RU2571752C1

RU2571752C1 - Pyrotechnic composition of white signal

Info

Publication number: RU2571752C1
Application number: RU2014142349/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Резников; Азат Шамилович Мингазов; Алексей Иванович Сидоров; Вячеслав Валентинович Емельянов; Нурахмет Загидуллинович Абызов; Виктория Геннадьевна Сорокина
Original assignee: Акционерное Общество "Чебоксарское Производственное Объединение Им. В.И. Чапаева"
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-12-20

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: pyrotechnic composition of white signal includes (wt %): potassium chlorate 3236, ammonium chloride 27-29, as technological additive pyrogenic silicon 0.5-1.5, as combustible binding agent 25% solution of colophony in varnish 12-10, thiocarbamide 12-10 and anthracene 21-23.

EFFECT: invention is characterised by technologic safety of composition preparation due to reduction of potassium chlorate part in it, stability of ignition of signal charges and increased speed of burning.

1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к сигнальным средствам для формирования дымового облака в качестве сигнала белого цвета, хорошо видимого и различимого на удалении.The invention relates to signaling means for forming a smoke cloud as a white signal, clearly visible and distinguishable at a distance.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический дымовой состав, описанный в учебнике Шидловского А.А. Основы пиротехники. - М.: Машиностроение, 1973, с. 243, который содержит компоненты в следующем соотношении (масс. %):The level of this technical field is characterized by the pyrotechnic smoke composition described in the textbook A. Shidlovsky. Fundamentals of pyrotechnics. - M.: Mechanical Engineering, 1973, p. 243, which contains components in the following ratio (wt.%):

хлорат калияpotassium chlorate 20-3020-30 хлористый аммонийammonium chloride 50fifty нафталин или антраценnaphthalene or anthracene 20twenty уголь древесный доcharcoal to 1010

В этом составе в качестве дымообразователя служат легко возгоняющиеся вещества: хлористый аммоний и ароматические углеводороды: нафталин и антрацен, содержащие много водорода, что обеспечивает большое по объему количество газообразных продуктов горения.In this composition, easily combustible substances are used as a smoke generator: ammonium chloride and aromatic hydrocarbons: naphthalene and anthracene containing a lot of hydrogen, which provides a large amount of gaseous combustion products.

Процесс образования дыма сводится к возгонке этих веществ при горении состава и фазовому переходу в твердое состояние дисперсных частиц после охлаждения на воздухе.The process of smoke formation is reduced to the sublimation of these substances during combustion of the composition and the phase transition to the solid state of dispersed particles after cooling in air.

Количество окислителя (хлората калия) определено полнотой окисления горючего до получения паров воды и оксидов углерода.The amount of oxidizing agent (potassium chlorate) is determined by the completeness of the oxidation of the fuel to obtain water vapor and carbon oxides.

В качестве горючего использован древесный уголь и нафталин/антрацен, которые выполняют не только функции дымообразователя, но и горючего, частично возгоняясь, частично сгорая.The fuel used was charcoal and naphthalene / anthracene, which perform not only the functions of a smoke generator, but also fuel, partially sublimated, partially burned.

Относительно большое содержание малоактивного хлористого аммония обеспечивает сравнительно малую чувствительность состава к механическим воздействиям при переработке и в процессе эксплуатации.The relatively high content of low activity ammonium chloride provides a relatively low sensitivity of the composition to mechanical stress during processing and during operation.

Уголь древесный является адсорбентом кислотной среды продуктов горения, что способствует формированию более плотной дымовой завесы, то есть повышает эффективность пиротехнического состава по назначению.Charcoal is an adsorbent of the acidic environment of combustion products, which contributes to the formation of a denser smoke screen, that is, increases the effectiveness of the pyrotechnic composition for the intended purpose.

Однако продолжением достоинств действия угля древесного является присущий недостаток - нестабильность его свойств, что заметно влияет на различное по эффективности дымообразование пиротехнических зарядов.However, the continuation of the advantages of wood charcoal is an inherent disadvantage - the instability of its properties, which significantly affects the different formation of smoke pyrotechnic charges.

