RU2551507C1 - Pyrotechnical flammable and incendiary composition - Google Patents

Abstract

FIELD: demolition works.

SUBSTANCE: pyrotechnical flammable and incendiary composition contains an oxidizer comprising barium nitrate, a thermal base which comprises an oxygen-containing oxidiser and titanium powder as fine metal fuel and in addition a nitrolacquer as an activator of ignition and burning of thermal base, and also process additives - phenolformaldehyde resin and pyrotechnical graphite.

EFFECT: guaranteed ignition of the main charge of a product which is intensively ignited and steadily burns, and the composition is safe in terms of process fabrication and its re-processing into functional charges.

1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно к воспламенительно-зажигательным пиротехническим составам, инициирующим воспламенение функционального снаряжения различных специальных изделий и боеприпасов, при обеспечении интенсивности и стабильности их горения.The invention relates to pyrotechnics, and more particularly to ignition-ignition pyrotechnic compositions initiating the ignition of functional equipment of various special products and ammunition, while ensuring the intensity and stability of their combustion.

Уровень данной области техники характеризует воспламенительно-зажигательный пиротехнический состав, описанный в книге «Modern Pyrotechnics by H. Ellern Chimikal Publ», Co, Me., New York, 1961, рецептура №67, содержащий окислитель - оксид железа и смесь порошков титана и циркония в качестве металлического горючего, при следующем соотношении компонентов (мас.%):The level of this technical field is characterized by igniter-pyrotechnic composition described in the book "Modern Pyrotechnics by H. Ellern Chimikal Publ", Co, Me., New York, 1961, recipe No. 67, containing an oxidizing agent - iron oxide and a mixture of titanium and zirconium powders as a metal fuel, in the following ratio of components (wt.%):

оксид железаiron oxide 50fifty титанtitanium 32,532,5 цирконийzirconium 17,517.5

Указанный пиротехнический состав характеризуется высокой чувствительностью к механическим воздействиям из-за содержания циркониевого порошка, очень чувствительного к трению и ударам компонента, что ограничивает приготовление и переработку состава в серийном производстве.The specified pyrotechnic composition is characterized by high sensitivity to mechanical stress due to the content of zirconium powder, which is very sensitive to friction and impact of the component, which limits the preparation and processing of the composition in serial production.

При этом состав, который пылит на операции смешивания, что взрывоопасно, имеет неравномерное распределение компонентов в объеме и плохо прессуется в заряды, для чего требуется высокое удельное давление, является нетехнологичным доя серийного производства.At the same time, the composition that dusts on the mixing operation, which is explosive, has an uneven distribution of components in the volume and is poorly pressed into charges, which requires high specific pressure, is non-technological milking of serial production.

Кроме того, в описанном известном медленно горящем пиротехническом составе образуется много шлаков, что снижает эффективность основного действия.In addition, in the described known slowly burning pyrotechnic composition, many slags are formed, which reduces the effectiveness of the main action.

Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом воспламенительном составе, описанном в патенте UA №96650 A, C06C 9/00, 2004 г., который по числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.The noted disadvantages are eliminated in the pyrotechnic igniter composition described in UA Patent No. 96650 A, C06C 9/00, 2004, which was selected as the closest analogue to the proposed composition by the number of matching features.

Известный пиротехнический состав включает азотнокислый барий (нитрат бария), титановый порошок, нитролак, графит и фенолформальдегидную смолу, которые содержатся в следующем массовом соотношении, %:Known pyrotechnic composition includes barium nitrate (barium nitrate), titanium powder, nitrolac, graphite and phenol-formaldehyde resin, which are contained in the following weight ratio,%:

нитрат барияbarium nitrate 5959 титановый порошокtitanium powder 3535 раствор Н-15H-15 solution 33 раствор фенолфор-phenolphor-   мальдегидной смолыmaldehyde resin 33 графитgraphite 0,5 (сверх 100%)0.5 (in excess of 100%)

