КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК C08L9/00 C09K21/00 C08K13/02 

Изобретение относится к материалам, предназначенным для тепловой защиты конструктивных элементов, работающих в условиях воздействия тепловых аэродинамических и газодинамических тепловых потоков.

Известна композиция для получения теплозащитного материала (SU 1006449 A, C08J 9/10, опубл. 23.03.1983), включающая, масс. ч.:

фенольно-формальдегидная смола новолачного типа 90,0-97,0 порофор 2,0-5,0 уротропин 8,0-15,0 вспученный перлит 15,0-25,0 шероховальная пыль 1,0-10,0 целлюлозный волокнистый материал 1,0-5,0

Недостатком указанной композиции является невысокая прочность и низкое значение относительного удлинения.

Известно теплоизоляционное покрытие (SU 736601 A1, C08J 9/10, опубл. 15.08.1982), включающее, вес. %:

фенольно-формальдегидная смола новолачного типа 8,2-63,5 азоизобутиронитрил 1,2-10,2 уротропин (гексаметилентетрамин) 0,6-4,8 наполнитель остальное

Недостатком указанного теплоизоляционного покрытия является низкое относительное удлинение.

Известен состав для огнестойкого теплозащитного покрытия (RU 2215765 С2, C09D 161/14, опубл. 10.11.2003), включающий, масс. ч.:

фенольно-фурфурольно-формальдегидная смола 15,0-30,0 эпоксидная диановая смола 10,0-30,0 сополимер винилхлорида с акрилонитрилом 30,0-40,0 гексаметилентетрамин в алифатическом спирте 0,5-1,0 фосфполиол 3,0-10,0 перлит 5,0-10,0 тальк 8,0-12,0 слюда 5,0-9,0 ацетон 3,0-5,0

Недостатком этой композиции является необходимость прогрева покрытия для его отверждения совместно с изделием, на которое его наносят.

Наиболее близкой к заявленной композиции является композиция для огнепреградительного покрытия и способ ее изготовления (RU 2458949 С2, C08L 61/10, опубл. 20.08.2012), принятая нами за прототип, включающая фенольно-формальдегидную смолу новолачного типа, уротропин, газообразователь азобисизобутиронитрил, асбест хризотиловый переработанный, бутадиен-нитрильный каучук, стеарат кальция или стеарат цинка, кварц молотый пылевидный с размером частиц не более 0,25 мм, термообработанный при температуре (700-950)°С, антиоксидант нафтам-2 или агидол-2 при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

фенольно-формальдегидная смола новолачного типа 70,0-140,0 бутадиен-нитрильный каучук 20,0-70,0 стеарат кальция или стеарат цинка 1,0-2,0 нафтам-2 0,08-0,35 или уротропин 7,0-14,0 асбест хризотиловый переработанный 25,0-45,0 кварц молотый пылевидный с размером частиц не более 0,25 мм, термообработанный при температуре 700-950°С 180,0-385,0 агидол-2 0,04-0,20 газообразователь азобисизобутиронитрил 10,0-45,0

Способ изготовления композиции по прототипу включает разогрев и пластифицирование бутадиен-нитрильного каучука совместно с антиоксидантом и стеаратом кальция или стеаратом цинка. Затем полученная смесь совмещается с фенольно-формальдегидной смолой и порошкообразными наполнителями и газообразователем. Полученную смесь в виде пленки или в виде раздробленной массы загружают в ограничительную форму и путем нагрева в прессе, химического взаимодействия между ингредиентами система вспенивается и отверждается с образованием теплозащитного покрытия.

Недостатком композиции является сложность процесса изготовления полуфабриката, а также возможность нанесения теплозащитного покрытия только при наличии ограничительной формы.

Технический результат изобретения заключается в повышении и стабильности физических и механических свойств композиции при ее изготовлении, хранении и переработке, а также стойкости к окислению полуфабриката, что снижает внутреннее напряжение, исключает отслаивание и образование трещин, исключает прогрев покрытия при полимеризации и поликонденсации.

Для достижения технического результата предложена композиция для изготовления теплозащитного покрытия, включающая кварц молотый пылевидный, бутадиен-нитрильный каучук, при этом бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН используется в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, кроме того, композиция дополнительно содержит фурфурол, резорцин, эпоксидную смолу, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, стеклянные микросферы, порофор, полиэтиленполиамин, гаммааминопропилтриэтоксисилан при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Фурфурол 5,0-6,2 Резорцин 4,0-5,4 Бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне 15,0-17,0 Эпоксидная смола 5,0-6,5 Трифенилфосфат 1,0-1,4 Тригидрад оксида алюминия 4,0-5,6 Кварц молотый пылевидный 12,0-16,5 Стеклянные микросферы 6,8-7,8 Порофор 2,5-3,5 Полиэтиленполиамин 0,5-0,65 Гаммааминопропилтриэтоксисилан 0,4-0,55

