СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО БРОНЕСОСТАВА НА ОСНОВЕ ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТА ДЛЯ ЗАРЯДОВ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2007 года по МПК B29C39/10 C06B21/00 C08J3/12 

Изобретение относится к способам изготовления многокомпонентных гранулированных бронесоставов и может быть использовано при бронировании зарядов твердого ракетного топлива (ТРТ) к ракетным двигателям, а также при изготовлении изделий гражданского назначения, покрываемых защитной полимерной оболочкой.

При бронировании зарядов ТРТ многокомпонентными бронесоставами предпочтительно их использование в гранулированном виде. Это значительно упрощает процесс бронирования, снижает его трудоемкость и длительность, облегчает и повышает точность дозирования, что в целом повышает технологичность бронирования и качество бронепокрытий зарядов ТРТ. Известны рецептура многокомпонентного бронесостава и способ нанесения на заряд ТРТ термопластичного гранулированного бронесостава на основе ацетилцеллюлозы (пат. RU 2164616, RU 2179989, RU 2209135). Способ предусматривает бронирование зарядов литьем под давлением в пресс-форме на термопластавтомате (ТПА) и обеспечивает высокую производительность и качество забронированных зарядов. Однако рецептуры бронесоставов на основе ацетилцеллюлозы отличаются низкой термостойкостью и миграционно активны при контакте с твердыми ракетными топливами. Последнее связано с высокой диффузией пластификаторов ТРТ (например, нитроглицерина) в бронепокрытие заряда, что существенно снижает "живучесть" бронепокрытия. Кроме того, способ бронирования на ТПА имеет ограничения по длине бронируемых зарядов ТРТ (не более 600...700 мм), при этом при бронировании удлиненных зарядов приходится существенно увеличивать толщину бронепокрытия, не по причине эксплуатационных требований, а исходя из технологических соображений, до 5 мм и более. В противном случае не обеспечивается необходимая текучесть расплава бронемассы в зазоре "шашка ТРТ - пресс-форма", при бронировании на ТПА, на всю длину заряда.

Известны также рецептура бронесостава на основе термоэластопласта (ТЭП) (ТЭП - полимерные материалы - блоксополимеры термопластов (полистиролов, полиакрилатов, полиэтиленов, полипропиленов) и гибких эластопластов (полибутадиенов, полиизопренов, а также сополимеров - бутадиенстирольных, изопренстирольных и др.). В обычных условиях обладают свойствами резин, а при повышенных температурах перерабатываются подобно термопластам) по патенту RU 2208007 и способ ее нанесения на заряд по пат. RU 2259919. Бронесостав на основе ТЭП обладает повышенной, по сравнению с ацетилцеллюлозным бронесоставом, термостойкостью, как в исходном состоянии (сразу после нанесения на заряд ТРТ), так и в процессе длительного контакта с ТРТ. При этом данный бронесостав наносится на заряд высокотехнологичным и производительным способом (пат. RU 2259919) - экструзией бронечехла на шашку ТРТ. Указанный способ, по сравнению со способом бронирования на ТПА, практически не имеет ограничений по длине бронируемых зарядов.

Техническое решение по пат. RU 2208007 от 10.07.2003 г. принято авторами за прототип.

Недостатками прототипа являются:

- отсутствие оптимальных температурно-временных режимов переработки бронесостава в гранулы;

- отсутствие норм оптимальной дисперсности используемых для грануляции компонентов бронесостава;

- необоснованность (отсутствие) ограничений по типу используемого термоэластопласта при изготовлении гранул.

Технической задачей изобретения является разработка способа изготовления многокомпонентного гранулированного бронесостава на основе термоэластопласта для бронирования зарядов ТРТ.

Указанная техническая задача решается в рамках патентуемого изобретения путем выбора для приготовления гранул оптимальной дисперсности используемых компонентов и температурно-временных режимов переработки в гранулы (смешение, пластификация, гранулирование).

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана технологическая схема изготовления гранулированного термоэластопластичного бронесостава:

1 - смеситель;

2 - шнек-пресс;

3 - загрузочная входная зона шнек-пресса;

4 - головка шнека;

5 - гранулы бронесостава;

6 - отрезное устройство;

7 - ТЭП;

8 - инден-кумароновая смола (ИКС);

9 - гидроокись алюминия [Al(ОН)₃];

10 - асбест хризотиловый (АХ);

11 - стеариновая кислота (СК).

