СМЕСЕВОЕ ТВЕРДОЕ РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО
COMPOSITE SOLID PROPELLANT

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к смесевому твердому ракетному топливу, эксплуатируемому в температурном диапазоне от 60 до минус 70°С и применяемому в ракетных системах ближнего боя, авиации и системах залпового огня.
2
2
Из литературы известно, что на физико-механические характеристики (ФМХ) топлива может влиять длительный цикл полимеризации изделий. Существует смесевое твердое топливо пат. США №3087844, кл. 149-199, заявл. 24.07.59, опубл. 30.04.63 на основе полибутадиена с концевыми карбоксильными группами, перхлората аммония, алюминия и др., которое имеет относительные удлинения 10…39%, прочность 4,69…24,8 кгс/см, модуль упругости 29,9…539 кгс/см при температуре минус 40… минус 59°С. Для обеспечения работоспособности заряда для некоторых видов ракетных систем при температуре минус 50°С при выходе ракетного двигателя на режим в условиях напряженно-деформируемого состояния требуется повышенный уровень ФМХ.
Существует твердое ракетное топливо по патенту РФ №2183608 от 08.08.2000, МПК C06B 25/12, на основе полибутадиеннитрильного каучука, обладающее узким температурным диапазоном (минус 50 - плюс 50°С).
Существует твердое ракетное топливо по патенту США №3902935, от 29.01.64, МПК С06D 5/06, из которого видно, что топливо имеет низкие значения ФМХ.
2
2
Патент РФ 2170722 от 31.03.2000, опубл. 20.07.2001, МПК С06D 5/06, как наиболее близкий из аналогов, взятый авторами за прототип, имеет относительные удлинения 29,9…47,1%, прочность 9,7…32,5 кгс/см, модуль упругости 165…900 кгс/см при температуре минус 50… минус 70°С, достаточно высокий уровень деформационных характеристик при отрицательных температурах.
Технической задачей изобретения является создание смесевого твердого ракетного топлива с высоким уровнем относительных удлинений как в области положительных (до 60°С), так и отрицательных (до минус 70°С) температур и уменьшенным временем его отверждения.
Технический результат заключается в том, что смесевое твердое ракетное топливо содержит окислитель - перхлорат аммония, полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, отвердители - полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, анилин, пара-аминобензойная кислота, пластификаторы - низкомолекулярный полидивинилизопреновый каучук (ПДИ-0), трибутилфосфат (ТБФ), ди-(2-этилгексил)-себацинат (ДОС), катализатор отверждения - цинка стеарат, металлическое горючее - алюминий дисперсный и модификатор горения - продукт ОСФ, используется повышенное содержание полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами по отношению к прототипу, при следующем соотношении, мас.%:
Полидивинилизопреновый каучук с
концевыми эпоксидными группами
5,00-7,10
Полибутадиеновый каучук с
концевыми карбоксильными группами
0,54-1,10
Анилин
0,02-0,08
Пара-аминобензойная кислота
0,01-0,03
Пластификаторы
4,50-6,40
Металлическое горючее
1,00-15,0
Модификатор горения
0,05-3,00
Цинка стеарат
0,01-0,20
Окислитель
Остальное
В качестве компонентов используются:
Окислитель - перхлорат аммония по ОСТ В 6-02-62-86.
Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами по ТУ 003326-86.
Отвердители - полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами по ТУ 00393-99,
анилин по ГОСТ 5819-78,
пара-аминобензойная кислота (п-АБК) по ТУ 6-09-08-1871-86.
Пластификаторы - низкомолекулярный полидивинилизопреновый каучук (ПДИ-0) по ГОСТ 8728-86,
Трибутилфосфат (ТБФ) по ТУ 2435-305-05763458-01,
Ди-(2-этилгексил)-себацинат (ДОС) по ТУ 003215-88.
Катализатор отверждения - цинка стеарат по ТУ 6-09-17-316-96.
Металлическое горючее - алюминий дисперсный по ОСТ В 84-1841-80.
Модификатор горения - продукт ОСФ по ОСТ 6-02-17-78.
