пиротехнический состав для образования дымовой маскирующей завесы

Формула изобретения

Пиротехнический состав для образования дымовой маскирующей завесы, включающий фосфорсодержащие гранулы, термическую смесь алюминиево-магниевого порошка и натрия азотно-кислого, тиокол в качестве связующего, окись марганца (IV) в качестве стабилизатора, полимерный компонент и технологическую добавку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фторопласт в качестве окислителя, в качестве фосфорсодержащих гранул - гранулы, состоящие из 87-92 мас.% фосфора красного, флегматизированного распределенными в объеме гранул 8-10 мас.% фторкаучука и 0,5-2,5 мас.% графита, в качестве полимерного компонента - дибутилфталат, а в качестве технологической добавки - аэросил или графит при следующем содержании компонентов, мас.%:

фосфорсодержащие гранулы	63-70
порошок алюминиево-магниевого сплава	14-18
натрий азотно-кислый	3-5
тиокол	4,5-5,5
фторопласт	4-8
окись марганца (IV)	0,3-0,7
дибутилфталат	0,5-1,5
аэросил или графит	0,5-1,5

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам образования маскирующих дымовых завес, а более конкретно к средствам их генерирования - пиротехническим составам, используемым в качестве аэрозолеобразующего снаряжения боеприпасов, при горении которого в атмосфере образуется дымовое облако, пригодное для скрытного перемещения боевой техники.

Уровень данной области техники характеризует дымообразующий состав по патенту US 3650856, нац. кл. 149-19, при горении которого образуется маскирующее облако дыма, содержащий компоненты в следующем соотношении (мас.%):

фосфор красный	31-47
нитрат щелочного металла	18-32
магний (металлическое горючее)	4-5
полисульфидное связующее	25-35
аэросил	1-2.

Недостатком этого дымообразующего состава является неудовлетворительная маскирующая способность из-за низкого содержания основного функционального компонента. Горение состава происходит при низкой температуре конденсированной фазы (700°С), что определяет малый выход аэрозоля.

Отмеченный недостаток устранен в пиротехническом составе по патенту RU 2083539, С06D 3/00, С06В 39/06, 1997 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенного дымового пиротехнического состава.

Известный пиротехнический состав включает фосфор красный гранулированный, термическую смесь металлического горючего (порошок алюминиево-магниевого сплава) и окислителя (натрий азотнокислый), полисульфидное связующее (тиокол), связующее - эпоксидную смолу, отверждающие добавки марганца (IV) окись и гексаметилентетрамин, ускоритель отверждения - дифенилгуанидин и технологическую добавку аэросил (двуокись кремния с удельной поверхностью не менее 300 м²/г), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фосфор красный	61-69
алюминиево-магниевый сплав	11-17
натрий азотнокислый	8-20
тиокол	3,2-4,3
смола эпоксидная	1,4-1,9
марганца (IV) окись	0,4-0,6
гексаметилентетрамин	0,1-0,3
дифенилгуанидин	0,2-0,6.

Оптимизированное соотношение и дисперсность компонентов способствует тому, что при горении состава в первую очередь происходит взаимодействие высокотемпературной термической смеси порошка алюминиево-магниевого сплава и натрия азотнокислого с выделением большого количества тепла, затрачиваемого на возгонку фосфора, то есть более эффективное дымообразование, которое повышает маскирующую способность состава.

Использование в пиротехническом составе фосфора красного гранулированного обеспечивает технологичность и безопасность приготовления смеси на принятом в отрасли стандартном оборудовании.

Маскирующая способность за счет дымообразования (количество дисперсной фазы аэрозоля, образующейся при сгорании единицы массы пиротехнического состава), сравнительно с уровнем техники, повысилась в полтора-два раза.

Недостатком известного многокомпонентного пиротехнического состава является технологическая сложность и продолжительность изготовления продукта в пределах заданных служебных характеристик, что ограничивает серийное унифицированное производство.

Кроме того, соотношение компонентов термической смеси в составе не оптимизировано, при балластном избытке окислителя, для максимального тепловложения в диспергирование дымообразующего компонента, что снижает эффективность аэрозолеобразования и маскирующую способность пиротехнического состава.

