Бронирующий состав для зарядов из баллиститного твердого ракетного топлива
Владельцы патента RU 2261239:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Изобретение относится к области ракетной техники и касается разработки бронирующего состава для покрытия зарядов из двухосновных твердых ракетных топлив. Предложен бронирующий состав, содержащий ненасыщенную олигоуретанакрилатную смолу, диметакрилат триэтиленгликоля, метилметакрилат, перекись бензоила, ацетилацетонат марганца (III) и 2,2'-дипиридил (4,4'-бипиридил) или 1,4-диазабицикло-(2,2',2'')-октан, или N,N'-диметил-п-толуидин. Настоящее изобретение позволяет проводить бронирование зарядов из баллиститных твердых ракетных топлив, как содержащих ингибиторы радикальной полимеризации, так и не содержащих их, и обеспечивает изготовление качественных зарядов с требуемым уровнем физико-механических и баллистических характеристик. 4 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники и касается бронирования вкладных зарядов из баллиститных твердых ракетных топлив.
Известно применение жидких полимеризующихся композиций, используемых для бронирования зарядов ракетных топлив (ТРТ) методом заливки в зазор между топливным блоком и формой (или корпусом двигателя), в частности, из источников: DE 2615633 от 11.01.1979 г., US 3682726 от 08.08.1972 г., краткий энциклопедический словарь "Энергетические конденсированные системы", под редакцией Б.П.Жукова, М., Янус-К, 2000, с 69-70, а также выбранная в качестве прототипа известная композиция по патенту FR №2142154 от 26.01.1973 г. в виде ингибирующих лаков для твердого двухосновного ракетного топлива, представляющих собой составы, содержащие в качестве пленкообразующего смесь 50-80 мас.% полужесткого ненасыщенного сложного полиэфира и 20-50 мас.% ненасыщенного эластичного полиэфира с отверждающей системой термического действия, в частности 1-10 мас.% инициатора - перекиси метилэтилкетона и 0-1 мас.% ускорителя - нафтената кобальта.
Данное покрытие удовлетворяет в основном всем требованиям, предъявляемым к бронепокрытиям по технологическим, адгезионным, физико-механическим характеристикам. Однако она может быть использована только для бронирования зарядов из баллиститных топлив, не содержащих ингибитора радикальной полимеризации, в частности динитротолуола, дифениламина и других подобных соединений.
Динитротолуол, дифениламин и другие соединения такого типа являются ингибиторами радикальной полимеризации компонентов бронепокрытия, в частности полужесткого ненасыщенного полиэфира. Они препятствуют или, по крайней мере, ослабляют образование адгезионных связей между поверхностью топливного блока и бронепокрытием. Поэтому ароматические нитро-аминосоединения, содержащиеся в продукте, ведут к деполимеризации бронепокрытия на бронированном заряде при его формировании с последующим его отслоением, к утрате работоспособности заряда.
Применяемые для полимеризации упомянутых выше ненасыщенных соединений перекись метилэтилкетона и ускоритель нафтенат кобальта не устраняют влияние ингибиторов даже в присутствии третичных аминов.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка литьевого бронесостава для бронирования методом заливки двухосновных баллиститных топлив, как содержащих ингибиторы радикальной полимеризации, так и не содержащих их.
Технический результат достигается за счет того, что для обеспечения вязкости в предлагаемой заливочной композиции в качестве полужесткого ненасыщенного полиэфира он дополнительно содержит диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3 и метилметакрилат, а в качестве эластичного ненасыщенного сложного полиэфира он содержит ненасыщенную олигоуретанакрилатную смолу - олигомер Д-10ТМ.
Далее вместо инициатора отверждения и ускорителя отверждения - перекиси метилэтилкетона и нафтената кобальта - использовано сочетание перекиси бензоила и ацетилацетоната марганца (III) с третичными циклическими аминами, такими как 2,2'-дипиридил (4,4'-бипиридил) или 1,4-диазабицикло-(2,2',2'')-октан, или N,N'-диметил-п-толуидин. Последний играет роль ускорителя реакции отверждения композиции, перекись бензоила в сочетании с ацетилацетонатом марганца (III) обеспечивает составу адгезионные и прочностные свойства. При этом ацетилацетонат марганца (III) подавляет ингибирующее действие динитротолуола и дифениламина.
