Крепящий полиуретановый состав
Владельцы патента RU 2405802:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Настоящее изобретение относится к крепящему полиуретановому составу для бронирования и скрепления забронированного заряда твердого ракетного топлива с корпусом газогенератора. Данный состав включает, мас.%: 74,42-83,63 - гидроксилсодержащего полибутадиенового каучука СКД-ГТРА, 1,63-2,11 - 1,4-бутандиола, 0,07-0,09 - триметилолпропана, 4,76-13,04 - трансформаторного масла, 8,90-11,53 - гексаметилендиизоцианата, 0,5-5,0 - углерода технического (сверх 100%), 0,02-0,03 - дибутилдилаурата олова (сверх 100%). Технический результат заключается в снижении вязкости крепящего полиуретанового состава, в повышении его жизнеспособности для обеспечения технологического процесса, в повышении его гидролитической и химической стойкости, а также в обеспечении температуры отверждения в пределах 15-35°С и высоких физико-механических характеристик. 1 табл.
Изобретение относится к крепящим полиуретановым составам, предназначенным для бронирования и скрепления забронированного заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) с корпусом газогенератора (ГГ), исключающего продольное перемещение заряда в корпусе ГГ.
Известен крепящий состав по патенту РФ 2264427, кл. С09J 175/04, 109/00 для изготовления изделий щеточного типа. Данный состав обладает высокими механическими, адгезионными характеристиками и низкой температурой хрупкости. Недостатками указанного крепящего состава является сравнительно высокая температура отверждения (80°С), недостаточная жизнеспособность (20 минут), достаточно высокая начальная вязкость 30 Па·с, затрудняющая скрепление забронированного заряда с корпусом ГГ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является быстроотверждающийся полиуретановый состав для скрепления топливных элементов по одному торцу с корпусом стартового двигателя методом инжекционно-реакционного формования по патенту РФ 2167903, кл. С09J 175/04, 109/00 - прототип, содержащий гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА, изоцианатный отвердитель - 4,4'-дифенилметандиизоцианат, катализатор отверждения - дибутилдилаурат олова, удлинитель цепи - 1,4-бутандиол, сшивающий агент - триметилолпропан, пластификатор - трансформаторное масло, наполнитель - оксид цинка. Недостатком данного быстроотверждающегося полиуретанового состава является полная непригодность для скрепления заряда ТРТ с корпусом ГГ методом заливки и вытеснения, вследствие очень низкой жизнеспособности (30-40 с).
Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в снижении вязкости крепящего полиуретанового состава, в повышении его жизнеспособности для обеспечения технологического процесса, в повышении его гидролитической и химической стойкости, а также в обеспечении температуры отверждения в пределах 15-35°С и высоких физико-механических характеристик.
Технический результат достигается тем, что крепящий полиуретановый состав включает гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА, 1,4-бутандиол, триметилолпропан, трансформаторное масло, дибутилдилаурат олова, изоцианатный отвердитель и наполнитель, в качестве отвердителя содержит гексаметилендиизоцианат, в качестве наполнителя - углерод технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук | |
СКД-ГТРА | 74,42-83,63 |
- 1,4-бутандиол | 1,63-2,11 |
- триметилолпропан | 0,07-0,09 |
- трансформаторное масло | 4,76-13,04 |
- гексаметилендиизоцианат | 8,90-11,53 |
- углерод технический (сверх 100%) | 0,5-5,0 |
- дибутилдилаурат олова (сверх 100%) | 0,02-0,03 |
В крепящий полиуретановый состав входит гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА (ТУ 38.103315-86) с концевыми гидроксильными группами, что позволяет получить пригодный для бронирования и скрепления забронированного заряда ТРТ с корпусом ГГ крепящий полиуретановый состав с удовлетворительными физико-механическими характеристиками, с высокой гидролитической и химической стойкостью. Высокие эластические показатели (относительное удлинение при разрыве) отвержденного крепящего полиуретанового состава обеспечивает удлинитель цепи 1,4-бутандиол (ТУ 6-14-59-90) и сшивающий агент - триметилолпропан (ТУ 38.102101-76). Улучшение технологических свойств крепящего полиуретанового состава (снижение вязкости, увеличение жизнеспособности) достигается введением относительно большого количества (до 13 мас.%) трансформаторного масла (ГОСТ 10121-76) без ухудшения физико-механических характеристик. Требуемые механические характеристики (прочность при растяжении) отвержденного крепящего полиуретанового состава обеспечиваются использованием наполнителя - углерода технического (ГОСТ 7885-86). Предлагаемый крепящий полиуретановый состав отверждается при температуре 15-35°С в результате реакции с гексаметилендиизоцианатом (ТУ 113-03-38-104-90). При приготовлении крепящего полиуретанового состава применено стехиометрическое соотношение реакционноспособных групп (NCO-групп отвердителя и ОН-групп гидроксилсодержащих компонентов) с небольшим избытком изоцианата. Оптимальные свойства крепящего полиуретанового состава были достигнуты при соотношении NCO/OH=1,0 моль/0,95 моль. Использование металлоорганического катализатора отверждения - дибутилдилаурата олова (ТУ 6-02-1-001-88 или ТУ 6-02-1-002-88) обеспечивает регулирование технологических характеристик (жизнеспособность, время отверждения) крепящего полиуретанового состава.
