RS59482B1 - Gorivo za pirotehničke smeše koje emituju u bliskoj infracrvenoj oblasti - Google Patents

Description

Opis

Oblast pronalaska

[0001] Tehničko rešenje odnosi se na specijalno gorivo i njegovu pripremu koja uz pogodna oksidaciona sredstva proizvodi pirotehničke smeše koje emituju energetsko zračenje tokom sagorevanja u bliskoj infracrvenom oblsti i koje su predviđene za municiju metaka sa smešom za infracrveno obeležavanje (traser).

Stanje tehnike

[0002] Osnova za razumevanje principa emisivnosti tela je koncept "Apsolutno crnog tela" koji je Kirchhoff definisao 1860. Ovo je idealna površina koja ni ne odbija ni ne propušta svetlost, već apsorbuje sva slučajna zračenja, bez obzira na njihov smer i talasne dužine. Međutim, apsolutno crno telo takođe idealno emituje ovo zračenje sa svoje površine. Najtačnije poređenje je šupljina sa unutrašnjom površinom pri konstantnoj temperaturi, koja komunicira sa spoljašnjim okruženjem pomoću beskonačno malog otvora, kroz koju ulazi svetlost, koja se u potpunosti apsorbuje bez obzira na unutrašnju površinu šupljine. Da bi odredio kapacitet zračenja površine stvarnog tela u poređenju sa zračenjem apsolutno crnog tela, Kirchhoff je definisao emisivnost, ε, površine stvarnog tela kao odnos između toplotnog zračenja na datoj temperaturi, T i zračenja apsolutno crnog tela na istoj T pod istim spektralnim i usmerenim uslovima. Emisivnost apsolutno crna tela = 1.

[0003] Godine 1879. Stefan je definisao odnos koji kaže da je zračenje koje telo emituje proporcionalno četvrtom stepenu apsolutne T površine. Kasnije je Boltzmann razvio ovu teoriju i na taj je način definisan osnovni zakon zračenja, koji kaže da je E = C x T<4>, tj. da je energija zračenja apsolutno crnog tela na apsolutnoj T (° K) jednaka proizvodu četvrtog stepena apsolutne T i C koji predstavlja Stefan – Boltzmannovu konstantu. Na osnovu ovog odnosa moguće je podeliti sva stvarna tela u dve osnovne grupe. Prva grupa su „siva“ tela sa snagom emitovanja koja nije vezana za talasnu dužinu i jednaka je 0,8 i više. Ova grupa obuhvata sve termički neprovodne supstance kao što je većina bezbojnih minerala, metalni oksidi, keramike, građevinski materijali i dodatno većina organskih jedinjenja i ugljenik. U drugu grupu se ubrajaju svi obojeni i materijali koji izuzetno provode toplotu, posebno metali, čija je snaga emitovanja niža u jednakom odnosu kako je njihova površina glađa. Emisivnost ovih jedinjenja značajno varira u skladu sa njihovom talasnom dužinom (slika 1).

[0004] Wien je 1896. godine izveo formulu za izračunavanje spektralnih karakteristika zračenja crnog tela kao funkcije T i talasne dužine, koju je Planck 1900. godine prilagodio tako da predstavlja Planck-ov zakon raspodele, koji navodi da se intenzitet zračenja neprekidno menja u skladu sa promenama talasne dužine. Povećanjem T povećava se ukupna količina emitovane energije i vrhovi krivih se kreću u rasponu kraćih talasnih dužina, tj. u oblast vidljivog zračenja (slika 2). Isprekidana linija na slici 2 definiše vrednosti maksimalnog zračenja za svako T pri zadanoj talasnoj dužini. Ovo nas dovodi do trećeg osnovnog zakona - Wien-ovog zakona pomeranja, koji se matematički može izraziti sledećom jednačinom: λ = 2898/T, u kojoj λ predstavlja talasnu dužinu. Na ovaj način moguće je izračunati talasnu dužinu u mikronima, koja definiše maksimalnu količinu emitovane energije u datom T.

[0005] Tri opisana osnovna zakona: Stefan – Boltzmann-ov zakon, Planck-ov zakon o raspodeli i Wien-ov zakon pomeranja su od značajne pomoći u mnogim oblastima, uključujući pirotehniku, više od stotinu godina. Da bi se postigla najveća vidljivost plamena u raznim svetlosnim, signalnim i smešama za praćenje, potrebno je maksimizirati T plamena, koji je direktno proporcionalan toploti reakcije smeše umanjenoj za latentno topljenje i toplotu ključanja proizvoda i indirektno proporcionalni specifičnoj toploti proizvoda. Stoga smo izabrali visokokalorično gorivo pomešano sa oskidacionim sredstvima koji imaju visok sadržaj „aktivnog“ kiseonika koji proizvodi zapaljive proizvode, čije čestice imaju najveću moguću tačku topljenja i emisivnost, približavajući se maksimumu emisivnosti apsolutno crnog tela. Stoga visokokalorični metali imaju jedinstvenu funkciju u ovim smešama; na primer, Mg, iako je u gasovitom stanju, sagoreva na račun kiseonika iz oksidacionog sredstva i atmosferskog kiseonika, što maksimalno povećava zapreminu i površinu plamena i stvara visoko topljiv MgO, koja ima visoku emisivnost u opsegu od 500 nm - što je optimalno za gledanje ljudskim okom. Ove smeše deluju u temperaturnom opsegu od 1200 do 3500 ° C.

