ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СКРЕПЛЕНИЯ ЗАБРОНИРОВАННОГО ЗАРЯДА ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА С КОРПУСОМ ГАЗОГЕНЕРАТОРА
POLYMER COMPOSITION FOR BONDING ARMOURED SOLID PROPELLANT CHARGE WITH GAS GENERATOR HOUSING

Изобретение относится к крепящей полимерной композиции, предназначенной для скрепления забронированного заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) с корпусом газогенератора (ГГ), исключающей продольное перемещение заряда в корпусе ГГ.
Известен крепящий состав по патенту РФ №2264427, кл. C09J 175/04, C09J 109/00, для изготовления изделий щеточного типа. Данный состав обладает удовлетворительными механическими, адгезионными характеристиками и низкой температурой хрупкости. Недостатками указанного крепящего состава является сравнительно высокая температура отверждения (80°С), недостаточная жизнеспособность (до 20 минут), высокая начальная вязкость 30 Па·с, затрудняющая скрепление забронированного заряда с корпусом ГГ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является крепящий полиуретановый состав для бронирования и скрепления забронированного заряда твердого ракетного топлива с корпусом газогенератора по патенту РФ №2405802, кл. C09J 175/04, C09J 109/00, С06В 21/00, F42B 10/40, взятого в качестве прототипа.
Недостатком данного крепящего полиуретанового состава является недостаточный уровень технологичности, что связано с относительно высокой начальной вязкостью 15-20 Па·с и низкой жизнеспособностью 40-60 минут.
Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в снижении вязкости крепящего состава и повышении его жизнеспособности для обеспечения технологичности процесса.
Технический результат достигается тем, что предлагаемая полимерная композиция включает гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА, 1,4-бутандиол, углерод технический, гексаметилендиизоцианат, дибутилдилаурат олова, и дополнительно содержит N,N,N',N'-тетракис-(-2-
гидроксипропил-)-этилендиамин (лапромол 294) и простой полиэфир с молекулярной массой 1000 (лапрол 1052) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гидроксилсодержащий полибутадиеновый
каучук СКД-ГТРА
58,9-69,0
1,4-бутандиол
1,74-2,22
Лапрол 1052
13,1-17,75
Лапромол 294
0,48-0,62
гексаметилендиизоцианат
10,9-13,9
углерод технический
1-10,0
дибутилдилаурат олова (сверх 100%)
0,02
В полимерную композицию входит гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук СКД-ГТРА (ТУ 38.103315-86) с концевыми гидроксильными группами, что позволяет получить пригодный для литья крепящий полиуретановый состав с высокими физико-механическими свойствами, с высокой гидролитической и химической стойкостью. Высокие эластические показатели отвержденного состава обеспечивает удлинитель цепи 1,4-бутандиол (ТУ 6-14-59-90) и сшивающий агент - лапромол 294 (ТУ 2226-010-10488057-94), который одновременно является катализатором процесса уретанообразования. Улучшение технологических свойств полимерной композиции (снижение вязкости, увеличение жизнеспособности) достигается введением лапрола 1052 (ГОСТ 2226-411-05761784-95), совместимого с олигобутадиеновой структурой, с последующим его участием в процессе сшивания полимерной цепи. Требуемые физико-механические характеристики достигаются за счет использования в составе наполнителя - углерода технического (ГОСТ 7885-86). Предлагаемая полимерная композиция отверждается при температуре 15-35°С в результате реакции гексаметилендиизоцианата (ТУ 113-03-38-104-90) с гидроксилсодержащими компонентами. При приготовлении полимерной композиции применено стехиометрическое соотношение реакционноспособных групп (TVCO-групп отвердителя и ОH-групп гидроксилсодержащих компонентов) с небольшим избытком диизоцианата. Оптимальные свойства вулканизата были достигнуты при соотношении NCO/OH=1,55 моль/1,0 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).
Расчет массовых частей для полиуретановой композиции производится исходя из мольных соотношений и молекулярных масс компонентов.