Этот недостаток усугубляется неравномерным распределением термической смеси в объеме состава, при локализованном контакте с фосфором красным, который при этом не полностью возгоняется, из-за недостаточного массового содержания тиокола.

Однако основным недостатком известного состава является отсутствие сырьевой базы, так как фосфор красный гранулированный в России не производится. Мелкодисперсный фосфор красный самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом, что затрудняет его безопасную переработку.

В связи с тем, что пиротехнический состав предназначен для защиты боевой техники, необходимо иметь независимое производство для промышленного изготовления дымообразующего состава, снаряжения пиротехнических боеприпасов, используемых для маскировки и скрытного перемещения боевой техники.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание более эффективного по основному действию, технологичного в серийном производстве пиротехнического дымообразующего состава на основе фосфора красного гранулированного.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном пиротехническом составе для образования дымовой маскирующей завесы, включающем фосфорсодержащие гранулы, термическую смесь алюминиево-магниевого порошка и натрия азотнокислого, тиокол в качестве связующего, окись марганца (IY) в качестве стабилизатора, полимерный компонент и технологическую добавку, согласно изобретению, он дополнительно содержит фторопласт в качестве окислителя, в качестве фосфорсодержащих гранул - гранулы, состоящие из 87-92 мас.% фосфора красного, флегматизированного распределенными в объеме гранул 8-10 мас.% фторкаучука и 0,5-2,5 мас.% графита, в качестве полимерного компонента - дибутилфталат, а в качестве технологической добавки - аэросил или графит, при следующем содержании компонентов, мас.%:

фосфорсодержащие гранулы	63-70
порошок алюминиево-магниевого сплава	14-18
натрий азотнокислый	3-5
тиокол	4,5-5,5
фторопласт	4-8
марганца (IY) окись	0,3-0,7
дибутилфталат	0,5-1,5
аэросил или графит	0,5-1,5

Отличительные признаки обеспечили улучшение показателей назначения дымообразующего пиротехнического состава, его основных технических характеристик, в частности кратное увеличение времени горения в режиме дымокурения при диспергировании в атмосферу твердой фазы аэрозоля, которая взаимодействует с электромагнитным излучением систем наведения во всем видимом диапазоне длин волн 0,4-0,76 мкм, что повышает эффективность маскирующего действия формируемой дымовой завесы, обеспечивающей скрытность перемещений и маневров бронетехники.

Введение флегматизирующих компонентов: фторкаучука и графита в структуру предварительно приготавливаемых гранул фосфора красного повышает его технологичность в дальнейшей переработке, существенно снижая чувствительность к механическим воздействиям, обеспечивая тем самым безопасность в служебном обращении, в приготовлении пиротехнического состава.

При этом фторкаучук, являясь как окислителем, так и горючим, дополнительно активизирует процесс горения состава, усиливая энергетическое действие термической смеси. За счет дополнительного контакта с активным окислителем - фторкаучуком повышается диспергирование горящего фосфора красного в атмосфере, где он окисляется кислородом воздуха, тем самым увеличивается маскирующее действие дымовой завесы и расширяется способность частиц взаимодействовать с электромагнитным излучением систем наведения. Это позволяет расширить практические возможности использования зарядов из предложенного пиротехнического состава.

Маскирующая способность фосфорного аэрозоля складывается из ослабления электромагнитного излучения и собственной светимости аэрозольного облака, за счет вуализирующей яркости.

При содержании фосфора красного в гранулах менее 87 мас.% снижается эффективность аэрозолеобразования, падает плотность маскирующего облака дыма.

Пиротехнический состав, содержащий фосфор красный гранулированный более 92 мас.%, характеризуется плохой воспламеняемостью, нестабильным горением, вплоть до затухания, неполнотой использования фосфора красного.

Введение в структуру приготавливаемых гранул фосфора красного фторкаучука и графита обеспечивает его флегматизацию, то есть практическую нечувствительность к самовоспламенению в служебном обращении при технологической переработке.

Содержание фторкаучука в гранулах менее 8 мас.% является недостаточным для флегматизации фосфора красного до безопасного в дальнейшей технологической переработке уровня.

