RU2567924C1 - Pyrotechnical composition of screening smoke - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention refers to pyrotechnical compositions burning to generate smoke applicable for laying screening smoke. The pyrotechnical composition of screening smoke contains, wt %: hexachlorethane 54-62, zinc oxide 6-8, aluminium powder 27-29, an organic binding agent - pine rosin 3-5 and chlorinated paraffin wax KhP-470.

EFFECT: composition provides an improved screening ability in both a visible electromagnetic radiation spectrum, and IR region, at a lower burning speed that extends engineering capabilities and a field of use of smoke-generating charges of the presented composition.

5 ex

Description

Изобретение относится к пиротехническим металлохлоридным составам, при горении генерирующим дым, используемый для постановки маскирующих завес.The invention relates to pyrotechnic metal chloride compositions, when burning generating smoke, used for setting masking curtains.

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический состав для формирования при горении дымовой маскирующей завесы, описанный в патенте GB 62132 B1, C06D 3/00, 1999 г., который включает в качестве окислителя гексохлорэтан, в качестве горючего - алюминиевый порошок, функциональный компонент - окись цинка и технологическую добавку - фенолформальдегидную смолу, при следующем соотношении компонентов (мас. %):The level of this technical field is characterized by the pyrotechnic composition for the formation of a smoke mask during burning, described in GB 62132 B1, C06D 3/00, 1999, which includes hexochloroethane as an oxidizing agent, aluminum powder as a fuel, and zinc oxide as a functional component. and technological additive - phenol-formaldehyde resin, in the following ratio of components (wt.%):

гексахлорэтанhexachloroethane 59-6959-69 окись цинкаzinc oxide 19-3119-31 алюминиевый порошокaluminum powder 4-10,54-10.5 фенолформальдегидная смолаphenol formaldehyde resin 2,3-3,22,3-3,2

Недостатком этого металлохлоридного состава является малое время стабильного дымообразования из-за высокой скорости горения, что определяет неудовлетворительную функциональность по маскирующему действию.The disadvantage of this metal chloride composition is the short time of stable smoke generation due to the high burning rate, which determines the unsatisfactory functionality of the masking effect.

Фенолформальдегидная смола является чисто технологической добавкой и служит дополнительным органическим горючим, для термодеструкции которого необходимо повышенное содержание металлического горючего - алюминиевого порошка.Phenol-formaldehyde resin is a purely technological additive and serves as an additional organic fuel, for the thermal decomposition of which an increased content of metal fuel - aluminum powder is required.

Относительно большое содержание в этом составе алюминия провоцирует пламенное искровое горение, что может привести к воспламенению подстилающей поверхности и в итоге демаскировать защищаемые дымом объекты.The relatively high content of aluminum in this composition provokes flame spark burning, which can lead to ignition of the underlying surface and, as a result, to unmask the objects protected by smoke.

При этом не обеспечивается заданный удельный расход дымообразования, то есть время функционирования дымовой шашки составляет 60% необходимого, что требует увеличения массы используемого заряда.At the same time, the specified specific consumption of smoke generation is not provided, that is, the functioning time of the smoke bomb is 60% of what is required, which requires an increase in the mass of the charge used.

Более совершенным является пиротехнический дымообразующий состав по патенту RU 2369589 C2, C06D 3/00, C06B 33/12, 2009 г., который характеризуется повышенной маскирующей способностью и стабильностью функционирования при заметном снижении скорости горения.More perfect is the pyrotechnic smoke-generating composition according to patent RU 2369589 C2, C06D 3/00, C06B 33/12, 2009, which is characterized by increased masking ability and stability of operation with a noticeable decrease in the burning rate.

Указанный дымообразующий металлохлоридный состав, выбранный по технической сущности и числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному дымообразующему составу, включает гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и фторкаучук, которые содержатся в следующем соотношении, мас.%:The specified smoke-forming metal chloride composition, selected by technical nature and the number of matching features as the closest analogue to the proposed smoke-forming composition, includes hexachloroethane, zinc oxide, aluminum powder and fluororubber, which are contained in the following ratio, wt.%:

гексахлорэтанhexachloroethane 60-6760-67 окись цинкаzinc oxide 27-3227-32 алюминиевый порошокaluminum powder 3-53-5 фторкаучукfluororubber 2-42-4

Синтетический фторкаучук, который вводится в форме раствора в ацетоне, в известном составе выполняет функции технологического связующего, предотвращая пыление сухих порошкообразных компонентов при смешивании, исключив тем самым взрывоопасность промышленного производства.Synthetic fluororubber, which is introduced in the form of a solution in acetone, in a known composition serves as a technological binder, preventing dusting of dry powder components during mixing, thereby eliminating the explosion hazard of industrial production.