Кроме того, заявлен способ изготовления композиции для изготовления теплозащитного покрытия, включающий загрузку и перемешивание композиции, при этом при включенной мешалке с промежутком по времени 3-5 минут последовательно загружаются фурфурол, резорцин, бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, эпоксидная смола, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, кварц молотый пылевидный, стеклянные микросферы, при этом после окончания загрузки продолжается перемешивание в течение 15-20 минут до получения однородной пасты, после чего вводятся катализатор отверждения поликонденсации порофор и катализаторы отверждения полимеризации полиэтиленполиамин и гаммааминопропилтриэтоксисилан.

Предпочтительно кварц молотый пылевидный предварительно обрабатывают при температуре 900±50°С в течение 3,0±0,5 часа.

Технический результат достигается за счет химического взаимодействия компонентов, входящих в состав заявленной композиции.

Так, введение в состав пылевидного кварца, просушенного при температуре 900±50°С в течение 3,0±0,5 часа, позволит равномерно распределиться в объеме материала и обеспечить повышенную однородность. Введение бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне или бутилацетате в процессе поликонденсации и полимеризации матрицы снижает усадку и технологические напряжения. Повышение коксового остатка в процессе высокотемпературного воздействия достигается использованием фурфурола и резорцина, который снижает линейную и массовую скорость уноса покрытия. Ингибиторы горения трифенилфосфат и тригидрад оксида алюминия снижают горючесть композиции и повышают окислительную стойкость при высокотемпературном воздействии.

Использование эпоксидной смолы снижает пористость и повышает прочность покрытия. Снижение веса покрытия достигается за счет применения стеклянных микросфер. Катализатор отверждения поликонденсации порофор и катализаторы полимеризации полиэтиленполиамин и гаммааминопропил-триэтоксисилан обеспечивают отверждение полимерной матрицы без нагрева.

Предложенная композиция и способ ее изготовления при заявленном соотношении компонентов позволяет изготовить покрытие со стабильными физическими и технологическими свойствами. Кроме того, из-за наличия в композиции нескольких растворителей повышается его смачивающая способность и тем самым стабилизируются физические адгезионные свойства материала, снижается внутреннее напряжение, исключается отслаивание и образование трещин, повышается прочность, исключается прогрев покрытия при полимеризации и поликонденсации, повышается стойкость к окислению.

Приготовление пасты

При включенной мешалке с промежутком по времени 3-5 мин последовательно загружается фурфурол, резорцин, бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, эпоксидная смола, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, кварц молотый пылевидный, предварительно обработанный при температуре (900±50)°С в течение 3,0±0,5 часа, стеклянные микросферы. После окончания загрузки компонентов продолжается смешивание исходных компонентов в течение 15-20 мин до получения однородной пасты. Полученную пасту допускается выгрузить в емкости для хранения. Перед применением в пасту в соответствии с рецептурой вводятся катализаторы отверждения поликонденсации порофор и полимеризации полиэтиленполиамин и гаммааминопропилтриэтоксисилан. Композиция перемешивается в течение 3-5 мин и наносится шпателем, кистью или напылением на защищаемую поверхность. При нанесении покрытия напылением в ее состав вводится ацетон в количестве, обеспечивающем получение композиции удобной для нанесения напылением.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1

Процесс изготовления состава теплозащитного покрытия состоит из следующих операций:

- взвешивание в соответствии с рецептурой исходных компонентов;

- приготовление пластифицирующего состава;

- подготовка порошкообразных наполнителей;

- изготовление состава пасты теплозащитного покрытия и способ его нанесения.

Приготовление пластифицирующего состава

В качестве пластифицирующего состава применялся бутадиен-нитрильный каучук СКН-40КНТ. Навеску каучука, предварительно нарезанного на кусочки удобные для растворения и обеспечивающего получение 20% раствора по сухому остатку, загружали в смеситель и заливали расчетным количеством ацетона или бутилацетатом, после чего перемешивали при скорости вращения до 200 об/мин до полного растворения каучука и получения однородной смеси.

Подготовка порошкообразных наполнителей

Подготовка пылевидного молотого кварца. С целью исключения влияния влажности на свойства покрытия перед его применением кварц молотый пылевидный термообрабатывался в муфельной печи при температуре (900±50)°С. Термообработка проводится на жаропрочном поддоне при толщине слоя 10-20 мм в течение 3,0±0,5 час.

Подготовка тригидрида оксида алюминия заключалась в просеивании через сито размером ячеек не более 0,7.

