ЭПОКСИДНАЯ ЛИТЬЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ БРОНИРОВАНИЯ ВКЛАДНОГО ЗАРЯДА ИЗ СМЕСЕВОГО ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА
EPOXIDE MOULDING COMPOSITION FOR ARMORING OF INSERT CHARGE FROM MIX SOLID PROPELLANT

Изобретение относится к области ракетной техники и касается разработки эпоксидной литьевой композиции для бронирования вкладного заряда диаметром 300-700 мм из смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ) методом заливки, работающего в широком диапазоне температур.
В кратком энциклопедическом словаре «Энергетические конденсированные системы» под редакцией академика Б.П.Жукова, стр.69-70 описаны бронирующие составы для вкладных зарядов ТРТ, которые включают эпоксидную диановую смолу и низкомолекулярный каучук в качестве модификатора-пластификатора. Известные бронирующие составы непригодны для заливки крупногабаритных изделий диаметром до 700 мм, не обеспечивают адгезионной прочности к топливам на основе связующих олигодиенуретанэпоксида, тиокола, нитроэфиров и простых полиэфиров типа полифурита.
Известна полимерная композиция, патент RU №2161169 С1, 27.12.2000, на основе эпоксидной диановой смолы (ЭД-20, или ЭД-22, или импортных аналогов E-51D, или Shell-828) с диглицидиловым эфиром диэтиленгликоля (ДЭГ-1), со смесью диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров со стабилизатором ионолом «Пластификатор ЭДОС» и с отвердителем в виде эвтектической смеси ароматических аминов (МФДА с 4,4'-ДАДФМ), предназначенная для получения стеклопластиковых изделий. Данная полимерная композиция имеет удовлетворительные технологические свойства, высокую механическую прочность и жесткость и в связи с этим низкое относительное удлинение (5,9-6,05%), поэтому не пригодна для бронирования вкладного заряда из СТРТ.
Известна эпоксидная литьевая композиция для бронирования вкладных зарядов из СТРТ, патент RU №2295509 - прототип, содержит эпоксидную диановую смолу ЭД-16, модификатор-пластификатор, низковязкую триэтиленгликолевую эпоксидную смолу ТЭГ-17, а в качестве отвердителей - сочетание ароматического диамина метафенилендиамина с алифатическим полиэтиленполиамином. Данная эпоксидная литьевая композиция, обладая комплексом технологических, механических и адгезионных свойств, имеет длительное время отверждения в течение 4-10 суток при температуре 35°С.
Существенным недостатком эпоксидной литьевой композиции является отсутствие сырьевой базы, в частности отсутствие отечественного производства метафенилендиамина, что создает определенные трудности в изготовлении зарядов.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка эпоксидной литьевой композиции для бронирования методом заливки под вакуумом канальных и бесканальных вкладных зарядов диаметром 300-700 мм из СТРТ, обладающей улучшенными свойствами, обеспечивающими изготовление качественных зарядов и имеющей в рецептуре только сырье отечественного производства.
Технический результат от использования изобретения заключается в снижении вязкости эпоксидной литьевой композиции, повышении жизнеспособности, увеличении влагостойкости, обеспечении высоких механических и эластических свойств, замене импортного сырья на отечественное, а также исключении использования алифатического полиэтиленполиамина.