Особенностью известного состава является то, что раствор Н-15 представляет собой 15%-ный раствор нитролака в ацетоне, то есть по факту в приготовленной смеси содержится 0,5 мас.% нитролака, который состоит из 88 мас.% коллоксилина (горючего-окислителя) и 12 мас.% камфоры (органического горючего связующего), пластифицирующей нитролак.A feature of the known composition is that the H-15 solution is a 15% solution of nitrolac in acetone, that is, in fact in the prepared mixture contains 0.5 wt.% Nitrolac, which consists of 88 wt.% Colloxylin (fuel oxidizer ) and 12 wt.% camphor (organic combustible binder), plasticizing nitrol varnish.

В качестве связующего в известном составе используют 50%-ный раствор фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте, следовательно, в готовой смеси органического горючего связующего - фенолформальдегидной смолы содержится 1,5 мас.%.As a binder in a known composition using a 50% solution of phenol-formaldehyde resin in ethyl alcohol, therefore, in the finished mixture of an organic combustible binder - phenol-formaldehyde resin contains 1.5 wt.%.

Недостатком этого воспламенительного состава является сложность приготовления, в частности раствора Н-15, и длительное время сушки смеси для удаления технологических растворителей, содержащихся в большом количестве, что определяет его высокую трудоемкость и повышенную потребительскую стоимость.The disadvantage of this igniter composition is the complexity of the preparation, in particular of the H-15 solution, and the long drying time of the mixture to remove technological solvents contained in large quantities, which determines its high complexity and increased consumer cost.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является модернизация воспламенительного пиротехнического состава по структурным компонентам, которые позволят упростить технологию изготовления, без потери основных показателей назначения.The technical problem to which the present invention is directed is the modernization of the igniter pyrotechnic composition for structural components that will simplify the manufacturing technology, without losing the main destination indicators.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический воспламенительный состав, включающий нитрат бария, титановый порошок, нитролак, графит и фенолформальдегидную смолу, согласно изобретению содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:The required technical result is achieved by the fact that the known pyrotechnic igniter composition, including barium nitrate, titanium powder, nitrolac, graphite and phenol-formaldehyde resin, according to the invention contains components in the following ratio, wt.%:

нитрат барияbarium nitrate 57-6257-62 титановый порошокtitanium powder 33-3633-36 нитролакnitrol varnish 2-32-3 графитgraphite 0,50.5 фенолформальдегидная смолаphenol formaldehyde resin 2,5-3,52.5-3.5

Отличительные признаки предложенного технического решения упростили структуру и технологию изготовления состава, сообщив ему дополнительное качество - зажигательное действие, при повышении функциональности пиротехнического состава по гарантированному воспламенению основного заряда изделия, который интенсивно зажигается и стабильно горит (что подтверждается натурными испытаниями опытных образцов зарядов из предложенного состава).Distinctive features of the proposed technical solution simplified the structure and manufacturing technology of the composition, telling it an additional quality - incendiary effect, while increasing the functionality of the pyrotechnic composition for guaranteed ignition of the main charge of the product, which is intensively ignited and stably burns (as evidenced by full-scale tests of prototypes of charges from the proposed composition) .

Это обеспечивается формированием высокотемпературного форса из продуктов горения, включающих конденсированную фазу, расширяющего технологические возможности применения воспламенительного заряда и в качестве зажигательного средства.This is ensured by the formation of high-temperature force from combustion products, including the condensed phase, expanding the technological possibilities of using an igniter charge and as an incendiary.

Особенностью предложенного воспламенительно-зажигательного состава является то, что при смешивании компонентов на порошинках титана автоматически формируется покрытие из нитролака, а фенолформальдегидная смола используется в виде 15%-ного спиртоацетонового раствора, что заметно сокращает время сушки смеси.A feature of the proposed igniter-ignition composition is that when components are mixed on titanium powders, a coating of nitro-lacquer is automatically formed, and phenol-formaldehyde resin is used in the form of a 15% alcohol-acetone solution, which significantly reduces the drying time of the mixture.

