крепящий полиуретановый состав

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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».