Содержание вязкого компонента фторкаучука более 10 мас.% делает гранулируемую смесь нетехнологичной из-за длительного времени сушки провяливанием для удаления растворителя (ацетона).

Содержание в гранулируемой смеси графита менее 0,5 мас.% не обеспечивает снижения чувствительности фосфора красного к воспламенению и физико-химическим воздействиям, технологичность заметно не улучшается.

При содержании в гранулируемой смеси графита более 2,5 мас.% снижается воспламеняемость пиротехнического состава.

При содержании в пиротехническом дымовом составе гранул флегматизированного фосфора красного меньше 63 мас.% маскирующая способность дымового облака неудовлетворительна из-за недостатка основного аэрозолеобразующего компонента.

При содержании в пиротехническом составе гранул флегматизированного фосфора красного более 70 мас.% происходит нестабильное горение.

Содержание в пиротехническом составе металлического горючего меньше 14 мас.% является причиной неполного использования по назначению фосфора красного из-за недостатка термической смеси для развития необходимых температуры и скорости горения, то есть пиротехнический состав не функционален.

При содержании в пиротехническом составе порошка алюминиево-магниевого сплава больше 18 мас.% происходит ускоренное горение, что снижает выход аэрозоля, образуется много конденсированной фазы и шлаков; маскирующая способность неудовлетворительная. При этом температура горения очень высокая, большая площадь факела, что может послужить причиной возникновения пожара.

Выбранный диапазон содержания в термической смеси натрия азотнокислого обеспечивает полноту взаимодействия с металлическим горючим в оптимизированном соотношении, которое дает стабильно активное горение, мало шлаковых остатков при максимальном диспергировании окислов фосфора в атмосферу для формирования маскирующего облака.

Особенностью предложенного состава является использование дополнительного окислителя - фторопласта, взамен части основного активного окислителя - натрия азотнокислого, что обеспечивает более полное сгорание фосфора красного в режиме дымокурения при кратно большем времени аэрозолеобразования.

При содержании в предложенном пиротехническом составе фторопласта более 8 мас.% резко вырастает температура горения, что снижает выход аэрозоля.

Содержание в пиротехническом составе фторопласта менее 4 мас.%, который служит дополнительным горючим, не обеспечивает заданной скорости горения, что заметно сокращает время постановки маскирующей завесы, снижая эффективность боевого применения пиротехнического функционального состава.

Тиокол (связующее) обеспечивает формирование на фосфорсодержащих гранулах, модифицированных фторкаучуком с графитом, слоя термической смеси, что активизирует воспламенение пиротехнического состава в объеме и его равномерное стабильное горение.

Повышение массы тиокола, сравнительно с прототипом, обеспечивает связь всей поверхности флегматизированных гранул фосфора красного с термической смесью, что способствует росту динамики воспламенения состава и увеличивает время его горения. Кроме того, тиокол увеличивает прочность зарядов, прессуемых из нового дымового состава.

При содержании в пиротехническом составе тиокола менее 4,5 мас.% не обеспечивается равномерного контакта поверхности фосфорсодержащих гранул с термическим составом, что приводит к нестабильному, неравномерному характеру горения, и следовательно, снижает маскирующую способность пиротехнического дымового заряда.

При содержании в пиротехническом составе тиокола более 5,5 мас.% резко растет температура пламенного горения, что снижает вынос аэрозоля и плотность маскирующего облака.

При введении в состав марганца (IV) окиси менее 0,3 мас.% значительно увеличивается технологическое время отверждения полимерного компонента и не обеспечивается стабилизация композиции.

При содержании в составе марганца (IV) окиси более 0,7 мас.% увеличивается шлаковый остаток и падает эффективность использования аэрозолеобразующего фосфора красного.

Дибутифталат, жидкий низковязкий, легко распределяется по объему пиротехнического состава, дополнительно снижая пыление, и без использования ускорителей, флегматизаторов и других компонентов пластифицирует тиокол.

При содержании в пиротехническом дымовом составе дибутилфталата менее 0,5 мас.% не обеспечивается равномерное горение компонента в составе и снижение температуры переработки состава и заданной динамики пластификации тиокола.