К недостаткам описанного пиротехнического состава следует также отнести высокую летучесть нафталина и канцерогенные свойства антрацена технического, что ограничивает использование дымовых зарядов в закрытых помещениях, в частности для павильонных кино- и видеосъемках.The disadvantages of the described pyrotechnic composition should also include the high volatility of naphthalene and the carcinogenic properties of technical anthracene, which limits the use of smoke charges in enclosed spaces, in particular for pavilion film and video filming.

Кислородный баланс этого дымового состава резко отрицательный, что дает при горении газовую среду, включающую значительное количество CO и легко воспламеняющихся паров нафталина или антрацена, что определяет наличие пламенного горения, снижающего оптическую плотность формируемой завесы сероватого дыма.The oxygen balance of this smoke composition is sharply negative, which gives a gaseous atmosphere during combustion, which includes a significant amount of CO and flammable vapors of naphthalene or anthracene, which determines the presence of flame combustion, which reduces the optical density of the formed curtain of grayish smoke.

Используется описанный пиротехнический состав в оболочке с дымовыходными отверстиями (не исключающими возникновения пламени), что трудоемко, непроизводительно и дорого.The described pyrotechnic composition is used in a shell with chimney openings (not excluding the occurrence of a flame), which is laborious, unproductive and expensive.

Наличие в продуктах горения этого дымового состава вредных веществ неполного окисления ограничивает его применение в закрытых помещениях.The presence in the combustion products of this smoke composition of harmful substances of incomplete oxidation limits its use in enclosed spaces.

Более совершенным является пиротехнический состав белого дыма для павильонных съемок, описанный в книге Платова Г.А. ПИРОТЕХНИК. Искусство изготовления фейерверков. - М.: ЭКСМО, 2005, с. 169, который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.More perfect is the pyrotechnic composition of white smoke for pavilion filming, described in the book by G. Platov. LIVING TECHNIQUE. The art of making fireworks. - M.: EKSMO, 2005, p. 169, which in terms of technical nature and the number of matching features is selected as the closest analogue to the proposed composition.

Известный пиротехнический состав белого дыма включает в качестве окислителя хлорат калия, дымообразователь - хлористый аммоний (нашатырь), органическое горючее связующее - канифоль живичную (сосновую), и карбонат кальция (мел природный) в качестве технологической добавки, при следующем соотношении компонентов (мас. %):The well-known pyrotechnic composition of white smoke includes potassium chlorate as an oxidizing agent, smoke generator - ammonium chloride (ammonia), organic combustible binder - gum rosin (pine), and calcium carbonate (natural chalk) as a processing aid, in the following ratio of components (wt.% ):

хлорат калияpotassium chlorate 4444 хлористый аммонийammonium chloride 3636 канифоль живичнаяgum rosin 1616 мел природныйnatural chalk 4four

Особенностью этого состава является то, что канифоль сосновая использована в форме спиртового лака, чтобы улучшить технологичность смешивания компонентов без пыления и повысить их адгезионную связь в приготовленной пластичной смеси, что увеличивает производственный цикл на время удаления летучих продолжительным провяливанием смеси.A feature of this composition is that pine rosin is used in the form of alcohol varnish to improve the manufacturability of mixing the components without dusting and increase their adhesive bond in the prepared plastic mixture, which increases the production cycle by the time the volatiles are removed by prolonged drying of the mixture.

Недостатком известного дымообразующего состава является технологическая опасность, определяемая относительно высоким содержанием хлората калия, который в сочетании с активными компонентами представляет собой вторичное ВВ.A disadvantage of the known smoke-forming composition is the technological hazard determined by the relatively high content of potassium chlorate, which in combination with the active components is a secondary explosive.

Практика применения зарядов из этого пиротехнического состава показала нестабильность воспламенения при неблагоприятных атмосферных условиях.The practice of using charges from this pyrotechnic composition has shown instability of ignition under adverse atmospheric conditions.

