СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДОВ СМЕСЕВОГО РАКЕТНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2003 года по МПК C06B21/00 C06D5/00 

Изобретение относится к области разработки технологии переработки смесевых ракетных твердых топлив (СРТТ) в заряды.

Среди большого количества ракетных зарядов из СРТТ важное место занимают заряды с высокой скоростью горения топлива и температурным диапазоном их эксплуатации ±50^oС или даже до ±60^oС.

Одним из вариантов смесевого ракетного топлива для таких зарядов, наиболее полно выполняющим указанные требования, является топливо, связующее которого изготавливается на основе полиизопренового литиевого маслонаполненного каучука СКИ-НЛ "М". В таком топливе содержатся: окислитель, пластификатор, отвердитель, компоненты, повышающие энергетические характеристики, добавки, регулирующие скорость горения, и другие составляющие.

Изготовление зарядов из таких топлив проводится по способу, описанному в заявке РФ 97115261/02 от 09.09.97 года (БИ, 20, 1999, стр.134).

Одной из актуальных проблем совершенствования ракетных двигателей на данном смесевом ракетном твердом топливе является упрощение конструкции внутреннего теплозащитного покрытия двигателя вплоть до полной его ликвидации путем использования в качестве теплозащиты самого СРТТ за счет рациональной конфигурации заряда, при которой фронт горения к стенке корпуса двигателя подходит одновременно по всем поверхностям, и обеспечением скрепления заряда с корпусом двигателя, надежного при огневой работе и длительной эксплуатации.

Задача скрепления топлива с металлической поверхностью РД, не имеющего теплозащиты, является сложной. Из-за плохого смачивания металлической поверхности существующие клеевые составы (например, по патенту на изобретение 2155789, БИ 25, стр.322) не могут быть использованы.

Принятый порядок подготовки внутренней поверхности корпуса для скрепления топлива очень сложен и многостадиен, так как включает нанесение на металлическую поверхность специального клея, нанесение теплозащитного покрытия и отверждение его, затем нанесение неотвержденного крепящего состава, его сушка и подполимеризация и непосредственно перед заливкой топливной массы в корпус и ее полимеризацией нанесение на крепящий состав специально подобранной вулканизующей добавки. Крепящий состав и вулканизующая добавка для удобства нанесения содержат в своем составе до 60% легколетучего пожароопасного растворителя. Расход крепящего состава и вулканизующих добавок составляет от 400 до 800 г/м² поверхности корпуса (250...500 г/м² по сухому остатку).

Технической задачей настоящего изобретения является разработка более совершенного технологического процесса изготовления прочно скрепленных с металлическим корпусом, не имеющим теплозащитного покрытия, зарядов СРТТ, позволяющего обеспечить необходимую прочность скрепления топлива с корпусом двигателя, и также упростить технологию изготовления корпусов РД и подготовку их к заполнению СРТТ.

Указанная техническая задача была решена использованием при изготовлении зарядов СРТТ на основе связующего из полиизопренового маслонаполненного литиевого каучука СКИ-НЛ "М" ТУ 38.03.1.031, содержащего отвердитель, пластификатор, окислитель, регуляторы скорости горения и другие добавки за счет комплекса операций, включающих подготовку и смешение компонентов, формование полученной массы в металлический корпус двигателя, не имеющий теплозащитного покрытия, с предварительно подготовленной поверхностью металла и нанесенным на него 5. . .20%-ным раствором о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксима в этилацетате из расчета 5...30 г/м² (на сухой остаток). После формования проводят отверждение при температуре 50-70^oС в течение 5-12 суток.

Вещество о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксим имеет следующую структурную формулу:

Молекулярная масса - 658,97
Эмпирическая формула - C₄₂H₆₂N₂O₄
Техническое название - хиноловый эфир ЭХ-1
Представляет собой порошок от светло- до темно-желтого цвета.

Выпускается в промышленных масштабах по ТУ 6-09-11-2151.

Ниже приведено сравнение предлагаемого способа изготовления зарядов с прототипом (табл. 1).

Нанесение 5-20%-ного раствора о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксима на подготовленную (отдробеструенную, обезжиренную этилацетатом ГОСТ 22300 или ГОСТ 8981) и просушенную поверхность РД приводит к образованию плотной, прочноскрепленной с металлом пленки, которая после заполнения корпуса топливной массой вулканизует при отверждении при температуре 50-70^oС обычно обедненные вулканизующими агентами пристенные слои топлива до максимальной прочности топливной массы в зоне скрепления.

