RU2492159C1

RU2492159C1 - Incendiary pyrotechnic composition for bengal candles

Info

Publication number: RU2492159C1
Application number: RU2012120779/05A
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Варёных; Валерий Нилович Емельянов; Сергей Николаевич Вагонов; Михаил Сергеевич Резников; Валентин Иванович Романов
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-09-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to pyrotechnics and more specifically to incendiary pyrotechnic compositions for burning Bengal candles. The incendiary pyrotechnic composition for Bengal candles contains a nitrate oxidant - meal black powder and barium nitrate, sparking metal powder - ferrosilicium, organic combustible binder which includes phenol-formaldehyde resin, and organic binder in form of a paste which contains first-grade corn dextrin, corn starch, second-grade corn dextrin and potato starch.

EFFECT: invention provides stable combustion of the initiating head of a Bengal candle and guaranteed transfer of heat energy to its functional coating; the pyrotechnic composition of the head of the Bengal candle burns in a stable manner and creates a prolonged firework effect in form of golden-green sparks.

2 cl

Description

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к воспламенительным пиротехническим составам для поджига бенгальских свечей.The invention relates to pyrotechnics, and more specifically, to igniter pyrotechnic compositions for igniting Bengal candles.

Уровень данной области техники характеризует близкий по технической сущности пиротехнический состав, описанный в книге Шидловского Н.А., Сидорова А.И., Силина Н.А. Пиротехника в народном хозяйстве. - М.: Машиностроение, 1978, с.145-146, который содержит нитратный окислитель, искрообразующий металлический порошок титана и в качестве связующего нитроклей марки АК-20, при соотношении компонентов, мас.%:The level of this technical field is characterized by a pyrotechnic composition similar in technical essence, described in the book by N. Shidlovsky, A. Sidorov, N. A. Silin. Pyrotechnics in the national economy. - M .: Engineering, 1978, p.145-146, which contains a nitrate oxidizing agent, spark-forming titanium metal powder and as a binder nitro-adhesive grade AK-20, with a ratio of components, wt.%:

нитрат калияpotassium nitrate 1212 титановый порошокtitanium powder 6868 нитроклей АК-20nitro adhesive AK-20 20.twenty.

Недостатками описанного пиротехнического состава являются низкая функциональная надежность из-за плохой воспламеняемости, нетехнологичность его изготовления во вредном производстве, пожароопасность при использовании, а также токсичность продуктов сгорания, что ограничивает использование этого состава в качестве инициирующего горение основного заряда бенгальских свечей.The disadvantages of the described pyrotechnic composition are the low functional reliability due to poor flammability, the low technological effectiveness of its manufacture in hazardous production, fire hazard during use, and the toxicity of combustion products, which limits the use of this composition as the main charge for Bengal candles that initiates combustion.

Отмеченные недостатки устранены в изобретении SU 1724659 А1, С06В 33/04, 1992 г., в котором описан воспламенительный пиротехнический состав для бенгальских свечей, включающий нитратный окислитель - азотнокислый калий, искрообразующий титановый порошок и органическое связующее с цементирующими свойствами, содержащее фенолформальдегидную смолу, метилцеллюлозу и целлюлозу, который по числу совпадающих признаков и назначению выбран в качестве наиболее близкого аналога.The noted disadvantages are eliminated in the invention SU 1724659 A1, C06B 33/04, 1992, which describes an igniter pyrotechnic composition for Bengal candles, including a nitrate oxidizing agent - potassium nitrate, spark-forming titanium powder and an organic binder with cementing properties, containing phenol-formaldehyde resin-resin and cellulose, which is selected as the closest analogue in terms of the number of matching features and purpose.

Известный пиротехнический состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:Known pyrotechnic composition contains components in the following ratio, wt.%:

нитрат калияpotassium nitrate 8-128-12 титановый порошокtitanium powder 75-7875-78 смола фенолформальдегиднаяphenol-formaldehyde resin 6-106-10 метилцеллюлозаcellulose 1-31-3 целлюлозаcellulose 2-5.2-5.

Этот пиротехнический состав характеризуется надежной воспламеняющей способностью основного функционального покрытия бенгальских свечей, технологичностью изготовления, при улучшении функциональности эксплуатации за счет экологической безвредности продуктов горения и пожарной безопасности искрообразования.This pyrotechnic composition is characterized by reliable flammability of the main functional coating of Bengal candles, manufacturability, while improving the functionality of operation due to the environmental safety of combustion products and fire safety of sparking.