Технический результат изобретения заключается в изготовлении гранулированного бронесостава для зарядов ТРТ на основе термоэластопласта, в сочетании с инден-кумароновой смолой, гидроокисью алюминия, асбеста хризотилового и стеариновой кислоты. При этом осуществляют сухое смешение компонентов бронесостава в лопастном смесителе с последующей пластификацией, гомогенизацией и гранулированием бронемассы в шнек-прессе, путем экструдирования бронешнура требуемого поперечного сечения и его последующей разрезки на гранулы. До смешения компонентов термоэластопласт (ТЭП) измельчают на фракции габаритным размером (габаритный размер фракции - максимальный размер по длине (L), высоте (Н), ширине (В) (max [L, H, B])) не более 10 мм, инден-кумароновую смолу и асбест хризотиловый измельчают до частиц размером не более 800 мкм и, используя в составе смеси компонентов гидроокись алюминия в виде порошка дисперсностью не более 800 мкм и стеариновую кислоту в виде порошка или чешуек с размерами 3×3×0,5 мм (частицы (чешуйки) стеариновой кислоты по ГОСТ 9419-78 имеют габаритные размеры 3×3 мм толщиной до 0,5 мм) производят сухое смешение компонентов при температуре 15...35°С в течение не менее 40 мин. Полученную смесь загружают в шнек-пресс и подвергают пластификации, гомогенизации и экструдированию (грануляции) при температурах: 100...110°С - у входной (загрузочной) части шнек-пресса и 130...140°С - у головки шнека. При этом обеспечивают двукратную переработку гранул, а для гранулированного бронесостава используют ТЭП в виде блок-сополимера бутадиена и α-метилстирола, либо в виде тройного блок-сополимера бутадиена, стирола и α-метилстирола с содержанием связанного α-метилстирола, либо α-метилстирола + стирола, в ТЭП в пределах 30...40 мас.%, а производительность шнек-пресса ограничивают пределами 0,15...0,35 кг/мин.

Сущность изобретения заключается в следующем.

1. В предварительном нормированном измельчении компонентов бронесостава.

Измельчение ТЭП до габаритных размеров фракций не более 10 мм, вкупе с измельчением инден-кумароновой смолы, асбеста хризотилового, гидроокиси алюминия до частиц размером не более 800 мкм с использованием стеариновой кислоты в виде порошка или чешуек 3×3×0,5 мм, позволяет в последующем получить в шнек-прессе (2) пластифицированную жидковязкую смесь и гомогенную структуру экструдируемых гранул.

2. В сухом смешении компонентов бронесостава в лопастном смесителе (1) при температуре 15...35°С в течение не менее 40 мин.

Выполнение смешения компонентов (до загрузки их в шнек-пресс), сопровождающееся "опудриванием" фракций ТЭП (7) мелкими частицами пластификатора - инден-кумароновой смолой (8) и наполнителей: гидроокисью алюминия (9), асбеста хризотилового (10) и стеариновой кислоты (11), позволяет улучшить пластификацию бронемассы, качество экструдируемых гранул (5) и повысить производительность процесса грануляции.

3. В переработке многокомпонентной смеси бронесостава в гранулы при температурах 100...140°С, что обусловлено с одной стороны необходимостью расплавления и требуемой текучести смеси компонентов (нижний предел), с другой стороны - низкой вязкостью (высокой текучестью) эсктрудируемого бронешнура при температуре более 140°С (верхний предел), что не позволяет сформировать качественные гранулы необходимых размеров. При этом для обеспечения качества переработки бронесостава в целом, у входной загрузочной зоны (3) шнек-пресса (2) поддерживают температуру 100...110°С, а у головки (4) шнека - 130...140°С. Указанное распределение температур вдоль шнека позволяет обеспечить расплавление компонентов, последующую пластификацию ТЭП, гомогенизацию бронемассы и экструдирование бронешнура требуемой геометрии.

4. В ограничении используемых для приготовления гранул бронесостава ТЭП классом бутадиеновых каучуков.

За счет присущих указанным ТЭП (при содержании связанного стирола 30...40 мас.%) высоких физико-механических характеристик, в т.ч. удовлетворительной эластичности и совместимости с ТРТ при длительном контакте, достигаются высокие эксплуатационные характеристики бронепокрытия зарядов ТРТ.

5. В двукратной переработке гранул, обусловливающей более высокую степень гомогенизации бронесостава, что способствует улучшению его реологических характеристик и повышению его плотности (см. таблицу).

Примеры реализации способа.

Пример 1. Гранулированию подвергался бронесостав следующей рецептуры (номинальный состав, мас.%):

- ТЭП (блок сополимер бутадиена с α-метилстиролом) марки ДМСТ-Р - 32,5;

- инден-кумароновая смола (ИКС) - 32,5;

- асбест хризотиловый (AX) - 10,0;

- гидроокись алюминия Al(ОН)₃ - 25,0;

- стеариновая кислота (СК) - 2,0 (сверх 100%).

До сухого смешения компоненты измельчали:

- ТЭП - до габаритных размеров фракций не более 10 мм;

- асбест хризотиловый и инден-кумароновую смолу - на ситах №№9-10 - до частиц размером не более 800 мкм;

- гидроокись алюминия и стеариновую кислоту использовали в состоянии поставки с дисперсностью частиц не более 800 мкм (для гидроокиси алюминия) и с размерами 3×3×0,5 мм для стеариновой кислоты.

