Теплозащитный материал Российский патент 2024 года по МПК C08L23/16 C08J5/06 C08K3/04 C08L93/04 G21F1/06 

Описание патента на изобретение RU2813982C1

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении.

Известен теплозащитный материал АР-998 (ТУ 38.1051211-83), который представляет собой композицию, включающую армирующий теплостойкий наполнитель из асбестовой ткани с двухсторонней обкладкой резиновой смесью на основе синтетического этиленпропилендиенового каучука.

Существенным недостатком этого материала является то, что асбестовая ткань обладает более высоким коэффициентом теплопроводности, чем резиновая смесь, что в свою очередь приводит к увеличению скорости прогрева теплозащитного материала и, как следствие, снижению его теплозащитных характеристик.

Известен теплозащитный материал (Пат. 2404209 РФ, МПК C08L23/16, B32B25/10, F16L59/00, F02K9/34, 20.11.2010), выполненный из сформированного слоя арамидного волокна нетканой структуры, проложенного между двумя слоями резиновой смеси марки 51-2110 (ТУ 38.10551177-88) на основе этиленпропилендиенового каучука с последующей вулканизацией в составе изделия.

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что в процессе его работы происходит разрушение резинового слоя и унос вещества с поверхности теплозащитного материала, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости прогрева теплозащитного материала, снижению его теплозащитных характеристик и уменьшению ресурса работоспособности изделия или узла в целом.

Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (Пат. 2486215 РФ, МПК C08L23/16, 27.06.2013), включающий вулканизующую группу (вулканизующие агенты – сера и дитиодиморфолин, ускорители вулканизации – тиурам Д и альтакс, активаторы вулканизации - оксид цинка, стеарин и триэтаноламин), наполнитель (белая сажа БС-120), технологические добавки (смола инден-кумароновая, канифоль сосновая и технический углерод К-354) и модифицирующую добавку - поливинилиденхлорид или адамантан.

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает снижение скорости прогрева теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука.

Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты - серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, наполнители белую сажу и фосфорборсодержащий олигомер ФБО, предварительно нанесенный на каолиновые волокна, посредством их термостатирования при 100°С в 5 масс. % водном растворе ФБО (Пат. 2656860 РФ, МПК C08L23/16, C08К13/06, C08К3/34, 07.06.2018) и теплозащитный материал, дополнительно содержащий промоутер адгезии между волокном и полимерной матрицей - гексахлорпараксилол (Пат. 2656862 РФ, МПК C08L23/16, C08К13/06, C08К3/34, 07.06.2018).

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает длительного теплозащитного эффекта.

Наиболее близким является теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку фосфорборсодержащий олигомер ФБО, предварительно нанесенную термостатированием при 100°С из предварительно нейтрализованного водным раствором аммиака 0,5 мас. % раствора фосфорборсодержащего олигомера ФБО в воде на смесь алюмосиликатных полых микросфер МСФ и микроуглеродных волокон МУВ (Пат. 2726455 РФ, МПК C08L23/16, C08K13/06, C08K7/26, C08K3/013, C08K3/04, 14.07.2020).

Недостатком теплозащитного материала является недостаточная длительность теплозащитного эффекта.

Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов с высокими теплозащитными характеристиками.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение теплозащитных свойств, расширение арсенала теплозащитных материалов.

Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты – серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации – 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку, предварительно нанесенную посредством термостатирования на углеродные микроволокна, при этом дополнительно содержит дитиодиморфолин, белую сажу БС-120 и канифоль сосновую, а в качестве модифицирующей добавки содержит продукт взаимодействия дициандиамина с диметилфосфитом в среде 50 масс.% фосфорной кислоты, нанесенный на углеродные микроволокна при массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс.% водный раствор модифицирующей добавки = 10 : 1-5, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.: каучук СКЭПТ-40 – 100,0; сера – 2,0; дитиодиморфолин – 2,0; тиурам Д – 0,75; 2-меркаптобензотиазол – 1,5; оксид цинка – 5,0; стеарин – 1,0; канифоль сосновая – 3,0; белая сажа БС-120 – 30,0; углеродные микроволокна с предварительно нанесенным модификатором – 10,0.

В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты:

Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен (ТУ 2294-087-05766563-2010).

Вулканизующая группа, включающая:

вулканизующие агенты – сера (ГОСТ 127-76), дитиодиморфолин (ТУ 2478-033-05807983-2002), тиурам Д (ТУ 6-14-943-79);

ускоритель вулканизации –2-меркаптобензотиазол (каптакс) (ТУ 113-00-05761631-23-91);

активаторы вулканизации – оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).