Титановый порошок легко воспламеняется при инициировании состава головки свечи и горит за счет кислорода воздуха, поэтому его повышенное содержание обеспечивает дополнительный фейерверочный эффект от образования ярких искр - раскаленных частичек титана, выносимых газообразными продуктами горения.Titanium powder is easily ignited when the composition of the candle head is initiated and burns due to atmospheric oxygen; therefore, its increased content provides an additional firework effect from the formation of bright sparks - incandescent particles of titanium carried by gaseous products of combustion.

Недостатком известного пиротехнического состава является низкая функциональная надежность по воспламенению материала покрытия бенгальской свечи из-за несбалансированности действия по назначению, так как при обильном искрообразовании генерируемой тепловой энергии недостаточно для гарантированного воспламенения и стабильного горения основного заряда.A disadvantage of the known pyrotechnic composition is the low functional reliability of igniting the coating material of a Bengal candle due to unbalanced action as intended, since with abundant sparking the generated thermal energy is insufficient for guaranteed ignition and stable burning of the main charge.

Кроме того, органическое горючее связующее, обеспечивая при горении состава генерирование рабочего тела для выноса искр, не обеспечивает конструкционной прочности воспламенительной головки бенгальских свечей, которая крошится при силовом воздействии трением для инициирования и не выполняет действия по назначению - передачу тепловой энергии для воспламенения основного заряда покрытия, что приводит к отказам при эксплуатации потребителем.In addition, the organic fuel binder, while generating the composition of the working fluid for the removal of sparks during the combustion of the composition, does not provide the structural strength of the ignition head of Bengal candles, which crumbles under the action of friction for initiation and does not perform the intended purpose - transfer of thermal energy to ignite the main coating charge , which leads to failures during operation by the consumer.

При этом компоненты комплексного органического горючего связующего получают в качестве комплектующего специального химического производства, что ограничивает технологические возможности изготовления изделий в пиротехническом производствеAt the same time, components of a complex organic combustible binder are obtained as a component of special chemical production, which limits the technological capabilities of manufacturing products in pyrotechnic production

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности пиротехнического состава в качестве воспламенительного средства покрытия бенгальских свечей.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the functional reliability of the pyrotechnic composition as an igniter for coating Bengal candles.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный воспламенительный пиротехнический состав для бенгальских свечей, содержащий нитратный окислитель, искрообразующий металлический порошок, органическое горючее связующее, включающее фенолформальдегидную смолу, согласно изобретению, содержит в качестве окислителя пороховую мякоть и нитрат бария, искрообразующий ферросилиций и в качестве органического связующего клейстер, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The required technical result is achieved by the fact that the known igniter pyrotechnic composition for Bengal candles containing nitrate oxidizing agent, spark-forming metal powder, organic combustible binder including phenol-formaldehyde resin according to the invention contains powder pulp and barium nitrate as sparking agent, spark-forming ferrosilicon and as an organic a binder paste, in the following ratio of components, wt.%:

пороховая мякотьpowder pulp 29-3329-33 нитрат барияbarium nitrate 20-1820-18 ферросилицийferrosilicon 7-97-9 фенолформальдегидная смолаphenol formaldehyde resin 4-24-2 клейстерpaste 36-42.36-42.

Другим отличием предложенного состава является то, что клейстер содержит натуральные компоненты в следующем масс.ч.:Another difference of the proposed composition is that the paste contains natural components in the following parts:

декстрин кукурузный 1-го сортаCorn Dextrin 1st grade 5-65-6 крахмал кукурузныйcorn starch 2-32-3 декстрин кукурузный 2-го сортаCorn Dextrin 2nd grade 5-75-7 крахмал картофельныйpotato starch 1-2.1-2.

Отличительные признаки предложенного состава обеспечили стабильное воспламенение инициирующей головки бенгальской свечи и гарантированную передачу тепловой энергии на ее функциональное покрытие.Distinctive features of the proposed composition provided stable ignition of the initiating head of a Bengal candle and guaranteed transfer of thermal energy to its functional coating.

При этом стабильно горящий пиротехнический состав головки бенгальской свечи создает дополнительный фейерверочный эффект в форме золотисто-зеленых искр.At the same time, the stably burning pyrotechnic composition of the head of a Bengal candle creates an additional firework effect in the form of golden-green sparks.

Использование в качестве окислителя пороховой мякоти, содержащей 75 мас.% нитрата калия, снижает потребительскую стоимость бенгальских свечей и позволяет утилизировать отходы производства порохов.The use of powder pulp containing 75 wt.% Potassium nitrate as an oxidizing agent reduces the consumer value of sparklers and allows the disposal of waste products from the production of gunpowder.

При этом мелкодисперсный порошок древесного угля в структуре пороховой мякоти количеством 15 мас.% создает дополнительное золотистое искрение, повышая тем самым красочный эффект при использовании бенгальских свечей.At the same time, finely dispersed charcoal powder in the structure of the powder pulp in the amount of 15 wt.% Creates additional golden sparking, thereby increasing the colorful effect when using Bengal candles.

