МАТЕРИАЛ ИНЕРТНОГО ИМИТАТОРА ЖЕСТКОГО СГОРАЮЩЕГО КАРТУЗА Российский патент 2024 года по МПК B31C9/00 F42B5/192 

Изобретение относится к области производства полимерных композиционных материалов, в частности, к изготовлению жестких сгорающих картузов (ЖСК) методом фильтрационного литья в инертном исполнении.

ЖСК в инертном исполнении (имитаторы), используются при обкатке нового оборудования для пуско-наладочных работ или после проведения ремонтных работ оборудования, в том числе для отработки материальной части артиллерийских систем при проверке работоспособности систем заряжания. В связи с этим при запуске производства используются материалы на основе взрывобезопасных компонентов. Задачей изобретения является подбор инертного материала для изготовления картузов (имитаторов), позволяющих безопасно проводить процесс изготовления изделий для проверки работы оборудования и материальной части артиллерийских систем.

Известно изобретение [Патент РФ №2586198 от 13.05.2016 г.], в котором состав инертного материала ЖСК включает поливинилацетат (ПВА) и целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ПВА 20-25; Алюминий 1,5-2,5; Целлюлоза со степенью размола 42-48 ШР остальное.

В составе материала целлюлоза волокнистой формы выполняет функцию армирующего компонента, поливинилацетат связующего. ПВА применяется в виде 50%-ной эмульсии, водные дисперсии которого относятся к термопластичным синтетическим клеям. Процесс нанесения ПВА на энергетические и армирующие компоненты осуществляется в водной среде при вводе сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃. В результате донорно-акцепторного взаимодействия между ПВА и сульфатом алюминия происходит коагуляция и налипание ПВА на поверхности волокон целлюлозы.

Недостатком данного изобретения является зависимость качества сгорающего материала (СМ) (стабильность геометрических характеристик, прочность) от молекулярной массы связующего - ПВА. Согласно данным [Солдатов С.В., Енейкина Т.А., Чистюхин В.Н. и др. Влияние поливинилацетатного сырья на технологичность переработки дисперсно-волокнистых суспензий методом фильтрационного литья / Бутлеровские сообщения, 2016. Т..45. - №1. С. 119-124] для получения ЖСК требуемого качества по технологии фильтрационного литья нижний предел молекулярной массы ПВА должен составлять не менее 160000 у.е. Выпуск ПВА с такой молекулярной массой в России прекращен.

Наиболее близким техническим решением [Патент РФ №2654758, 2018], по совокупности существенных признаков является материал инертного имитатора ЖСК который включает в качестве связующего поливинилацетат, целлюлозу волокнистой формы, дополнительно содержит порошкообразный наполнитель в виде древесной муки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливинилацетат 20-25 Алюминий 1,5-2,5 Древесная мука (марки Т) 30-50 Влага, не более 3,0 Целлюлоза со степенью размола 42-48 ^оШР остальное

Данное изобретение принято в качестве прототипа. В составе материала ЖСК целлюлоза волокнистой формы выполняет функцию армирующего компонента, древесная мука -наполнителя, поливинилацетат - связующего. Все соединения по отдельности известны и описаны в литературе. ПВА применяется в виде 50%-ной эмульсии, водные дисперсии которого относятся к термопластичным синтетическим клеям. Процесс нанесения ПВА на целлюлозу осуществляется при действии сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃.

Недостатком данного изобретения является применение в качестве связующего ПВА с молекулярной массой не менее 160000 у.е., выпуск которого в России прекращен.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового инертного состава для имитации ЖСК с заменой связующего ПВА на доступный компонент российского производства.

Данная задача решается за счет того, что материал инертного имитатора ЖСК, включающий целлюлозу со степенью размола 42-48 ^оШР, отличается тем, что содержит комбинированное связующее, состоящее из поливинбутираля (ПВБ), дибутилсебацината (ДБС), индустриального масла и стеарата цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%:

поливинилбутираль 65-67 дибутилсебацинат 20-22 индустриальное масло 9-11 стеарат цинка 2-4,

при этом соотношение целлюлоза: связующее составляет (70-80):(30-20).

Целлюлоза используется в качестве армирующего компонента (наполнителя). Уменьшение содержания ее менее 70 мас. % в составе снижает механическую прочность СМ. При увеличении содержания целлюлозы более 80 мас.% снижается содержание связующего, что также приводит к ухудшению механических свойств изделия.

Технология фильтрационного литья предполагает изготовление инертного имитатора ЖСК в водной среде, что накладывает определенные требования на свойства компонентов, в частности, к связующему: компонент должен хорошо диспергироваться в

водной среде и не растворяться в ней, быть термопластичным, иметь температуру текучести не более 130°С, обладать хорошей адгезией к целлюлозе.

Выбор ПВБ обусловлен подходящими температурными значениями, применимыми к технологии фильтрационного литья (Тстеклования = 57°С; Тплавления = 80-120°С), а также высокой адгезионной способностью к различным материалам.

Состав инертного материала и его характеристики в пределах граничных условий и за их пределами приведены в таблице 1 в сравнении с прототипом.

Дибутилсебацинат и индустриальное масло являются пластификаторами ПВБ. Уменьшение их содержания менее 20 и 9 мас.% соответственно повышает жесткость связующего и ухудшает условия переработки, а готовый продукт характеризуется большей хрупкостью, т.е. снижением механической прочности готового изделия. Увеличение их содержания более 22 и 11 мас.% соответственно приводит к появлению свободной жидкой фазы у стенок прессующего аппарата (выдавливанию избытка компонентов из массы).

Стеарат цинка является компонентом, препятствующим прилипанию массы к металлу при прессовании изделия. Снижение его содержания менее 2 мас.% приводит к налипанию массы на стенки пресса и ухудшению качества изделия, а также к необходимости чистки аппарата после каждой операции. Повышение его концентрации более 4 мас.% нецелесообразно, т.к. необходимый эффект уже достигнут, а увеличенное содержание порошкообразного компонента снижает механическую прочность.

Таким образом, разработанный инертный состав имитатора ЖСК позволит решить задачу по замене дефицитного связующего - высокомолекулярного ПВА на более эффективный компонент российского производства - ПВБ. Заявленное техническое изобретение удовлетворяет критериям патентоспособности, а именно: новизне, изобретательскому уровню и промышленной применимости.

Изобретение относится к области производства жестких сгорающих картузов (ЖСК) методом фильтрационного литья в инертном исполнении. Материал инертного имитатора ЖСК, включающий целлюлозу со степенью размола 42-48 ^оШР дополнительно содержит комбинированное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: поливинилбутираль (ПВБ) 65-67, дибутилсебацинат (ДБС) 20-22, индустриальное масло 9–11, стеарат цинка 2-4. При этом соотношение целлюлоза: связующее составляет (70-80) : (30-20). Данный состав позволил решить задачу по замене дефицитного связующего - высокомолекулярного ПВА на более эффективный компонент российского производства - ПВБ. 1 табл.

Материал инертного имитатора жесткого сгорающего картуза, включающий целлюлозу со степенью размола 42-48 ^оШР, отличающийся тем, что дополнительно содержит комбинированное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливинилбутираль 65-67

Дибутилсебацинат 20-22 Индустриальное масло 9-11 Стеарат цинка 2-4,

при этом соотношение целлюлоза : связующее составляет (70-80) : (30-20).