RU2597598C1

RU2597598C1 - Incendiary pyrotechnic composition

Info

Publication number: RU2597598C1
Application number: RU2015130760/03A
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Резников; Азат Шамилович Мингазов; Михаил Валентинович Чулков; Владимир Львович Гинзбург; Виталий Алексеевич Сидоров
Original assignee: Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева"
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2016-09-10

Abstract

FIELD: pyrotechnics.

SUBSTANCE: invention relates to pyrotechnics, more specifically to incendiary pyrotechnic compositions, initiating ignition and combustion of a functional kit of various articles for civil and special purpose. Incendiary pyrotechnic composition contains potassium chlorate, thiourea, gas-forming agent and aerosil. Incendiary composition comprises urotropin gas-forming agent, at following ratio of components, wt%: potassium chlorate 37-41, thiourea 31-36, urotropin 26-23, aerosil 2-4.

EFFECT: import substitution with preservation of properties of composition due to use readily available and environmentally safe urotropin, which during combustion in pyrotechnic composition is involved in formation of ignition force, forms additional gas phase as a working medium for removal of combustion products.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к воспламенительным пиротехническим составам, инициирующим воспламенение и горение функционального снаряжения различных специзделий и боеприпасов.The invention relates to pyrotechnics, and more particularly to igniter pyrotechnic compositions that initiate ignition and burning of functional equipment of various special items and ammunition.

Уровень данной области техники характеризует бинарный пиротехнический состав для электровоспламенителей, описанный в книге Modern Pyro-technies by Н. Ellern, Chemikal Publ. Co. Mc, New Jork, 1961 (глава 51, рецептура 14), который содержит (мас. %): 55 хлората калия - окислитель и 45 органического горючего - тиоцината свинца Pb(SCN)₂.The level of this technical field is characterized by a binary pyrotechnic composition for electric igniters described in Modern Pyro-technies by N. Ellern, Chemikal Publ. Co. Mc, New Jork, 1961 (Chapter 51, Formulation 14), which contains (wt.%): 55 potassium chlorate, an oxidizing agent, and 45 organic fuel, lead thiocinate Pb (SCN) ₂ .

Недостатком указанного выше воспламенительного пиротехнического состава является высокая токсичность из-за наличия в горючем и продуктах горения атомарного свинца, относящегося к 1 классу вредных веществ, что ограничивает область применения по назначению.The disadvantage of the above igniter pyrotechnic composition is its high toxicity due to the presence in the fuel and combustion products of atomic lead belonging to class 1 of harmful substances, which limits the scope for its intended purpose.

Этот состав нетехнологичен, так как изготовление из него зарядов в условиях промышленного производства затруднено из-за высокой чувствительности к механическим воздействиям.This composition is not technologically advanced, since the manufacture of charges from it under industrial production conditions is difficult due to its high sensitivity to mechanical stress.

Из-за расслоения состава при переработке и хранении состав не обеспечивает стабильных свойств и воспламенительного действия.Due to the stratification of the composition during processing and storage, the composition does not provide stable properties and ignition.

Отмеченные недостатки устранены в технологичном, экологически безопасном воспламенительном составе по изобретению №2013139257 A, C06B 29/08, C06C 9/00, опубл. 10.03.2015, который содержит окислитель - хлорат калия, в качестве органического горючего тиомочевину и дициандиамид, а в качестве технологической добавки - аэросил, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The noted disadvantages are eliminated in a technologically advanced, environmentally friendly igniter composition according to the invention No. 2013139257 A, C06B 29/08, C06C 9/00, publ. 03/10/2015, which contains an oxidizing agent - potassium chlorate, as an organic fuel, thiourea and dicyandiamide, and as a technological additive - aerosil, in the following ratio of components, wt. %:

хлорат калияpotassium chlorate 39-4139-41 тиомочевинаthiourea 29-3129-31 дициандиамидdicyandiamide 28-2628-26 аэросилaerosil 2-42-4

Известный воспламенительный состав по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному пиротехническому составу, функционально надежного, технологичного и эффективного по назначению.The known igniter composition in terms of technical nature and the number of matching features is selected as the closest analogue to the proposed pyrotechnic composition, functionally reliable, technologically advanced and effective for the purpose.