Наполнитель – белая сажа БС-120 (ГОСТ 18307-78).

В качестве технологических добавок используются канифоль сосновая (ГОСТ 19113-84) и технический углерод П-324 (ГОСТ 7885-86).

В качестве модифицирующей добавки используется продукт взаимодействия дициандиамина с диметилфосфитом в среде 50 масс.% фосфорной кислоты (ДДФ), предварительно нанесенный посредством термостатирования на углеродные микроволокна из 5 масс.% водного раствора. Термостатирование микроволокна осуществляется в 5 масс.% водном растворе модифицирующей добавки (ДДФ) при массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс.% раствор ДДФ = 10 : 1-5, при температуре 100°С, до его полного упаривания. После этого углеродные микроволокна с нанесенным модификатором сушатся до постоянной массы и вводятся в резиновую смесь в количестве 10 масс. ч.

Использование данной модифицирующей добавки придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную огнетеплостойкость, т.к. предварительная обработка поверхности микроволокна модификатором позволяет получать функционально-активные микроструктуры, которые сохраняются при введении их в эластомерную матрицу. Наличие микроволокон придает материалу повышенную стойкость в условиях эрозионного уноса. Наличие на поверхности микроволокна слоя указанного продукта способствует повышению сродства к полимерной матрицей и более равномерному их распределению в материале, а при высокотемпературном воздействии способствует усилению процессов коксообразования и повышению времени прогрева материала.

Заявленное количество модифицирующей добавки в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить теплозащитный материал, обладающий повышенными теплозащитными характеристиками.

После смешения компонентов резиновую смесь готовят в резиносмесителе при температуре 40-75°C. Продолжительность смешения 15 минут. Затем проводят вулканизацию резиновой смеси в оптимуме, определенном с помощью реометра MDR 3000 Professional (температура 165°C, 45 минут). Затем полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.

В таблице 1 приведены составы приготовленных смесей и прототипа.

Таблица 1

Компоненты смеси Содержание компонентов смеси в композициях, масс.ч. Прототип Предлагаемый состав 1 Предлагаемый состав 2 Предлагаемый состав 3 Каучук СКЭПТ-40 100,0 100,0 100,0 100,0 Сера молотая 1,0 2,0 2,0 2,0 Дитиоморфолин - 2,0 2,0 2,0 Каптакс 0,5 1,5 1,5 1,5 Тиурам Д 1,5 0,75 0,75 0,75 Оксид цинка 5,0 5,0 5,0 5,0 Стеарин 1,0 1,0 1,0 1,0 Канифоль сосновая - 3,0 3,0 3,0 Технический углерод П-324 - 2,0 2,0 2,0 П-234 40,0 - - - Белая сажа БС-120 - 30,0 30,0 30,0 Алюмосиликатные полые микросферы 5,0 - - - Микроволокна углеродные по прототипу 10,0 - - - МД-1* - 10,0 - МД-2** - - 10,0 - МД-3*** - - - 10,0 Примечание:
*МД-1 – обработанные в массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс.% водный раствор ДДФ = 10 : 1.
**МД-2 – обработанные в массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс.% водный раствор ДДФ = 10 : 3
***МД-3 – обработанные в массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс.% водный раствор ДДФ = 10 : 5

Оценка скорости прогрева теплозащитного материала при высокотемпературном нагреве (теплостойкость) проводилась следующим образом: определялось время прогрева обратной стороны образца, изготовленного в виде шайбы диаметром 30 мм и толщиной 6 мм, до температуры 100 °C.

Нагрев образца проводился открытым пламенем плазмотрона (на поверхности создавалась температура 2000°C). Образец закреплялся в штативе под углом 45° к пламени горелки. Для уменьшения стока тепла и уменьшения погрешности опыта образец по краю изолировался асбестом.

Для измерения температуры на необогреваемой поверхности образца использовался пирометр марки С-300.3 «Фотон» (ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования»). Принцип работы пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света; и контактная хромель-копелевая термопара регулятора «Овен» ТРМ-1.

Теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в таблице 2.

Таблица 2

Показатель Результаты испытаний Прототип Предлагаемый состав 1 Предлагаемый состав 2 Предлагаемый состав 3 Время прогрева поверхности образца до 100°С, с 84 250 265 230 Коксовое число, % 15,9 22,6 23,3 24,8

Как видно из представленных данных, предлагаемые теплозащитные материалы в сравнении с прототипом обладают более высокими теплозащитными свойствами.