Приготовление пасты для изготовления теплозащитного покрытия

В сухой чистый смеситель, не выключая его, загружались с промежуточным перемешиванием в течение 3-5 мин в соответствии с рецептурой компоненты в следующей последовательности: фурфурол, резорцин, бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, эпоксидная смола, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, молотый пылевидный кварц, стеклянные микросферы. По окончании загрузки смешение компонентов продолжалось в течение 15-20 мин до равномерного растворения и распределения всех компонентов в объеме смесителя и получения однородной пасты.

Перед применением пасты в соответствии с рецептурой в ее состав вводили катализаторы отверждения поликонденсации порофор и полимеризации полиэтиленполиамин и гаммааминопропилтриэтоксисилан.

Полученная композиция для изготовления теплозащитного покрытия наносилась шпателем, кистью или напылением на защищаемые поверхности в зависимости от формы и размера изделия. Нанесенное покрытие в течение 72 часов отверждалось в условиях цеха, или при необходимости отверждение велось в термостате при температуре (65±5)°С в течение 4 часов.

По окончании выдержки образец направляется на испытание.

По принятой технологии были изготовлены составы, которые приведены в таблице 1. Данные по результатам испытания приведены в таблице 2.

Анализ результатов испытаний предложенных рецептур показал их высокую технологичность при стабильных физико-механических свойствах. Физические и механические свойства в отвержденных образцах без нагрева (пример 1, 2, 3) и в отвержденных при температуре (60±5)°С образцах (образцы 4, 5, 6) имеют одинаковые показатели.

Изобретение относится к материалам, предназначенным для тепловой защиты конструктивных элементов, работающих в условиях воздействия тепловых аэродинамических и газодинамических тепловых потоков. Описана композиция для изготовления теплозащитного покрытия, включающая кварц молотый пылевидный, бутадиен-нитрильный каучук, в которой бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН используется в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, кроме того, композиция дополнительно содержит фурфурол, резорцин, эпоксидную смолу, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, стеклянные микросферы, порофор, полиэтиленполиамин, гаммааминопропилтриэтоксисилан при следующем соотношении компонентов, масс. ч.: фурфурол 5,0-6,2, резорцин 4,0-5,4, бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне 15,0-17,0, эпоксидная смола 5,0-6,5, трифенилфосфат 1,0-1,4, тригидрад оксида алюминия4,0-5,6, кварц молотый пылевидный 12,0-16,5, стеклянные микросферы 6,8-7,8, порофор 2,5-3,5, полиэтиленполиамин 0,5-0,65, гаммааминопропилтриэтоксисилан 0,4-0,55. Также описан способ изготовления композиции. Технический результат изобретения заключается в повышении и стабильности физических и механических свойств композиции при ее изготовлении, хранении и переработке, а также стойкости к окислению полуфабриката, что снижает внутреннее напряжение, исключает отслаивание и образование трещин, исключает прогрев покрытия при полимеризации и поликонденсации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 пр.

1. Композиция для изготовления теплозащитного покрытия, включающая кварц молотый пылевидный, бутадиен-нитрильный каучук, отличающаяся тем, что бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН используется в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, кроме того, композиция дополнительно содержит фурфурол, резорцин, эпоксидную смолу, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, стеклянные микросферы, порофор, полиэтиленполиамин, гаммааминопропилтриэтоксисилан при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Фурфурол 5,0-6,2 Резорцин 4,0-5,4

Бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20%

раствора по сухому остатку в ацетоне 15,0-17,0 Эпоксидная смола 5,0-6,5 Трифенилфосфат 1,0-1,4 Тригидрад оксида алюминия 4,0-5,6 Кварц молотый пылевидный 12,0-16,5 Стеклянные микросферы 6,8-7,8 Порофор 2,5-3,5 Полиэтиленполиамин 0,5-0,65 Гаммааминопропилтриэтоксисилан 0,4-0,55

2. Способ изготовления композиции для изготовления теплозащитного покрытия по п. 1, включающий загрузку и перемешивание композиции, отличающийся тем, что при включенной мешалке с промежутком по времени 3-5 минут последовательно загружаются фурфурол, резорцин, бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-40КТН в виде 20% раствора по сухому остатку в ацетоне, эпоксидная смола, трифенилфосфат, тригидрад оксида алюминия, кварц молотый пылевидный, стеклянные микросферы, при этом после окончания загрузки продолжается перемешивание в течение 15-20 минут до получения однородной пасты, после чего вводятся катализатор отверждения поликонденсации порофор и катализаторы отверждения полимеризации полиэтиленполиамин и гаммааминопропилтриэтоксисилан.

3. Способ изготовления композиции для изготовления теплозащитного покрытия по п. 2, отличающийся тем, что кварц молотый пылевидный предварительно обрабатывают при температуре 900±50°С в течение 3,0±0,5 часа.