Фторкаучук, который служит дополнительным окислителем, взаимодействуя с металлическим горючим состава, образует хлориды алюминия и цинка, усиливающие оптическую неоднородность дымового облака, показатель преломления которого нерегулярно изменяется за счет флуктуации плотности и диспергирования конденсированной фазы, что определяет оптическую плотность формируемой маскирующей завесы.Fluororubber, which serves as an additional oxidizing agent, interacting with a metal combustible composition, forms aluminum and zinc chlorides, enhancing the optical inhomogeneity of the smoke cloud, the refractive index of which varies irregularly due to density fluctuations and dispersion of the condensed phase, which determines the optical density of the formed masking curtain.

Преобразование падающего оптического излучения в дымовом облаке с беспорядочно распределенными неоднородностями сопровождается его ослаблением за счет поглощения и нерегулируемым рассеянием, то есть отраженные волны распространяются по всевозможным направлениям, минимизируя до фонового уровень отражения в направлении средств обнаружения и наведения противника.The conversion of incident optical radiation in a smoke cloud with randomly distributed inhomogeneities is accompanied by its attenuation due to absorption and unregulated scattering, that is, the reflected waves propagate in all possible directions, minimizing the level of reflection in the direction of the enemy’s detection and guidance means.

Недостатком известного дымообразующего состава является относительно низкая маскирующая способность формируемой дымовой завесы из-за не оптимизированного массового соотношения компонентов для достижения максимальных показателей назначения.A disadvantage of the known smoke-generating composition is the relatively low masking ability of the formed smoke screen due to the not optimized mass ratio of the components to achieve maximum destination.

Это объясняется, в частности, ограничением содержания в составе алюминиевого порошка для снижения скорости горения, что служит причиной неполного хлорирования в дисперсной фазе окиси цинка, при том, что высокая гигроскопичность хлористого цинка способствует получению устойчивого аэрозольного облака с повышенными маскирующими характеристиками.This is due, in particular, to a limitation in the content of aluminum powder in the composition to reduce the burning rate, which causes incomplete chlorination in the dispersed phase of zinc oxide, while the high hygroscopicity of zinc chloride contributes to the production of a stable aerosol cloud with enhanced masking characteristics.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение маскирующей способности дымообразующего состава при пониженной скорости его горения для использования в малогабаритных изделиях с временем генерирования дыма не менее 10 минут.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the masking ability of the smoke generating composition at a reduced burning rate for use in small-sized products with a smoke generation time of at least 10 minutes.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав маскирующего дыма, включающий гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и органическое горючее связующее, согласно изобретению, дополнительно содержит хлорпарафин ХП-470, а в качестве органического связующего - канифоль сосновую, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The required technical result is achieved by the fact that the known pyrotechnic composition of masking smoke, including hexachloroethane, zinc oxide, aluminum powder and an organic combustible binder, according to the invention, additionally contains chloroparaffin CP-470, and pine rosin as an organic binder, in the following ratio of components, wt. %:

гексахлорэтанhexachloroethane 54-6254-62 окись цинкаzinc oxide 27-2927-29 алюминиевый порошокaluminum powder 6-86-8 хлорпарафинchloroparaffin 2-42-4 канифоль сосноваяpine rosin 3-53-5

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили улучшение функциональности генерируемого дыма по маскирующей способности как в видимом диапазоне электромагнитного излучения, так и в инфракрасной области, что расширяет технологические возможности и область применения дымообразующих зарядов из предложенного состава.Distinctive features of the proposed technical solution have provided improved functionality of the generated smoke by masking ability both in the visible range of electromagnetic radiation and in the infrared region, which expands the technological capabilities and the scope of application of smoke-forming charges from the proposed composition.

