CC BY
53
УДК 662.423.5
ПОВЫШЕНИЕ ТЕРМОСТОЙКОСТИ ЭЛЕКТРОВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНЫХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ СТИФНАТА БАРИЯ
БУРДИКОВА ТВ., ЕРЗИКОВ С. А.
Казанский государственный технологический университет, 420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, 68
АННОТАЦИЯ. В данной работе предложены способы повышения термостойкости воспламенительных составов с температурой срабатывания не ниже 200 °С. Показано, что составы на основе стифната бария и модифицированных порошков титана удовлетворяют поставленным требованиям.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: термостойкие электровоспламенительные составы, стифнат бария, модифицированные порошки металлов.
Термостойкие электрические средства инициирования (ЭСИ) и используемые в них воспламенительные составы находят широкое применение в промышленности в качестве электродетонаторов. Предъявляемые к ним требования таковы, что они должны срабатывать после выдержки их в течение 2 ч при температуре не ниже 200 °С [1].
Штатный воспламенительный состав на основе тиоцианата и оксида свинца, хлората калия срабатывает при температурах до 150 °С [2 - 4], что не соответствует требованиям, предъявляемым к термостойким воспламенительным составам для электрических средств инициирования. В данной работе предлагается термостойкий воспламенительный состав с температурой срабатывания не ниже 200 °С.
Термостойкость воспламенительного состава определяется природой компонентов, температурами фазовых переходов, а также их взаимным влиянием на температуры плавления и разложения.
Показано [5 - 8], что в области температур 180 - 200 °С все компоненты штатного состава должны показывать высокую термическую стабильность. Известно, что оксиды магния и железа, которые соприкасаются с компонентами состава, являются катализаторами процесса разложения хлората калия, его температура разложения снижается с 400 до 150 °С [5].
Проведённые исследования показали, что смеси хлората калия и тиоцианата свинца в присутствии 6% коллоксилина, а также хлората калия и тиоционата свинца в присутствии 1% коллоксилина воспламеняются при 225 °С, но, начиная со 100 °С происходит потеря массы состава до 10 - 14 %, что связано с процессом разложения компонентов состава.
С целью повышения термостойкости в воспламенительный состав на основе хлората калия и тиоционата свинца был введён термостойкий кремнийорганический лак КО-85 с температурой воспламенения 600 °С [9]. Исследования показали, что данный состав начинает разлагаться при 172 °С, а при 215 °С происходит воспламенение. Но тот факт, что уже при 172 °С начинает происходить разложение компонентов, говорит о том, что даже замена лака не позволяет получить заданную термостойкость.
Известно, что стифнат бария обладает высокой термостойкостью, температура вспышки его в зависимости от его модификации и способа получения колеблются от 280 до 361 °С [10]. Также известно, что стифнат бария относится к псевдоинициаторам, его чувствительность к лучу огня колеблется от 0,5 до 5 см. Поэтому можно предположить, что использование его в воспламенительном составе позволит повысить его термостойкость. Также можно предположить, что использование металлических порошков циркония и титана с высокой теплотворной способностью позволит повысить термостойкость воспламенительного состава и безотказность его действия. Были разработаны составы на
основе стифната бария, хлората калия, порошков титана и циркония, а в качестве цементатора был использован кремнийорганический лак КО-85. Так как в составе используется хлорат калия, который может изменить общую термостойкость состава в целом, были проведены исследования поведения смеси стифната бария и хлората калия при нагревании. Результаты представлены в таблице.
Таблица
Данные исследования термостойкости компонентов опытного состава
Наименование и содержание компонентов Температура вспышки, °С
Стифнат бария 316
Стифнат бария, 50 % Хлорат калия 50 % 326
Стифнат бария 63 % Хлорат калия 37 % 322
Стифнат бария 82 % Хлорат калия 18 % 320
Установлено, что смеси хлората калия и стифната бария имеют достаточную термостойкость. Их температуры вспышки выше, чем у стифната бария на 4 - 10 °С, что позволяет их использовать для разработки термостойких составов на основе стифната бария.
