СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАРЯДА СМЕСЕВОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
METHOD OF MAKING MIXED SOLID FUEL CHARGE

Изобретение относится к области изготовления зарядов из смесевого твердого топлива (СТТ), пригодных для эксплуатации в широком диапазоне температур (минус 54 - плюс 74°C).
Заряд СТТ представляет собой отформованный или залитый в корпус двигателя требуемой формы блок (как правило, с внутренним каналом) СТТ, представляющего собой гетерогенную отвержденную смесь: окислителя (60-80%), полимерного связующего (13-25%), металлического горючего (5-20%) и различных добавок (до 5%): каталитических, технологических и др.
Известен способ изготовления зарядов СТТ (Григорьев А.И. Твердые ракетные топлива. М.: Химия, 1969, с.96-98), который включает следующие основные стадии:
- измельчение окислителя и металлического горючего;
- приготовление горюче-связующего в виде жидко-вязкой системы;
- смешение всех компонентов в смесителе с последующим вакуумированием топливной массы;
- подготовку корпусов с нанесением защитно-крепящего (бронирующего) состава, установкой, формующей канал оснастки с нанесенным антиадгезионным покрытием;
- формование (отливку) заряда;
- полимеризацию;
- распрессовку (извлечение формующей канал оснастки);
- дефектоскопию.
Известен также способ, выбранный в качестве прототипа (патент РФ №2230052, МПК C06B 21/00, C06D 5/06, заявл. 27.06.2002, опубл. 10.06.2004).
Основной недостаток заявленного в прототипе способа изготовления зарядов заключается в том, что для уменьшения вязкости за счет выбора мелкой фракции со среднемассовым размером частиц из интервала 0,5-15 мкм необходимо перед изготовлением зарядов производить измерение «свободного объема» смеси дисперсных компонентов топлива. Кроме того, в условиях производства зарядов СТТ, применяя данный подход трудно обеспечить воспроизводимость гранулометрического состава дисперсных компонентов топлива.
Технической задачей данного изобретения является уменьшение вязкости и повышение коэффициента растекания топливной массы для обеспечения качественного заполнения зарядов, а также улучшение прочностных свойств СТТ за счет повышения модуля упругости при сжатии.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления заряда смесевого твердого топлива, включающий измельчение, фракционирование и смешение различных фракций окислителя, приготовление смеси связующего с металлическим горючим и добавками, приготовление смеси компонентов отвердителя и приготовление топливной массы, формование, полимеризацию, распрессовку и дефектоскопию заряда, причем на стадии приготовления смеси связующего с металлическим горючим и добавками, каучук - олигомерный полидивинилизопренуретан с концевыми эпоксидными группами, делят на две части, из одной части каучука и удлинителя полимерной цепи - анилина, готовят полуфабрикат в соотношении 0,45 моль: 0,1-0,6 моль соответственно в течение 3-4 часов при температуре 80°C, и смешивают его со второй частью каучука и компонентами смеси связующего с добавками.
Далее обычным порядком дозируют порошковые наполнители СТТ с перемешиванием после каждой загрузки. В последнюю очередь в смеситель загружают приготовленную смесь отвердителей с добавками. Окончательное перемешивание всех компонентов СТТ производят под вакуумом для удаления газообразных включений из топливной массы.
Сущность изобретения состоит в том, что при приготовлении полуфабриката число реакционно-способных групп в каучуке уменьшается примерно наполовину, благодаря чему при добавлении остальных жидких компонентов связующего снижается вязкость и увеличивается коэффициент растекания системы. Увеличение модуля упругости при сжатии отвержденного топлива объясняется тем, что увеличивается густота химической сетки полимера за счет оставшейся части каучука, которую добавляют после получения линейного эластомера и используют для поперечного сшивания его макромолекул.
Например, в качестве каучука может быть взят - олигомерный полидивинилизопренуретан с концевыми эпоксидными группами, а в качестве удлинителя полимерной цепи анилин. Мольное соотношение между каучуком и анилином составляет (0,45 моль):(0,1-0,6 моль) соответственно. При этом время приготовления полуфабриката при температуре 80°C составит 3-4 часа. Мольная доля каучука в составе СТТ составляет 0,9 моль. В таблице показан пример реализации изобретения и приведены данные по вязкости, коэффициенту растекания и модулю упругости при сжатии.
Характеристики
Прототип
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
Число моль удлинителя цепи
-
0
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Вязкость при +60°C, Па·с
420
452
398
205
235
386
425
471
Модуль упругости при сжатии при +25°C, МПа
-
0,15
0,31
0,48
0,88
0,58
0,44
0,30
Коэффициент растекания топливной массы при +70°C, %
-
33
65
68
65
58
55
48
Из таблицы видно, что изготовление образцов СТТ по заявляемому в изобретении способу позволяет снизить вязкость топливной массы в сравнении с прототипом, увеличить величину коэффициента растекания топливной массы и модуль упругости при сжатии образца полимеризованного СТТ. Таким образом, применяя заявленный способ, достигается возможность улучшения реологических свойств топливной массы при изготовлении зарядов СТТ, что способствует повышению их качества. Предложенная технология может применяться для изготовления зарядов на основе СТТ. Таким образом, заявленный способ включает следующие стадии:
1) подготовку окислителя, включающую операции сушки, измельчения, фракционирования и смешения в определенном соотношении фракций;
2) приготовление полуфабриката на основе смеси части каучука с удлинителем полимерной цепи в стехиометрическом соотношении;
3) приготовление смеси полученного полуфабриката с компонентами связующего с добавками и металлическим горючим;
4) приготовление смеси компонентов отвердителя;
5) подготовку корпусов двигателей, включающую нанесение на его внутренние стенки защитно-крепящего состава и установку формующей канал технологической оснастки, с нанесенным антиадгезионным покрытием;
6) приготовление топливной массы, включающей операции дозирования, смешения всех компонентов в смесителе, с последующим вакуумированием;
7) формование (заливку в корпус двигателя) и полимеризацию;
9) распрессовку (извлечение технологической оснастки для формования каналов и заряда) и дефектоскопию.
Указанные преимущества подтверждены изготовлением по описанному способу опытных образцов в условиях ФГУП «НИИПМ»