[0006] Otprilike početkom 1970-ih, u vezi sa stalnim usavršavanjem optičkih instrumenata za upotrebu ne samo u području vidljivog zračenja (400-760 nm), već prevashodno u području dugih talasa, nevidljivih ljudskom oku, u opsegu bliskog infracrvenog zračenja (780 - 1400 nm), poseban zadatak je postao neophodan za opremanje jedinica koje izvode noćne borbene operacije sa uređajima za noćno osmatranje, tj.razvoj posebne smeše za praćenje, uz maksimalno suzbijanje emisije vidljivog zračenja, sa delovanjem u bliskom infracrvenom opsegu zračenja

[0007] Na slici 2 prikazano je koji je smjer potreban za uspešno rešavanje ovog problema. Zasniva se na maksimalnom smanjenju T sagorevanja uz zadržavanje dovoljne količine pogodnih emitera u proizvodima sagorevanja, čija se emisija najbliže apsorpciji apsolutno crnog tela. Na slici 2 vidi se da je to izuzetno težak zadatak; upravo u granicama mogućnosti iz oblasti pirotehnike . Smanjivanje T sagorevanja , a samim tim i toplota reakcije pirotehničkih smeša ima svoja ograničenja, jer toplota reakcije u odnosu na paljenje T predstavlja jedan od osnovnih kriterijuma za procenu pouzdanosti i stabilnosti gorenja, što je posebno značajno tokom paljenja u malim presecima - u šupljinama u uređajima napravljenim od visoko provodnih materijala kao što pune košuljice i, naravno, pri vrlo niskom T ambijenta. Suviše niska vrednost „indeksa širenja“ - PI - tj. odnos toplote reakcije u cal/g i temperature sagorevanja u °C tada može da bude uzrok nezadovoljavajućeg dejstva ili potpune neispravnosti smeše u metku. T sagorevanja od oko 500 ° C smatra se ograničenjem u pirotehnivi i ovladavanje pouzdanim sagorevanjem za tako niske temperature, a naročito pod gornjim uslovima, moguće je samo smanjenjem T paljenja korišćenjem visoko reaktivnih oksidacionih sredstava ili goriva, koji, međutim, nepoželjno povećavaju osetljivost na mehaničke uticaje / udare, a na taj način takođe i opasnost pri rukovanju. Čak i kada su uloženi svi napori kako bi se ovi negativni efekti suzbili, rešenje će uvek biti granično, kao što pokazuje kriva koja odgovara T 800 ° K (približno 500 ° C) na slici 2 – sagorevanje će i dalje posredovati u vidljivoj oblasti spektra i intenzitet zračenja u infracrvenoj oblasti će biti ograničeno osetljivošću uređaja za noćno osmatranje, čiji radni opseg leži između 400 i 1000 - 1500 nm.

[0008] U principu, postoji i mogućnost drugačijeg rešenja, zasnovanog na potpunom odsustvu čvrstih emitera u plamenu. Ako plamen sadrži samo gasovite sastojke ili pare (isparenja), čija je emisija neznata, to može imati značajno veću T, a da nije vidljivo golim okom. Takav plamen nastaje, na primer, tokom sagorevanja etanola, koji sa atmosferskim kiseonikom sagoreva na T od 1600 ° C, stvarajući samo gasovite proizvode. Za poređenje, plamen sveće na T od 800 - 1000 ° C koji sadrži nanočestice neizgorenog ugljenika zrači znatno većim intenzitetom i zbog toga je određen kao osnovna jedinica svetlosnog intenziteta u SI - I cd / kandela. Međutim, u pogledu pirotehničkih sredstava, teško je postići plamen koji ne blješti.

[0009] Proizvođači municije već 40 godina pokušavaju da reše ovaj problem. U osnovi postoje dve vrste smeša koje emituju u bliskoj infracrvenoj oblasti: smeše dizajnirane za skrining opreme protiv IR vodećih bojnih glava neprijateljskog naoružanja i elemente za obeležavanje (trasere) ubačene u metke različitih kalibra. U slučaju prve kategorije nije toliko važno da li će ove smeše takođe emitovati zračenje u vidljivom regionu, a njihov sastav je različit - oni takođe mogu da sadrže metale u prahu. Smeše za trasere su očigledno dizajnirane u skladu sa gore navedenim principima i obrascima i bazirane su isključivo na upotrebi nemetalnog goriva.

[0010] Izbor sredstava za oksidaciju, koji su u principu neorganski oksidi, peroksidi ili soli neorganskih oksikiselina, reguliše se isključivo njihovim sadržajem „aktivnog kiseonika“ i njihovom reaktivnošću - tj. njihovom sposobnošću da cepaju kiseonik u prisustvu redukcionih agensa na najnjžoj mogućoj T . Najbolja oksidaciona sredstva za ove svrhe su ona koja imaju nizak sadržaj aktivnog kiseonika i visoku reaktivnost. Ovo su već poznata jedinjenja i njihov izbor je vrlo ograničen. Iz grupe metalnih oksida i peroksida samo metalni peroksidi i peroksidi isključivo Ba, Sr i Zn ispunjavaju ove zahteve. Peroksidi, za razliku od oksida, sadrže vezu -O-O- koja je manje jaka od veze tipa Me = O, u kojoj je Me metal. Peroksidi Ba i Sr, čije kombinacije se najčešće javljaju u velikom broju patenata od 1970-ih do 1990-ih, hemijski su nestabilna jedinjenja, međutim, reaguju s vodom već na normalnoj T prema reakciji:

BaO2+ 2H2O ----------> Ba(OH)2+ H2O2

[0011] Pored toga, oba ova peroksida nastaju u obliku stabilnih oktahidrata, tako da ako se koriste u njihovom bezvodnom obliku, prirodno imaju tendenciju da ponovo apsorbuju vodu. Smeše zasnovane na kombinaciji ovih peroksida sa organskim gorivom i vezivima kao što su tipovi kalcijum-rezinata i fenolnih smola opisane su u U.S. patentima br.3667842, 5639984 i 5811724.