Термостойкость составом можно увеличить за счет использования компонентов, имеющих высокие температуры плавления. Показано, что применение в составах порошков титана и циркония способствует повышению надежности срабатывания изделий, а температуры воспламенения таких составов выше 200 °С. Использование металлических горючих позволяет повысить воспламеняющую способность составов за счёт образования в процессе горения горячих шлаков.
Окисление, воспламенение и горение этих металлов происходит на поверхности, следовательно, изменяя ее физико-химические свойства, можно оказывать влияние на закономерности прохождения этих процессов.
Низкотемпературное окисление является начальной стадией процесса высокотемпературного окисления: воспламенения и горения, поэтому изменение закономерностей его протекания окажет влияние на процесс воспламенения. Цирконий и титан имеют высокую коррозионную стойкость при температурах до 450 К. Интенсивность окисления металлов зависит от природы и концентрации окислительных агентов, давления, температуры, времени окисления, наличия примесей и физико-химических свойств поверхностной пленки. Поэтому модификацией порошков добавками с заданными физико-химическими свойствами можно увеличить теплопроводность, электропроводность и полноту окисления порошков циркония и титана.
С целью увеличения электропроводности порошки титана модифицировались никелем и медью, а для увеличения степени их окисления при низкотемпературном окислении использовался оксигидрид титана. Исследования показали, что при введении порошков исходного и модифицированного титана до 7 %, хотя и имеет место незначительное снижение температуры воспламенения состава по сравнению с исходным составом, но при нагреве состава на модифицированных металлах до воспламенения потеря массы не происходила, что свидетельствует о надежности воспламенения (рис.).
Таким образом, в результате исследований были разработаны более эффективные воспламенительные составы для электровоспламенителей. Установлено влияние модификации порошков металлов на свойства термостойких воспламенительных составов, показана возможность регулирования характеристик составов модификацией металлов.
■ Состав с Ti
а Состав с Ti (оксигидратное покрытие)
х Состав с Ti (никелевое покрытие)
• Состав с Ti (медное покрытие)
содержание титана,%
Рис. Влияние модификации порошков титана на термостойкость составов на основе стифната бария
Исследованные составы прошли испытания в заводских условиях, где показали результаты, подтверждающие полученные экспериментальные данные. Введение в состав титана позволило получить необходимый форс пламени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ТУ 7276-177-07513406-2001. Продукт термостойкий для производства электровоспламенителей. Технические условия.
2. ОСТ В 84-2462-93. Составы воспламенительные.
3. ОСТ В 84-1590-78. Нитроцеллюлозные лаки.
4. ТУ 84-7513607-023-2001. Электродетонатор ЭД-ПН.
5. Химический энциклопедический словарь / гл. ред. И.Л. Кнунянц. М. : Сов. энциклопедия, 1983. 792 с.
6. Лидин Р.А. и др. Справочник по неорганической химии. Константы неорганических веществ. М. : Химия, 1987. 320 с.
7. Свойства неорганических соединений / справочник / под ред. Ефимов А.И. и др. Л. : Химия, 1983. 392 с.
8. Мадякин Ф.П., Силин Н.А. Компоненты гетерогенных горючих систем. М. : ЦНИИНТИ, 1984. 299 с.
9. ГОСТ 11066-74. Лаки и эмали кремнийорганические термостойкие.
10. Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ. М. : Машиностроение, 1975. 455 с.
INCREASING OF HEAT-RESISTANCE OF ELECTROIGNITION COMPOSITIONS FROM BARIUM STYPHNATE
Burdickova T.V., Erzikov S.A.
Kazan State Technological University, Kazan, Russia
SUMMARY. This paper reveals ways of increasing of electroignitional compositions' heat-resistance with operation temperature not above 200 °C. It is shown that compositions on a basis of barium styphnate and modified powders of titan meet the set requirements.
KEYWORDS: heat-resistant electroignition compositions, barium styphnate, modified powders of metals.
Бурдикова Татьяна Владимировна, доктор технических наук, профессор, директор Бугульминского филиала КГТУ, тел. 8(843)231-41-79, e-mail: [email protected]
Ерзиков Сергей Алексеевич, соискатель КГТУ, e-mail: [email protected]
U
270
260
250
s и
а з с
о
£240
iy
§1230
С
В 220
H
210
1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