Смешение компонентов осуществляли в смесителе при Т=20°С в течение 40 мин. После смешения смесь бронесостава загружали в шнек-пресс LSP-52 и осуществляли экструдирование гранул. Режимы переработки и оценка качества гранул приведены в таблице.

Примеры 2, 3. Порядок приготовления гранул аналогичен примеру 1. Данные по номинальному составу бронемассы и режимам переработки приведены в таблице. При этом в примерах 2, 3 использовался ТЭП марки ДСМСТ (блок-сополимер бутадиена, стирола и α-метилстирола).

Таблица№ прим.Номинальный состав бронесостава, (мас.%)Режимы переработкиХарактеристикиТ_см, °Сτ_см, минТ_вх, °СТ_гол, °СП_э, кг/минК_гранвнешний видплотность, г/см³1ТЭП-32,5; Al(ОН)₃ - 25; ИКС-32,5;
АХ - 10;
СК - 2,0 (сверх 100%)25401051400,1однократноеудовл.1,2152ТЭП-30,0; Al(ОН)₃ - 27; ИКС-30,0;
АХ - 13;
СК - 2,0 (сверх 100%)20451101350,15однократноеудовл.1,2293ТЭП-29,0; Al(ОН)₃ - 30; ИКС-29,0;
АХ - 12;
СК - 2,0 (сверх 100%)27501001420,30двухкратноеудовл.1,300В таблице обозначены:
Т_см - температура смешения компонентов бронесостава
τ_см - продолжительность смешения компонентов
Т_вх - температура у входной части шнек-пресса
Т_гол - температура головки шнека
П_э - производительность шнек-пресса
К_гран - кратность гранулирования

С использованием изготовленных в соответствии с настоящим техническим решением гранул термоэластопластичного бронесостава способом экструзии забронированы (по наружной поверхности) заряды ТРТ баллиститного типа с размерами:

- наружный диаметр - 50 мм;

- диаметр канала - 12 мм;

- длина - 300 мм;

- толщина бронепокрытия - 1,0...1,2 мм.

Качество зарядов по внешнему виду, геометрическим размерам и уровню адгезии бронесостава к ТРТ удовлетворительное.

Изобретение относится к изготовлению многокомпонентных гранулированных бронесоставов на основе термоэластопластов, преимущественно используемых при бронировании зарядов твердого ракетного топлива. Способ изготовления гранулированного бронесостава для зарядов твердого ракетного топлива на основе термоэластопласта, инден-кумароновой смолы, гидроокиси алюминия, асбеста хризотилового и стеариновой кислоты включает предварительное смешение компонентов и последующую пластификацию, гомогенизацию и экструдирование бронемассы в шнек-прессе. До смешения компонентов термоэластопласт измельчают до фракций габаритным размером не более 10 мм, инден-кумароновую смолу и асбест хризотиловый до частиц размером не более 800 мкм, используют гидроокись алюминия в виде порошка дисперсностью не более 800 мкм и стеариновую кислоту в виде порошка или частиц размером порядка 3×3×0,5 мм. Производят сухое смешение компонентов при температуре 15-35°С в течение не менее 40 мин. Полученную смесь подвергают переработке в шнек-прессе. При этом обеспечивают температуру переработки у входной загрузочной части шнек-пресса 100-110°С, а у головки шнека 130-140°С. Экструдирование гранул выполняют двукратно. Технический результат состоит в улучшении пластификации бронемассы, температурно-временных режимов переработки, качества гранул и повышении производительности процесса грануляции. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ изготовления гранулированного термоэластопластичного бронесостава для зарядов твердого ракетного топлива на основе термоэластопласта, инден-кумароновой смолы, гидроокиси алюминия и асбеста хризотилового и стеариновой кислоты, включающий предварительное смешение компонентов и последующую пластификацию, гомогенизацию и экструдирование бронемассы в шнек-прессе, отличающийся тем, что до смешения компонентов термоэластопласт измельчают до фракций габаритным размером не более 10 мм, инден-кумароновую смолу и асбест хризотиловый до частиц размером не более 800 мкм и, используют гидроокись алюминия в виде порошка дисперсностью не более 800 мкм и стеариновую кислоту в виде порошка или частиц размером порядка 3×3×0,5 мм, производят сухое смешение компонентов при температуре 15-35°С в течение не менее 40 мин, после чего полученную смесь подвергают переработке в шнек-прессе, обеспечивая температуру переработки у входной загрузочной части шнек-пресса 100-110°С, а у головки шнека 130-140°С, а экструдирование гранул выполняют двукратно.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве термоэластопласта используют бутадиенстирольные каучуки.3. Способ по п.1 и/или 2, отличающийся тем, что используют термоэластопласт в виде блок-сополимера бутадиена и α-метилстирола с содержанием в термоэластопласте связанного α-метилстирола 30-40 мас.%.4. Способ по п.1 и/или 2, отличающийся тем, что используют термоэластопласт в виде тройного блок-сополимера бутадиена, стирола и α-метилстирола с суммарным содержанием в термоэластопласте связанного стирола и α-метилстирола от 30 до 40 мас.%.