Термопластичный газогенерирующий пиротехнический состав повышенной силы
Владельцы патента RU 2394800:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Краснознаменец" (RU)
Изобретение относится к пиротехнике. Термопластичный газогенерирующий пиротехнический состав содержит связующее - смесь сополимера бутадиена и нитрила акриловой кислоты с фенолоформальдегидной смолой и окислитель - перхлорат аммония при определенном соотношении компонентов. Состав может быть использован для совершения работы в исполнительных механизмах пироавтоматики. Изобретение направлено на повышение рабочей силы состава и снижение содержания в продуктах сгорания веществ в конденсированном состоянии. 3 табл.
Изобретение относится к пиротехнике, а именно к термопластичным газогенерирующим пиротехническим составам повышенной силы для снаряжения исполнительных узлов пироавтоматики.
Известны ракетные топлива на основе перхлората аммония (США 3218206, опубл. 16.11.65; Шидловский А.А. Основы пиротехники. М.: «Машиностроение», 1973, с.267), которые содержат в продуктах сгорания мало конденсированных веществ и обладают достаточно большой силой, однако эти ракетные топлива содержат отверждаемый компаунд (связующее - горючее), и поэтому вышеуказанные топлива не могут перерабатываться методами проходного прессования или экструзии.
Известен пиротехнический состав ОСТ В 84-2462-93. используемый в исполнительных механизмах пироавтоматики, содержащий 55% калия хлорнокислого и 45% железосинеродистого свинца, однако и он не обладает термопластичными свойствами и имеет недостаточно высокую силу (работоспособность) 223 кДж/кг.
Ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является состав (патент РФ № 2261852 кл. С06В 29/02, 45/10), содержащий, мас.%:
| перхлорат калия | 85-70 |
| смесь сополимера бутадиена и нитрила | |
| акриловой кислоты с фенолоформальдегидной | |
| смолой | 15-30 |
который обладает термопластичностью и предназначен для снаряжения исполнительных узлов пироавтоматики. К недостаткам прототипа следует отнести недостаточно высокую силу (работоспособность) (см. табл.1) и большое количество конденсированной фазы (шлаков) в продуктах сгорания (53-43%), в основном KCl, который, как известно [П.П.Карпов. Средства инициирования. М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1945, с.15]. вызывает коррозию и быстрый износ металла корпуса узла. Образование конденсированных продуктов сгорания, а также продуктов сгорания, обладающих коррозионными свойствами, снижает ресурс повторного использования корпусов исполнительных узлов пироавтоматики, а также приводит к снижению надежности работы указанных устройств.
Целью настоящего изобретения является создание термопластичного состава с более высокой работоспособностью (силой) и низким содержанием конденсированной фазы в продуктах сгорания (шлаков). Образующиеся продукты сгорания должны уменьшить коррозию металла корпуса исполнительного узла пироавтоматики, что увеличит ресурс повторного использования указанных устройств, а также надежность их работы.
Для достижения указанной технической задачи в предлагаемом пиротехническом составе использован в качестве окислителя перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый), а в качестве термопластичного связующего смесь сополимера бутадиена и нитрила акриловой кислоты с фенолоформальдегидной смолой в соотношении, мас.%:
| перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) | 85-75 |
| смесь сополимера бутадиена и нитрила акриловой | |
| кислоты с фенолоформальдегидной смолой | 15-25, |
при этом для достижения необходимой прочности получаемых элементов и благоприятной реологии формуемой массы предлагаемого состава методами проходного прессования или экструзией смесь полимеров взята в следующем соотношении компонентов, мас.%:
| сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты | 5-95 |
| фенолоформальдегидная смола | остальное |
Технический результат заключается в том, что названные компоненты впервые используются в предлагаемом сочетании и соотношении для приготовления термопластичного газогенерирующего пиротехнического состава, обладающего повышенной силой, образующего при сгорании минимальное количество шлаков (до 2%). При сгорании данного состава образуется в 1,5 раза меньше продуктов сгорания, обладающих коррозионным действием на металл корпуса исполнительного узла пироавтоматики.
Состав готовится механическим смешением указанных компонентов с последующей обработкой методами проходного прессования, экструзией или другими методами, используемыми для обработки термопластичных материалов, формируя из него трубку заданного диаметра с внутренним каналом, которая, в свою очередь, нарезается на цилиндрические элементы определенной высоты.
В табл.1 приведены сравнительные расчетные характеристики состава-прототипа и вариантов предлагаемого состава. Как следует из данных табл.1, предлагаемый состав превосходит состав-прототип по силе в 1,7 раз.
В табл.2 указаны расчетные продукты сгорания состава-прототипа и предлагаемого состава. Как видно, в продуктах сгорания предлагаемого состава присутствует в 1,5 раза меньше коррозионных соединений, чем в продуктах сгорания состава-прототипа. Количество образующихся конденсированных продуктов сгорания предлагаемого состава значительно меньше, чем у состава-прототипа (2% против 46%).
Для проведения сравнительных испытаний вариантов предлагаемого в качестве изобретения состава с составом-прототипом из них была изготовлена методом проходного прессования трубка с наружным диаметром 3,2 мм и внутренним диаметром 0,6 мм, которая затем была разрезана на цилиндрические элементы длиной 1,5 мм. Сравнительные испытания предлагаемого состава с составом-прототипом проводили в манометрической бомбе объемом 25 см3, масса сжигаемого состава 3 г. Испытания проводили по методике предприятия. Результаты экспериментов приведены в табл.3.