Компонентный состав литьевого бронесостава взят в следующем соотношении (мас.%):
| ненасыщенная олигоуретанакрилатная | |
| смола - олигомер Д-0ТМ | 70-80 |
| диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3 | 10-20 |
| метилметакрилат | 10 |
| перекись бензоила (сверх 100 мас.%) | 1,5 |
| ацетилацетонат марганца (III) (сверх 100 мас.%) | 0,5-2,0 |
| 2,2'-дипиридил(4,4'-бипиридил) или | |
| 1,4-диазабицикло-(2,2',2')-октан или | |
| N,N'-диметил-п-толуидин (сверх 100 мас.%) | 0,3 |
Предложенная рецептура бронесостава позволила не только сохранить технологические, адгезионные, физико-механические свойства прототипа, но и позволила бронировать заряды из баллиститных двухосновных топлив, как содержащих ароматические амино - и нитросоединения, так и не содержащих их. В результате был достигнут положительный эффект от использования инициирующей и активирующей системы и ее оптимального сочетания.
Заявляемые пределы соотношений между компонентами определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения формирования структуры полимерной сетки композиции и обеспечивают достижение высокого комплекса физико-механических, адгезионных характеристик отвержденного бронесостава, его качества и исключают появление дефектов и отслоений.
По внешнему виду литьевые композиции представляют собой низковязкие прозрачные жидкости от светло- до темно-коричневого цвета.
Приготовление заявляемого бронесостава осуществляется с использованием стандартного оборудования.
Ниже приведен пример приготовления предлагаемого бронесостава.
В мешатель, снабженный мешалкой, загружается олигомер Д-10ТМ, диметакрилат триэтиленгликоля (ТГМ-3), полученная смесь перемешивается при вакуумировании в течение 20-40 мин. Инициаторы (перекись бензоила, ацетилацетонат марганца (III)) растворяются вручную во всем объеме метиметакрилата в течение 10-30 мин. В последнюю очередь в навеску метилметакрилата вводится циклический третичный амин (2,2'-ди-пиридил(4,4'-бипиридил) или N,N'-диметил-п-толуидин или 1,4-диазабицикло-(2,2',2'')-октан, после чего смесь перемешивается в течение 10-15 мин и полученный раствор загружается в мешатель. Содержимое перемешивается при вакуумировании в течение 20-30 мин.
Бронирование зарядов предлагаемым бронесоставом производится методом свободной или инжекционной заливки.
Техническая сущность предлагаемого изобретения представляется нижеприведенными экспериментальными данными.
В таблице 1 приведена рецептура заливочной композиции в сравнении с прототипом.
В таблице 2 показано влияние ингибиторов радикальной полимеризации различных типов топлив на целостность бронепокрытия при его формировании на заряде, а в таблице 3 приведены сравнительные характеристики примеров литьевых композиций, а также их механические и адгезионные характеристики в интервале температур от плюс 50°С до минус 50°С. В таблице 4 приведена зависимость продолжительности отверждения и качества литьевой композиции от содержания ацетилацетоната марганца (III), отвержденных при различной температуре.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты заливочной композиции | Содержание в составе, мас.% | ||||
| Прототип | Пр.1 | Пр.2 | Пр.3 | Пр.4 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Полужесткий ненасыщенный полиэфир | 50-80 | - | - | - | - |
| Эластичный ненасыщенный сложный полиэфир | 20-50 | - | - | - | - |
| Перекись метилэтилкетона (ПМЭК) | 1-10 | - | - | - | - |
| Нафтенат кобальта (НК-2) | 0-1 | - | - | - | - |
| Ненасыщенная олигоуретанакрилатная смола (Олигомер Д-10ТМ) | - | 80 | 70 | 75 | 78 |
| Диметакрилат триэтиленгликоля (ТГМ-3) | - | 10 | 20 | 15 | 12 |