Таким образом, теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты – серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации – 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, технический углерод, дитиодиморфолин, белую сажу БС-120, канифоль сосновую и модифицирующую добавку продукт взаимодействия дициандиамина с диметилфосфитом в среде 50 масс.% фосфорной кислоты, предварительно нанесенный посредством термостатирования на углеродные микроволокна при массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс. % водный раствор модифицирующей добавки = 10 : 1-5, при заявленном соотношении компонентов, обладает повышенными теплозащитными свойствами.

Похожие патенты RU2813982C1

название год авторы номер документа
Теплозащитный материал 2023
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Крюкова Дарья Алексеевна
  • Ольховиков Юрий Александрович
RU2814173C1
Теплозащитный материал 2020
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Залыбина Анастасия Игоревна
RU2750160C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2014
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Гаращенко Анатолий Никитович
RU2563036C1
Теплозащитный материал 2019
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Каблов Виктор Федорович
  • Антонов Юрий Михайлович
  • Кочетков Владимир Григорьевич
RU2726455C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2016
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Лапина Анна Геннадьевна
RU2616006C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2016
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Лапина Анна Геннадьевна
RU2632442C2
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2015
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Руденко Константин Юрьевич
  • Гаращенко Анатолий Никитович
RU2600063C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2017
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Крюкова Дарья Алексеевна
  • Гордеева Елена Владимировна
  • Егорова Софья Андреевна
RU2656860C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2017
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Крюкова Дарья Алексеевна
  • Гордеева Елена Владимировна
  • Егорова Софья Андреевна
RU2656862C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2017
  • Каблов Виктор Федорович
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Варфоломеева Светлана Петровна
RU2656864C1

Реферат патента 2024 года Теплозащитный материал

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Предложен теплозащитный материал, содержащий в мас.ч.: этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40 – 100,0; сера – 2,0; дитиодиморфолин – 2,0; тиурам Д – 0,75; 2-меркаптобензотиазол – 1,5; оксид цинка – 5,0; стеарин – 1,0; канифоль сосновая – 3,0; белая сажа БС-120 – 30,0; углеродные микроволокна с предварительно нанесенным модификатором – 10,0, где модифицирующая добавка представляет собой продукт взаимодействия дициандиамина с диметилфосфитом в среде 50 мас.% фосфорной кислоты, нанесенный на углеродные микроволокна при массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 масс.% водный раствор модифицирующей добавки = 10 : 1-5. Технический результат – повышение теплозащитных свойств и реализация назначения. 2 табл., 3 пр.

Формула изобретения RU 2 813 982 C1

Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты – серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации – 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку, предварительно нанесенную посредством термостатирования на углеродные микроволокна, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит дитиодиморфолин, белую сажу БС-120 и канифоль сосновую, а в качестве модифицирующей добавки содержит продукт взаимодействия дициандиамина с диметилфосфитом в среде 50 мас.% фосфорной кислоты, нанесенный на углеродные микроволокна при массовых соотношениях углеродные микроволокна : 5 мас. % водный раствор модифицирующей добавки = 10 : 1-5, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Каучук СКЭПТ-40 100,0 Сера 2,0 Дитиодиморфолин 2,0 Тиурам Д 0,75 2-Меркаптобензотиазол 1,5 Оксид цинка 5,0 Стеарин 1,0 Технический углерод П-324 2,0 Канифоль сосновая 3,0 Белая сажа БС-120 30,0 Углеродные микроволокна с предварительно нанесенным модификатором 10,0

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2813982C1

ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2016
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Лапина Анна Геннадьевна
  • Пудовкин Валерий Валерьевич
  • Гордеева Елена Владимировна
RU2612304C1
Теплозащитный материал 2019
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Каблов Виктор Федорович
  • Антонов Юрий Михайлович
  • Кочетков Владимир Григорьевич
RU2726455C1
ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ 2016
  • Каблов Виктор Федорович
  • Новопольцева Оксана Михайловна
  • Кейбал Наталья Александровна
  • Кочетков Владимир Григорьевич
  • Лапина Анна Геннадьевна
RU2616006C1
DE 10348484 A1, 02.06.2005
JP 6004735 B2, 19.01.1994.

RU 2 813 982 C1

Авторы

Каблов Виктор Федорович

Новопольцева Оксана Михайловна

Кейбал Наталья Александровна

Кочетков Владимир Григорьевич

Крюкова Дарья Алексеевна

Мальнева Анастасия Дмитриевна

Даты

2024-02-20Публикация

2023-07-04Подача