[0012] Za razliku od gore navedenih peroksida, Zn peroksid je hemijski potpuno inertan, otporan na vlagu i, u poređenju sa Ba peroksidom, je ekološki prihvatljiviji. Pored toga, kiseonik je tamo vezan slabijim kovalentnim vezama; stoga je reaktivniji u poređenju sa peroksidima Ba i Sr, koji su jonska jedinjenja. Kompozicije na bazi cink peroksida u smešama sa kalijum nitratom i gorivom na bazi alkalnih soli organskih kiselina, kao što je natrijum salicilat zajedno sa vezivima na bazi derivata celuloze ili fluorelastomera opisani su u US patentu br.2006/0219339 A1. Nažalost, ove smeše su primenljive samo za municiju srednjeg kalibra - tj. 12,7 i više. Najverovatnije objašnjenje ovog ograničenja je nesposobnost ovih smeša da se ravnomerno sagorevaju u znatno manjim presecima.

[0013] Izbor neorganskih soli je takođe znatno ograničen - hlorati i perhlorati su potpuno neprikladni u ove svrhe, jer smeša sa organskim gorivom pod visokim pritiskom eksplodira u cevi pištolja. Amonijum perhlorat oslobađa izuzetno korozivan hlorovodonik i, osim toga, smatra se nestabilnim u skladu sa savremenim kriterijumima procene. Od nitrata su korisni samo oni koji su otporni na vlagu sa dovoljno niskom tačkom raspadanja. Zbog toga je potrebno isključiti, kao izuzetno higroskopski, amonijum nitrat, US patent 5587552 i barijum i stroncijum nitrate sa previsoko visokim tačkama raspadanja - iznad 600 ° C. Tako ostaju samo nitrati rubidijuma i cezijuma, američki patent 3773223, kao emiteri u bliskoj infracrvenoj oblsti, ali se oni smatraju potencijalno kancerogenim, i gore pomenuti kalijum nitrat koji zaista ispunjava definisane zahteve. Ekološki je, umereno reaktivan i relativno manje higroskopan. Čak je i naša kompanija razvila infracrvene trasere na bazi smeše ovog oksidaciono sredstva sa solima i derivatima aromatičnih mono- i dikarboksilnih kiselina. Ove smeše, koje su slične crnom prahu, bazirane su na principu hladnog goriva koje se sastoji od organskih jedinjenja sa visokim sadržajem molekulskog kiseonika, hlađenih mogućom dekarboksilacijom, koja je endotermna reakcija. Na isti način kao i crni prah, oni sagorevaju pouzdano čak i u malim presecima, a njihova reaktivnost je direktno proporcionalna sadržaju kiseonika u molekulu. Emiter u bliskoj infracrvenoj oblasti sastoji se pretežno od čvrstog ili tečnog kalijum karbonata. Gorenje je nevidljivo golim okom, ali dovoljno vidljivo kada se koriste uređaji za noćno osmatranje.Problem vezan sa ovim predstavlja nepredvidivo ponašanje nekih od ovih smeša, posebno onih koje sadrže gorivo sa visokim sadržajem kiseonika pod visokim pritiscima koji se stvaraju u cevi pištolja. Eksplozivno sagorevanje verovatno se odvija, pored sagorevanja trasera, već u bačvi ili u blizini otvora, što se pogrešno tumači kao zatajenje paljenja. Iako upotreba goriva sa nižim sadržajem vezanog kiseonika i samim tim manjom reaktivnošću eliminiše ovaj problem, ova goriva međutim zahtevaju upotrebu pirotehničkih upaljača. Međutim, razvoj upaljača tipa neperoksida koji bi radio na dovoljno niskim temperaturama da bude nevidljiv golim okom nije uspeo. Naša kompanija je pokušala da reši ovaj problem korišćenjem begzasnih kompozicija sa vremenskim odlaganjem, čija je linearna brzina gorenja nezavisna od pritiska u oružju i koja bi mogla da odloži paljenje glavne kompozicije na dovoljnoj udaljenosti od otvora cevi. Ispitivane su desetine termičkih smeša, zasnovanih na reakciji između metalnih oksida i neorganskih nemetalnih ili metalnih goriva. Međutim, priprema kompozicije koja bi pouzdano delovala na dovoljno niskoj T i koja bi bila nevidljiva golim okom ipak nije bila uspešna. Prekomerna T paljenja ovih smeša, koja je u principu uzrokovana je nižom reaktivnošću oksida (500 - 600 ° C), jednostavno onemogućava upotrebu dovoljno „hladnih“ kompozicija - videti indeks širenja - P.I. Druge soli neorganskih oksikiselina, poput hromata i permanganata, takođe su neupotrebljive za ovu svrhu; hromati imaju suviše visoku T raspadanja - 800 ° C ili višu, a osim toga, sve soli heksavalentnog hroma klasifikovane su kao toksične i suprotno od ovih vrlo reaktivnih permanganata su vrlo nestabilne.

[0014] Iz prethodno iznetog, jasno je da su mogućnosti za upotrebu poznatih oksidacionih sredstava praktično iscrpljene i malo je verovatno da će se u doglednoj budućnosti doći do otkrića na polju neorganskih oksidacionih sredstava i zbog toga je neophodno da se usredsredimo na pretragu i razvoj posebnog goriva.