Выполнение на частицах порошкового титана (металлического горючего термической основы) пленочного покрытия из нитролака, чувствительного к тепловому импульсу, обеспечило воспламенение пиротехнического состава в объеме и стабильное его горение, что повышает функциональность основного действия.The implementation of the particles of powdered titanium (metal combustible thermal base) film coating of nitro-lacquer, sensitive to thermal impulse, provided ignition of the pyrotechnic composition in the volume and its stable combustion, which increases the functionality of the main action.

Липучее нитролаковое покрытие титанового порошка, в совокупности с фенолформальдегидной смолой вдвое повышенной массы, обеспечивает равномерное распределение компонентов в составе при смешивании для унификации свойств изготавливаемых из технологической смеси воспламенительно-зажигательных зарядов.The sticky nitro-lacquer coating of titanium powder, in combination with a twice-increased phenol-formaldehyde resin, ensures uniform distribution of the components in the mixture when mixing to unify the properties of ignition-ignition charges made from a technological mixture.

Оптимизация, сравнительно с прототипом, массового соотношения окислителя (больше) и металлического горючего (меньше) в термической основе снизила на 30% температуру воспламенения и интенсифицировала горение состава (со скоростью 10,6 мм/с).The optimization, in comparison with the prototype, of the mass ratio of the oxidizing agent (more) and the metal fuel (less) in the thermal base reduced the ignition temperature by 30% and intensified the combustion of the composition (at a rate of 10.6 mm / s).

Совместное использование фенолформальдегидной смолы в виде 15%-ного спирто-ацетонового раствора и нитролака (без растворителя) кратно сократило технологическое время на удаление летучих из приготовленной смеси при сушке.The combined use of phenol-formaldehyde resin in the form of a 15% alcohol-acetone solution and nitrolac (without solvent) has significantly reduced the technological time for the removal of volatiles from the prepared mixture during drying.

Нитрат бария совместно с нитролаком образует активный окислитель, который гарантированно обеспечивает достижение заданного уровня скорости горения модернизированного состава.Barium nitrate together with nitro-lacquer forms an active oxidizing agent, which is guaranteed to achieve a predetermined level of burning rate of the upgraded composition.

Количественное соотношение компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и отработано на опытных образцах воспламенительно-зажигательных зарядов, в диапазоне содержания которых гарантированно обеспечивается воспламенение и стабильное горение основного заряда изделия.The quantitative ratio of the components of the composition was calculated according to the mathematical model of the design of the experiment and worked out on the experimental samples of ignition-incendiary charges, in the range of the contents of which the ignition and stable burning of the main charge of the product are guaranteed.

При содержании в пиротехническом составе нитрата бария меньше 57 мас.% развиваемые температура и скорость горения тормозят термоприток в основной заряд, который воспламеняется и зажигается нестабильно.When the content of barium nitrate in the pyrotechnic composition is less than 57 wt.%, The developed temperature and burning rate inhibit the thermal influx into the main charge, which ignites and ignites unstably.

Содержание в пиротехническом составе нитрата бария больше 62 мас.% является избыточным и снижает качественные показатели основного действия по назначению.The content in the pyrotechnic composition of barium nitrate of more than 62 wt.% Is excessive and reduces the quality indicators of the main action for the intended purpose.

При содержании в пиротехническом составе титанового порошка больше 36 мас.% не обеспечивает необходимого диспергирования при горении шлаковых частиц в газообразных продуктах горения, что ухудшает воспламеняемость и зажигание основного заряда по всей контактной поверхности.When the content of titanium powder in the pyrotechnic composition is more than 36 wt.%, It does not provide the necessary dispersion during combustion of slag particles in gaseous products of combustion, which affects the flammability and ignition of the main charge over the entire contact surface.

При содержании в пиротехническом составе титанового порошка меньше 33 мас.% калорийность и температура продуктов горения недостаточны для надежного действия по зажиганию основного заряда на удалении.When the content of titanium powder in the pyrotechnic composition is less than 33 wt.%, The calorific value and temperature of the combustion products are insufficient for reliable action to ignite the main charge at a distance.

