металлизированная композиция дымозажигательного действия

Формула изобретения

Металлизированная композиция дымозажигательного действия, включающая жидкое легковоспламеняющееся углеродосодержащее горючее, металлическое и неметаллическое горючее, нитрат щелочного металла, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бутадиеновый каучук или полиизобутилен, а также полиэфир в виде нитей, при этом в качестве жидкого легковоспламеняющегося углеродосодержащего горючего она содержит бензин, в качестве металлического горючего - алюминий или магний, или их смесь, в качестве неметаллического горючего - углерод, кремний или красный фосфор, или их смесь, а в качестве нитрата щелочного металла - нитрат натрия или нитрат калия, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Бензин - 15-40

Алюминий или магний, или их смесь - 5-20

Углерод, кремний или красный фосфор, или их смесь - 10-60

Нитрат натрия или нитрат калия - 5-30

Бутадиеновый каучук или полиизобутилен - 0,5-6

Полиэфир в виде нитей - 0,5-2,0и

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области пиротехнических составов и может быть использовано в средствах аттестации противопожарной техники и обмундирования, а также в оборонной технике для снаряжения различных видов боеприпасов дымозажигательного действия.

Пожары в условиях современных городских построек и промышленных сооружений сопровождаются образованием большого количества дыма из-за горения древесины и полимерных материалов. Дым чрезвычайно усложняет тушение очагов пожаров, затрудняет ориентацию персонала и сковывает выполнение действия пожарных и армейских подразделений. Особенно сложным является гашение длительно существующих очагов пожара и дыма, устойчивых к действию воды.

Поэтому составы, способные создавать при горении длительно существующие и трудногасимые очаги пожара и дыма, представляют значительный интерес для отработки средств пожаротушения и как эффективные зажигательные средства данные составы могут быть использованы в боеприпасах дымозажигательного действия.

Широко известно применение в качестве пирофорных систем смесей металлов и неметаллов, например серы, углерода, бора, кремния, фосфора, с магнием, алюминием, титаном. У ряда из перечисленных компонентов легкость воспламенения сочетается с высокой температурой горения и калорийностью. Горение таких композиций характеризуется стабильным и прогнозируемым составом продуктов горения и, как правило, протекает очень быстро и не сопровождается дымообразованием. Поэтому такие смеси не могут быть использованы в качестве дымозажигательных средств. В то же время, учитывая высокие значения температур, полноту сгорания и легкость воспламенения, они, как будет показано ниже, могут представлять значительный интеpec в качестве базовых композиций для создания металлизированных смесей (МС) дымозажигательного действия.

Хорошо известно применение металлизированных композиций на основе загущенных углеводородов и порошков металлов в зажигательных боеприпасах. К достоинствам таких смесей относятся технологичность и возможность создавать на местности очаги огня или дыма", различающиеся по размеру, способности растекаться и удерживаться на наклонной поверхности.

Структура компонентов, входящих в МС, зажигательного действия и широкий диапазон их сочетаний представлены в патенте США 3464869, кл.149-42, МКИ C 06 D 1/10.

Основными структурными элементами металлизированной смеси, исходя из данного изобретения, являются металлические горючие: алюминий, литий, магний, бор; окислители: перхлораты и нитраты лития, калия, алюминия и др.; полимеры и жидкие органические вещества.

К недостаткам композиций с перечисленным сочетанием компонентов относятся плохая воспламеняемость, отсутствие дымообразования, легкость гашения пожара с использованием воды и песка, что является нежелательным для зажигательных смесей.

Наиболее близким техническим решением является зажигательное вещество по патенту Франции, кл. C 06 D 1397964 от 29.03.1965 "Способ получения зажигательных смесей на основе загустителя и жидких углеводородных легковоспляменяющихся соединений". В качестве жидкой составляющей в указанной металлизированной смеси применяется жидкое углеводородное соединение - ароматический и/или алифатический углеводород. В качестве загустителей применяется полиизобутилен и полистирол. В ряде примеров осуществления данного изобретения в загущенные жидкие горючие вводятся не более 30% по массе порошков кремния или его соединений, или красного фосфора, или алюминия, или магния, или смесей указанных металлических горючих. В примере 1 дополнительно к порошкам красного фосфора и магния вводится небольшое количество - не более 0,2% от общей массы всех компонентов - нитрата натрия.

Конечный состав ингредиентов смеси не контролируется и может, судя по материалам патента, изменяться в результате выпаривания или вакуумирования композиции в процессе заливки ее в боеприпас. Тем самым заранее предопределяется нестабильность параметров композиции от партии к партии.

К основным недостаткам композиции прототипа относятся и плохая воспламеняемость, низкие уровни параметров пламени (температуры и размеров) и дымообразования, большая масса минимальной, способной к горению навески МС, неспособность к горению при воздействии струи воды и на заснеженной поверхности.