2
Этот результат достигается за счет использования эпоксидной диановой смолы ЭД-16, низковязкой триэтиленгликолевой эпоксидной смолы ТЭГ-17, а в качестве отвердителя используется низковязкий ароматический полиамин - полиам ЭД-10, или полиам ЭД-20, или полиам ЭД-30 с содержанием NH-групп от 13,35% до 9,8%, представляющий собой продукт совмещения диаминодифенилметана с пластификатором ЭДОС при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
- эпоксидная диановая смола ЭД-16 ГОСТ 10587-84
31,0-40,0
- низковязкая триэтиленгликолевая эпоксидная смола ТЭГ-17 ТУ 2225-39004872688-98
38,0-43,0
- вышеуказанный низковязкий ароматический полиам ЭД-10, или полиам ЭД-20, или полиам ЭД-30
19,0-30,0
2
2
2
Для компоновки и создания новой эпоксидной литьевой композиции была взята эпоксидная диановая смола ЭД-16 (ГОСТ 10587-84) с низковязкой триэтиленгликолевой эпоксидной смолой ТЭГ-17 (ТУ 2225-390-04872688-98), отверждаемые низковязким ароматическим полиамином - полиамом ЭД-10 с содержанием NH-групп от 13,35%, или полиамом ЭД-20 с содержанием NH-групп от 11,6%, или полиамом ЭД-30 с содержанием NH-групп 9,8%.
Используемые низковязкие ароматические полиамины отечественного производства обладают активным отверждающим и пластифицирующим эффектом, что дает возможность исключить применение полиэтиленполиамина.
Данные низковязкие ароматические полиамины представляют собой продукты совмещения диаминодифенилметана (ТУ 6-14-415-80) с низковязким пластификатором ЭДОС (ГОСТ 2493-003-13004749-93). Названия полиамов ЭД-10, ЭД-20, ЭД-30 отражают содержание пластификатора ЭДОС в диаминодифенилметане - 10%, 20% и 30% соответственно.
Например. Полиам ЭД-10 содержит диаминодифенилметан и пластификатор ЭДОС в соотношении 90:10 соответственно.
Полиам любой марки готовится непосредственно перед приготовлением эпоксидной литьевой композиции. Это связано с тем, что полиамы при хранении при температуре (20-25)°С из жидкого состояния переходят в твердое и плавятся при температуре 50°С.
Приготовление полиамов производится в смесителях любого типа, снабженных системой обогрева и вакуумирования, путем расплавления диаминодифенилметана при температуре (85-90)°С до полного расплавления и введения в расплав необходимого количества пластификатора ЭДОС при непрерывном перемешивании до получения однородной жидкости с последующим вакуумированием.
Пример 1.
Предлагаемую эпоксидную литьевую композицию готовят в смесителях любого типа, снабженных системой обогрева, охлаждения и вакуумирования следующим образом:
- в смеситель последовательно загружают 40 мас.% эпоксидной диановой смолы ЭД-16 и 41,0 мас.% триэтиленгликолевой эпоксидной смолы ТЭГ-17;
- перемешивают при температуре 50-80°С в течение 120-180 мин при абсолютном давлении не более 20 мм рт.ст.;
- охлаждают до температуры 30-35°С;
- вводят 19 мас.% полиама ЭД-10;
- перемешивают и вакуумируют в течение 5-10 мин при температуре 30-35°С и абсолютном давлении не более 20 мм рт.ст.
- готовую эпоксидную композицию заливают в отвакуумированную при абсолютном давлении не более 20 мм рт.ст. оснастку для заливки;
- отверждают при температуре 60°С в течение 1 суток или при температуре (30-35)°С в течение 6 суток.
Примеры 2-5 осуществляют аналогично примеру 1, но при соотношении компонентов, указанных в таблице 1.
Выбранная система отверждения обеспечивает низкую вязкость на уровне 2-6 Па при температуре 25°С, высокую жизнеспособность 5-6 часов эпоксидной литьевой композиции, что позволяет использовать ее для качественного бронирования вкладных зарядов из СТРТ методом заливки под вакуумом.
В данном случае полиамы ЭД-10, ЭД-20, ЭД-30, обладая низкой вязкостью, играют роль активного отвердителя и эффективного разбавителя-пластификатора эпоксидной диановой смолы ЭД-16.
Использование в эпоксидной литьевой композиции низковязких полиаминов - полиама ЭД-10, или нолиама ЭД-20, или полиама ЭД-30 для отверждения эпоксидных смол позволяет получить механические, адгезионные характеристики, водостойкость на уровне значений прототипа и улучшить технологические свойства, в частности живучесть увеличивается в 2 раза при снижении вязкости в 3 раза.
