RU2545550C1

RU2545550C1 - Smoke-forming metal chloride composition

Info

Publication number: RU2545550C1
Application number: RU2013151114/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Резников; Азат Шамилович Мингазов; Алексей Иванович Сидоров; Вячеслав Валентинович Емельянов; Нурахмет Загидуллинович Абызов
Original assignee: Акционерное общество "Чебоксарское производственное объединение имени В.И. Чапаева"
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-04-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: smoke-forming metal chloride composition contains, in wt %: hexachloroethane 58-70, zinc oxide 24-29, aluminium powder 4-9 and a process additive - fluororubber 2-4. The aluminium powder has particle size of not more than 60 mcm.

EFFECT: ratio of said components and limited dispersion of the aluminium powder raise combustion temperature without changing the rate of combustion of the composition, obtaining contrast white smoke and higher screening capacity of the generated smoke screen, which provides maximum scattering of optical radiation at wavelength 0,40-1,56 mcm, which corresponds to the radiation range of enemy detection and homing equipment.

Description

Изобретение относится к дымообразующим пиротехническим составам, термическая основа которых выполнена из металлохлоридной смеси, генерирующей при горении аэрозоль, образующий на воздухе дымовое облако, используемое для постановки маскирующей завесы.The invention relates to smoke-forming pyrotechnic compositions, the thermal base of which is made of a metal chloride mixture, generating an aerosol during combustion, forming a smoke cloud in air, used for setting a masking curtain.

Уровень данной области техники характеризует дымообразующий металлохлоридный состав, содержащий в качестве окислителя гексахлорэтан, в качестве горючего - алюминиевый порошок, функциональный компонент - окись цинка и технологическую добавку фенолформальдегидной смолы, описанный в патенте GB 62132 В1, C06D 3/00, 1999 г., который содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%):The level of this technical field is characterized by a smoke-forming metal chloride composition containing hexachloroethane as an oxidizing agent, aluminum powder as a fuel, zinc oxide and a phenol-formaldehyde resin technological additive described in GB 62132 B1, C06D 3/00, 1999, which contains components in the following ratio (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

Недостатками описанного состава являются неудовлетворительная функциональность по основному назначению и малое время стабильного дымообразования из-за высокой скорости горения.The disadvantages of the described composition are unsatisfactory functionality for the main purpose and a short time of stable smoke generation due to the high burning rate.

Фенолформальдегидная смола является чисто технологической добавкой и служит дополнительным органическим горючим, для термодеструкции которого необходимо повышенное содержание окиси цинка и 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 zinc oxide and metal fuel - aluminum powder is required.

Относительно большое содержание в этом составе алюминия провоцирует пламенное искрением 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 ardent burning with flame, 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 дисперсной фазы в процессе 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 the dispersed phase in the process 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.

Относительно малое содержание в составе окиси цинка - основного дымообразователя, который взаимодействует с гексахлорэтаном, на нижнем пределе диапазона содержания определяет неудовлетворительную маскирующую способность.The relatively low content of zinc oxide, the main smoke generator, which interacts with hexachloroethane, at the lower limit of the content range determines unsatisfactory masking ability.

Отмеченные недостатки устранены в пиротехническом дымообразующем составе по патенту RU 2369589 C2, C06D 3/00, C06B 33/12, 2009 г., включающем гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и в качестве технологической добавки фторкаучук при следующем соотношении компонентов, мас.%:The noted disadvantages are eliminated in the pyrotechnic smoke-generating composition according to patent RU 2369589 C2, C06D 3/00, C06B 33/12, 2009, including hexachloroethane, zinc oxide, aluminum powder and fluororubber as a technological additive in the following ratio of components, wt.%:

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

Указанный дымообразующий металлохлоридный состав, который характеризуется повышенной маскирующей способностью и стабильностью функционирования при заметном снижении скорости горения, выбран по технической сущности и числу совпадающих признаков в качестве наиболее близкого аналога предложенному дымообразующему составу.The specified smoke-forming metal chloride composition, which is characterized by increased masking ability and stability of operation with a noticeable decrease in the burning rate, is selected by technical nature and the number of matching features as the closest analogue to the proposed smoke-forming composition.

Синтетический фторкаучук в форме раствора в ацетоне выполняет функции технологического связующего, предотвращая пыление сухих компонентов при смешивании, исключая взрывоопасность промышленного производства.Synthetic fluororubber in the form of a solution in acetone acts as a technological binder, preventing dusting of dry components during mixing, eliminating the explosion hazard of industrial production.

Фторкаучук, который служит дополнительным окислителем, взаимодействуя с металлическим горючим состава, дополнительно 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 состояние видимости формируемой маскирующей завесы.Fluoroelastomer, which serves as an additional oxidizing agent, interacting with a metal combustible composition, additionally 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 visibility state 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 неоптимизированное массовое соотношение компонентов для достижения максимальных показателей назначения, в частности, из-за неполного хлорирования в дисперсной фазе окиси цинка при ограничении содержания алюминиевого порошка, характеризуется повышением скорости горения, что ухудшает маскирующую способность формируемой завесы.A disadvantage of the known smoke-forming composition is the unoptimized mass ratio of the components to achieve maximum destination, in particular, due to incomplete chlorination in the dispersed phase of zinc oxide while limiting the content of aluminum powder, it is characterized by an increase in the burning rate, which impairs the masking ability of the formed curtain.

