ТВЕРДОЕ РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО Российский патент 2001 года по МПК C06D5/06 

Изобретение относится к области создания твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в широком температурном диапазоне от 60 до минус 70^oC, которые могут применяться в различных ракетных системах.

Существующие ТТ, в том числе и зарубежные (пат. США N 3257248; пат. США N 3783055), а также пат. США N 3087844, как наиболее близкий из аналогов состав топлива, взятый авторами за прототип, имеют невысокий уровень деформационных характеристик при отрицательных температурах.

Так, например, по пат. США N 308744, кл. 149-199 заявл. 24.07.59 г. опубл. 30.04.63 г. , твердое топливо на основе полибутадиена с концевыми карбоксильными группами, перхлората аммония, алюминия и др. имеют ε = 39...10%; σ = 0,469...2,48 МЛа; E = 2,99...53,3 МПа при T = -59 - -40^oC.

Но для обеспечения работоспособности заряда для некоторых видов ракетных систем при T = -50^oC при выходе двигателя на режим требуется повышенный уровень физико-механических характеристик при T = -60 - -70^oC, которых твердое топливо по пат. США N 3087844 не имеет.

Технической задачей настоящего изобретения является создание твердого топлива с высокими деформационными характеристиками в области отрицательных температур до минус 70^oC при сохранении удовлетворительного уровня физико-механических характеристик в положительной области температур.

Для достижения технического решения предложено твердое ракетное топливо на основе перхлората аммония, алюминия дисперсного, полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами, пластификаторов, модификатора горения и катализатора отверждения с дополнительным вводом полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами, ароматического амина и ароматической аминокислоты при следующем соотношении компонентов:
Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами - 5,03 - 7,10
Полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами - 0,40 - 0,53
Ароматический амин (анилин и др.) - 0,03 - 0,08
Ароматическая аминокислота (пара-аминобензойная кислота и др.) - 0,01-0,03
Пластификаторы - 4,5 - 6,2
Алюминий дисперсный - 0-20
Модификатор горения - Может быть
Катализатор отверждения (соли переходных металлов) - 0 - 0,10
Окислитель - перхлорат аммония - Остальное
В качестве пластификаторов могут использоваться эфиры себациновой кислоты, эфиры фосфорной кислоты, олигомерный полидивинилизопрен и т.д.

В таблице приведены примеры реализации на образцах предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом, за который принят патент США N 3087844 как наиболее близкий по компонентному составу заявляемому объекту, а также характеристики образцов с содержанием компонентов за пределами заявляемого соотношения. Из примеров 1, 2, 5, 6 таблицы следует, что совместное использование в качестве отверждающих агентов наряду с полибутадиеновым каучуком с концевыми карбоксильными группами, ароматическим амином - ароматической аминокислоты в топливах на основе полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами, позволяет получить величину относительных удлинений при отрицательных температурах в пределах ε_a= 42÷47%(-50÷70^°C) при сохранении высокого уровня эластичности в положительной области температур ε_a= 40÷60%(20^°C).
Примерами 1, 2, 5, 6, 8 показано, что изменяя соотношение между ароматическим амином и ароматической аминокислотой, можно регулировать механические свойства топлива в широких пределах, при этом суммарное содержание отвердителей аминного типа не должно превышать 0,1% в составе топлива.

Превышение этого количества приводит к ухудшению прочностных свойств и относительных удлинений при отрицательной температуре (пример 9), соотношение (в процентах) Ар.ам\Ар.Амк = 0,09\0,02 и даже к неотверждению топлива (пример 10, соотношение Ар.ам\Ар\Амк = 0,08\0,06). В примере 4 при изменении соотношения Ар.ам\Ар.Амк = 0,035\0,005 также происходит снижение деформации при T = -70^oC. Применение только или ароматического амина (пример 3) или ароматической аминокислоты (пример 7) приводит к существенному снижению или прочности топлива или его деформации. С точки зрения снижения энергетических характеристик топлива, увеличение количества связующего в топливе не эффективно и не рассматривалось.

Пример конкретного выполнения.

Состав готовят следующим образом.

Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами (5,03%) смешивают с пластификаторами (олигомерным полидивинилизопреном, эфиром фосфорной кислоты) - (4,5%), алюминием дисперсным - (20%), перхлоратом аммония - (69,92%), полибутадиеновым каучуком с концевыми карбоксильными группами - (0,4%), ароматическим амином (анилином) - (0,02%), ароматической аминокислотой (пара-аминобензойная кислота) - (0,05%) в смесителе в течение 1 часа при температуре 40^oC и далее при температуре 60 ± 5^oC при давлении P_ост не более 15-20 мм.рт.ст. в течение 1 часа.

Изобретение относится к области создания твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в температурном диапазоне от 60 до минус 70^oC, и, применяемых в различных ракетных системах. Предлагаемый состав топлива обладает улучшенными физико-механическими характеристиками при температурах до минус 70^oC и сохраняет удовлетворительный уровень характеристик при положительных температурах до 60^oC. Технический результат достигается за счет введения в состав топлива, наряду с отвердителем - ароматического амина и дополнительного соотвердителя - ароматической кислоты. 1 табл.

Твердое ракетное топливо, включающее перхлорат аммония, алюминий дисперсный, полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, пластификаторы и катализатор отверждения, отличающееся тем, что оно содержит полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, ароматический амин, ароматическую аминокислоту и, необязательно, модификатор горения при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами - 5,03 - 7,10
Полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами - 0,40 - 0,53
Ароматический амин - 0,03 - 0,08
Ароматическая аминокислота - 0,01 - 0,03
Пластификаторы - 4,5 - 6,2
Алюминий дисперсный - 0 - 20
Модификатор горения - Может быть
Катализатор отверждения - 0 - 0,10
Перхлорат аммония - Остальное