2
В смеситель, снабженный мешалкой и обогревом, последовательно загружают каучук СКД-ГТРА, 1,4-бутандиол, лапромол 294, лапрол 1052, дибутилдилаурат олова, углерод технический, тщательно перемешивают шпателем вручную до полного смачивания углерода технического, затем премешивают мешалкой без вакуума в течение 10 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 гексаметилендиизоцианат и тщательно перемешивают и вакуумируют при температуре 15±5°С и давлении (минус 0,9 - минус 1) кгс/см в течение 5-10 минут. Готовый состав выгружают в расходную емкость, заливают в камеру ГГ и погружают забронированный заряд ТРТ в корпус с полимерной композицией, проворачивают вокруг оси не менее 5 раз. Затем с помощью специальной центрующей оснастки забронированный заряд ТРТ центруют и поджимают, отверждают состав при температуре 15-35°С в течение не менее 72 часов. После отверждения центрующую оснастку извлекают.
Таблица 1
Рецептура и свойства предлагаемой полимерной композиции по примерам и прототипа
Наименование показателя
Наименование показателя
Прототип
Пример 1
Пример 2
Пример3
Пример 4
Пример 5
1
2
3
4
5
6
7
Массовая доля, %
Каучук СКД-ГТРА
74,42-83,63
64,3
63,6
64,4
64,8
63,95
Лапрол 1052
-
12,6
13,1
15,2
17,75
18,4
1,4-бутандиол
1,63-2,11
1,79
1,77
2,05
2,18
2,17
Лапромол 294
-
0,40
0,48
0,55
0,62
0,72
Триметилолпропан
0,07-0,09
-
-
-
-
-
Гексаметилендиизо-цианат
8,90-11,53
10,91
11,05
12,8
13,65
13,76
Углерод технический
0,5-5,0
10,00
10,00
5,00
1,00
1,00
Трансформаторное масло
4,76-13,04
-
-
-
-
-
Дибутилдилаурат олова (сверх 100%)
0,02-0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
Прочность при растяжении, кгс/см, при температуре плюс 20°С
46,0-62,6
57
62
51,3
45
41
плюс 50°С
24,2-26,3
33,5
34,3
33,2
26,5
23
минус 50°С
64,6-78,1
124,3
126,4
118,4
106,1
96
Относительное удлинение при разрыве, %, при температуре плюс 20°С
500-765
340
350
400
420
450
плюс 50°С
344,3-378,6
300
320
350
380
420
минус 50°С
312,5-379,4
320
330
380
390
440
1
2
3
4
5
6
7
Модуль упругости при 2%-м растяжении, кгс/см при температуре плюс 20°С
141-166
340
350
280
260
230
плюс 50°С
137-184
300
320
250
210
200
минус 50°С
175-230
500
525
495
410
320
Твердость по Шору А
-
78
78
76
74
74
Вязкость при 20°С, Па·с
15-20
3,4
3,2
2,0
1,5
1,2
Жизнеспособность, мин
40-60
90
100
120
150
160
Температура отверждения, °С
15-35
15-35
Температура стеклования, °С
минус 76,5-минус 83,5
-
минус 67
минус 67
минус 68
-
Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что использование лапрола 1052 и лапромола 294 позволяет снизить вязкость полимерной композиции и увеличить жизнеспособность. Однако при выходе соотношений компонентов за заявленные пределы, как показано в примерах 1 и 5, уровень прочности перестает удовлетворять требуемым параметрам. Таким образом, можно сделать вывод, что указанные пределы соотношений между компонентами являются оптимальными с точки зрения достижения требуемого комплекса физико-механических свойств, так и технологичности предлагаемой полимерной композиции, а именно:
- вязкость полимерной композиции при температуре 20°С 1,5-3,2 Па·с, что позволяет использовать его для скрепления методом заливки его в камеру ГГ с последующим вытеснением его бронированным зарядом ТРТ;
- жизнеспособность полимерной композиции возросла в 2-3 раза по сравнению с прототипом и составила 100-150 минут.
Все вышеизложенное позволяет использовать полимерную композицию для скрепления забронированного заряда из ТРТ с корпусом ГГ, при этом обеспечить высокую эксплуатационную надежность заряда из ТРТ в широком температурном диапазоне эксплуатации (в пределах ±50°С) в течение длительного гарантийного срока хранения.
Предлагаемая полимерная композиция проверена с положительными результатами при бронировании и скреплении модельного заряда ТРТ с камерой ГГ на опытном химическом заводе ФГУП «НИИПМ».