Кроме того, из-за пламенного горения известного дымообразующего состава снижается выход дисперсной фазы в формируемое аэродисперсное образование, оптическая плотность которого падает, что не позволяет его использовать в качестве белого сигнала, хорошо видимого и различимого на большом удалении.In addition, due to the flame combustion of a known smoke-generating composition, the dispersed phase output to the formed aerodisperse formation decreases, the optical density of which decreases, which does not allow it to be used as a white signal, clearly visible and distinguishable at a great distance.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности действия технологически безопасного дымообразующего состава по назначению, при стабилизации воспламеняемости сигнальных зарядов из него.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of the technologically safe smoke-generating composition as intended, while stabilizing the flammability of the signal charges from it.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав белого сигнала, включающий хлорат калия, хлористый аммоний, технологическую добавку и органическое горючее связующее на основе канифоли, согласно изобретению содержит в качестве технологической добавки пирогенный кремнезем, а в качестве связующего 25%-ный раствор канифоли в олифе и дополнительно тиомочевину и антрацен при следующем соотношении компонентов (мас. %):The required technical result is achieved by the fact that the known pyrotechnic composition of the white signal, including potassium chlorate, ammonium chloride, a technological additive and an organic combustible binder based on rosin, according to the invention contains pyrogenic silica as a technological additive, and a 25% rosin solution as a binder in olif and additionally thiourea and anthracene in the following ratio of components (wt.%):

хлорат калияpotassium chlorate 32-3632-36 хлористый аммонийammonium chloride 27-2927-29 антраценanthracene 21-2321-23 тиомочевинаthiourea 12-1012-10 пирогенный кремнеземfumed silica 0,5-1,50.5-1.5 раствор канифоли в олифеrosin solution in drying oil 3,5-4,53.5-4.5

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили технологическую безопасность приготовления состава от снижения в нем доли бертолетовой соли (хлората калия), стабильность воспламенения сигнальных зарядов, характеризующихся повышенной скоростью горения, при наличии дополнительного горючего - антрацена, частично возгоняющегося, и тиомочевины, которая служит в качестве активатора горения, при снижении доли малоактивного хлористого аммония.Distinctive features of the proposed technical solution ensured the technological safety of preparation of the composition from a decrease in the fraction of bertholite salt (potassium chlorate), the stability of ignition of signal charges, characterized by an increased burning rate, in the presence of additional fuel - anthracene, partially sublimated, and thiourea, which serves as an activator burning, with a decrease in the proportion of low activity ammonium chloride.

Содержание в пиротехническом дымовом составе хлората калия в количественном диапазоне 32-36 мас. % оптимизировано по химической активности для полной возгонки хлористого аммония, канифоли и максимально антрацена.The content in the pyrotechnic smoke composition of potassium chlorate in a quantitative range of 32-36 wt. % optimized for chemical activity for the complete sublimation of ammonium chloride, rosin and maximum anthracene.

Основной дымообразователь - хлористый аммоний, совместно с антраценом, который частично сгорает и частично возгоняется, формируют оптически плотное контрастное облако белого дыма, хорошо различимого и видимого на удалении.The main smoke generator is ammonium chloride, together with anthracene, which partially burns and partially sublimates, form an optically dense contrasting cloud of white smoke, which is clearly visible and visible at a distance.

При содержании в пиротехническом составе хлористого аммония меньше 27 мас. % заметно падает плотность и контрастность генерируемого дыма, то есть не обеспечивается необходимая его функциональность по назначению.When the content in the pyrotechnic composition of ammonium chloride is less than 27 wt. % the density and contrast of the generated smoke noticeably decreases, that is, its necessary functionality for the intended purpose is not provided.

При содержании в пиротехническом составе хлористого аммония больше 29 мас. % образуется его балластный остаток при падении скорости горения заряда, что снижает эффективность дымообразования.When the content in the pyrotechnic composition of ammonium chloride is more than 29 wt. % its ballast residue is formed when the burning rate of the charge decreases, which reduces the efficiency of smoke formation.

