КРЕПЯЩИЙ ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ СОСТАВ
STRENGTHENING POLYURETHANE COMPOSITION

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.
2
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/см 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».