| Метиловый эфир метакриловой кислоты (ММА) | - | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Перекись бензоила | - | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Ацетилацетонат марганца (III) | - | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
| Продолжение таблицы 1 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 2,2'-дипиридил-(4,4'-бипиридил) или N,N'-диметил-п-толуидин или 1,4-диазабицикло-(2,2',2'')-октан | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0.3 | |
| Таблица 2 | |||||
| Вид бронесостава | Вид топлив бронируемых зарядов | ||||
| НДП-5А | РНДСИ-5К | ПЛС | БМГ-2 | НДП-ЗКС | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Бронесостав по прототипу | Состояние удовлетворительное | Состояние неудовлетворительное, бронепокрытие дополимеризовалось и разложилось | |||
| Заявляемый бронесостав | то же | Состояние удовлетворительное | |||
| Пример 1 | -//- | то же | |||
| Пример 2 | -//- | -//- | |||
| Пример 3 | -//- | -//- | |||
| Пример 4 | -//- | -//- | |||
| Примечание. Продукт НДП-5А не содержит амино- и нитросоединения; продукт ПЛС содержит дифениламин, РНДСИ-5К, БМГ-2-дифениламин, динитротолуол; НДП-ЗКС - динитротолуол. |
| Таблица 3 | ||||
| Свойства бронесостава | Бронесоставы из таблицы 1 | |||
| Пр.1 | Пр.2 | Пр.3 | Пр.4 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Жизнеспособность, ч, при температуре 25°С | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Вязкость, Пз, при температуре 25°С | 11,9 | 11,8 | 12,0 | 11,9 |
| Плотность, г/см3, при температуре 20°С: | 1,16 | 1,18 | 1,17 | 1,17 |
| Прочность при растяжении, кгс/см2, при скорости 3,3 мм/мин, при температурах, °С: | ||||
| 50 | 53,4 | 52,9 | 54,6 | 55,0 |
| 20 | 147,3 | 155,0 | 159,4 | 160,0 |
| минус 50 | 720 | 715 | 726,3 | 710,0 |
| Относительная деформация, %, при температурах, °С: | ||||
| 50- | 19,5 | 19,0 | 19,8 | 18,9 |
| 20 | 31,5 | 31,4 | 32,1 | 32,9 |
| минус 50 | 3,5 | 3,2 | 3,4 | 3,3 |
| Модуль упругости при растяжении, кгк/см2, при температурах, °С: | ||||
| 50 | 640,0 | 670,0 | 654,0 | 664,5 |
| 20 | 2770 | 2750 | 2810,0 | 2800,0 |
| минус 50 | 25000 | 24500 | 25900,0 | 25300,0 |
| Продолжение таблицы 3 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Прочность адгезии к продукту ПЛС, кгс/см2, при скорости деформации 10 мм/мин, при температурах, °С: | ||||
| 50 | 36,1 | 37,0 | 35,2 | 35,5 |
| 20 | 88,7 | 91,5 | 92,4 | 90,6 |
| минус 50 | 217,5 | 220,0 | 219,8 | 221,6 |
| Температура механического стеклования, °С | 54,0 | 54,0 | 54,0 | 54,0 |
| Усадка, % | 8-10 | 8-10 | 8-10 | 8-10 |
| Примечание. Отверждение бронесостава велось при температуре 90°С в течение 10 ч. Характер разрыва образцов при определении прочности адгезии бронесостава к продукту ПЛС когезионный по продукту. | ||||
| Таблица 4 | ||||
| Содержание ацетилацетоната марганца (III), % | Температура полимеризации, °С | Продолжительность отверждения, ч | Качество покрытия | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 0,5 | 80 | 12 | Бронепокрытие прозрачное, однородное, без дефектов |
| Продолжение таблицы 4 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1,0 | 80 | 12 | Бронепокрытие прозрачное, однородное, без дефектов |
| 1,5 | 80 | то же | то же |
| 2,0 | 80 | -//- | -//- |
| 0,5 | 90 | 10 | -//- |
| 1,5 | 90 | то же | -//- |
| 2,0 | 90 | -//- | -//- |
| 0,5 | 70 | 17 | -//- |
| 2,0 | 70 | то же | -//- |
| 0,5 | 60 | 20 | На поверхности бронепокрытия усадочные раковины, углубления, наблюдается отслоение бронепокрытия от продукта |
| 2,0 | 60 | то же | |
| 0,5 | 60 | 20 | то же |
| 2,0 | 60 | то же | -//- |
Из таблицы 2 видно, что заявляемый бронесостав универсален, поскольку обеспечивает получение качественного бронепокрытия на зарядах из топлив, как содержащих ингибиторы радикальной полимеризации, в частности ароматические нитро - и аминосоединения, так и не содержащих их.
