Замедляющие пиротехнические составы

 

Изобретение относится к замедляющим пиротехническим составам, используемым в детонаторах. Предложенный замедляющий пиротехнический состав по варианту 1 содержит горючее - аморфный бор, окислитель - монооксид или диоксид титана или их смесь и оксид железа (III) или оксид железа (II, III) или их смесь. Предложенный замедляющий пиротехнический состав по варианту 2 содержит горючее - аморфный бор, окислитель - оксид железа (III) или оксид железа (II, III) или их смесь. Изобретение направлено на создание замедляющего пиротехнического состава с высокой стабильностью горения, в том числе и после длительного хранения в негерметичном состоянии. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к замедляющим пиротехническим составам, используемых в детонаторах (электрических и неэлектрических) для задержки времени их взрывания.

Известен замедляющий пиротехнический состав, где в качестве горючего используется сера, а в качестве окислителя марганец с окислами железа [1].

Горение такого пиротехнического состава в большой степени зависит от избыточного давления в гильзе детонатора, поэтому его применение ограничено детонаторами с относительно герметичным корпусом - электродетонаторами. Кроме того, продукты реакции, то есть соединения серы, являются ядовитыми.

В другом пиротехническом составе со скоростью горения от 0,007 до 0,05 м/с в качестве горючего используется сурьма, кремний, сульфид сурьмы, а в качестве окислителя - смесь окиси марганца или окислов металлов группы железа с перхлоратами или нитратами щелочных или щелочноземельных металлов [2].

По сравнению с составом [1] состав [2] может гореть без избыточного давления в гильзе детонатора, но его применение ограничивается практически только электродетонаторами, так как наличие перхлоратов и нитратов калия приводит к медленным реакциям в составах при повышенной влажности окружающей среды. Кроме того, соединения сурьмы являются ядовитыми веществами.

Ближайшим техническим решением “замедляющего пиротехнического состава” является состав [3] по п.6 со скоростями горения от 0,002 до 0,03 м/с, где в качестве горючего используется бор (В), а окислителем является двуокись титана (ТiO₃), другими составляющими данного пиротехнического состава являются: сурьма (Sb), смесь цинка (Zn) с никелем (Ni), окислы олова (SnO₂), перхлорат калия (КClO₄), оксид висмута (Вi₂O₃). Однако в выбранном пиротехническом составе не достигнута высокая стабильность горения после длительного хранения в сложных климатических условиях, а соединения сурьмы (Sb) и никеля (Ni) являются ядовитыми веществами.

Указанная нестабильность горения проявляется в резком уменьшении скорости горения состава с последующим затуханием.

Перечисленными отрицательными свойствами обладают все пиротехнические составы, содержащие сильные водорастворимые окислители, такие как хлораты, перхлораты, нитраты и т.д. щелочных или щелочноземельных элементов. Кроме того, в таких пиротехнических составах после длительного хранения во влажной среде происходят необратимые процессы, что не позволяет возвратить им первоначальные характеристики повторным высушиванием.

Технической задачей данного изобретения является создание замедляющих пиротехнических составов со скоростями горения V=0,004-0,04 м/с и V=0,04-0,02 м/с, имеющих высокую стабильность горения, в том числе и после длительного хранения в негерметичном состоянии в сложных климатических условиях, а также обладающих высокой экологичностью при их горении.

Сущность изобретения замедляющего пиротехнического состава со скоростями горения V=0,004-0,04 м/с заключается в окислительно-восстановительной реакции между аморфным бором (В), используемым в качестве горючего, в количестве от 3 до 25 мас.%, и окислителем, содержащим монооксид или диоксид титана (TiO или ТiO₂) или их смесь в количестве от 5 до 40 мас.% и оксид железа (III) или оксид железа (II, III) (Fе₂О₃ или Fе₃O₄) или их смесь в количестве от 30 до 92 мас.%. Данный замедляющий состав обеспечивает небольшие размеры замедляющего элемента при обеспечении большого времени замедления - до 10 секунд (длина замедляющего элемента не превышает 50 мм).

Сущность изобретения замедляющего пиротехнического состава со скоростями горения V=0,04-0,02 м/с заключается в окислительно-восстановительной реакции между аморфным бором (В), используемым в качестве горючего, в количестве от 15 до 50 мас.%, и окислителем, содержащим оксид железа (III) или оксид железа (II, III) (Fе₂О₃ или Fе₃O₄) или их смесь в количестве от 50 до 85 мас.%. Кроме того, данный замедляющий состав обладает дополнительным техническим результатом, заключающимся в специфической его особенности - обладании повышенными воспламенительными свойствами, а именно способностью надежно воспламеняться от любых известных средств зажигания - воспламенительных головок или шлангов-волноводов (с количеством ВВ более 9,8 миллиграм на 1 п.м)[4].