Диапазон содержания антрацена 21-23 мас. % в составе оптимизирован из условия использования его как горючего, которое необходимо для разогрева малоактивного хлористого аммония, так и возгоняющегося агента, содержащего много водорода (C₁₄H₁₀), при охлаждении на воздухе образующего большое количества конденсированной фазы, повышая тем самым дымообразование.The range of anthracene content is 21-23 wt. The% in the composition is optimized from the condition of using it as a fuel, which is necessary for heating low-level ammonium chloride, and a sublimating agent containing a lot of hydrogen (C ₁₄ H ₁₀ ), which forms a large amount of condensed phase upon cooling in air, thereby increasing smoke generation.

Максимальное содержание в составе антрацена ограничено, чтобы исключить вспышки легко воспламеняющихся его паров, когда утрачивается часть генерированной дисперсной фазы в аэрозольном образовании, в результате чего падает плотность и контрастность сигнального дыма.The maximum content in the composition of anthracene is limited in order to exclude flashes of its highly flammable vapors when part of the generated dispersed phase is lost in the aerosol formation, as a result of which the density and contrast of the signal smoke decreases.

Введение в пиротехнический состав белого дыма дополнительного органического горючего - тиомочевины, которая служит в качестве активатора горения, позволило снизить долю хлората калия в составе, исключив тем самым пламеобразование, снижающее выход дисперсной фазы в аэродисперсное образование.The introduction of additional organic fuel, thiourea, which serves as a combustion activator, into the pyrotechnic composition of white smoke, made it possible to reduce the proportion of potassium chlorate in the composition, thereby eliminating flame formation, which reduces the yield of the dispersed phase in the aerodisperse formation.

При содержании в пиротехническом составе по изобретению тиомочевины меньше 10 масс. % не исключается пламенное горение, скорость которого падает, снижая интенсивность дымообразования.When the content in the pyrotechnic composition according to the invention of thiourea is less than 10 mass. % flame combustion is not excluded, the speed of which decreases, reducing the intensity of smoke formation.

Использование в качестве органического горючего связующего 25%-ного раствора канифоли в олифе - готового продукта, широко применяемого в пиротехнике, позволило значительно сократить длительность технологического цикла, при сохранении липкости с контактируемыми порошковыми компонентами состава на операции их смешивания.The use of a 25% solution of rosin in drying oil as an organic combustible binder, a finished product widely used in pyrotechnics, allowed us to significantly reduce the duration of the technological cycle, while maintaining stickiness with the contacted powder components of the composition during mixing operations.

Приготовленная при этом пластичная смесь компонентов обеспечивает текучесть на операции прессования сигнальных зарядов, равноплотность которых в оптимизированном массовом соотношении компонентов стабилизирует функциональные свойства.The plastic mixture of components prepared at the same time ensures fluidity in the operation of pressing signal charges, whose equal density in the optimized mass ratio of the components stabilizes the functional properties.

Канифоль сосновая при горении состава легко возгоняется и служит дополнительным дымообразавателем.Pine rosin during combustion of the composition is easily sublimated and serves as an additional smoke generator.

Мелкодисперсный пирогенный кремнезем является импортозамещающим продуктом (взамен аэросила), который повышает сыпучесть состава, позволяя автоматизировать дозирование приготовленной смеси на операции прессования зарядов.Finely dispersed fumed silica is an import-substituting product (instead of aerosil), which increases the flowability of the composition, allowing automating the dosing of the prepared mixture for charge pressing operations.

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

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 практической возможности серийного изготовления зарядов, генерирующих при горении на открытом воздухе облако белого дыма в качестве цветного сигнала, на действующим в отрасли оборудовании, можно сделать вывод о соответствии условиям 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, but taking into account the practical possibility of serial production of charges that generate a cloud of white smoke in open air quality of a color signal on the equipment operating in the industry, we can conclude that the patentability conditions are met.

Количественное содержание компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и нашло подтверждение по результатам натурных испытаний опытных образцов зарядов.The quantitative content of the components of the composition was calculated by the mathematical model of the design of the experiment and was confirmed by the results of field tests of prototype charges.

Предложенный пиротехнический состав белого сигнала приготавливают по принятой в пиротехнике технологии.The proposed pyrotechnic composition of the white signal is prepared according to the technology adopted in pyrotechnics.

