ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЙ БРОНЕСОСТАВ ДЛЯ ЗАРЯДА ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА БАЛЛИСТИТНОГО ТИПА
THERMOPLASTIC ARMOUR COMPOUND FOR CHARGE OF SOLID ROCKET PROPELLANT OF BALLISTITE TYPE

И
зобретение относится к области ракетной техники, а именно к разработке бронирующего состава для вкладного заряда твердого ракетного топлива (ТРТ) баллиститного типа.
Известны рецептуры бронесоставов на основе негорючего эфира целлюлозы -ацетилцеллюлозы: патенты RU 2179989 от 27.02.2002, RU 2276174 от 19.01.2005 и RU 2215723 от 11.01.2002 г. Применение в основе топлива и бронепокрытия сходных по своей природе полимеров (нитроцеллюлозы и ацетилцеллюлозы) облегчает задачу сближения их термомеханических свойств, что очень существенно для надежной эксплуатации заряда в широком диапазоне температур. Однако общим недостатком указанных бронесоставов является высокая сорбционная способность по отношению к нитропластификаторам топлива заряда, что приводит в процессе производства и хранения заряда к насыщению бронепокрытия нитроэфирами, а это может привести к прогарам бронепокрытия и аномальной работе ракетного двигателя. Бронесостав по патенту RU 2215723 от 11.02.2002 г., МПК C06B 21/00, C06D 5/00 принят авторами за прототип.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка термопластичного бронесостава на основе этилцеллюлозы для бронирования заряда из ТРТ как способом литья под давлением, так и способами экструзии и обмотки, обладающего более высокой противодиффузионной стойкостью по отношению к нитроэфирам топлива и удовлетворительными механическими, адгезионными и технологическими свойствами.
Технический результат изобретения заключается в разработке термопластичного бронесостава для бронирования заряда из ТРТ.
Бронесостав включает, мас.%:
Этилцеллюлоза (ЭЦ) с числом этоксильных групп
в пределах 45,3-46,8% и вязкостью в спирто-бензольной
смеси в пределах 80,1-120 мПа·с ТУ 6-55-52-91, продукт
взаимодействия целлюлозы и хлористого этила, производство
ОАО «Химпром» г.Усолье-Сибирское Иркутской обл.
65,0-78,0
Дибутилфталат (ДБФ) ТУ 6-05-5119-82, сложный эфир
ортофталевой кислоты и нормального бутилового
спирта, производство ООО «Уральский завод пластификаторов»
г.Нижний Тагил
21,0-34,0
Синергическая смесь N-метил-п-нитроанилина (N-MHA)
ТУ 84-07509103.594-2009 (продукт получают из ацетанилида
путем его нитрования и метилирования), опытное производство
ФГУП «НИИПМ», дифениламина (ДФА) ГОСТ 194-80
(продукт взаимодействия анилина с гидрохлоридом анилина),
производство АО «Азот» г.Березники Пермской обл. и
2-нитродифениламина (2-НДФА) ТУ 2471-618-07509103-2010
(продукт взаимодействия орто-нитроанилина с бромбензолом),
опытное производство ФГУП «НИИПМ», в соотношении 3:1:1
0,5-1,0
В состав эфироцеллюлозных композиций всегда вводят пластификаторы, которые придают им пластичность, расширяют интервал высокоэластического состояния, улучшают морозостойкость. Лучшими пластификаторами этилцеллюлозы являются эфиры фталевой кислоты, наиболее широко применяемым из которых является дибутилфталат. Макромолекулы эфиров целлюлозы подвержены деструкции под действием тепла, кислорода, света и т.д, что приводит к снижению степени их полимеризации, выделению газообразных продуктов. Стойкость этилцеллюлозы к воздействию неблагоприятных факторов повышают введением соответствующих ингибиторов и антиоксидантов, например, производных ароматических аминов - N-MHA, ДФА и 2-НДФА.