Содержание хлората калия, сравнительно с вышеописанным аналогом, существенно уменьшено, чтобы снизить чувствительность к механическим воздействиям при переработке состава и температуру его горения, исключив тем самым выгорание функциональных реагентов.The content of potassium chlorate, compared with the analogue described above, is significantly reduced in order to reduce the sensitivity to mechanical stress during processing of the composition and its burning temperature, thereby eliminating the burnout of functional reagents.

Использование в качестве органического горючего смеси тиомочевины химической формулы - CS(NH₂)₂ с дициандиамидом (C₂N₂H₄) обеспечивает обильное газообразование и пламягашение при горении соответственно.The use of the chemical formula - CS (NH ₂ ) ₂ with dicyandiamide (C ₂ N ₂ H ₄ ) as an organic fuel mixture of thiourea provides ample gas generation and flame retardant during combustion, respectively.

Тиомочевина, обладающая высокой реакционной способностью, в смеси с хлоратом калия разлагается при относительно низкой температуре, выделяя газы NH₃, H₂S СО₂, которые служат в качестве рабочего тела, формируемого при горении состава, в форме аэродисперсного образования.Thiourea, which is highly reactive, decomposes in a mixture with potassium chlorate at a relatively low temperature, releasing gases NH ₃ , H ₂ S CO ₂ , which serve as a working fluid formed during combustion of the composition, in the form of an aerodisperse formation.

При этом дициандиамид снижает температуру горения пиротехнического состава, что определяет функциональную безопасность воспламенительного заряда в огневой цепи изделий.In this case, dicyandiamide lowers the combustion temperature of the pyrotechnic composition, which determines the functional safety of the igniter charge in the product fire chain.

Аэросил в качестве технологической добавки обеспечивает равномерность распределения компонентов в объеме смеси для стабилизации свойств воспламенительных зарядов и улучшает прессуемость состава.Aerosil as a technological additive ensures uniform distribution of components in the volume of the mixture to stabilize the properties of igniter charges and improves the compressibility of the composition.

Однако известному воспламенительному пиротехническому составу присущ серьезный недостаток, связанный с наличием дефицитного импортного продукта - дициандиамида, который при горении образует цианистые соединения, существенно ограничивая область использования зарядов из этого состава.However, the known igniter pyrotechnic composition has a serious drawback associated with the presence of a scarce imported product - dicyandiamide, which when formed forms cyanide compounds, significantly limiting the area of use of charges from this composition.

Кроме того, горение известного пиротехнического состава дестабилизируется огнегасящими свойствами дициандиамида, что по определению ухудшает действие воспламенительного состава по назначению.In addition, the combustion of a known pyrotechnic composition is destabilized by the extinguishing properties of dicyandiamide, which by definition worsens the effect of the ignition composition as intended.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является импортозамещение доступным продуктом отечественного производства, который характеризуется равнозначной функциональностью при взаимодействии с компонентами состава, обеспечивая заданные показатели назначения.The technical problem, the solution of which the present invention is directed, is import substitution affordable domestic product, which is characterized by equal functionality when interacting with the components of the composition, providing the specified destination.

Поставленная техническая задача решена тем, что известный воспламенительный пиротехнический состав, содержащий хлорат калия, тиомочевину, газообразователь и аэросил, согласно изобретению в качестве газообразователя включает уротропин, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The stated technical problem is solved in that the known igniter pyrotechnic composition containing potassium chlorate, thiourea, blowing agent and aerosil, according to the invention includes urotropine as a blowing agent, in the following ratio, wt. %:

хлорат калияpotassium chlorate 37-4137-41 тиомочевинаthiourea 31-3631-36 уротропинurotropin 26-2326-23 аэросилaerosil 2-42-4

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили импортозамещение за счет использования доступного и экологически безвредного, применяемого в качестве антисептика, пищевой добавки, уротропина (гексаметилентетрамина) химической формулы C₆H₁₂N₄, который при горении в предложенном пиротехническом составе формирует раскаленный воспламенительный форс и образует дополнительную газообразную фазу рабочего тела, в основном из углекислого газа и паров воды.Distinctive features of the proposed technical solution provided import substitution through the use of an accessible and environmentally friendly, used as an antiseptic, food additive, urotropin (hexamethylenetetramine) chemical formula C ₆ H ₁₂ N ₄ , which, when burned in the proposed pyrotechnic composition, forms a hot igniter and forms an additional the gaseous phase of the working fluid, mainly from carbon dioxide and water vapor.