Включение в металлохлоридную композицию хлорпарафина ХП-470 и канифоли сосновой направлено на повышение поглощающей способности плотной маскирующей завесы, которая обеспечивается за счет выхода в генерируемый при горении состава дым частичек сажи размером 1,0-2,8 мкм (половина длины волн инфракрасного излучения боеголовок самонаведения).The inclusion of chloroparaffin HP-470 and pine rosin in the metal chloride composition is aimed at increasing the absorption capacity of a dense masking curtain, which is ensured by the release of soot particles 1.0-2.8 μm in size generated during combustion of the composition (half the wavelength of infrared radiation from homing warheads )

При горении предложенного пиротехнического состава металлическое горючее способствует полному переводу структурных составляющих гексахлорэтана в аэрозоль, что, сравнительно с прототипом, на треть увеличивает дымообразующую способность и заметно повышает маскирующую способность дыма в видимом диапазоне: (77-54)% и (5,2-4,7) м²/г соответственно.When burning the proposed pyrotechnic composition, metal fuel contributes to the complete conversion of the structural components of hexachloroethane to aerosol, which, compared with the prototype, increases the smoke-forming ability by a third and significantly increases the masking ability of smoke in the visible range: (77-54)% and (5.2-4-4 , 7) m ² / g, respectively.

Использование в дымообразующем металлохлоридном составе мелкодисперсного алюминиевого порошка с большой удельной поверхностью, который равномерно распределен в термической основе для максимального контакта с окислителем во всем объеме заряда, улучшает термохимическое взаимодействие окиси цинка и обеспечивает полную возгонку канифоли.The use of finely dispersed aluminum powder in a smoke-forming metal chloride composition with a large specific surface, which is evenly distributed in a thermal base for maximum contact with an oxidizing agent in the entire charge volume, improves the thermochemical interaction of zinc oxide and ensures complete sublimation of rosin.

Это позволило заметно увеличить массовую долю алюминия в составе для повышения температуры его горения, практически сохранив скорость горения 0,12-0,17 мм/с для функционирования дымового заряда в течение не менее 10 минут.This made it possible to significantly increase the mass fraction of aluminum in the composition in order to increase its combustion temperature, practically preserving the burning rate of 0.12-0.17 mm / s for the functioning of the smoke charge for at least 10 minutes.

В результате предложенной модернизации состава получена объемная завеса яркого белого дыма (при снижении в нем количества свободного углерода), характеризующегося высокой маскирующей способностью.As a result of the proposed composition modernization, a bulk curtain of bright white smoke was obtained (with a decrease in the amount of free carbon in it), characterized by a high masking ability.

Оптимальный количественный состав предложенной дымообразующей смеси 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 smoke-forming mixture 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 составе гексахлорэтана больше 62 мас. % нарушается стабильность горения, снижается выход дыма из-за повышенного шлакообразования, при увеличенном содержании сажи в продуктах горения от переизбытка углеводородных радикалов, в результате чего снижается контрастность дыма.When the content of hexachloroethane is more than 62 wt. % combustion stability is violated, smoke output is reduced due to increased slag formation, with an increased content of soot in the combustion products from an excess of hydrocarbon radicals, resulting in a decrease in the contrast of smoke.

При содержании в составе гексахлорэтана меньше 54 мас. % маскирующая способность дыма резко падает из-за неполноты использования термической основы в процессе горения.When the content of hexachloroethane is less than 54 wt. % masking ability of smoke drops sharply due to the incomplete use of the thermal base in the combustion process.

Основной дымообразующий компонент - окись цинка служит источником образования гигроскопичных частиц маскирующего дыма.The main smoke-generating component - zinc oxide serves as a source of the formation of hygroscopic particles of masking smoke.

При содержании в составе окиси цинка меньше 27 мас. % маскирующая способность ниже требуемого значения.When the content of zinc oxide is less than 27 wt. % masking ability below the required value.

При содержании в составе окиси цинка больше 29 мас. % падает скорость горения и снижается генерирование хлоридов металлов из-за недостатка хлора в окислителях, поэтому композиция расходуется на формирование балластных шлаков и дымообразование неудовлетворительное.When the content in the composition of zinc oxide is more than 29 wt. % the burning rate decreases and the generation of metal chlorides decreases due to a lack of chlorine in oxidizing agents, therefore, the composition is spent on the formation of ballast slags and smoke formation is unsatisfactory.