Использование металлического корпуса без теплозащитного покрытия, на поверхность которого нанесен раствор о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксима приводит к наиболее полной вулканизации каучука СКИ-НЛ "М" топлива с формированием прочного адгезионного шва между металлом корпуса и топливом.

Выполнение способа иллюстрируется следующим примером.

Пример: СРТТ готовится по технологии свободного литья на существующем оборудовании, исходя из содержания следующих составляющих, мас.ч.:
- Каучук полиизопреновый литиевый маслонаполненный СКИ-НЛ "М" - 5-6
- Пластификатор - 10-13
- Наполнители органические - 5-30
- Металлический наполнитель (порошок металла) - 4-20
- Отвердители - 0,4-1,2
- Добавки специальные - 0,1-2,6
На первой стадии каучук полиизопреновый литиевый маслонаполненный СКИ-НЛ "М" смешивают с пластификатором, затем в полученную смесь дозируют минеральные и металлические наполнители и другие добавки. После каждой загрузки смесь перемешивают, а окончательное смешение ведут под вакуумом. Готовую топливную массу формуют в металлический корпус, не имеющий теплозащитного покрытия, внутренняя поверхность которого не имеет окисленных участков, каких-либо загрязнений, обезжиренного этилацетатом, просушенного и с нанесенным после этого 5...20%-ным раствором о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинон-диоксима в этилацетате. Корпус с топливом термостатируют при температуре 50...70^oС в течение 5...12 суток.

Полученный по вышеописанному способу твердотопливный заряд имеет следующий уровень характеристик по адгезионной прочности топлива с корпусом РД (табл.2).

Выбор этилацетата в качестве растворителя о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксо-циклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксима обусловлен:
отсутствием в нем примесей и соединений, содержащих непредельные углеводородные связи, которые могут взаимодействовать с о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксимом и выводить его из сферы реакции в пограничных слоях корпуса и топлива в отличие от других растворителей;
этилацетат хорошо диспергирует о, о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксим и способствует его равномерному распределению на металлической поверхности.

Технология подготовки корпуса по предложенному способу более простая, так как состоит только из операций подготовки металлической поверхности корпуса и нанесения раствора о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксима в этилацетате, требует применения значительно меньшего количества растворителя, чем другие известные технологические приемы подготовки корпусов РД.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления зарядов без нанесения теплозащитного покрытия на металлическую поверхность корпуса двигателя с нанесением на эту поверхность 5...20%-ного раствора о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензохинондиоксима в этилацетате в количестве от 5 до 30 г/м² позволяет резко снизить стоимость изготовления корпусов РДТТ при обеспечении достаточной прочности скрепления топлива на основе полиизопренового литиевого маслонаполненного каучука СКИ-НЛ "М" с корпусом РД и одновременно существенно упростить процесс подготовки корпуса и повысить экологическую чистоту процесса.

Изобретение относится к области разработки технологии изготовления зарядов смесевого ракетного твердого топлива (СРТТ). Согласно изобретению способ изготовления заряда СРТТ включает смешение компонентов СРТТ с использованием связующего на основе полиизопренового литиевого маслонаполненного каучука СКИ-НЛ "М", формование топливной массы в металлический корпус ракетного двигателя, не имеющий теплозащитного покрытия, при этом перед формованием топливной массы на внутреннюю поверхность корпуса наносят о,о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил) -п-бензохинондиоксим в виде 5-20%-ного раствора в этилацетате, после формования проводят отверждение. Изобретение направлено на создание способа изготовления прочно скрепленных с металлическим корпусом, не имеющим теплозащитного покрытия зарядов СРТТ. 2 табл.

Способ изготовления заряда смесевого ракетного твердого топлива, включающий смешение компонентов смесевого ракетного твердого топлива с использованием связующего на основе полиизопренового литиевого каучука СКИ-НЛ для получения топливной массы, формование топливной массы в металлический корпус ракетного двигателя твердого топлива и отверждение, отличающийся тем, что в качестве полиизопренового литиевого каучука СКИ-НЛ используют полиизопреновый литиевый маслонаполненный каучук СКИ-НЛ "М", а перед формованием топливной массы на внутреннюю поверхность металлического корпуса ракетного двигателя, не имеющего теплозащитного покрытия, наносят о, о-бис-(1,3,5-три-трет-бутил-4-оксоциклогексадиен-2,5-ил)-п-бензо-хинондиоксим в виде 5-20%-ного раствора в этилацетате, при этом отверждение проводят при 50-70^oС в течение 5-12 суток.