Opis pronalaska

[0015] Suštinska karakteristika predmetnog pronalaska leži u istraživanju i razvoju posebnih neorganskih i organskih goriva koja su kompatibilna sa bilo kojim od pomenutih potencijalnih oksidacionih sredstva, stvarajući tako pirotehničku smešu koja ispunjava osnovne zahteve za posebno infracrveno obeležavanje i trasere uopšte, tj:

1. Maksimalno smanjenje emisije zračenja u vidljivom spektru i obezbeđenje vidljivosti u bliskoj infracrvenoj oblasti kada se koriste uređaji za noćno osmatranje.

2. Visoka mehanička čvrstoća i kohezija oblikovane smeše zbog ekstremnog mehaničkog naprezanja do kojeg dolazi tokom paljbe.

3. Sposobnost pouzdanosti sagorevanja čak i u najmanjem preseku, tj. u šupljinama metaka najmanjeg kalibra.

4. Pouzdana zapaljivost upotrebom pirotehničkih upaljača ili jednostavno iz vrućih gasova.

5. Minimalna zavisnost brzine sagorevanja od pritiska - čime se maksimalno smanjuju gasoviti proizvodi sagorevanja.

6. Uz gore navedeno, najveća proizvodnja čvrstih otpadnih proizvoda koji ostaju posle sagorevanja u šupljini metka, čime se obezbeđuje maksimalna stabilnost težišta tokom leta metka - posebno u slučaju metaka velikih kalibara.

7. Proizvodi sagorevanja smeša koje se koriste treba da budu u većoj meri u skladu sa trenutnim zahtevima životne sredine, posebno u pogledu sadržaja toksičnih teških metala.

[0016] Za razvoj ovih goriva odabran je oksidant tipa Zn peroksid. On je komercijalno dostupan u obliku smeše koja sadrži 40 do 50% ZnO, sa sadržajem aktivnog kiseonika od oko 12% koji je povoljan za postizanje najniže T i najviše sadržaja čvrstih materija u proizvodima sagorevanja.

[0017] Razvoj je podeljen u 3 faze:

U prvoj fazi testirane su sve raspoložive vrste nemetalnih pirotehničkih goriva. Balans kiseonika u svim odabranim smešama je izračunat i one su zatim sukcesivno testirane. Kao potencijalna goriva testirana su prirodna i sintetička smola i polimeri, ugljeni hidrati i već pomenute organske kiseline, zajedno sa njihovim solima i derivatima, koji sadrže promenljive količine kiseonika u molekulu, takođe goriva sa visokim sadržajem azota, uključujući metaldehid, urotropin i dikindiamid ; derivate gvanidina, kao što su nitrogvanidin, gvanidin nitrat, nitroaminogvanidin, amino-, diamino- i triaminogvanidin, triaminogvanidin nitrat, aminotetrazol; organometalna jedinjenja kao što je ferocen, neki dokazano nemetalni elementi kao što su sumpor i njegova jedinjenja, a pored toga fosfor i neka neorganska jedinjenja, kao što su ferocijanidi i heksacijanoferrati(II) i (III) alkalnih metala. Uzorci su pripremljeni u gramima detaljnim mešanjem obe komponente u posudi od ahata ili porculana, posle čega je navlaženo pogodnim organskim rastvaračem, zatim sušenje i granulacija. Ispitivanje je izvršeno paljenjem pomoću plamena materijala u rastresitom prahu, u presovanom stanju i u presovanom obliku u metku sa minimalnim presekom šupljine - kalibra 5,56 mm, koji se može smatrati najstrožim testom sproveden tokom ispitivanja u statičkim uslovima.

[0018] Dobijeni rezultati ovog istraživanja su izvanredni. Sa sadržajem peroksida iznad 90%, što je u većini slučajeva bilo potrebno za postizanje nulte ili blago negativne ravnoteže kiseonika, sve smeše su pokazale slično ponašanje bez obzira na određenu vrstu goriva. Gorele su samo u plamenu izvora toplote, a nakon uklanjanja izvora, plamen se ponovo ugasio, što je možda posledica male veličine oblikovane smeše. Tek nakon smanjenja sadržaja peroksida na ispod 80 - 85%, specifične karakteristike pojedinih goriva pokazale su se gotovo nezavisno od ravnoteže kiseonika. Iako se stabilno sagorevanje često postiže u rastresitom stanju, a izuzetno i u dobro komprimovanom stanju, nijedno od ovih goriva nije izazvalo stabilno sagorevanje u šupljini metka. U smešama koje koriste goriva na bazi organskih kiselina, njihovih soli i derivata postignut je stabilan proces dodavanjem nekoliko procenata amorfnog bora; sagorevanje je, međutim, postalo vidljivo, jer je ovo gorivo preterano kalorično. U nekim slučajevima, posebno u kombinacijama koje uključuju ugljene hidrate, ferocen, sumpor ili fosfor, eksplozija se dogodila tokom komrpimovanja, pri čemu je eksplozivnost ovih smeša bila direktno proporcionalna sadržaju goriva, bez obzira na balans kiseonika.