При активном горении воспламенительного состава пороховая мякоть, которая горит сама, генерирует дисперсную и газовую фазу в качестве рабочего тела для выноса раскаленных искрящихся частиц, что создает фейерверочный эффект.With active combustion of the igniter composition, the powder pulp, which burns itself, generates a dispersed and gas phase as a working fluid for the removal of hot sparkling particles, which creates a firework effect.

Дополнительный активный окислитель - нитрат бария, образующий с металлическим горючим - ферросилицием термическую основу пиротехнического состава, повышает температуру горения и окрашивает пламя зеленым цветом, что создает красочное сочетание с золотистыми искрами горящего порошка ферросилиция и древесного угля, распределенного в пороховой мякоти, который используется в качестве компонента состава.An additional active oxidizing agent - barium nitrate, which forms the thermal basis of the pyrotechnic composition with metallic fuel - ferrosilicon, increases the combustion temperature and colors the flame green, which creates a colorful combination with golden sparks of burning powder of ferrosilicon and charcoal distributed in the powder pulp, which is used as component of the composition.

Клейстер готовят смешением сухих компонентов с водой до получения гелеобразной консистенции клейстера.A paste is prepared by mixing the dry components with water until a gel-like consistency of the paste is obtained.

Введение клейстера (коллоидного раствора клея на натуральной основе) в состав комплексного органического горючего связующего увеличивает механическую прочность воспламенительной головки, цементируя компоненты в монолитном единстве прочной в силовой эксплуатации конструкции «головки спички» - воспламенительного состава бенгальской свечи.The introduction of a paste (a colloidal solution of glue on a natural basis) in the composition of a complex organic combustible binder increases the mechanical strength of the igniter head, cementing the components in a monolithic unity of the “match head” design, the igniter composition of the Bengal candle, which is durable in power operation.

Натуральные компоненты клейстера, приготовление которого отработано в пиротехнической отрасли, не образуют вредных продуктов при горении состава, при этом упрощается технология изготовления бенгальских свечей в целом.The natural components of the paste, the preparation of which has been tested in the pyrotechnic industry, do not form harmful products when the composition is burned, while the technology for manufacturing Bengal candles as a whole is simplified.

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

Качественный состав пиротехнического воспламенителя для бенгальской свечи составлен из функциональных компонентов по назначению, совокупно предназначенных для формирования заряда, чувствительного к инициирующему тепловому импульсу, от которого он надежно воспламеняется и устойчиво горит, при этом количественное соотношение структурных составляющих было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и оптимизировано экспериментальной отработкой по эффективности целевого действия.The qualitative composition of the pyrotechnic igniter for a Bengal candle is composed of the intended purpose functional components, collectively designed to form a charge sensitive to the initiating heat pulse, from which it reliably ignites and burns steadily, while the quantitative ratio of the structural components was calculated according to the mathematical model of the experimental design and optimized experimental testing on the effectiveness of the target action.

Для испытаний были приготовлены пиротехнические воспламенительные составы с содержанием компонентов внутри, на границах за границами выбранных диапазонов их массового содержания.For tests, pyrotechnic igniter compositions were prepared with the contents of the components inside, at the borders beyond the borders of the selected ranges of their mass content.

Как показали натурные испытания опытных партий воспламенительного состава для бенгальских свечей, выбранные компоненты в оптимизированных диапазонах массового содержания обеспечивают надежное инициирование горения основного пиротехнического заряда бенгальских свечей.As shown by field tests of pilot batches of igniter composition for Bengal candles, the selected components in the optimized mass ranges provide reliable initiation of the combustion of the main pyrotechnic charge of Bengal candles.

При этом создается дополнительный красочный эффект от формирования золотистых искр.This creates an additional colorful effect from the formation of golden sparks.

Изготавливается воспламенительный состав из доступных компонентов на действующем оборудовании, что является более технологичным, сравнительно с изготовлением известного состава по прототипу на специальном пороховом производстве.An igniter composition is made of available components on existing equipment, which is more technologically advanced compared to the manufacture of the known composition according to the prototype in a special powder production.