При содержании дибутилфталата более 1,5 мас.% пиротехнический состав нетехнологичен из-за продолжительной сушки и повышенного брака из-за выхода масляного компонента на поверхность прессуемого заряда.

Технологическая добавка (графит пиротехнический или аэросил) обеспечивает сыпучесть пиротехническому составу, при этом графит снижает чувствительность к механическим воздействиям и воспламенению, а аэросил уменьшает усилие прессования из пиротехнического состава дымообразующего заряда, улучшает сыпучесть, исключает пыление, повышая технологичность.

При содержании в пиротехническом составе технологической добавки более 1,5 мас.% не достигаются необходимые технические характеристики: падает скорость горения (графит) или снижается прочность заряда (аэросил).

При содержании графита или аэросила менее 0,5 мас.% не достигаются улучшения технологических характеристик приготавливаемого и перерабатываемого состава.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.

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 возможности практического серийного изготовления дымообразующего состава на действующем оборудовании, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Предложенный дымообразующий пиротехнический состав изготавливают следующим образом.

Смешивание компонентов предложенного пиротехнического состава производят на действующих смесителях марок 35СВ, 6ЛСМ.

Количественное содержание компонентов состава было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и экспериментально отработано в лабораторных и стендовых испытаниях.

Предварительно формируют гранулы флегматизированного фосфора красного, для чего в смеситель загружают навески порошкообразных фосфора красного, ГОСТ 8655-75, раствор фторкаучука в ацетоне (СКФ-32-25) по ОСТ В84-1967-77 и графита пиротехнического ГОСТ 8295-73. Смешивание проводят в течение 10 минут, после чего смесь протирают через сито с ячейками 1,25-2,0 мм и сушат на лотках до содержания влаги и летучих не менее 0,6 мас.%.

Приготовленные гранулы флегматизированного фосфора красного загружают в смеситель совместно с тиоколом жидким, НВБ-2 по ГОСТ 12812-80 и дибутилфталатом, ГОСТ 8728-88. Смешивают в течение 5-10 минут.

Затем добавляют навеску порошка алюминиево-магниевого сплава марок ПАМ-4 или ПАМ-4П, ГОСТ 5593-78 и смешивают в течение 5-7 минут.

После этого в тот же смеситель загружают навески натрия азотнокислого марки А или Б с массовой долей окисляемых веществ не более 0,015%, ГОСТ 828-77, марганца (IV) окиси по ГОСТ 4470-79, фторопласта-4, ГОСТ 10007-80, аэросила А-380, ГОСТ 14922-77 или графита. Смешивание проводят в течение 10-25 минут.

Допускается последние 5-15 минут мешать с поддувом в зону смешивания воздуха давлением 0,2 МПа (2 кгс/см² ) для интенсификации удаления летучих и влаги.

Приготовленную смесь сушат провяливанием на лотках в течение 2-4 часов до содержания влаги и летучих не более 0,65 мас.%, после чего затаривают и упаковывают.

Прессованный из предложенного пиротехнического состава заряд стандартных размеров (диаметр 81 мм, длина 220 мм, масса 1,3 кг) создает за 10-20 с дымовую завесу протяженностью до 30 м, шириной до 10 м, при времени дымообразования 1,0-1,5 мин, что достаточно для осуществления скрытного маневра боевой техники под прикрытием плотной дымовой завесы.

Предложенный дымовой пиротехнический состав характеризуется химической стойкостью и совместимостью компонентов, физико-химические показатели которого сведены в таблице.

Наименование характеристик	Значения характеристик
Класс и степень относительной опасности ручных работ при воздействии трением	10 (высокая)
Класс и степень относительной опасности при воздействии ударом	3 (высокая)
Степень чувствительности к электрической искре	Низкая
Тротиловый эквивалент	0,05
Температура воспламенения, °С (за время 5 с)	721
Скорость горения, мм/с	0,4-0,5
Маскирующая способность, м2/г в диапазоне (мкм):
0,4-0,76	8-9
0,76-1,5	2,0-2,3
1,5-5,0	0,7-0,75
5,0-14,0	0,8-0,9
Термостойкость, °С	280
Давление прессования зарядов, МПа	70-100