ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ
HEAT-SHIELD MATERIAL

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе теплостойких 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.
Наиболее близким является теплозащитный материал (Пат. 2404209 РФ, МПК C08L 23/16, В32В 25/10, F16L 59/00, F02К 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.
Таким образом, известные композиции не позволяют получать материалы с высоким уровнем теплозащитных характеристик, что снижает их потребительские и эксплуатационные качества.
Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов с высокими теплозащитными характеристиками.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение скорости прогрева теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука с сохранением физико-механических и теплофизических характеристик на уровне прототипа.
Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, включающий вулканизующую группу, наполнитель и технологические добавки, дополнительно содержит модифицирующую добавку поливинилиденхлорид или адамантан, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Каучук СКЭПТ
100
Сера
2,0
Дитиодиморфолин
1,5
Тиурам Д
0,75
Альтакс
0,5
Оксид цинка
5,0
Стеарин
1,0
Триэтаноламин
2,0
Технический углерод
2,0
Смола инден-кумароновая
10,0
Канифоль сосновая
3,0
Белая сажа
10-30
Указанная модифицирующая добавка
5-25
Сущность изобретения заключается в том, что в процессе работы теплозащитного материала происходит абляция поливинилиденхлорида (или адамантана), которая протекает в интервале температур 150-200°С (для поливинилиденхлорида) или 150-300°С (для адамантана) с эндотермическим эффектом. В результате абляции, во-первых, снижается тепловая нагрузка на теплозащитный материал, так как процесс протекает с эндотермическим эффектом. Во-вторых, газообразные продукты абляции создают между газопламенной струей и поверхностью теплозащитного материала теплоизоляционный слой. В результате этих двух процессов замедляется разрушение резинового слоя, что, в свою очередь, приводит к уменьшению скорости прогрева теплозащитного материала и повышению его теплозащитных характеристик и, как следствие, увеличению ресурса работоспособности изделия или узла в целом.
В предлагаемом материале используют следующие компоненты:
Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-50, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен дициклопентадиен (ТУ 2294-022-05766801-2002).
Вулканизующая группа:
вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), дитиодиморфолин (ТУ 2478-033-05807983-2002);
ускорители вулканизации - тиурам Д (ТУ 6-14-943-79), альтакс (ТУ 6-14-851-86);
активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96), триэтаноламин (ТУ 6-09-2448-91).
Наполнитель - белая сажа БС-120 (ГОСТ 18307-78).
В качестве технологических добавок используются смола инден-кумароновая (ТУ 14-6-72-89), канифоль сосновая (ГОСТ 19113-84) и технический углерод К-354 (ГОСТ 7885-86).
В качестве модифицирующей добавки используется поливинилиденхлорид (ТУ 2212-015-00203275-2003) или адамантан (ТУ 6-02-7-39-87).
Образцы теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука испытываются по ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении», ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твердости по Шору А», ГОСТ 267-73 «Резина. Методы определения плотности», ГОСТ 23630.2-79 «Пластмассы. Метод определения теплопроводности».
Оценку скорости прогрева теплозащитного материала при высокотемпературном нагреве проводили с помощью специального приспособления, состоящего из основания с закрепленным на нем металлическим стаканом с водяной рубашкой и газовоздушной горелкой. Образец теплозащитного материала, выполненный в виде цилиндра диаметром 30 мм и высотой 20 мм, закрепляли в стакане и нагревали пламенем горелки одну из его поверхностей в течение 150 секунд. С помощью заделанной в образец термопары определяли температуру внутри образца по мере его прогрева. Расстояние от спая термопары до нагреваемой поверхности составляло 5 мм. Оценку скорости прогрева материала образца проводили по времени от начала нагрева до достижения температуры 100°С в слое с термопарой.
Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, включающий вулканизующую группу, наполнитель, технологические и модифицирующую добавки, получают следующим способом. Изготовление резиновой смеси производится на вальцах, например, типа ЛБ 450 225/225. Процесс смешения на вальцах на стадии подготовки каучука для смешения (роспуск) и введения ингредиентов осуществляется в течение времени не менее 20 минут. Режим ввода ингредиентов представлен в табл.1. Вулканизация резиновой смеси производится при температуре 150°С в течение 60 минут. Затем полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Готовят резиновую смесь состава 1 (табл.2). Смешение ингредиентов резиновой смеси производят на вальцах ЛБ 450 225/225. Режим ввода ингредиентов представлен в табл.1. Затем из приготовленных резиновых смесей вулканизуют образцы, обеспечивающие соответствующие испытания. Вулканизация резиновой смеси производится при температуре 150°С в течение 60 минут. Физико-механические, теплофизические и теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в табл.3.
Таблица 1
Режим приготовления резиновых смесей
Технологическая операция
Время начала операции после окончания первой загрузки, мин
Загрузка и роспуск каучука
0
Загрузка технологических добавок
5
Загрузка наполнителя и модифицирующей добавки
8
Загрузка вулканизующей группы
18
Съем резиновой смеси
20
Резиновые смеси по примерам 2-9 и резиновая смесь марки 51-2110 по прототипу, составы которых приведены в табл.2, готовятся аналогично примеру 1. Физико-механические, теплофизические и теплозащитные свойства резины марки 51-2110 по прототипу и теплозащитного материала по примерам 2-9 приведены в табл.3.
Как видно из представленных данных, предлагаемые теплозащитные материалы, во-первых, обладают комплексом физико-механических показателей, сопоставимым с уровнем физико-механических показателей резины марки 51-2110 прототипа (за исключением примера 6). Во-вторых, теплофизические характеристики теплозащитных материалов по примерам 1-9 находятся на уровне теплофизических свойств резины марки 51-2110 прототипа. В-третьих, теплозащитные свойства предлагаемых материалов, оцениваемые по времени прогрева до температуры 100°С (за исключением примеров 3, 6), выше, чем у резины марки 51-2110, на 10-20%. Теплозащитные свойства материалов по примерам 1, 4, 9 находятся на уровне прототипа, что позволяет установить оптимальное содержание модифицирующей добавки (для поливинилиденхлорида 5-25 мас.ч., для адамантана 5-15 мас.ч.).
Таблица 2
Составы по примерам
Наименования компонентов, мас.ч.
по примерам
Прототип (резина марки 51-2110)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Каучук СКЭПТ-50
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Сера
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
Дитиодиморфолин
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Тиурам Д
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
Альтакс
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Оксид цинка
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
5,0
Стеарин
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Триэтаноламин
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
Технический углерод К-354
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
Смола инден-кумароновая
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
10,0
Канифоль сосновая
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
Белая сажа БС-120
10
30
10
30
20
10
30
20
30
30
Поливинилиденхлорид
5
5
25
25
15
-
-
-
-
-
Адамантан
-
-
-
-
-
5
5
10
15
-
Таблица 3
Свойства теплозащитных материалов
Прототип (резина марки 51-2110)
по примерам
Наименования показателей
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Условная прочность при растяжении, МПа
9,0
4,8
9,6
6,5
7,0
5,7
1,7
9,0
4,8
6,5
Относительное удлинение при разрыве, %
420
770
830
690
510
940
240
670
650
600
Остаточная деформация после разрыва, %
25
33
30
60
20
65
0
16
42
30
Твердость по Шору А, усл.ед.
61
48
52
57
52
55
61
53
42
51
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1090
1160
1240
1130
1120
1210
1260
1160
1160
1150
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)
0,23
0,20
0,23
0,19
0,22
0,21
0,20
0,23
0,21
0,22
Время прогрева до температуры 100°С, с
122
127
144
115
126
134
121
146
137
128
Таким образом вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
<mrow />
теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, включающий вулканизующую группу, наполнитель, технологические добавки и модифицирующую добавку поливинилиденхлорид или адамантан, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, обеспечивает повышение теплозащитных характеристик композиции за счет снижения скорости прогрева теплозащитного материала;
заявленное изобретение позволяет получать теплозащитные материалы на основе этиленпропилендиенового каучука для использования в авиационной и ракетной технике;
для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.