Натурные испытания бенгальских свечей с воспламенительными головками из опытных образцов пиротехнических составов, имеющих различное массовое количество выбранных компонентов в разных сочетаниях, позволяют оптимизировать пределы их содержания для гарантированного получения показателей назначения.Field tests of Bengal candles with igniter heads from prototypes of pyrotechnic compositions having different mass amounts of selected components in different combinations allow us to optimize the limits of their content in order to guarantee the achievement of destination indicators.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе пороховой мякоти меньше 29 мас.%, нитрата бария меньше 18 мас.% и ферросилиция меньше 7 мас.% не обеспечивается стабильное воспламенение головки с гарантированной передачей тепловой энергии на основной заряд бенгальской свечи.When the content of the powder pulp in the igniter pyrotechnic composition is less than 29 wt.%, Barium nitrate less than 18 wt.% And ferrosilicon less than 7 wt.%, Stable ignition of the head is not ensured with guaranteed transfer of thermal energy to the main charge of the Bengal candle.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе пороховой мякоти больше 33 мас.%, нитрата бария больше 20 мас.% и ферросилиция больше 9 мас.% развивается избыточная активность термической основы, в результате чего основной заряд бенгальской свечи горит с повышенной скоростью и снижается искрообразование, то есть ухудшаются показатели назначения, которые не соответствуют назначению и потребительским качествам изделия.When the content of the powder pulp in the igniter pyrotechnic composition is more than 33 wt.%, Barium nitrate is more than 20 wt.% And ferrosilicon is more than 9 wt.%, Excessive activity of the thermal base develops, as a result of which the main charge of the Bengal candle burns with increased speed and spark formation decreases, then there are deteriorating destination indicators that do not match the purpose and consumer qualities of the product.

При введении в пиротехнический состав клейстера больше 42 мас.% наступает флегматизация горения из-за повышенной плотности заряда воспламенительной головки бенгальской свечи, которая не гарантирует передачи тепловой энергии на ее основной заряд для стабильного воспламенения.With the introduction of a paste of more than 42 wt.% Paste, the phlegmatization of combustion occurs due to the increased charge density of the ignition head of a Bengal candle, which does not guarantee the transfer of thermal energy to its main charge for stable ignition.

При содержании в пиротехническом воспламенительном составе клейстера меньше 36 мас.% возникает рыхлость прессованного заряда головки бенгальской свечи, который крошится при инициировании и в результате чего не обеспечивает воспламенения ее основного заряда.When the content of the paste in the pyrotechnic igniter composition is less than 36 wt.%, Friability of the pressed charge of the Bengal candle head occurs, which crumbles upon initiation and as a result does not provide ignition of its main charge.

При содержании в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы меньше 2 мас.% не обеспечивается конструктивная целостность воспламенительной головки при эксплуатации из-за недостаточной цементации компонентов в прессованном заряде.When the content of phenol-formaldehyde resin in the pyrotechnic composition is less than 2 wt.%, The structural integrity of the igniter head during operation is not ensured due to insufficient cementation of the components in the pressed charge.

Содержание в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы больше 4 мас.% является балластом, так как при этом нет заметного улучшения свойств воспламенительного заряда и выходных параметров изделия.A content of phenol-formaldehyde resin in the pyrotechnic composition of more than 4 wt.% Is ballast, since there is no noticeable improvement in the properties of the igniter charge and the output parameters of the product.

Предложенный состав с оптимизированным массовым соотношением выбранных компонентов характеризуется технологичностью прессования в каркасную воспламенительную головку с высокой чувствительностью к тепловому импульсу, который при горении не образует токсичных веществ в продуктах сгорания, что расширяет возможности практического использования бенгальских свечей, в том числе в закрытых помещениях.The proposed composition with an optimized mass ratio of the selected components is characterized by the manufacturability of pressing into a frame ignition head with a high sensitivity to a heat pulse, which, when burned, does not form toxic substances in combustion products, which expands the possibilities for the practical use of Bengal candles, including indoors.

По результатам опытной поверки предложенного воспламенительного состава инициирующей головки бенгальской свечи принято решение о внесении соответствующих изменениях в техническую документацию для серийного производства потребительской продукции.Based on the results of experimental verification of the proposed igniter composition of the initiating head of a Bengal candle, a decision was made to introduce appropriate changes to the technical documentation for mass production of consumer products.

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 неизвестно, а с учетом возможности серийного изготовления бенгальских свечей на действующем оборудовании 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 unknown, and taking into account the possibility of serial production of Bengal candles on existing equipment, we can conclude that the criteria for patentability are met.

Claims

1. An igniter pyrotechnic composition for sparklers containing nitrate oxidizing agent, spark-forming metal powder and organic combustible binder, including phenol-formaldehyde resin, characterized in that it contains powder pulp and barium nitrate as an oxidizing agent, ferrosilicon as an sparking agent, and organic silica as a sparking agent a binder is a paste in the following ratio of components, wt.%:
powder pulp 29-33 barium nitrate 20-18 ferrosilicon 7-9 phenol formaldehyde resin 4-2 paste 36-42

2. The composition according to claim 1, characterized in that the paste contains natural components, parts by weight:
Corn Dextrin 1st grade 5-6 corn starch 2-3 Corn Dextrin 2nd grade 5-7 potato starch 1-2