В состав по изобретению уротропин введен несколько меньше по массовой доле, чем заменяемый дициандиамид в составе по прототипу, так как он является более инертным газообразователем, но при этом содержание органического горючего - тиомочевины пропорционально увеличено для достижения необходимой скорости горения пиротехнического состава, с учетом формирования мощного газоаэрозольного образования в виде форса пламени, инициирующего воспламенение основного заряда изделия - выполнение своего основного назначения.The composition according to the invention, urotropine introduced slightly less mass fraction than the replaced dicyandiamide in the composition of the prototype, since it is a more inert gasifier, but the content of organic fuel - thiourea is proportionally increased to achieve the required burning rate of the pyrotechnic composition, taking into account the formation of a powerful gas-aerosol formation in the form of a force of flame, initiating ignition of the main charge of the product - the fulfillment of its main purpose.

Оптимальный количественный состав предложенного воспламенительного состава был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов зарядов, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для определения уровня показателей назначения.The optimal quantitative composition of the proposed igniter composition was calculated according to the mathematical model of the experimental design and verified by testing prototypes of charges made with different mass ratios of components to determine the level of destination indicators.

При содержании в пиротехническом составе хлората калия меньше 37 мас. % не обеспечивается стабильное горение зарядов из него, которые не в полном объеме функциональны по назначению, в качестве воспламенительного средства основного заряда изделия.When the content in the pyrotechnic composition of potassium chlorate is less than 37 wt. % stable burning of charges from it, which are not fully functional as intended, as an igniter of the main charge of the product is not ensured.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе хлората калия больше 41 мас. % существенно повышается чувствительность к механическим воздействиям, затрудняя серийное производство зарядов и не обеспечивая дальнейшего улучшения качественных показателей по воспламенению.When the content in the igniter pyrotechnic composition of potassium chlorate is more than 41 wt. % significantly increases the sensitivity to mechanical stress, complicating the mass production of charges and not providing further improvement in the quality of ignition.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе тиомочевины меньше 31 мас. % не обеспечивается необходимая скорость горения функционального заряда для стабильного воспламенения снаряжения огневой цепи.When the content in the igniter pyrotechnic composition of thiourea is less than 31 wt. % the required burning rate of the functional charge is not provided for stable ignition of the fire chain equipment.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе тиомочевины больше 36 мас. % развивается относительно высокая скорость горения, при ухудшении технологичности прессования зарядов и возможном пламенном горении, как следствие, негативно влияющем на функциональность по назначению.When the content in the igniter pyrotechnic composition of thiourea is more than 36 wt. % a relatively high burning rate develops, with a deterioration in the manufacturability of charge pressing and possible flame burning, as a result, adversely affecting the functionality as intended.

При содержании в воспламенительном пиротехническом составе уротропина меньше 23 мас. % не достигаются заданные температура и скорость горения заряда, при которых не формируется достаточный тепловой импульс для стабильного воспламенения основного заряда изделия.When the content in the igniter pyrotechnic composition of urotropine is less than 23 wt. % the specified temperature and burning rate of the charge are not reached, at which a sufficient heat pulse is not formed for stable ignition of the main charge of the product.

Содержание в воспламенительном пиротехническом составе уротропина больше 26 мас. % является балластным, так как не приводит к заметному улучшению показателей назначения.The content in the igniter pyrotechnic composition of urotropin is more than 26 wt. % is ballast, as it does not lead to a noticeable improvement in the indicators of appointment.

Введение в пиротехнический состав аэросила в оптимизированном диапазоне содержания 2-4 мас. % гарантированно обеспечивает равномерность распределения компонентов в объеме состава, обеспечивая тем самым стабильность прессуемости состава и свойств воспламенительных зарядов из него.Introduction to the pyrotechnic composition of Aerosil in an optimized content range of 2-4 wt. % guaranteed to ensure uniform distribution of components in the composition, thereby ensuring the compressibility of the composition and properties of ignition charges from it.