[0019] U drugoj fazi, međutim, na osnovu znanja stečenog tokom prve faze, testirana su posebno odabrana komercijalno dostupna goriva. Pažnja je bila usmerena na jedinjenja koja sadrže element koji značajno povećavaju reaktivnost čvrstih goriva, tj. molekulski vezan sumpor. Sumpor je u pirotehničkim sredstvima prepoznat kao „okidač“ za egzotermne reakcije i njegovo dodavanje izaziva i značajno smanjenje T paljenja i u stabilizaciji paljenja za sagorevanje, na primer crni prah. Najpoznatija neorganska jedinjenja koja sadrže sumpor su tiocijanati - sulfocijanati metala. Neki od njih, pre svega kalijumova so, proizvode smeše sa reaktivnim oksidantima poput tipa kalijum hlorata koji su izuzetno osetljivi na trenje; zbog higroskopnosti ove soli, međutim, nemaju praktičnu upotrebu. Tiocijanati teških metala kao što je Pb korišćeni su istorijski u kompozicijama za detonator, na bazi živog fulminata, kao gorivo. Pažnja je bila fokusirana na nerastvorljive tiocijanate netoksičnih plemenitih metala, kao što su srebro i bakar, čije su soli najprikladnije za upotrebu u ovu svrhu. Bakar se javlja u jedinjenjima kao jednovalentno i dvovalentno, stvarajući tako dve vrste tiocijanata. Kupri tiocijanat je amorfan proizvod crne boje, nerastvoran u vodi i u poznatim rastvaračima, može se pripremiti prostim taloženjem svake rastvorljive soli bakra koristeći alkalni tiocijanat. Kada se koristi samo neoksidujuća kisela so i postoji značajan višak taloga ili / i nekih redukcionih agensa, kao što je sumporna kiselina, taloži se beli još manje rastvoran kupro tiocijanat. Za razliku od kupri soli, ovaj proizvod je dostupan u prodaji. Beličaste boje veoma sitan, vrlo stabilan i otporan na vlagu, sa zrnom veličine manjim od 5 mikrona, koje termički disosuje na T 1084 ° C. Oba ova pojedinačna proizvoda i njihove smeše takođe su testirani u kombinaciji sa cinkperoksidom.

[0020] Ove smeše su izuzetno lako zapaljive pomoću plamena šibicu i zapaljene u zapremini od samo nekoliko grama one samo sjaje; formirajući veliku količinu čvrstih proizvoda. Za vreme paljenja komprimovane smeše dolazi do posebnog efekta; valjak smeše se raspada i stvara se veoma velika zapremina užarenog pepela. Ove smeše sagorevaju pouzdano u šupljini metka, a nakon završetka sagorevanja proizvodi sagorevanja ispunjavaju čitavu šupljinu metka. Pokazalo se da su bakar tiocijanati optimalno gorivo u ovu svrhu. Ugljenik obezbeđuje sagorevanje, sumpor pokreće i stabilizuje reakciju, a bakar, koji je prepoznati katalizator mnogih hemijskih reakcija, a takođe i katalizator sagorevanja, veže veliku količinu sumpornih oksida. Količina čvrstih materija, određena merenjem težine, bila je u opsegu od 80 do 85%, što odgovara cca.

60% ZnO i 25% CuS u proizvodima sagorevanja.

[0021] Na osnovu ovih rezultata pokrenuta je pretraga za sličnim organskim jedinjenjima koja sadrže sumpor, vezan u - SH grupu, npr. merkapto jedinjenja i možda takođe sumpor vezan u heterociklu. Iz velike količine jedinjenja koja su na tržištu, izabrano je nekoliko reprezentativnih jedinjenja, od kojih je svako tipični predstavnik svake grupe.

[0022] Jedan primer jedinjenja koje sadrži obe funkcionalne grupe je 2-merkaptotiazolin, formule C3H5NS2, tačka topljenja 101-106 ° C. Ovo jedinjenje je nerastvorno u vodi, a rastvorno u standardnim rastvaračima. Sadrži cca.54% S. Smeša sa 80% cink peroksida neprestano sagoreva, takođe u komprimovanom stanju, formirajući kratko nevidljiv plamen i stvarajući veliku količinu čvrstih proizvoda. U poređenju sa tiocijanatima gori manje pouzdano u metku od 5.56

[0023] Primer jedinjenja koje sadrži obe funkcionalne grupe, a takođe takođe ima aromatični prsten je 2-merkaptobenzotiazol, formule C7H5NS2, tačke topljenja od 180-184°C. Ovo jedinjenje je gotovo nerastvorno u vodi, ali je rastvorno u uobičajenim organskim rastvaračima. Sadrži oko 38% S. Njegov povišen sadržaj ugljenika stvara veći plamen tokom sagorevanja, a u smeši sa 85% cink peroksida pouzdano sagoreva i u komprimovanom stanju. Međutim, ne gori u metku kalibra 5,56.

1

[0024] Primer jedinjenja sa merkapto grupom u tetrazolovm prstenu je 1-metil-5-merkaptotetrazol, formule C2H4N4S, tačke topljenja 125-128°C, koje sadrži cca.27% S. Ovo jedinjenje je rastvorno u vodi i u standardnim rastvaračima. Pouzdano sagoreva u smeši sa 80% cink peroksida, uključujući u komprimovanom stanju. Bilo je moguće zapaliti ovu smešu u metku kalibra 5,56.

[0025] Primer sličnog jedinjenja, koje takođe uključuje aromatični prsten, je 1-fenil-5 merkaptotetrazol, formule C7H6N4S sa 18% S i tačkom dopljenja od 145-146°C. Ovo jedinjenje je nerastvorno u vodi, ali je rastvorno u uobičajenim rastvaračima. U smeši sa 80% cink peroksida on sagoreva pouzdano kratkim plamenom, takođe u komprimovanom stanju. U metku kalibra 5,56 ovo jedinjenje sagoreva slično kao jedinjenja koja sadrže tiocijanate.