Сочетание технологических добавок - фенолформальдегидной смолы и пиротехнического графита - обеспечило технологичность состава в приготовлении и переработке в условиях серийного производства.The combination of technological additives - phenol-formaldehyde resin and pyrotechnic graphite - ensured the manufacturability of the composition in the preparation and processing in mass production.

При введении в термооснову состава нитролака меньше 2 мас.% снижается чувствительность состава к штатному инициирующему термическому импульсу, что не гарантирует срабатывание основного заряда.When the nitro-lacquer composition is introduced into the thermal base less than 2 wt.%, The sensitivity of the composition to the standard initiating thermal pulse decreases, which does not guarantee the operation of the main charge.

При содержании в пиротехническом составе нитролака больше 3 мас.% не отмечается улучшения чувствительности к тепловому импульсу его инициирования.When the nitro lacquer content in the pyrotechnic composition is more than 3 wt.%, There is no improvement in sensitivity to the thermal impulse of its initiation.

Содержание в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы больше 3,5 мас.% и графита пиротехнического больше 0,5 мас.% является избыточным, что снижает массовую долю основных компонентов, ухудшая функциональность действия по назначению.The content in the pyrotechnic composition of phenol-formaldehyde resin is more than 3.5 wt.% And pyrotechnic graphite more than 0.5 wt.% Is excessive, which reduces the mass fraction of the main components, worsening the functionality of the intended action.

При содержании в пиротехническом составе фенолформальдегидной смолы меньше 2,5 мас.% и графита пиротехнического меньше 0,5 мас.% не достигаются требуемые технологические свойства по сыпучести, отсутствию пыления и прессуемости композиции.When the content of phenol-formaldehyde resin in the pyrotechnic composition is less than 2.5 wt.% And pyrotechnic graphite less than 0.5 wt.%, The required technological properties for flowability, lack of dusting and compressibility of the composition are not achieved.

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 решена 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 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.

Предложенный воспламенительно-зажигательный состав приготавливается по принятой в пиротехнической отрасли технологии смешиванием компонентов в действующем смесителе.The proposed igniter-ignition composition is prepared according to the technology adopted in the pyrotechnic industry by mixing the components in an existing mixer.

В лопастной смеситель загружают 60±0,5 мас.% нитрата бария, 34±0,5 мас.% титанового порошка, предварительно покрытого пленкой нитролака в количестве 2,5±0,5 мас.%, которые перемешивают в течение 5-7 минут.60 ± 0.5 wt.% Barium nitrate, 34 ± 0.5 wt.% Titanium powder, previously coated with a film of nitrolac in the amount of 2.5 ± 0.5 wt.%, Which are mixed for 5-7, are loaded into a paddle mixer minutes.

Затем добавляют 0,5 мас.% графита пиротехнического и 3,5±0,5 мас.% фенолформальдегидной смолы в форме 15%-го спиртоацетонового раствора и перемешивают 10-15 минут для равномерного распределения компонентов в объеме смеси.Then add 0.5 wt.% Graphite pyrotechnic and 3.5 ± 0.5 wt.% Phenol-formaldehyde resin in the form of a 15% alcohol-acetone solution and mix for 10-15 minutes to evenly distribute the components in the volume of the mixture.

Полученную пластичную смесь выгружают на лотки слоем 2 см и сушат в течение не менее 1 часа до содержания летучих не выше 0,5 мас.%, после чего направляют на прессование зарядов.The resulting plastic mixture is unloaded on trays with a layer of 2 cm and dried for at least 1 hour until the volatile content is not higher than 0.5 wt.%, And then sent to the pressing charges.