При содержании в дымообразующем составе алюминиевого порошка больше 8 мас. % образуются хлориды алюминия и много свободного углерода, в результате чего дым приобретает нежелательный темно-серый оттенок, возможно пламенное горение без образования достаточного количества дыма, что снижает маскирующую способность завесы.When the content in the smoke-forming composition of aluminum powder is more than 8 wt. % aluminum chlorides and a lot of free carbon are formed, as a result of which the smoke acquires an undesirable dark gray hue, it is possible to burn flames without the formation of a sufficient amount of smoke, which reduces the masking ability of the curtain.

При содержании в дымообразующем составе алюминиевого порошка меньше 6 мас. % характер горения становится неустойчивым, пульсирующим и не достигается уровень температуры для разогрева инертной окиси цинка, в результате чего падает эффективность дымообразования.When the content in the smoke-forming composition of aluminum powder is less than 6 wt. % the nature of combustion becomes unstable, pulsating and the temperature level for heating inert zinc oxide is not reached, as a result of which the efficiency of smoke formation decreases.

Порошкообразный хлорпарафин ХП-470 служит дополнительным окислителем и является поставщиком хлора, активизируя процесс дымообразования; при горении уплотненного заряда со скоростью 0,2 мм/с обеспечивает заданную маскирующую способность дымового облака повышенных габаритов по объему и протяженности маскирующей завесы.Powdered chlorine paraffin XP-470 serves as an additional oxidizing agent and is a supplier of chlorine, activating the process of smoke formation; when burning a compacted charge at a speed of 0.2 mm / s, it provides a given masking ability of a smoke cloud of increased dimensions in volume and length of the masking curtain.

Массовое содержание в предложенном дымообразующем составе хлорпарафина ХП-470, который активизирует горение, формирует дополнительные хлориды металлов, исключая шлакообразование, оптимизировано в диапазоне 2-4 мас. % по максимальному выходу дыма.The mass content of the proposed smoke-forming composition of chlorine paraffin HP-470, which activates combustion, forms additional metal chlorides, excluding slag formation, is optimized in the range of 2-4 wt. % of the maximum smoke output.

Канифоль сосновая в роли технологической добавки в дымообразующем составе обеспечивает требуемую механическую прочность и физико-химическую стабильность зарядов из предложенного состава в условиях эксплуатации, что является уникальным свойством.Pine rosin in the role of a technological additive in the smoke-forming composition provides the required mechanical strength and physico-chemical stability of the charges from the proposed composition under operating conditions, which is a unique property.

При содержании в составе канифоли сосновой меньше 3 мас. % не исключается пыление, что небезопасно, затруднено объемное дозирование смеси на операции прессования зарядов из-за неравномерного распределения компонентов, то есть смесь нетехнологична для серийного производства.When the content of pine rosin is less than 3 wt. % dusting is not excluded, which is unsafe, volumetric dosing of the mixture during charge pressing operations is difficult due to the uneven distribution of components, that is, the mixture is not technologically advanced for mass production.

Содержание в дымообразующем составе канифоли сосновой больше 5 мас. % является балластным.The content in the smoke-forming composition of pine rosin is more than 5 wt. % is ballast.

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 дымообразующий состав готовится и перерабатывается по принятой в пиротехническом производстве технологии, на существующем стандартном оборудовании.The proposed smoke-forming composition is prepared and processed according to the technology adopted in the pyrotechnic production, using existing standard equipment.

В смеситель вводят все порошкообразные компоненты состава в следующем соотношении, мас. %: 58±4 гексахлорэтан, 28±1 окись цинка, 7±1 алюминий, 3±1 хлорпарафин, 4±1 канифоль сосновую и перемешивают в течение 7-10 минут для равномерного их распределения в объеме.All the powdery components of the composition are introduced into the mixer in the following ratio, wt. %: 58 ± 4 hexachloroethane, 28 ± 1 zinc oxide, 7 ± 1 aluminum, 3 ± 1 chlorinated paraffin, 4 ± 1 pine rosin and mixed for 7-10 minutes to evenly distribute them in volume.

