ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ
HEAT-SHIELDING MATERIAL

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении.
Известен теплозащитный материал АР-998 (ТУ 38.1051211-83), который представляет собой композицию, включающую армирующий теплостойкий наполнитель из асбестовой ткани с двухсторонней обкладкой резиновой смесью на основе синтетического этиленпропилендиенового каучука.
Существенным недостатком этого материала является то, что асбестовая ткань обладает более высоким коэффициентом теплопроводности, чем резиновая смесь, что в свою очередь приводит к увеличению скорости прогрева теплозащитного материала и, как следствие, снижению его теплозащитных характеристик.
Известен теплозащитный материал (пат. 2404209 РФ, МПК C08L 23/16, В32В 25/10, F16L 59/00, F02K 9/34, 20.11.2010), выполненный из сформированного слоя арамидного волокна нетканой структуры, проложенного между двумя слоями резиновой смеси марки 51-2110 (ТУ 38.10551177-88) на основе этиленпропилендиенового каучука с последующей вулканизацией в составе изделия.
Недостатком данного теплозащитного материала является то, что в процессе его работы происходит разрушение резинового слоя и унос вещества с поверхности теплозащитного материала, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости прогрева теплозащитного материала, снижению его теплозащитных характеристик и уменьшению ресурса работоспособности изделия или узла в целом.
Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (пат. 2486215 РФ, МПК C08L 23/16, 27.06.2013), включающий вулканизующую группу, наполнитель и технологические добавки, дополнительно содержит модифицирующую добавку поливинилиденхлорид или адамантан.
Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает снижение скорости прогрева теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука.
Наиболее близкой по составу является резиновая смесь на основе этиленпропилендиенового каучука, включающая этиленпропилендиеновый каучук - 100,0, сера - 2,0, оксид цинка - 5,0, стеариновую кислоту - 1,0, технический углерод - 2,0, тетраметилтиурамдисульфид - 0,75, меркаптобензтиазол - 1,5, дитиоморфолин - 2,0, канифоль сосновая - 3,0, белая сажа - 30,0 и модификатор - фосфорборазотсодержащий олигомер (ФЭДА) - 5,0 (пат. 2563016 РФ, МПК C08J 3/28, 10.09.2015).
Недостатком данной резиновой смеси является то, что она не обеспечивает снижение скорости прогрева вулканизата на его основе.
Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов с высокими теплозащитными характеристиками.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение скорости прогрева теплозащитного материала.
Технический результат достигается при использовании теплозащитного материала, состоящего из этиленпропилендиенового каучука, серы, оксида цинка, стеарина, технического углерода П-324, тетраметилтиурамдисульфида, 2-меркаптобензотиазола, дитиоморфолина, канифоли сосновой, белой сажи и модифицирующей добавки - фосфорборазотсодержащего олигомера, обработанного коллоидной кремнекислотой и микроволновым излучением, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.: каучук СКЭПТ-40 - 100,0; сера - 2,0; дитиодиморфолин - 2,0; тетраметилтиурамдисульфид - 0,75; 2-меркаптобензотиазол - 1,5; оксид цинка - 5,0; стеарин - 1,0; технический углерод П-324 - 2,0; канифоль сосновая - 3,0; белая сажа БС-120 - 27,0; указанная модифицирующая добавка - 6,0.
В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты.
Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен (ТУ 2294-087-05766563-2010).
Вулканизующая группа, включающая: вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), дитиодиморфолин (ТУ 2478-033-05807983-2002), тетраметилтиурамдисульфид (Тиурам Д) (ТУ 6-14-943-79); ускоритель вулканизации - 2-меркаптобензотиазол (каптакс) (ТУ 113-00-05761631-23-91); активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).
Наполнитель - белая сажа БС-120 (ГОСТ 18307-78).
В качестве технологических добавок используются канифоль сосновая (ГОСТ 19113-84) и технический углерод П-324 (ГОСТ 7885-86).
В качестве модифицирующей добавки используется фосфорборазотсодержащий олигомер (ФЭДА) (пат. 2526980 РФ, МПК C09D 127/24, C09D 5/18, 27.08.2014), предварительно обработанный коллоидной кремнекислотой.
Для предварительной обработки фосфорборазотсодержащего олигомера используют коллоидную кремнекислоту в виде белой сажи марки БС-100 (состав 1, ФЭДА:БС-100=1 масс. ч. : 1 масс. ч.), БС-120 (состав 2, ФЭДА:БС-120=2 масс. ч. : 1 масс. ч.), Осил 175 (состав 3, ФЭДА:Осил 175=3 масс. ч. : 1 масс. ч.) или Аэросил R812 (состав 4, ФЭДА:Аэросил R812=2 масс. ч. : 1 масс. ч.). После обработки кремнекислотой осуществляют микроволновое воздействие излучением мощностью 800 Вт и частотой 1,45 ГГц.
В результате проведенной обработки кремнекислотой и МВИ изменяется индекс агломерации ФЭДА. Для необработанной ФЭДА индекс агломерации равен 6, для ФЭДА, используемой в составах 1-4, индексы агломерации будут соответственно равны 10, 8, 7 и 8.
Использование в качестве модифицирующей добавки обработанного коллоидной кремнекислотой фосфорборазотсодержащего олигомера придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную теплостойкость, т.к. в ней содержатся ингибиторы окисления и горения - фосфор, бор, азот, кремний.
Заявленное количество модифицирующей добавки в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить теплозащитный материал, обладающий повышенными теплозащитными характеристиками.
Резиновую смесь готовят в резиносмесителе при температуре 40-75°С.
Продолжительность смешения 15 минут. Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 165°С в течение 45 минут.
Полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.
В таблице 1 приведены составы приготовленных смесей и прототипа.
Оценка скорости прогрева теплозащитного материала при высокотемпературном нагреве (теплостойкость) проводилась следующим образом: определялось время прогрева обратной стороны образца, изготовленного в виде шайбы диаметром 30 мм и толщиной 6 мм, до температуры 100°С.
Нагрев образца проводился открытым пламенем плазмотрона (на поверхности создавалась температура 2000°С). Образец закреплялся в штативе под углом 45° к пламени горелки. Для уменьшения стока тепла и уменьшения погрешности опыта образец по краю изолировался асбестом.
Для измерения температуры на необогреваемой поверхности образца использовался пирометр марки С-300.3 «Фотон» (ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования»). Принцип работы пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света; и контактная хромель-копелевая термопара регулятора «Овен» ТРМ-1.
Теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в таблице 2.
Как видно из представленных данных, предлагаемые теплозащитные материалы в сравнении с прототипом обладают более высокими теплозащитными свойствами.
Таким образом, использование в теплозащитном материале в качестве модифицирующей добавки фосфорборазотсодержащего олигомера, предварительно обработанного коллоидной кремнекислотой и микроволновым излучением, позволяет существенно снизить скорость прогрева теплозащитного материала, что обеспечивает повышение его теплозащитных свойств.