частиц указывает на выраженную склонность смеси к образованию агрегированных структур. Так в исходных порошках 50% массы приходится на частицы более 15 мкм, в механически обработанной на валковой мельнице смеси FeSiCr (50%)/PbCrO4 (50%) частицы порошка укрупняются - 50% массы приходится на частицы уже более 35 мкм. Скорость горения полного образца, включая воспламенительный и переходный составы, оказалась равной 29.3 мм/с при использовании исходной смеси и равной 43.7 мм/с при использовании механоактивированной смеси. Увеличение средней скорости составило 50%. При этом относительная случайная погрешность результатов измерений при использовании механоактивированной смеси понизилась с 4% до 1%.
Пример 3.
Получение пиротехнической смеси FeSiCr (40%)/PbCrO4 (60%). Товарные порошки FeSiCr и PbCrO4 подвергаются совместной механической обработке в валковой мельнице в течение 3-х часов.
В результате механической обработки смеси произошло изменение ширины рефлексов FeSiCr. Для исходного FeSiCr значение ширины рефлекса при 2Θ=43,35° составляет 0,18°, а в случае механически обработанной смеси FeSiCr 40%, PbCrO4 60% тот же рефлекс имеет ширину 0,25° (разница 28%). Наблюдаемые изменения дифракционной картины свидетельствуют о том, что дефектность кристаллической решетки частиц FeSiCr увеличивается.
Скорость горения исходной смеси равна 5.6 мм/с, а механоактивированной смеси - 7.4 мм/с. Видно, что механоактивация приводит к увеличению скорости горения смеси приблизительно на 30%. Отметим, что механоактивация приводит к существенному улучшению воспроизводимости значений скорости горения: относительная случайная погрешность результатов измерений снижается с 6% до 1%.
Пример 4
Получение пиротехнической смеси состава 13% FeSi, 23,5% Pb3O4, 63,5% BaCrO4 разной степени механической обработки и сравнение их гранулометрического состава. В первом случае (I) товарные порошки исходных веществ смешивались в валковой мельнице в течение 5 минут до образования однородного порошка. Во втором случае смесь (II) подвергалась механической обработке в валковой мельнице в течение 2-х часов. Гранулометрический анализ показал, что в случае (II) происходит увеличение массовой доли частиц с размерами более 20 мкм на 36,60% (фиг.3).
Список литературы
1. Бахман Н.Н., Беляев А.Ф. Горение гетерогенных конденсированных систем. М.: 1967, с.142-144.
2. Е.Г.Авакумов. Механохимические методы активации химических процессов. - Новосибирск: Наука, 1986 - 305 с.
3. А.В.Душкин. Возможности механохимической технологии органического синтеза и получения новых материалов // Химия в интересах устойчивого развития. - 2004. - Т.12, с.251-274.
4. Патент 2146237 РФ, МПК C06B 45/02, C06B C06B 33/00. Способ приготовления пиротехнического состава / Леваков Е.В., Воронцов A.M., Постников А.Ю., Кремзуков И.К. Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, Министерство Российской Федерации по атомной энергии. - N 97122251/02. Заяв. 24.12.1997. Опубл. 10.03.2000.

Claims (2)

1. Способ получения порошкообразных пиротехнических композиций состава окислители-восстановители, включающий обработку исходных компонентов и их смесей ударно-истирающими воздействиями, отличающийся тем, что обработку проводят до уширения отдельных рефлексов рентгеновских дифрактограмм не менее чем на 10% от исходных значений.
2. Способ получения пиротехнических композиций по п.1, отличающийся тем, что обработку смеси компонентов проводят до увеличения массовой доли частиц размером более 20 мкм не менее чем на 5%.
RU2009118101/05A 2009-05-12 2009-05-12 Способ изготовления пиротехнических составов RU2417207C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009118101/05A RU2417207C2 (ru) 2009-05-12 2009-05-12 Способ изготовления пиротехнических составов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009118101/05A RU2417207C2 (ru) 2009-05-12 2009-05-12 Способ изготовления пиротехнических составов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009118101A RU2009118101A (ru) 2010-11-20
RU2417207C2 true RU2417207C2 (ru) 2011-04-27

Family

ID=44058133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009118101/05A RU2417207C2 (ru) 2009-05-12 2009-05-12 Способ изготовления пиротехнических составов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2417207C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663047C1 (ru) * 2017-04-04 2018-08-01 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Краснознамёнец" Способ изготовления пиротехнических составов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663047C1 (ru) * 2017-04-04 2018-08-01 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Краснознамёнец" Способ изготовления пиротехнических составов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009118101A (ru) 2010-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006000294B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Pulverteilchen mit Nanogröße
US8512490B2 (en) Homogeneous mesoporous nanoenergetic metal oxide composite fabrication methods
Zhang et al. Preparation of polymer-based cement grinding aid and their performance on grindability
Ge et al. Mechanical properties and microstructure of circulating fluidized bed fly ash and red mud-based geopolymer
RU2522835C1 (ru) Способ получения однородной мелкодисперсионной высокоактивной массы сыпучего материала при утилизации фосфогипса
RU2417207C2 (ru) Способ изготовления пиротехнических составов
TWI702283B (zh) 水潤滑劑組成物及水潤滑系統
Cruz et al. Synthesis of Li4SiO4 by a modified combustion method
Maslyk et al. A fast and sustainable route to bassanite nanocrystals from gypsum
Sibi et al. Structural and microstructural correlations of physical properties in natural almandine-pyrope solid solution: Al 70 Py 29
LASTNOSTI The effect of high-speed grinding technology on the properties of fly ash
Parlak et al. Anomalous transmittance of polystyrene–ceria nanocomposites at high particle loadings
JPH042642A (ja) 水密性コンクリート用セメント組成物およびその製造方法
Zhang et al. Improving the properties of metakaolin/fly ash composite geopolymers with ultrafine fly ash ground by steam-jet mill
KR100880128B1 (ko) 고속교반을 통한 액상 소석회의 제조방법
Panda et al. Surface modification of zeolite 4A molecular sieve by planetary ball milling
Ingale et al. Nanocrystalline trinitrotoluene (TNT) using sol–gel process
WO2011027194A1 (en) Granulated foam silicate (penostek) production method
Molnár et al. Optimization of activator solution and heat treatment of ground lignite type fly ash geopolymers
KR20200026288A (ko) 세륨계 연마재용 원료의 제조 방법, 및 세륨계 연마재의 제조 방법
RU2663047C1 (ru) Способ изготовления пиротехнических составов
Betke et al. Important reaction parameters in the synthesis of phenylphosphonic acid functionalized titania particles by reactive milling
Afsharimani et al. Synthesis and characterization of alumina flakes/polymer composites
CN1041931A (zh) 高精度延期药配方及制造工艺
McDonald Planetary Ball Mill and Solution Combustion Approaches for the Production and Size Control of Nanophosphors

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20110921

MZ4A Patent is void

Effective date: 20200117