Оба разработанных состава замедляют скорость горения при их увлажнении, но легко восстанавливают первоначальные свойства после их просушивания, так как наличие в них влаги не приводит к необратимым процессам. Однородность компонентов, составляющих замедляющий пиротехнический состав и замедляющий пиротехнический состав с повышенными воспламенительными свойствами, повышает стабильность горения на переходном участке при комбинации двух составов.

Для повышения устойчивости разработанных пиротехнических составов к температурно-влажностным факторам (перепаду температур 50С и влажности до 80%) в пиротехнический состав вводятся гидрофобные добавки в количестве до 10% от общего веса состава. Добавки представляют собой карбоновые кислоты CnHmCOOH с n7, производные карбоновых кислот или их соли.

Для разработанных замедлительных пиротехнических составов среднеквадратичное отклонение времени не превышает 1% от общего времени горения, в том числе и при длительном хранении в негерметичном состоянии.

Данные качества достигаются за счет:

1. Применения компонентов, не реагирующих между собой во влажных средах.

2. Исключения интенсивного кипения окислов бора за счет вышеуказанного сочетания компонентов.

3. Использования стабильных по физико-химическим характеристикам компонентов, что объясняется получением их синтетическим способом и удовлетворительной стабильностью указанных компонентов при длительном хранении.

4. Гидрофобных добавок, позволяющих существенно снизить гигроскопичность.

Только такое сочетание компонентов разработанных замедляющих пиротехнических составов может обеспечивать высокую точность горения с минимальным разбросом, нетоксичность, стабильность времени замедления и разброса при длительном хранении в неблагоприятных (экстремальных) условиях, технологичность изготовления составов и технологичность их запрессовки в трубки замедляющих элементов.

Высокая экологичность разработанных замедляющих пиротехнических составов объясняется отсутствием в их составе и в продуктах их горения токсичных компонентов.

Невысокая стоимость разработанных замедляющих пиротехнических составов объясняется низкой стоимостью основных компонентов - окислителей (Fе₂О₃, Fe₃O₄, TiO, TiO₂) и невысоким процентным содержанием относительно дорогостоящего горючего или небольшими объемами использования замедляющего состава с повышенными воспламенительными свойствами, имеющего более высокое содержание бора (В).

На фиг.1-4 изображены способы снаряжения капсюлей-детонаторов и электродетонаторов разработанными замедляющими составами с повышенными воспламенительными свойствами от любых известных средств зажигания (воспламенительных головок или шлангов-волноводов) и замедляющими составами, воспламеняемыми от замедляющих составов с повышенными воспламенительными свойствами.

На фиг.1 изображен капсюль-детонатор, снаряженный замедляющим составом с повышенными воспламенительными свойствами, инициируемый от шланга-волновода [4], где гильза, выполненная из биметалла 1, вторичное ВВ (ТЭН) 2, первичное ВВ (азид свинца) 3, замедляющий пиротехнический состав с повышенными воспламенительными свойствами 4, запрессованный в стальной трубчатый вкладыш 5, шланг-волновод 6 вставлен в диэлектрическую пробку 7, пробка 7 крепится к гильзе 1 при помощи обкатки, между трубчатым вкладышем 5 и пробкой 7 оставляется зазор 8. Замедляющий состав с повышенными воспламенительными свойствами 4 срабатывает от шланга-волновода 6, по внутренней поверхности которого распространяется слабая детонационная волна. По выгоранию замедляющего состава с повышенными воспламенительными свойствами 4 внутри стального трубчатого вкладыша 5 инициируется первичное ВВ 3, которое в свою очередь инициирует вторичное ВВ 2.

На фиг.2 изображен электродетонатор, снаряженный замедляющим составом с повышенными воспламенительными свойствами, инициируемый от электровоспламенительной головки, основные элементы конструкции с 1 по 5, 7, 8 позиции аналогичны фиг.1, электропровода 9 соединены с электрозажигательной головкой 10, воспламеняемой электромостиком, проходящим через электрозажигательный состав головки 10 по электропроводам 9 при помощи электрического тока. Электрозажигательная головка 10 поджигает замедляющий состав с повышенными воспламенительными свойствами 4, по выгоранию которого инициируется первичное ВВ 3, инициирующее в свою очередь вторичное ВВ 2.