Как видно из представленных в таблице 4 примеров, количество инициатора - ацетилацетоната марганца (III) может измениться в пределах от 0,5 до 2,0 мас.%. При этом физико-механические, адгезионные свойства отвержденного бронесостава изменяются незначительно, а время отверждения их находится в пределах от 12 ч до 20 ч.
Далее из таблицы 3 видно, что прочность бронесостава к продукту ПЛС, равная 88,7-92,4 кгс/см2, и вязкость, равная 11,8-12,0 Пз, достигается в том случае, когда соотношение между компонентами находится в заявляемых пределах (примеры 1-4).
Из таблицы 4 также видно, что удовлетворительное качество литьевого бронесостава, используемого для бронирования зарядов из баллиститных топлив, получается только при отверждении при повышенной температуре (70-90°С). В этом случае усадка литьевого бронесостава компенсируется за счет температурного расширения заряда, а также ведением полимеризации бронесостава послойно снизу вверх по высоте бронируемого заряда. Таким образом, усадочные явления, возникающие при отверждении состава, компенсируются за счет поступления новой порции неотвержденной литьевой композиции из верхней части формы.
Проверка заявляемого бронесостава на зарядах различных диаметров и длин показала, что качество отвержденного бронесостава по внешнему виду удовлетворяет требованиям технической документации.
С использованием заявляемой литьевой композиции отработан технологический процесс получения:
- качественных бронированных длинномерных зарядов к противоградовой ракете "Алан" из двухосновного топлива ПЛС, содержащего ингибитор радикальной полимеризации - дифениламин;
- качественных бронированных зарядов из баллиститного двухосновного топлива БМГ-2 к изделию ОР-294 для ложных целей, содержащего в своем составе ингибиторы - дифениламин и динитротолуол;
- качественных бронированных зарядов из баллиститного двухосновного топлива НДП-5А к газогенераторам и аккумуляторам давления, не содержащего в своем составе ингибиторов.
По сравнению с прототипом заявляемый литьевой бронесостав универсален и обладает удовлетворительной адгезией к продукту, как содержащему ароматические нитро-аминосоединения, так и не содержащему их, и позволяет бронировать заряды из баллиститных топлив любых видов и размеров.
Бронирующий состав для заряда из баллиститного твердого ракетного топлива, включающий ненасыщенный сложный полиэфир, инициатор отверждения и ускоритель отверждения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3 и метилметакрилат, а в качестве ненасыщенного сложного полиэфира он содержит ненасыщенную олигоуретанакрилатную смолу - олигомер Д-10ТМ, в качестве инициатора отверждения - перекись бензоила и ацетилацетонат марганца (III), в качестве ускорителя отверждения - 2,2'-дипиридил (4,4'-бипиридил) или 1,4-диазабицикло-(2,2',2'')-октан, или N,N'-диметил-п-толуидин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Ненасыщенная олигоуретанакрилатная | |
| смола - олигомер Д-1 ОТМ | 70-80 |
| Диметакрилат триэтиленгликоля ТГМ-3 | 10-20 |
| Метилметакрилат | 10 |
| Перекись бензоила | 1,5 сверх 100 мас.% |
| Ацетилацетонат марганца (III) | 0,5-2,0 сверх 100 мас.% |
| 2,2'-дипиридил(4,4'-бипиридил) или | |
| 1,4-диазабицикло-(2,2',2'')-октан, или | |
| N,N'-диметил-п-толуидин | 0,3 сверх 100 мас.% |