Сущность изобретения представлена в таблице и заключается в замене в существующем бронесоставе (прототипе) по патенту RU 2215723 ацетилцеллюлозы на этил-целлюлозу, обладающую существенно более низкой (в 4 раза) поглощающей способностью нитроэфиров топлива, введении в рецептуру бронесостава дибутилфталата в качестве пластификатора и синергической смеси N-метил-п-нитроанилина, дифениламина и 2-нитродифениламина в соотношении 3:1:1 в качестве стабилизатора химической стойкости этил-целлюлозы.
Заявляемые пределы соотношений компонентов в рецептуре бронесостава определялись экспериментальным путем и являются оптимальными, обеспечивая удовлетворительные механические, адгезионные и технологические свойства бронесостава.
Рецептуры примеров патентуемого бронесостава с различным содержанием компонентов, их механические, адгезионные и технологические свойства приведены в таблице. Там же для сравнения показаны соответствующие характеристики прототипа.
Показатель текучести расплава определялся по ГОСТ 11645-73, он характеризует реологические свойства бронесостава при следующих условиях:
масса груза - 3,8 кг
диаметр капилляра - 1,18 мм
температура испытания - 175°С.
Таблица
Наименование
Значение показателей
показателей
Прототип пат. RU 2215723
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Компонентный состав, мас.%:
Эфир целлюлозы:
Ацетилцеллюлоза
56,0
-
-
-
-
-
Этилцеллюлоза
-
61,0
65,0
74,0
78,0
83,0
Пластификатор Дибутилфталат
-
37,0
34,0
25,5
21,0
16,8
Стабилизатор:
синергическая смесь N-MHA,
ДФА и 2-НДФА в
соотношении 3:1:1
-
2,0
1,0
0,5
1,0
0,2
Показатель текучести расплава (ПТР), г/10 мин
2,0
13,2
6,8
3,0
2,3
1,0
Предел прочности при растяжении, кгс/см<sup>2</sup>, Т=+20°С
160
90
107
123
150
170
Относительное удлинение, %, Т=+20°С
75
49
39
34
30
25
Модуль упругости при 5% деформации, кгс/см<sup>2</sup>, Т=+20°С
1900
1140
1350
1700
1920
2200
Прочность скрепления с ТРТ, кгс/см<sup>2</sup>, Т=+20°С
60-70
30
62
75
65
-
Равновесное содержание нитроэфиров в бронесоставе, %
126
27
27
29
28
-
2
Из данных таблицы следует, что примеры 1, 2 и 3 предлагаемого бронесостава имеют значения механических характеристик, а также прочности скрепления с ТРТ практически на одном уровне с прототипом. Бронесостав примера 5 с повышенным содержанием этилцеллюлозы (83%), пониженным содержанием дибутилфталата (16,8%) и стабилизатора - синергической смеси N-MHA, ДФА и 2-НДФА в соотношении 3:1:1 (0,2%) имеет низкое значение ПТР - 1,0 г/10 мин и не может быть переработан методом литья под давлением и методом экструзии; пример 1, где содержание дибутилфталата выше заявленного предела и составляет 37%, имеет высокий показатель текучести расплава (ПТР - 13,2 г/10 мин) и требует бронирования при пониженных температурах, в результате чего снижается прочность скрепления бронесостава с ТРТ (до 30 кгс/см).
Технология изготовления предлагаемого бронесостава заключается в сушке этилцеллюлозы, загрузке ее в мешатель и перемешивании для разрыхления в течение 5-7 мин. После этого в мешатель загружается двойная смесь дибутилфталата и стабилизатора и масса дополнительно перемешивается в течение не менее 1,5 ч. Затем подготовленная бронемасса для обеспечения ее полной гомогенизации и пластификации подвергается двухкратной грануляции на шнек-прессе.
Работоспособность заряда, покрытого предлагаемым бронесоставом, подтверждена широким комплексом лабораторных и огневых стендовых испытаний, в том числе попеременным и длительным термостатированием в диапазоне температур ±60°С на опытно-химическом заводе ФГУП «НИИПМ».