На фиг.3 и 4 изображены капсюль-детонатор и электродетонатор, снаряженные замедляющими пиротехническими составами 11 и небольшой навеской замедляющего состава с повышенными воспламенительными свойствами 4. Принцип работы этих детонаторов аналогичен принципу работы детонаторов на фиг.1 и 2, отличие состоит в том, что за замедляющим составом с повышенными воспламенительными свойствами 4 располагается замедляющий состав 11, выгорание которого инициирует первичное ВВ 3, которое в свою очередь инициирует вторичное ВВ 2.

В качестве примера приведем некоторые из возможных составов, реализующих указанное изобретение. Разработанные составы испытывались в детонаторах с первичным ВВ.

Было изготовлено 40 замедляющих пиротехнических элементов из замедляющего состава с повышенными воспламенительными свойствами:

29%В+68%Fe₃O₄+2%С₁₇Н₃₅СООН+1% бентонитовая глина (технологическая добавка для образования гранул).

Замедляющие пиротехнические элементы представляли собой стальные трубки длиной 30 мм с наружным диаметром 6 мм и внутренним диаметром 3 мм. Указанный состав порционно запрессовывался в трубки с усилием 100 кг. Так же было изготовлено 40 комбинированных замедляющих элементов аналогичной длины - 30 мм, где 3 мм занимал вышеупомянутый состав, а в остальные 27 мм запрессовывался замедляющий состав:

8%В+68%Fе₃O₄+21%TiO₂+2%С₁₇Н₃₅СООН+1% бентонитовая глина (технологическая добавка для образования гранул).

Составы готовились следующим образом:

1. Составляющие компоненты поочередно засыпались после дозировки в воду до образования вязкой массы;

2. Полученная масса в течение 20 минут размешивалась электромешалкой;

3. Смесь высушивалась при 110С;

4. Высушенная смесь дробилась;

5. Раздробленные фракции просеивались через сито с ячейками от 0,3 до 1 мм;

6. Гранулы запрессовывались в стальные трубки замедляющих элементов с усилием 100 кг;

7. Стандартные металлические гильзы с запрессованным вторичным ВВ (ТЭН) и первичным ВВ (азид свинца) оснащались замедляющими элементами;

8. 40 снаряженных гильз оснащались зажигательными головками, а 40 снаряженных гильз оснащались шлангами-волноводами [4] и крепились между собой обкаткой гильзы.

По 20 детонаторов, оснащенных электрозажигательными головками, и по 20 детонаторов, оснащенных шлангами-волноводами, были испытаны сразу, аналогичная партия без системы зажигания (с открытыми гильзами) была размещена в климатическом шкафу с влажностью 80% и температурой 50С сроком на три месяца и после этого так же была испытана.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Результаты испытаний подтвердили высокую стабильность горения разработанных замедляющих пиротехнических составов и высокую экологичность, а также низкую гигроскопичность и низкую чувствительность к градиенту температур. Технология изготовления предлагаемых замедлителей принципиально не отличается от традиционной, стоимость компонентов невысокая за исключением бора, но процентное содержание бора относительно невысокое или масса навески с повышенным содержанием бора невелика, что и делает состав недорогим.

Источники информации

1. Патент США 2478918 от 30.11.45 по кл. 149:30.

2. Патент ФРГ 2416920 от 08.04.74 по МКИ⁵ С 06 В 33/00.

3. Патент Швеции 8103208-8 от 18.08.86 по МКИ⁵ С 06 В 33/00.

4. Патент России 2005984 С1 от 01.10.90 по МКИ⁵ F 42 В 3/10; F 42 D 1/04.

Формула изобретения

1. Замедляющий пиротехнический состав, содержащий бор в качестве горючего и окислитель, отличающийся тем, что он содержит аморфный бор в количестве от 3 до 25 мас.%, а в качестве окислителя он содержит монооксид или диоксид титана, или их смесь в количестве от 5 до 40 мас.% и оксид железа (III), или оксид железа (II, III), или их смесь в количестве от 30 до 92 мас.%.

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит гидрофобную добавку - карбоновую кислоту или смесь карбоновых кислот общей формулы CnHmCOOH с n7 в количестве до 10% от общего веса состава.

3. Замедляющий пиротехнический состав, содержащий бор в качестве горючего и окислитель, отличающийся тем, что он содержит аморфный бор в количестве от 15 до 50 мас.%, а в качестве окислителя он содержит оксид железа (III), или оксид железа (II, III), или их смесь в количестве от 50 до 85 мас.%.

4. Состав по п.3, отличающийся тем, что он содержит гидрофобную добавку - карбоновую кислоту или смесь карбоновых кислот общей формулы CnHmCOOH с n7 в количестве до 10% от общего веса состава.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4