[0026] Primer jedinjenja sa merkapto grupom kuplovanu sa aromatičnim prstenom, zajedno sa karboksilnom grupom je tiosalicilna kiselina (2-merkaptobenzoeva kiselina) C7H6O2S sa 20% S, tačke topljenja 165-166°C. Ovo jedinjenje je rastvorno u uobičajenim organskim rastvaračima. U smeši sa 80% cink peroksida ono sagoreva i u komprimovanom stanju; međutim pokušaj da se zapali u metku kalibra 5,56 nije uspeo. Slično jedinjenje je 2,2-ditiodibenzoeva kiselina, formule C14H10O4S2, sa istim sadržajem S, tačke topljenja 284-286°C, koje je nerastvorno u vodi i slabo rastvorno u uobičajenim organskim rastvaračima. Ponaša se na sličan način kada se pomeša sa cink peroksidom.

[0027] Takođe su testirane u sklopu ovog istraživanja vrste goriva na bazi derivata uree, semikarbazida, kao i njihovih derivata. Smeša tiouree, formule CH4N3S, tačke topljenja 181°C, sa 80% cink peroksida je vrlo lako zapaljiva, a takođe postojano sagoreva u komprimovanom stanju, stvarajući veliku količinu penastog pepela. Ove izuzetno hladne smeše sagorevaju bez plamena i sagorevanje je u osnovi nevidljivo golim okom. Međutim, u metku malog kalibra ova jedinjenja se gase - zbog rasipanja toplote nedostaje im dovoljno toplotne energije da bi se održalo stabilno sagorevanje.

[0028] Na osnovu postignutih rezultata moguće je zaključiti, kao što je očekivano, da su se kao najreaktivnija goriva pokazali tio derivati tetrazola, dok se u slučaju ostalih organskih jedinjenja reaktivnost povećana srazmerno s povećanjem sadržaja S .

[0029] U trećem stepenu, posebne vrste goriva koje inače nisu opisane u literaturi, su pripremljene u laboratoriji. Pažnja je bila usredsređena na mogućnost dobijanja metalnih soli gore navedenihh merkapto jedinjenja sa ciljem da se poveća njihova reaktivnost.

Bakar je ponovo izabran kao pogodan metal. Tokom praktičnog eksperimentiranja otkriveno je da su sve bakarne soli gornjih jedinjenja nerastvorne, kako u vodi tako i u uobičajenim organskim rastvaračima, pa ih je moguće staložiti iz rastvora u gotovo kvantitativnum prinosu. Pošto su ova jedinjenja uglavnom nerastvorna u vodi, taloženje se mora izvesti upotrebom rastvora pogodnih polarnih rastvarača, poput alkohola ili acetona. Kao talog je moguće koristiti jednu od bakarnih soli rastvornih u organskim rastvaračima, kao što je kupihlorid ili acetat.

[0030] S obzirom da gore pomenute soli nisu opisane u literaturi, ove soli su testirane korišćenjem metode diferencijalne termičke analize - DTA.

[0031] Različite karakteristike pojedinih soli, uključujući njihovo ponašanje u smešama sa cink peroksidom: Cu so 2-merkaptotiazolina je amorfan ili mikrokristalan proizvod zelene nijanse, nerastvoran u vodi i uobičajenim organskim rastvaračima. Tokom DTA testa je pokazao značajnu endotermu na T 130°C. U smeši sa 85% cink peroksida on eksplodira kada se komprimuje.

[0032] Cu so 2-merkaptobenzotiazola je amorfan ili mirkokristalan proizvod sa žutozelenim nijansama, nerastvoran u vodi i uobičajenim organskim rastvaračima. Tokom DTA testa, manifestuje dve endoterme na T 230 i 330°C. Smeša sa 80% cink peroksida može da se zapali u komprimovanom stanju u metku; sagorevanje, međutim, prestaje.

[0033] Cu so 1-fenil-5-merkaptotetrazola je amorfan proizvod sive boje, nerastvorljiv u vodi i uobičajenim organskim rastvaračima. So sagoreva dobro i veoma brzo i tokom DTA testa se manifestuje značajna egzoterma na T 230 ° C. Kada se pomeša sa 75% cink peroksida u presovanom stanju u metku, on sagoreva slično kao jedinjenja koja sadrže tiocijanate.

[0034] Cu so 1-metil-5-merkaptotetrazola ima eksplozivna svojstva sa tačkom paljenja od 240 ° C i zbog toga nije dalje ispitivana.

[0035] Cu soli tiosalicilne (2-merkaptobenzoeve) kiseline ili 2,2-ditiodibenzoeve kiselina su crni i zeleni do zeleno obojeni amorfni proizvodi, nerastvorni u vodi i uobičajenim organskim rastvaračima. Tokom DTA ispitivanja oni ne pokazuju bilo kakve merljive pikove i raspadanje se odvija neprekidno do T 550°C. Druga so pokazuje blagu endotermu na T iznad 150°C. Obe soli pomešane sa 80% cink peroksida u komprimovanom stanju u metku sagorevaju bez razvoja plamena i mnogo duže nego slična jedinjenja sa tiocijanatima

[0036] Cu (I) 2-merkaptobenzotiazol je amorfan proizvod narančaste boje, nerastvoran u vodi i u uobičajenim organskim rastvaračima. Tokom DTA testa je pokazao značajnu endotermu na 390°C. Kada se pomeša sa cink peroksidom, nije primećeno povećanje reaktivnosti u poređenju sa bakarnom soli, što pokazuje da povećanje sadržaja bakra bez proporcionalnog povećanja sadržaja sumpora nije efikasno u slučaju ovog jedinjenja. Treba se pridržavati navedenog odnosa u jedinjenju između sumpora i bakra.