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 пролонгированным временем генерирования дыма.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the masking ability of the smoke-forming composition at a reduced burning rate for use in small-sized products with a prolonged smoke generation time.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном дымообразующем металлохлоридном составе, включающем гексахлорэтан, окись цинка, алюминиевый порошок и технологическую добавку - фторкаучук, согласно изобретению частицы алюминиевого порошка не превышают 60 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:The required technical result is achieved by the fact that in the known smoke-forming metal chloride composition, including hexachloroethane, zinc oxide, aluminum powder and technological additive - fluororubber, according to the invention, the particles of aluminum powder do not exceed 60 microns in the following ratio, wt.%:

гексахлорэтанhexachloroethane 58-7058-70 оксид цинкаzinc oxide 24-2924-29 алюминиевый порошокaluminum powder 4-94-9 фторкаучукfluororubber 2-42-4

Отличительные признаки предложенного технического решения за счет оптимизации массового соотношения компонентов состава обеспечили повышение маскирующего действия генерируемого при горении аэрозоля, максимальное рассеяние оптического излучения на длине волн 0,40-1,56 мкм, что соответствует диапазону излучения средств обнаружения и наведения противника.Distinctive features of the proposed technical solution due to the optimization of the mass ratio of the components of the composition ensured an increase in the masking effect of the aerosol generated during combustion, maximum dispersion of optical radiation at a wavelength of 0.40-1.56 μm, which corresponds to the radiation range of the enemy detection and guidance means.

Использование в дымообразующем металлохлоридном составе мелкодисперсного алюминиевого порошка с большой удельной поверхностью, который более равномерно распределен в термической основе для объемного контакта с окислителем, улучшив при горении взаимодействие окиси цинка и углерода, позволило заметно увеличить его массовую долю для повышения температуры горения состава, практически сохранив скорость горения, что обеспечило получение контрастного белого дыма и повышение маскирующей способности генерируемой дымовой завесы.The use of finely dispersed aluminum powder in the smoke-forming metal-chloride composition with a large specific surface, which is more evenly distributed in the thermal base for bulk contact with the oxidizing agent, improving the interaction of zinc oxide and carbon during combustion, significantly increasing its mass fraction to increase the combustion temperature of the composition, practically maintaining the speed burning, which ensured the receipt of contrasting white smoke and increased masking ability of the generated smoke curtain.

Предложенное оптимизированное массовое соотношение компонентов термической основы: гексахлорэтана, окиси цинка и алюминиевого порошка, гарантированно обеспечило улучшенные параметры горения и дымообразования.The proposed optimized mass ratio of the components of the thermal base: hexachloroethane, zinc oxide and aluminum powder, guaranteed to provide improved combustion and smoke formation parameters.

При содержании в составе гексахлорэтана больше 70 мас.% увеличивается шлакообразование при нестабильном горении состава, что снижает выход дыма, из-за переизбытка углеводородных радикалов повышается содержание сажи в продуктах горения, в результате чего снижается контрастность дыма.When the content of hexachloroethane in the composition is more than 70 wt.%, Slag formation during unstable combustion of the composition increases, which reduces the smoke output, due to an excess of hydrocarbon radicals, the content of soot in the combustion products increases, resulting in a decrease in smoke contrast.

При содержании в составе гексахлорэтана меньше 57 мас.% маскирующая способность резко падает из-за неполного выгорания сажи, снижающей контрастность дыма.When the content of hexachloroethane is less than 57 wt.%, The masking ability drops sharply due to incomplete burning of soot, which reduces the contrast of smoke.

Функциональный дымообразующий компонент - окись цинка - служит для окрашивания дыма в яркий белый цвет.The functional smoke-generating component - zinc oxide - is used to color the smoke in a bright white color.

Высокая гигроскопичность хлористого цинка способствует получению устойчивого аэрозольного облака с повышенными маскирующими характеристиками.High hygroscopicity of zinc chloride contributes to the production of a stable aerosol cloud with enhanced masking characteristics.

При содержании в составе окиси цинка меньше 24 мас.% маскирующая способность ниже требуемого значения из-за снижения насыщенности цветом.When the content of zinc oxide is less than 24 wt.%, The masking ability is lower than the required value due to a decrease in color saturation.

При содержании в составе окиси цинка больше 30 мас.% снижается эффективность основного действия из-за неполного ее расхода по целевому назначению. Композиция расходуется на формирование балластных шлаков.When the content of zinc oxide in the composition is more than 30 wt.%, The effectiveness of the main action decreases due to its incomplete consumption for the intended purpose. The composition is spent on the formation of ballast slag.

При повышенном массовом соотношении гексахлорэтана и окиси цинка в предложенном составе увеличение доли содержания мелкодисперсного алюминиевого порошка, при снижении скорости горения состава, снижает количество свободного углерода в дыме, который становится белее, то есть функциональнее.With an increased mass ratio of hexachloroethane and zinc oxide in the proposed composition, an increase in the proportion of fine aluminum powder, while reducing the burning rate of the composition, reduces the amount of free carbon in the smoke, which becomes whiter, i.e. more functional.