Пример 1.
В мешатель, снабженный мешалкой и обогревом, последовательно загружают 81,50 мас.% каучука СКД-ГТРА, 2,11 мас.% 1,4-бутандиола, 0,09 мас.% триметилолпропана, 4,76 мас.% трансформаторного масла, 0,02 мас.% сверх 100% дибутилдилаурата олова, 1,0% углерода технического, тщательно перемешивают шпателем вручную до полного смачивания углерода технического, затем премешивают мешалкой без вакуума в течение 15 минут при температуре 85±5°С, далее вакуумируют в течение 30 минут при температуре 85±5°С и давлении (минус 0,9 - минус 1) кгс/см. Смесь при непрерывном перемешивании и вакуумировании охлаждают до температуры 15±5°С, затем загружают 11,53 мас.% гексаметилендиизоцианата и тщательно перемешивают и вакуумируют при температуре 15±5°С и давлении (минус 0,9 - минус 1) кгс/см2 в течение 3-5 минут. Готовый крепящий полиуретановый состав выгружают в расходную емкость, заливают в камеру ГГ и погружают забронированный заряд ТРТ в корпус с крепящим полиуретановым составом, проворачивают вокруг оси не менее 5 раз. Затем с помощью специальной центрирующей оснастки забронированный заряд ТРТ центрируют и поджимают, отверждают крепящий полиуретановый состав при температуре 15-35°С в течение не менее 72 часов. После отверждения центрующую оснастку извлекают.
Примеры 2-4 осуществляют аналогично примеру 1, но при соотношении компонентов, указанном в таблице 1.
Таблица 1 | |||||
Рецептура и свойства предлагаемого крепящего полиуретанового состава по примерам и прототипа | |||||
Наименование показателя | Величина показателя | ||||
Прототип | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА, мас.% | 50,8-66,2 | 81,51 | 83,63 | 76,36 | 74,42 |
1,4-бутандиол, мас.% | 1,0-1,7 | 2,11 | 1,78 | 1,63 | 1,93 |
Триметилолпропан, мас.% | 0,1-0,5 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 0,08 |
Трансформаторное масло, мас.% | 11,0-17,0 | 4,76 | 4,77 | 13,04 | 13,04 |
4,4'-дифенилметандиизоцианат, мас.% | 10,0-13,0 | - | - | - | - |
Гексаметилендиизоцианат, мас.% | - | 11,53 | 9,74 | 8,9 | 10,53 |
Углерод технический (сверх 100%), мас.% | - | 1,0 | 0,5 | 2,5 | 5,0 |
Оксид цинка, мас.% | 11,0-17,0 | - | - | - | |
Дибутилдилаурат олова (сверх 100%), мас.% | 0,02-0,05 | 0,02 | 0,03 | 0,03 | 0,02 |
Продолжение таблицы 1 | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1. Прочность при растяжении, кгс/см при температуре 20°С | 8-40 | 54,8 | 46,0 | 53,1 | 62,6 |
при температуре плюс 50°С | - | 24,9 | 24,3 | 26,3 | 25,8 |
при температуре минус 50°С | - | 78,1 | 64,6 | 72,3 | 72,9 |
2. Относительное удлинение при разрыве, % | |||||
при температуре плюс 20°С | 150-500 | 506 | 765 | 595 | 563 |
при температуре плюс 50°С | - | 344,3 | 370,4 | 378,1 | 378,6 |
при температуре минус 50°С | - | 379,4 | 351,9 | 377,3 | 312.5 |
3. Модуль упругости при 2%-ном растяжении, кгс/см при температуре плюс 20°С | - | 157 | 141 | 153 | 166 |
при температуре плюс 50°С | - | 184 | 137 | 141 | 170 |
при температуре минус 50°С | - | 227 | 155 | 175 | 230 |
4. Вязкость, Па·с | 20-27 | 18 | 15 | 20 | 20 |
5. Жизнеспособность, | 30-40 с | 60 мин | 55 мин | 45 мин | 50 мин |