Результаты сравнительных испытаний заявляемого состава и состава-прототипа показывают, что во всем диапазоне рецептуры предлагаемый состав сохраняет необходимые рабочие характеристики в заданных диапазонах температур. Также испытания выявили следующую закономерность: исполнительный узел пироавтоматики при снаряжении его составом-прототипом выдерживает в среднем только 12 повторных снаряжений до выхода из строя корпуса узла ввиду его зашлакованности и коррозии, в то время как предлагаемый состав обеспечивает до 21 повторного снаряжения указанного устройства.
Таким образом, разработан термопластичный газогенерирующий пиротехнический состав повышенной силы, образующий при сгорании минимальное количество конденсированных продуктов сгорания (до 2%), при этом в продуктах сгорания предлагаемого состава присутствует в 1,5 раза меньше коррозионных соединений, чем в продуктах сгорания состава-прототипа, что позволяет увеличить ресурс повторного использования исполнительных узлов пироавтоматики, снаряжаемых данным составом, а также надежность работы этих устройств. Рецептура состава допускает возможность формирования зерен различной формы методом проходного прессования или экструзии.
| Таблица 1 | ||||
| Рецептура состава | Сила состава, кДж/кг | Теплотасгорания, ккал/кг | Адиабатическая температура горения, K при Р=1 ат | Объем газов, см3/г при Т=0°С Р=760 мм рт.ст. |
| Варианты состава-прототипа | ||||
| Вариант №1 | 535,7 | 609,0 | 2495,2 | 528,6 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 85% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 14,25% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 0,75% | ||||
| Вариант №2 | 518,4 | 596,4 | 2919,4 | 511,95 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 85% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 7,5% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 7,5% | ||||
| Вариант №3 | 495,3 | 572,9 | 2604,9 | 488,8 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 85% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 0,75% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 14,25% | ||||
| Вариант №4 | 397,4 | 340,2 | 1474.3 | 389,8 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 75% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 17% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 8% | ||||
| Вариант №5 | 317,2 | 301,9 | 1120,4 | 313.0 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 70% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 28,5% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 1,5% | ||||
| Варианты предлагаемого изобретения | ||||
| Вариант №1 | 834,8 | 836,8 | 2504,6 | 898,5 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 85% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 14,25% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 0,75% | ||||
| Вариант №2 | 837,4 | 858,0 | 2596,4 | 869,4 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 85% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 7,5% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 7,5% | ||||
| Вариант №3 | 828,9 | 862,0 | 2649,3 | 843,5 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 85% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 0,75% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 14,25% | ||||
| Вариант №4 | 611,9 | 481,5 | 1559,5 | 1057,6 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 75% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 17% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 8% | ||||
| Вариант №5 | 766,1 | 704,4 | 2154,0 | 958,8 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 80% | ||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 13% | ||||
| Фенолоформальдегидная смола 7% |
| Таблица 3 | |||||
| Рецептура состава | Максимальное давление, Pmax, ат | Количество конденсированной фазы (шлаков) в продуктах сгорания при +25°С, масс.% | |||
| при температуре | |||||
| термостатирования | |||||
| испытуемого состава | |||||
| +20°С | +60°С | +145°С | -60°С | ||
| Варианты состава-прототипа | |||||
| Вариант №1 | 1411 | 1429 | 1510 | 1393 | 0,47 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 85% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 14.25% |
|||||
| Фенолоформальдегидная смола 0.75% | |||||
| Вариант №2 | 1396 | 1417 | 1497 | 1370 | 0,49 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 85% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 7,5% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 7,5% | |||||
| Вариант №3 | 1371 | 1390 | 1460 | 1350 | 0,53 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 85% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 0,75% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 14,25% | |||||
| Вариант №4 | 1080 | 1090 | 1110 | 1050 | 0,46 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 75% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 17% |
|||||
| Фенолоформальдегидная смола 8% | |||||
| Вариант №5 | 887 | 892 | 954 | 865 | 0,43 |
| Перхлорат калия (калий хлорнокислый) 70% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 28.5% |
|||||
| Фенолоформальдегидная смола 1.5% | |||||
| Варианты предлагаемого изобретения | |||||
| Вариант №1 | 1636 | 1651 | 1749 | 1590 | 0,005 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 85% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 14,25% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 0,75% | |||||
| Вариант №2 | 1619 | 1690 | 1740 | 1570 | 0,007 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 85% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 7,5% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 7,5% | |||||
| Вариант №3 | 1585 | 1620 | 1670 | 1580 | 0,01 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 85% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 0.75% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 14,25% | |||||
| Вариант №4 | 1270 | 1290 | 1300 | 1250 | 0,02 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 75% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 17% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 8% | |||||
| Вариант №5 | 1430 | 1455 | 1500 | 1420 | 0,007 |
| Перхлорат аммония (аммоний хлорнокислый) 80% | |||||
| Сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты 13% | |||||
| Фенолоформальдегидная смола 7% |
Термопластичный газогенерирующий пиротехнический состав, содержащий в качестве окислителя соль хлорной кислоты и в качестве связующего и горючего - смесь сополимеров бутадиена и нитрила акриловой кислоты с фенолоформальдегидной смолой в следующем соотношении, мас.%:
| сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты | 5-95 |
| фенолоформальдегидная смола | остальное, |
отличающийся тем, что в качестве окислителя выбрана аммониевая соль хлорной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| аммониевая соль хлорной кислоты | 85-75 |
| смесь сополимера бутадиена и нитрила акриловой | |
| кислоты с фенолоформальдегидной смолой | остальное |