При содержании в дымообразующем составе алюминиевого порошка больше 9 мас.% образуются хлориды алюминия и много свободного углерода, в результате чего дым приобретает нежелательный темно-серый оттенок, снижая маскирующую способность.When the aluminum powder in the smoke-forming composition is more than 9 wt.%, Aluminum chlorides and a lot of free carbon are formed, as a result of which the smoke acquires an undesirable dark gray hue, reducing the masking ability.

При содержании в дымообразующем составе алюминиевого порошка меньше 4 мас.% характер горения становится неустойчивым, пульсирующим, потому что не достигается уровень температуры горения для полноты сгорания композиции.When the content of aluminum powder in the smoke-forming composition is less than 4 wt.%, The character of combustion becomes unstable, pulsating, because the level of the combustion temperature is not reached to complete the combustion of the composition.

Фторкаучук марки СКФ-32 представляет собой искусственный каучук, содержащий 52% фтора и 25%хлора, и служит дополнительным окислителем в металлохлоридном дымообразующем составе, активизируя процесс дымообразования при горении уплотненного заряда при скорости горения 0,1 мм/с, обеспечивая повышение маскирующих свойств и кроющей способности дымового облака.SKF-32 brand fluororubber is an artificial rubber containing 52% fluorine and 25% chlorine, and serves as an additional oxidizing agent in the metal chloride smoke-forming composition, activating the process of smoke formation during combustion of a compacted charge at a burning rate of 0.1 mm / s, providing an increase in masking properties and opacity of the smoke cloud.

Фторкаучук в роли технологической добавки обеспечивает требуемую механическую прочность и физико-химическую стабильность зарядам из предложенного состава в условиях эксплуатации, что является уникальным свойством.Fluoroelastomer in the role of a technological additive provides the required mechanical strength and physico-chemical stability to the charges of the proposed composition under operating conditions, which is a unique property.

При содержании в составе фторкаучука меньше 2 мас.% не исключается пыление, что небезопасно, затруднено объемное дозирование состава на операции прессования зарядов из-за неравномерного распределения компонентов в объеме, то есть смесь нетехнологична для серийного производства.When the fluororubber content is less than 2 wt.%, Dusting is not ruled out, which is unsafe, volumetric dosing of the composition during charge pressing operations is difficult due to the uneven distribution of components in the volume, i.e. the mixture is not technologically advanced for mass production.

При содержании в дымообразующем составе фторкаучука больше 4 мас.% падает маскирующая способность, увеличивается технологическое время сушки для удаления летучего растворителя.When the fluororubber content in the smoke-forming composition is more than 4 wt.%, The masking ability decreases, and the technological drying time is increased to remove volatile solvent.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная 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 stated technical problem is solved not by the sum of the effects, but by a new super-effect of the sum of the attributes.

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.

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.

Гексахлорэтан, алюминий и окись цинка вводят в смеситель в порошкообразном состоянии, а фторкаучук марки СКФ-32 - в виде 25%-го раствора в ацетоне.Hexachloroethane, aluminum and zinc oxide are introduced into the mixer in powder form, and SKF-32 fluororubber is introduced as a 25% solution in acetone.

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.

В результате опытной проверки приготовленных образцов составов металлохлоридных составов было установлено, что дымообразующая способность составляет 76-78%, а маскирующие свойства завесы достигнуты в пределах 4,7-5,3 м²/г при времени горения заряда 9-11 мин со скоростью горения 0,18-0,24 мм/с.As a result of experimental verification of the prepared samples of the compositions of metal chloride compositions, it was found that the smoke-forming ability is 76-78%, and the masking properties of the curtain were achieved within 4.7-5.3 m ² / g with a charge burning time of 9-11 min with a burning rate 0.18-0.24 mm / s.

Испытания опытных образцов уплотненных зарядов из дымообразующих зарядов по изобретению показали надежное воспламенение от штатных средств инициирования и устойчивое горение.Tests of prototypes of compacted charges from smoke-forming charges according to the invention showed reliable ignition from standard means of initiation and stable combustion.

Предложенный состав химически стойкий и обладает достаточной физико-химической стабильностью, при этом чувствительность состава 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 of the composition to mechanical stress is low, which is safe and technologically advanced in industrial production and operation.

Структурные компоненты состава доступны и имеют широкую сырьевую базу.The structural components of the composition are available and have a wide raw material base.

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 возможности промышленного серийного изготовления дымообразующего металлохлоридного состава, 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 possibility of industrial serial production of a smoke-forming metal-chloride composition, we can conclude that the patentability conditions are met.

Claims

Smoke-forming metal chloride composition, including hexachloroethane, zinc oxide, aluminum powder and technological additive - fluororubber, characterized in that the particles of aluminum powder do not exceed 60 microns in the following ratio of components, wt.%:
hexachloroethane 58-70 zinc oxide 24-29 aluminum powder 4-9 fluororubber 2-4