Затем полученную пластичную смесь направляют на прессование (k=0,85) зарядов диаметром 300 мм и высотой 65 мм для проведения испытаний.Then the resulting plastic mixture is sent to pressing (k = 0.85) charges with a diameter of 300 mm and a height of 65 mm for testing.

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.To test and verify the achievement of the required destination indicators, pyrotechnic compositions were prepared and tested with the contents of the components within the optimized ranges of their contents, at the borders and outside the limits of these ranges.

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

По результатам опытной проверки на функционирование образцы 2-4 показали полное соответствие ТТТ к дымовым зарядам маскирующего действия.According to the results of a pilot test for functioning, samples 2-4 showed a complete correspondence of the TTT to camouflage smoke charges.

Маскирующая способность при горении заряда №1 снижается до уровня 3,5 м²/г, что не удовлетворяет требования целевого применения дымообразующих изделий.The masking ability during combustion of charge No. 1 is reduced to the level of 3.5 m ² / g, which does not satisfy the requirements of the intended use of smoke-forming products.

Заряд №5 характеризуется пульсирующим горением с низким выходом дыма (количество шлаков достигает 27%), при этом состав нетехнологичен в серийном производстве из-за пыления и плохой прессуемости.Charge No. 5 is characterized by pulsating combustion with a low smoke output (the amount of slag reaches 27%), while the composition is not technologically advanced in serial production due to dusting and poor compressibility.

В результате опытной проверки приготовленных образцов зарядов из предложенного металлохлоридного состава по изобретению было установлено, что маскирующая способность дымовой завесы длиной 130-170 м достигнута в пределах 4,9-5,4 м²/г, при времени горения зарядов 11-14 минут со скоростью 0,12-0,14 мм/с, при этом дымообразующая способность обеспечивается в диапазоне 77-79%.As a result of the experimental verification of the prepared samples of charges from the proposed metal chloride composition according to the invention, it was found that the masking ability of the smoke curtain with a length of 130-170 m was achieved in the range of 4.9-5.4 m ² / g, with a charge burning time of 11-14 minutes with a speed of 0.12-0.14 mm / s, while the smoke-generating ability is provided in the range of 77-79%.

Испытания опытных образцов дымообразующих уплотненных зарядов из предложенного состава показали надежное воспламенение от штатных средств инициирования и устойчивое горение.Tests of prototypes of smoke-forming sealed charges from the proposed composition showed reliable ignition from standard means of initiation and stable combustion.

Предложенный состав химически стойкий и обладает достаточной физико-химической стабильностью, при этом чувствительность к механическим воздействиям низкая, что безопасно и технологично в промышленном производстве и эксплуатации.The proposed composition is chemically stable and has sufficient physico-chemical stability, while the sensitivity to mechanical stress is low, which is safe and technologically advanced in industrial production and operation.

Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.A comparison of the proposed technical solution with the identified analogues of the prior art did not reveal an identical match of the totality of the essential features of the invention.

Существенные отличия металлохлоридного дымообразующего состава, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по пиротехнике.Significant differences in the metal chloride smoke-forming composition, which do not directly follow from the statement of the technical problem, are not obvious to a specialist in pyrotechnics.

Изготовление пиротехнического состава из новой совокупности компонентов в предложенном массовом соотношении возможно осуществлять на действующем производстве по отработанной технологии.The manufacture of a pyrotechnic composition from a new set of components in the proposed mass ratio can be carried out at the existing plant using proven technology.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.From the foregoing, we can conclude that the invention meets the conditions of patentability.

Claims (1)

Пиротехнический состав маскирующего дыма, включающий гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и органическое горючее связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорпарафин ХП-470, а в качестве органического связующего - канифоль сосновую, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гексахлорэтан 54-62 окись цинка 27-29 алюминиевый порошок 6-8 хлорпарафин 2-4 канифоль сосновая 3-5 The pyrotechnic composition of masking smoke, including hexachloroethane, zinc oxide, aluminum powder and an organic combustible binder, characterized in that it additionally contains chlorinated paraffin HP-470, and pine rosin as an organic binder, in the following ratio, wt. %:
hexachloroethane 54-62 zinc oxide 27-29 aluminum powder 6-8 chloroparaffin 2-4 pine rosin 3-5