В промышленный смеситель засыпают просеянные на ситах порошкообразные компоненты в мерных долях (масс. %): 34,2±2 хлората калия, 28±1хлористого аммония, 22±1 антрацена, 11±1 тиомочевины и 1±0,5 пирогенного кремнезема, которые перемешивают в течение 7-10 минут для равномерного распределения в объеме.Powdered components sieved on sieves are poured into an industrial mixer in measured proportions (wt.%): 34.2 ± 2 potassium chlorate, 28 ± 1 ammonium chloride, 22 ± 1 anthracene, 11 ± 1 thiourea and 1 ± 0.5 fumed silica, which mix for 7-10 minutes for even distribution in volume.

Затем в смеситель добавляют 4±0,5 мас. % раствора (25%-ного) канифоли в олифе и перемешивают в течение 3-5 минут до полной гомогенизации приготавливаемого состава в форме пластичной смеси.Then, 4 ± 0.5 wt. % solution of (25%) rosin in linseed oil and stirred for 3-5 minutes until complete homogenization of the prepared composition in the form of a plastic mixture.

Приготовленную технологическую смесь компонентов подают непосредственно на прессование сигнальных зарядов.The prepared technological mixture of components is fed directly to the compression of the signal charges.

Достижение улучшенных показателей назначения (нового технического результата) иллюстрируют данные, полученные при натурных испытаниях пиротехнических зарядов с характерным массовым соотношением компонентов, приведенным в Таблице.Achieving improved destination indicators (a new technical result) is illustrated by data obtained during field tests of pyrotechnic charges with a characteristic mass ratio of components shown in the Table.

Характерные составы по изобретениюRepresentative Formulations of the Invention

Согласно результатам натурных испытаний опытных образцов дымовых зарядов установлено, что составы 2-4 при горении обеспечивают требуемую дальность видимости и различимости белого сигнала.According to the results of field tests of prototypes of smoke charges, it was found that compositions 2-4 during combustion provide the required range of visibility and distinguishability of the white signal.

При горении состава №1 из-за пламенного горения снижено дымообразование, не обеспечившее требуемой функциональности белого сигнала.When burning composition No. 1 due to flame combustion, smoke formation is reduced, which does not provide the required functionality of the white signal.

При горении состава №5 отмечено снижение оптической плотности и контрастности дыма, наблюдается пламенное горение.When burning composition No. 5, a decrease in the optical density and contrast of smoke was noted, and flame burning was observed.

Испытания предложенных дымообразующих составов, сравнительно с известными аналогами, выявили следующие преимущества.Tests of the proposed smoke-forming compositions, compared with known analogues, revealed the following advantages.

Удельная массовая и счетная концентрация дисперсной фазы дыма увеличилась на 20-30%.The specific mass and calculated concentration of the dispersed phase of the smoke increased by 20-30%.

Обеспечена 100%-ная воспламеняемость зарядов от запал-спички или 1 г ДРП (при 80-90% по прототипу).Provided 100% flammability of charges from the fuse-match or 1 g of DRP (at 80-90% of the prototype).

Предложенный состав негигроскопичен и сохраняет функциональность в течение не менее 10 лет хранения; заряды могут использоваться без оболочки, что заметно дешевле, расширяя возможности и область его применения.The proposed composition is non-hygroscopic and retains functionality for at least 10 years of storage; charges can be used without a shell, which is noticeably cheaper, expanding the capabilities and scope of its application.

Предложенный пиротехнический состав рекомендован для изготовления зарядов сигнального белого дыма по заказам потребителей.The proposed pyrotechnic composition is recommended for the manufacture of signal white smoke charges on the orders of consumers.

Claims

The pyrotechnic composition of the white signal, including potassium chlorate, ammonium chloride, a technological additive and a rosin-based organic fuel binder, characterized in that it contains thiourea and anthracene, contains pyrogenic silica as a technological additive, and 25% rosin as a combustible binder in drying oil in the following ratio of components (wt.%):
potassium chlorate 32-36 ammonium chloride 27-29 anthracene 21-23 thiourea 12-10 fumed silica 0.5-1.5 rosin solution in drying oil 3.5-4.5