Оптимальность выбранных диапазонов содержании компонентов состава по изобретению, обеспечивающих достижение необходимого уровня показателей назначения, подтверждена натурными испытаниями опытной партии зарядов, при соотношении компонентов внутри выбранных предельных значений массовой доли в составе, на их границах и за пределами заявленных границ диапазонов.The optimality of the selected ranges of the content of the components of the composition according to the invention, ensuring the achievement of the required level of performance indicators, is confirmed by full-scale tests of the experimental batch of charges, with the ratio of the components inside the selected limit values of the mass fraction in the composition, at their borders and outside the stated boundaries of the ranges.

Характерные составы приведены в Таблице.Typical formulations are shown in the Table.

Результаты испытаний зарядов показали, что составы 2-4 по достигнутым показателям полностью соответствуют техническим требованиям эксплуатации в качестве воспламенительно-зажигательных.The test results of the charges showed that the compositions 2-4 according to the achieved indicators fully comply with the technical requirements of the operation as ignition-ignition.

Состав №1 воспламеняется стабильно, но скорость горения понижена, форс пламени не выражен, в результате чего зажигание основного заряда нестабильное.Composition No. 1 ignites stably, but the burning rate is reduced, the force of the flame is not pronounced, as a result of which the ignition of the main charge is unstable.

Состав №5 показал нестабильное воспламенение и недостаточно интенсивное горение, что явилось причиной увеличения количества шлаков и практически исключение зажигального действия основного заряда, то есть его нефункциональность. Состав характеризуется низкой технологичностью из-за комкования смеси при перемешивании компонентов и потребностью в больших нагрузках при прессовании зарядов.Composition No. 5 showed unstable ignition and insufficiently intense combustion, which was the reason for the increase in the amount of slag and the almost exclusion of the ignition action of the main charge, that is, its non-functionality. The composition is characterized by low manufacturability due to clumping of the mixture with mixing of the components and the need for large loads when pressing charges.

Опытная проверка приготовленных воспламенительно-зажигательных зарядов, в комплекте с шашками основного заряда изделий, из пиротехнических композиций по изобретению подтвердила достижение заданных показателей назначения (увеличение скорости и температуры горения, при интенсификации формирования конденсированной фазы в пламени), а также позволяет рекомендовать его для промышленного внедрения.An experimental verification of the prepared igniter-ignition charges, complete with checkers of the main charge of the products, from the pyrotechnic compositions according to the invention confirmed the achievement of the specified destination indicators (increasing the speed and temperature of combustion, during the intensification of the formation of the condensed phase in the flame), and also recommends it for industrial implementation .

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами не выявил совпадения совокупности существенных признаков по количественному содержанию компонентов, что подтверждает новизну изобретения.A comparative analysis of the proposed technical solution with the identified analogues did not reveal the coincidence of the set of essential features in the quantitative content of the components, which confirms the novelty of the invention.

Предложенные отличительные признаки, в совокупности с известными признаками, явным образом не следуют для специалиста по пиротехнике, то есть изобретение неочевидно и прямо не следует из уровня техники.The proposed distinguishing features, together with the known features, do not explicitly follow for a pyrotechnic specialist, that is, the invention is not obvious and does not directly follow from the prior art.

Предложенный пиротехнический воспламенительно-зажигательный состав технологически пригоден для серийного изготовления на действующем производстве.The proposed pyrotechnic igniter-ignition composition is technologically suitable for serial production in existing production.

Следовательно, из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии пиротехнического воспламенительно-зажигательного состава условиям патентоспособности.Therefore, from the foregoing, we can conclude that the pyrotechnic igniter-ignition composition meets patentability conditions.

Claims (1)

Пиротехнический воспламенительно-зажигательный состав, включающий нитрат бария, титановый порошок, нитролак, графит и фенолформальдегидную смолу, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
нитрат бария 57-62 титановый порошок 33-36 нитролак 2-3 графит 0,5 фенолформальдегидная смола 2,5-3,5 Pyrotechnic igniter composition including barium nitrate, titanium powder, nitro-lacquer, graphite and phenol-formaldehyde resin, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
barium nitrate 57-62 titanium powder 33-36 nitrol varnish 2-3 graphite 0.5 phenol formaldehyde resin 2.5-3.5