[0037] Uvođenje metala u molekule ovih jedinjenja očigledno se manifestovalo njihovom povećanom reaktivnošću, u odnosu na sadržaj metala u molekulu. Dok u slučaju težih molekula sa jednim zamenljivim vodonikom u -SH grupi, reaktivnost se nije značajno povećala; u slučaju manjih molekula sa jednim, ili većih molekula sa dva vodonika, kao što je tiosalicilna kiselina, koja sadrži i -SH i -OH grupe ili u slučaju ditiodibenzoeve kiseline sa dve -OH grupe, reaktivnost se povećala. Ova pravilnost se ne primenjuje u slučaju neorganskih jedinjenja - kupri tiocijanat je reaktivniji od kupro tiocijanata.

[0038] U slučaju derivata tetrazola nije došlo do značajnog povećanja reaktivnosti, pošto su ovi derivati već pokazali, kako se očekivalo, dovoljnu reaktivnost u obliku slobodnih kiselina.

[0039] Na osnovu gore navedenog, predmet pronalaska je binarna pirotehnička smeša koja emituje zračenje u bliskoj infracrvenoj oblasti, nevidljiva golim okom, tj. u opsegu od 780 nm do 1400 nm, koja je karakteristična po tome što sastoji se od 40% do 95 težinskih % oksidacionog sredstva, koji je cinkperoksid - ZnO2, i 5% do 60 težinih % goriva koje je izabrano iz grupe merkapto jedinjenja u obliku soli poput Cu (II) soli 2-merkaptotiazolina, Cu (II) soli 2-merkaptobenzotiazola, Cu (II) soli 1-fenil-5-merkaptotetrazola, Cu (II) soli tiosalicilne kiseline, Cu (II) soli 2, 2-ditio-benzoeve kiseline i / ili soli poput Cu (I) soli 2-merkaptobenzotiazola ili grupe Cu (II) tiocijanata ili Cu (I) tiocijanata i / ili njihove smeše.

[0040] Naredni predmet ovog pronalaska je obelećavajuća (traser) kompozicija koja emituje zračenje u bliskoj infracrvenoj oblasti, naznačena time što sadrži gornju binarnu pirotehničku smešu.

[0041] Poželjno, obeležavajuća kompozicija je dodatno dopunjena aditivima i organskim vezivima, kao što su fluorelastomeri, katalizatori sagorevanja, kao i usporivači plamena, kao što je magnezijum karbonat.

1

[0042] U skladu sa pronalaskom, obeležavajuća kompozicija se koristi u mecima sa municijom uobičajenog kalibrima.

Primeri

Primeri laboratorijske pripreme novih soli

[0043]

1. Cu (II) so 2-merkaptotiazolina:

Pripremiti zasićeni alkoholni rastvor 10 g 2-merkaptotiazolina i 7 g bakar hlorid dihidrata. Uz snažno mešanje, pomešati dva rastvora. Ostaviti zeleni talog da se slegne (najbolje preko noći), zatim profiltrirati, isprati alkoholom i osušiti.

2. Cu (II) so 2-merkaptobenztiazola:

Pripremiti zasićeni alkoholni rastvor 10 g 2-merkaptobenztiazola i 5 g bakar hlorid dihidrata. Uz snažno mešanje, pomešati dva rastvora, ostaviti da se slegnu, zatim profiltrirati, isperati alkoholom i osušiti.

3. Cu (II) so 1-fenil-5-merkaptotetrazola:

Pripremiti zasićene alkoholne rastvore 10 g 1-fenil-5-merkaptotetrazola i 5 g bakar hlorid dihidrata. Uz snažno mešanje, pomešati dva rastvora, ostaviti da se slegnu, zatim profiltrirati, isprati alkoholom i osušiti.

4. Cu (II) so tiosalicilne kiseline:

Pripremiti zasićene alkoholne rastvore 10 g tiosalicilne kiseline i 13 g bakar acetat monohidrata. Sprovesti taloženje, poželjno na temperaturi ključanja da bi se talog lakše profiltrirao. Ostaviti da se slegne, potom profiltrirati, isprati alkoholom i osušiti.

5. Cu (II) so 2,2-ditiodibenzoeva kiseline:

Pripremiti vodenu suspenziju 10 g 2,2-ditiodibenzoeve kiseline i neutralisati je uz mešanje, koristeći 0,1 - 1 N rastvor KOH. Nakon što se crno smeđi proizvod staložio, filtrirati ga i istaložiti filtrat dodatkom zasićenog vodenog rastvora 5,5 g hlorid dihidrata ili 6,5 g bakar acetat monohidrata. Ostaviti da se slegne, potom profiltrirati, isprati alkoholom i osušiti.

6. Cu (I) so 2-merkaptobenztiazola:

Pripremiti zasićene alkoholne rastvore 10 g 2-merkaptobenztiazola i amonijačnpg rastvora 6 g kupro hlorida. Nakon taloženja ostaviti da se slegne tokom najmanje 24 sata, zatim profiltrirati, oprati alkoholom i osušiti.