В таблице 1 приведена рецептура предлагаемой эпоксидной композиции и прототипа.
Таблица 1
Наименование компонента
Содержание компонента, мас.%
Прототип
Пр-р №1
Пр-р №2
Пр-р №3
Пр-р №4
Пр-р №5
Эпоксидная диановая смола ЭД-16
39-42
40,0
37,0
31,5
35,6
33,8
Низковязкая триэтиленгликолевая эпоксидная смола ТЭГ-17
47-51
41,0
43,0
38,5
39,4
38,2
Полиэтиленполиамин (ПЭПА)
1,44-3,0
-
-
-
-
-
Метафенилендиамин (МФДА)
6,48-10,8
-
-
-
-
-
Полиам ЭД-10
-
19
-
-
-
-
Полиам ЭД-20
-
-
20
-
25
-
Полиам ЭД-30
-
-
-
30
-
28
В таблице 2 приведены свойства предлагаемой эпоксидной литьевой композиции и прототипа.
Таблица 2
Наименование компонента
Содержание компонента, %
Прототип
Пр-р №1
Пр-р №2
Пр-р №3
Пр-р №4
Пр-р №5
1
2
3
4
5
6
7
1. Прочность при растяжении, кгс/см<sup>2</sup> при
Т = плюс 20°С
74
222,4
201,4
205,3
199,6
197,8
Т = плюс 50°С
20
31,9
33,0
33,2
35,6
42,1
Т = минус 50°С
940
889,6
1010,5
880,8
819,8
793,1
2. Относительное удлинение при растяжении, %
при Т = плюс 20°С
107,2
103,7
93,9
96,1
94,1
93,9
Т = плюс 50°С
36,1
25,8
28,6
28,9
34,4
26,8
Т = минус 50°С
2,4
3,0
3,4
4,0
3,3
2,6
3. Модуль упругости при растяжении, кгс/см<sup>2</sup> при
Т = плюс 20°С
1950
2638
2518
2554
2893
2167
Т = плюс 50°С
43,0
64,0
65,0
64,2
57,4
70,0
Т = минус 50°С
28300
29712
28454
29777
29162
29060
4. Вязкость, Па·с
при Т = плюс 30°С
15
6,0
5,9
6,0
5,8
6,0
Т = плюс 40°С
10
3,0
3,8
4,0
3,9
4,0
5. Жизнеспособность, ч при T = плюс 30°С
3,0
6,0
5,6
5,0
6,0
5,5
6. Водостойкость, %
25,0
23,5
21,0
22,5
24,1
25,0
Из данных, представленных в таблице 2, видно, что предлагаемая эпоксидная литьевая композиция обладает удовлетворительными механическими, эластическими характеристиками в широком диапазоне температур от плюс 50°С до минус 50°С, а также более низкой вязкостью в пределах 6 Па·с при температуре 30°С и 3-4 Па·с при температуре 40°С и живучестью в пределах 6 часов при температуре 30°С, что позволяет качественно забронировать методом заливки вкладные заряды диаметром от 300 до 700 мм из СТРТ.
Предлагаемая эпоксидная литьевая композиция имеет следующие преимущества:
- имея одинаковые с прототипом значения относительного удлинения и модуля упругости, обладает повышенной механической прочностью при 20°С;
- обладает улучшенными технологическими свойствами (вязкость и жизнеспособность), обеспечивающими изготовление качественных зарядов;
- обладает водостойкостью на уровне прототипа;
- исключает использование полиэтиленполиамина;
- обеспечивает замену дефицитного метафенилендиамина китайского производства на компонент полиам ЭД-10, или полиам ЭД-20, или полиам ЭД-30 отечественного производства;
- обеспечивает получение качественных бронированных вкладных зарядов из СТРТ.
Предлагаемая эпоксидная литьевая композиция испытана при бронировании вкладных зарядов из СТРТ методом заливки под вакуумом на опытном химическом заводе ФГУП «НИИПМ»