КРЕПЯЩИЙ ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ СОСТАВ Российский патент 2010 года по МПК C09J175/04 C09J109/00 C06B21/00 F42B10/40 

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».

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.

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