Следовательно, каждый признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.Therefore, each feature is necessary, and their combination in a stable relationship is sufficient to achieve a novelty of quality that is not inherent in the characteristics 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 неизвестно, а с учетом практической возможности серийного изготовления зарядов из воспламенительного состава на действующем 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 unknown, and taking into account the practical feasibility of serial production of charges from an ignition composition on industry-existing equipment, we can conclude compliance with patentability conditions.

Приготовление предложенного воспламенительного состава осуществляется простым смешиванием порошкообразных компонентов в оптимизированном количественном соотношении на действующем в пиротехническом производстве промышленном смесителе.The preparation of the proposed igniter composition is carried out by simple mixing of the powdered components in an optimized quantitative ratio on the industrial mixer operating in the pyrotechnic production.

В штатный смеситель загружают компоненты согласно выбранному их содержанию, мас. %: 39±2 хлората калия, 33,5±2,5 тиомочевины, 24,5±1,5 уротропина по ГОСТ 1381-73 и 3±1 аэросила, которые перемешивают в течение 10-15 минут до равномерного их распределения в объеме состава.The components are loaded into a standard mixer according to their selected content, wt. %: 39 ± 2 potassium chlorate, 33.5 ± 2.5 thiourea, 24.5 ± 1.5 urotropine according to GOST 1381-73 and 3 ± 1 aerosil, which are mixed for 10-15 minutes until their uniform distribution in volume composition.

Затем из приготовленного состава прессуют воспламенительные заряды необходимой конфигурации.Then igniter charges of the required configuration are pressed from the prepared composition.

Для отработки и проверки достижения требуемых показателей назначения были приготовлены и испытаны пиротехнические составы с содержанием компонентов внутри оптимизированных диапазонов их содержания, на границах и за границами пределов этих диапазонов, представленные в Таблице.To test and verify the achievement of the required destination indicators, pyrotechnic compositions were prepared and tested with the contents of the components inside the optimized ranges of their contents, at the borders and outside the limits of these ranges, presented in the Table.

Характерные составы представлены в ТаблицеTypical formulations are presented in the Table

Испытания опытных образцов зарядов из предложенного состава выявили, что композиции в оптимизированных диапазонах содержания компонентов №№2-4 гарантированно обеспечивают стабильное их воспламенение от штатного источника теплового импульса и надежную передачу тепловой энергии на основной заряд огневой цепи изделия. Технологический процесс приготовления функционального состава и переработки его в воспламенительные заряды прессованием отработан для серийного производства.Tests of prototype charges from the proposed composition revealed that the compositions in the optimized ranges of the content of components No. 2-4 are guaranteed to provide stable ignition from a standard source of thermal pulse and reliable transfer of thermal energy to the main charge of the product’s fire chain. The technological process of preparing the functional composition and processing it into ignition charges by pressing has been worked out for mass production.

Состав №1 неудовлетворительно прессуется в заряды, ускоренное горение которых служит причиной снижения генерируемой дисперсной фазы, результатом чего является нестабильный тепловой импульс, передаваемый на основной заряд.Composition No. 1 is unsatisfactorily pressed into charges, accelerated combustion of which causes a decrease in the generated dispersed phase, which results in an unstable thermal pulse transmitted to the main charge.

Состав №5 характеризуется замедленным горением при неравномерном распределении компонентов в объеме, что определяет нестабильность свойств зарядов, прессование которых затруднено из-за высокой чувствительности к механическим воздействиям.Composition No. 5 is characterized by slow combustion with an uneven distribution of components in the volume, which determines the instability of the properties of charges, the pressing of which is difficult due to the high sensitivity to mechanical stress.

Гарантированное достижение улучшенных показателей назначения составов, содержащих компоненты в оптимизированном диапазоне массового их соотношения, позволяет использовать действующее технологическое оборудование для серийного изготовления воспламенительных зарядов из предложенного пиротехнического состава для поставки изделий заказчикам.Guaranteed achievement of improved performance indicators for formulations containing components in an optimized range of their mass ratio allows the use of existing technological equipment for serial production of igniter charges from the proposed pyrotechnic composition for the delivery of products to customers.

Claims

Igniter pyrotechnic composition, including potassium chlorate, thiourea, blowing agent and aerosol, characterized in that it contains urotropin as a blowing agent, in the following ratio, wt.%:
potassium chlorate 37-41 thiourea 31-36 urotropin 26-23 aerosil 2-4