Задачей данного изобретения явилось создание металлизированной композиции со стабильными характеристиками, сгорающей с интенсивным образованием пламени и дыма, способной устойчиво гореть на заснеженной местности и при воздействии струй воды, легко воспламеняться от бытовых средств воспламенения и воспламенительных составов, традиционно применяемых в зажигательных средствах, и исключающей необходимость корректировки рецептуры композиции в процессе применения.

Задача изобретения достигается тем, что композиция, включающая жидкое легковоспламеняющееся углеводородосодержащее горючее, металлическое и неметаллическое горючее, нитрат щелочного металла, в качестве жидкого легковоспляменяющегося горючего содержит бензин и дополнительно содержит полиэфир в виде нитей.

Входящие в композицию компоненты взяты в следующих соотношениях (в % по массе):

Бензин - 15-40

Металлическое горючее - алюминий или магний, или их смесь - 5-20

Неметаллическое горючее - углерод, кремний или красный фосфор, или их смесь - 10-60

Нитрат натрия или нитрат калия - 5-30

Бутадиеновый каучук или полиизобутилен - 0,5-6

Полиэфир в виде нитей - 0,5-2,0

Данное соотношение компонентов позволяет обеспечить реализацию режимов химического превращения органических горючих и каучуков в форме пиролиза с образованием сажистых и других видов частиц, обеспечивающих образование дыма при горении композиции. Основную роль в обеспечении режимов пиролиза выполняют полиэфирные нити. Реакция их с неорганическим окислителем начинается практически одновременно с зажиганием композиции и завершается очень быстро. В результате в смеси создается разветвленная система пор. Заполнение пор газообразными продуктами обеспечивает протекание пиролиза по всему объему композиции и обеспечивает высокие степени превращения органических горючих в аэродисперсную фазу.

Протекание реакций пиролиза также в значительной смеси обуславливается высокотемпературными реакциями между металлами и неметаллами в смеси. Температура таких реакций превышает 2000^oС, их теплота выше 4000 кДж/кг.

Значительная доля содержащихся в составе смеси неметаллов обеспечивает в результате взаимодействия с металлами образование продуктов реакции, например, таких как силаны, фосфины и др. При попадании воды на такие вещества, как силаны или фосфины, образуются самовоспламеняющиеся на воздухе вещества. Поэтому они способны поддерживать горение композиции в снегу или при гашении водой.

Нитраты щелочных металлов, входящих в композицию в тех количествах, которые указаны в материалах заявки, обеспечивают формирование высокотемпературного пламени и сгорание частиц композиции с массой менее 1 г. Использование в композиции полиэфирных нитей решает не только проблему пиролиза органических горючих, но и проблему седиментации компонентов композиции в процессе снаряжения и долговременного хранения. Разработанная композиция способна не изменять своего физического и химического состава в процессе хранения в боеприпасах в течение более 10 лет.

Кроме того, использование нитей из полиэфиров исключает образование пылевидных частиц при падении фрагментов композиции на землю или при ударе по жесткой стенке, являющейся поверхностью цели.

В процессе экспериментов определяли минимальную массу смеси, способную гореть, размеры пламени, а также размеры и длительность существования дымовой завесы при сжигании фрагментов композиции различной массы. Кроме того, определяли способность к горению в снегу частиц композиции различной массы.

При взрыве макета боеприпаса определяли общее количество очагов пожара, массу невоспламенившихся частиц, а также размеры и длительность существования дымовой завесы. Макеты боеприпасов были изготовлены из стали, имели цилиндрическую форму. Диаметр макета был равен 180 мм, его длина составляла 400 мм. Состав компонентов различных вариантов исполнения композиций, испытанных на экспериментальной базе института, представлен в таблице 1.

Для определения размеров и длительности существования пламени и дымовой завесы при сжигании отдельных фрагментов композиции различной массы и при действии макета боеприпаса использовали видео- и тепловизионную аппаратуру. Количество очагов пожара на местности при взрыве макета боеприпаса определяли визуально, а также в результате обработки данных видеосъемки.

Как следует из результатов экспериментального определения параметров (таблица 2), композиции по данному изобретению существенно превосходят композиции прототипа по основным параметрам горения и дымообразования: по высоте пламени, критической массе, способной к горению, размерам зоны дымообразования, количеству очагов пожара, суммарной массе воспламенившейся смеси и др.

Повышенная продолжительность горения композиции 1 прототипа обусловлена малоактивным режимом горения данной композиции.

Как следует из данных таблиц 1 и 2, за пределами оптимального диапазона сочетаний компонентов композиции (образцы 14-16) резко снижаются основные параметры горения и дымообразования исследованных образцов, что обусловлено изменениями температурных режимов пиролиза органических горючих и ухудшением условий аэрозоле- и газообразования компонентов, входящих в состав композиции предлагаемого изобретения.

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что композиция по данному изобретению может найти широкое применение для аттестации средств пожаротушения и для применения в различных видах боеприпасов дымозажигательного действия, так как она сгорает с интенсивным образованием пламени и дыма, способна устойчиво гореть на заснеженной местности и при воздействии струи воды, легко воспламеняться от бытовых средств воспламенения и воспламенительных составов, обладает стабильными характеристиками.