6.Температура отверждения, °С | 80 | 15-35 | |||
7.Температура стеклования, °С | минус 60 - минус 80 | минус 83,5 | минус 81,0 | минус 79,3 | минус 76,5 |
8. Гидролитическая стойкость | - | При воздействии 100%-ной влажности и температуры 60°С сохраняет свои физико-механические характеристики в течение длительного срока | |||
9. Химическая стойкость | - | Устойчив, не деполимеризуется от воздействия водных растворов неорганических кислот. |
Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что предлагаемый крепящий полиуретановый состав обладает высокими физико-механическими и технологическими характеристиками в сравнении с прототипом, а именно:
- вязкость крепящего полиуретанового состава при температуре 20°С 15-20 Па·с, что позволяет использовать его для бронирования и скрепления забронированного заряда ТРТ с камерой ГТ методом заливки и вытеснения;
- жизнеспособность крепящего полиуретанового состава возросла в 90 раз по сравнению с прототипом и составила 40-60 минут;
- температура отверждения крепящего полиуретанового состава 15-35°С, т.е. отверждение происходит при температуре окружающей среды, что резко снижает расход электроэнергии;
- наиболее важный прочностной показатель - прочность при растяжении для предлагаемого крепящего полиуретанового состава при температуре 20°С достигает значения 62,6 кгс/см, что превышает показатели прототипа;
- относительное удлинение при разрыве при температуре 20°С составляет 506-765%, что свидетельствует о высоких эластических свойствах крепящего полиуретанового состава;
- высокая гидролитическая стойкость крепящего полиуретанового состава заключается в том, что он устойчив к воздействию влаги и повышенной температуры;
- крепящий полиуретановый состав обладает высокой химической стойкостью.
Все вышеизложенное позволяет использовать крепящий полиуретановый состав для бронирования и скрепления забронированного заряда ТРТ с корпусом ГТ, при этом обеспечить высокую эксплуатационную надежность заряда ТРТ в широком температурном диапазоне использования в пределах ±50°С и в условиях влажного тропического климата в течение длительного гарантийного срока хранения (до 25 лет).
Предлагаемый крепящий полиуретановый состав проверен с положительными результатами при бронировании и скреплении модельного заряда ТРТ с камерой ГГ на опытном химическом заводе ФГУП «НИИПМ».
Крепящий полиуретановый состав для бронирования и скрепления забронированного заряда твердого ракетного топлива с корпусом газогенератора, включающий гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА, 1,4-бутандиол, триметилолпропан, трансформаторное масло, дибутилдилаурат олова, отличающийся тем, что он содержит в качестве отвердителя гексаметилендиизоцианат, а в качестве наполнителя - углерод технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гидроксилсодержащий полибутадиеновый | |
каучук СКД-ГТРА | 74,42-83,63 |
1,4-бутандиол | 1,63-2,11 |
триметилолпропан | 0,07-0,09 |
трансформаторное масло | 4,76-13,04 |
гексаметилендиизоцианат | 8,90-11,53 |
углерод технический (сверх 100%) | 0,5-5,0 |
дибутилдилаурат олова (сверх 100%) | 0,02-0,03 |