Primeri primene infracrvenih smeša

Primer 1

[0044] Priprema infracrvenih obeležavajućih kompozicija, koja se sastoji od binarne kompozicije oksidacionog sredstva i goriva, vrši se na sledeći način. 70 težinskih delova cink peroksida i 30 težinskih delova kupro tiocijanata dodato je u mlin sa kuglicama uobičajenog dizajna, napunjeno čeličnim kulgicama , poželjno od 10 g obloženih Teflonom, a zatim se meša i komprimuje tokom 3 do 4 sata pri brzini rotacije od 150-200 o/min. Nakon toga proizvod se odvaja od kuglica za mlevenje prosejavanem kroz sito i prebacuje u ravnu posudu, gde se navlaži dovoljnom količinom organskog rastvarača, npr. acetonom ili heksanom, da bi se stvorila homogena pasta, koja se tokom širenja gotovo u potpunosti osuši, tako da se dobijeni proizvod može granulirsati korišćenjem sita mrežice odgovarajuće veličine meša. Nakon sušenja proizvod je zatim spreman za punjenje.

Primer 2

[0045] Infracrvena obeležavajuća kompozicija koja se sastoji 20 tež.% 2-merkaptotiazolina i 80 tež.% cink peroksida ZnO2.

Primer 3

[0046] Infracrvena obeležavajuća kompozicija koja se sastoji od 20 tež. % 1-metil-5-merkaptotetrazola i 80 tež.% cink peroksida ZnO2.

Primer 4

[0047] Infracrvena obeležavajuća kompozicija koja se sastoji od 20 tež.% 1-fenil-5-merkaptotetrazola i 80 tež. % cink peroksida ZnO2.

Primer 5

[0048] Infracrvena obeležavajuća kompozicija koja se sastoji 25 tež. % Cu soli 1-fenil-5-merkaptotetrazola i 75 tež. % cink peroksida ZnO2.

Primer 6

[0049] Infracrvena obeležavajuća kompozicija koja se sastoji od 20 tež.% Cu soli tiosalicilne kiseline i 80 tež.% cink peroksida ZnO2.

[0050] Ovaj postupak se može koristiti za dobijanje kompozicija za infracrveno obeležavanje iz svih prethodno navedenih specijalnih goriva.

[0051] Proizvedene binarne kompozicije mogu se modifikovati korišćenjem uobičajenih sastojaka, poželjno nezapaljivih organskih veziva, kao što su fluorelastomeri (Viton A i

1

B) da bi se olakšao postupak doziranja. Da bi se smanjila T moguće je dodati nekoliko % dokazanih usporivača gorenja, kao što su karbonati sa nižom T raspadanja, na primer magnezijum karbonat.

[0052] Pored statičkog ispitivanja u laboratorijskim uslovima, koji su uglavnom usredsređeni na sposobnost stabilnog sagorevanja metaka, najuspešnije kompozicije, pre svega one na bazi tiocijanata, podvrgnuti su dinamičkim testovima praktičnim pucanjem. Ovi traseri ispunjavaju sve taktičke i tehničke zahteve. Ispitivanja koja uključuju projektile najmanjeg kalibra mogu se smatrati tehnički najzahtevnijim i najstrožim, pa se pouzdano dejstvo ispitivane obeležavajuće kompozicije takođe može da se smatrata kao primenjivo na ostalu bojevu municiju opšte namene.

Opis crteža

[0053]

Slika 1 – Spektralna raspodela

Slika 2 – Planck-ov postulat o zračenju aposlutno crnog tela

Industrijska primena

[0054] Kao specijalno gorivo za pirotehničke smeše koje zajedno sa odgovarajućim oksidantima stvaraju posebne smeše, koje tokom svog sagorevanja emituju energiju zračenja u bliskoj infracrvenoj oblasti i koje su primenljive za infracrvene obeležavajuće kompozicije korišćene u bojevoj municiji opšte namene uobičajenog kalibra. Punjenje ovih smeša u metke vrši se u proizvodnji. Infracrvene smeše sa gorivom prema tehničkim rešenjima ne zahtevaju upotrebu nijednog drugog specijalnih pirotehničkih upaljača.

1

Claims (4)

Patentni zahtevi

1. Binarna pirotehnička smeša koja emituje zračenje u bliskoj infracrvenoj oblasti, nevidljiva golim okom, tj. u opsegu od 780 nm do 1400 nm, naznačena time, što se sastoji od 40% do 95 tež.% oksidancionog sredstva, koji je cink peroksid - ZnO2i od 5 do 60 tež.% goriva koje je izabrano iz grupe merkapto jedinjenja u obliku soli kao Cu (II) so 2-merkaptotiazolina, Cu (II) so 2-merkaptobenzotiazola, Cu (II) so 1-fenil-5-merkaptotetrazola, Cu (II) so tiosalicilne kiseline, Cu (II) so 2,2-ditiodibenzoeve kiseline i / ili soli kao Cu (I) so 2-merkaptobenzotiazola ili grupe Cu (II) tiocijanata ili Cu (I) tiocijanata i / ili njihovih smeša.

2. Obeležavajuća kompozicija koji emituje zračenje u bliskoj infracrvenoj oblasti, naznačena time, što sadrži binarnu pirotehničku mešavinu u skladu sa zahtevom 1.

3. Obeležavajuća kompozicija u skladu sa zahtevom 2, naznačena time što je dodatno dopunjen aditivima i organskim vezivima, kao što su fluorelastomeri, katalizatori sagorevanja, kao i usporivači gorenja, kao što je magnezijum karbonat.

4. Upotreba obeležavajuće kompozicije, u skladu sa zahtevom 3, u mecima sa konvencionalnim kalibrima municije.