Сущность изобретения показана в таблице, где приведены примеры реализации на образцах топлива предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом. Из примеров 2, 3, 4, 5 таблицы видно, что увеличение соотношения полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами 0,54…1,1 мас.%, что соответствует 0,11…0,2 моля, на 5,0…7,1 мас.%, что соответствует 0,9 моля, полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами по сравнению с прототипом позволяет получить величину относительных удлинений при положительных температурах (20…60°С) с 42,1 до 70,1% и в области отрицательных температур (минус 50…70°С) в пределах с 25,1 до 55,1% и при этом сократить время отверждения топлива на 45 часов (с 105 до 60 часов).
В примере 1 показано, что использование в составе топлива соотношения 0,5 мас.% полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами на 4,9 мас.% полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами характеризуется большим временем отверждения - 130 ч, при достаточно высоком уровне механических характеристик (относительное удлинение, прочность, модуль упругости).
Примером 6 показано, что использование в составе топлива 1,2 мас.% полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами на 7,2 мас.% полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами приводит к ухудшению прочностных характеристик при малом времени отверждения - 47 ч.
В примерах 3 и 4 показано, что металлическое горючее - алюминий дисперсный и модификатор горения - продукт ОСФ в заявленных пределах не влияют на уровень механических характеристик и время отверждения состава.
Предлагаемый состав топлива обладает улучшенными ФМХ во всем температурном диапазоне и малым временем отверждения. Топливо испытано в опытных условиях во ФГУП «НИИПМ» с положительными результатами.
Прототип
Содержание компонентов, %, и показатели
Компоненты и
№ пат.
примеры реализации составов
характеристики
2170722
1
2
3
4
5
6
Перхлорат аммония
остальное
76,90
77,80
84,99
70,98
75,9
76,95
Алюминий дисперсный
0,00-20,0
9,00
9,00
1,0
15,00
9,00
9,00
Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами
5,03-7,10
4,90
5,00
6,10
6,80
7,10
7,20
Полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами
0,40-0,53
0,50
0,54
0,70
0,70
1,10
1,20
Анилин
0,03-0,08
0,08
0,05
0,07
0,02
0,08
0,07
п-АБК
0,01-0,03
0,02
0,01
0,03
0,03
0,02
0,03
Модификатор горения
может быть
3,00
2,90
1,90
0,05
1,00
0,10
Пластификаторы
4,50-6,20
5,50
4,50
5,20
6,40
5,70
5,40
Цинка стеарат
0,00-0,10
0,10
0,20
0,01
0,02
0,10
0,05
Вязкость т/м, П
-
5300
3100
3900
4200
3700
5100
Время отверждения при 80°С, час
-
130
105
87
68
60
47
Механические характеристики составов
Относительное удлинение, %, при
60°С
-
-
42,10
-
59,80
57,30
-
50°С
27,80-40,90
34,80
49,70
51,20
62,30
61,80
60,40
20%
32,90-60,40
39,20
58,70
52,90
66,20
70,10
70,90
минус 50°С
29,90-47,10
43,20
46,90
53,30
49,30
55,10
50,20
минус 70°С
17,40-41,80
36,30
25,10
38,30
48,60
52,60
29,80
Прочность топлива, кгс/см<sup>2</sup>, при
60°С
-
-
5,10
-
3,90
3,9
-
50°С
1,60-7,80
5,20
6,50
6,00
4,80
4,5
1,90
20°С
2,00-8,50
5,60
6,80
7,00
6,20
5,7
2,10
минус 50°С
9,70-32,50
16,50
32,80
23,00
23,20
15,9
16,10
минус 70°С
22,00-47,0
37,00
41,00
42,80
38,70
47,6
21,30
Модуль упругости, кгс/см<sup>2</sup>, при
60°С
-
-
27,10
-
14,00
15,30
-
50°С
18,00-90,00
28,00
31,00
29,00
17,00
19,00
9,00
20°С
20,40-106,00
32,00
39,00
36,00
21,00
28,00
13,00
минус 50°С
165,00-669,00
419,00
382,00
380,00
283,00
223,00
319,00
минус 70°С
468,00-900,00
621,00
577,00
612,00
427,00
535,00
347,00