[1]Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении.
[2]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.
[3]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.
[4]Известен теплозащитный материал (Пат. 2404209 РФ, МПК C08L 23/16, В32В 25/10, F16L 59/00, F02K 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.
[5]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.
[6]Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (Пат. 2486215 РФ, МПК C08L 23/16, 27.06.2013), включающий вулканизующую группу, наполнитель и технологические добавки, дополнительно содержит модифицирующую добавку поливинилиденхлорид или адамантан.
[7]Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает снижение скорости прогрева теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука.
[8]Наиболее близким является теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-50, содержащий вулканизующие агенты - серу, дитиодиморфолин, тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, включая производное бензотиазола, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, наполнитель - белую сажу БС-120, технологическую добавку технический углерод П-324 и модифицирующую добавку фосфорборазотсодежащий олигомер, полученный путем взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина (Пат. 2600063 РФ, МПК C08L 23/16, C08L 63/00, С08К 3/38, 20.10.2016).
[9]Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает длительного теплозащитного эффекта и имеет невысокие прочностные характеристики.
[10]Задачей предлагаемого изобретения является получение теплозащитных материалов с высокими прочностными характеристиками.
[11]Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прочности теплозащитного материала и увеличение длительности теплозащитной эффективности.
[12]Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука содержит вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА, при этом в качестве этиленпропилендиенового каучука содержит СКЭПТ-40, а фосфорборазотсодержащий олигомер используют предварительно нанесенным на смесь микросфер МСФ и микроуглеродных волокон МУВ, посредством их термостатирования при 80°C в 5 масс. % растворе фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА в ацетоне, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.: каучук СКЭПТ-40 100,0; сера 2,0; тиурам Д 0,5; 2-меркаптобензотиазол (каптакс) 1,5; оксид цинка 3,0; стеарин 2,0; технический углерод П-234 40,0; микросферы МСФ 1,0-5,0; микроуглеродные волокна МУВ 10,0; фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА 1,0.
[13]В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты:
[14]Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, содержащий в качестве диенового сомономера дициклопентадиен (ТУ 2294-022-05766801-2002).
[15]Вулканизующая группа, включающая:
[16]вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), тиурам Д (ТУ 6-14-943-79);
[17]ускоритель вулканизации - каптакс (2-меркаптобензотиазол) (ТУ 113-00-05761631-23-91);
[18]активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).
[19]Технический углерод П-234 (ГОСТ 7885-86) используется в составе теплозащитного материала в качестве наполнителя.
[20]В качестве модифицирующей добавки используется фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА, предварительно нанесенный на поверхность микросфер МСФ и микроуглеродных волокон МУВ.
[21]Нанесение фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА осуществляют из 5 масс. % раствора фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА в ацетоне, путем термостатирования смеси микросфер МСФ и микроуглеродных волокон МУВ в данном растворе при 80°C до постоянной массы.
[22]Использование в качестве модифицирующей добавки фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА, предварительно нанесенного на поверхность микросфер МФС и микроуглеродных волокон МУВ, придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную теплостойкость. Образование на поверхности микросфер и микроуглеродных волокон пленки из ФЭДА способствует сохранению целостности большей части микросфер, а также препятствует деструкции теплозащитного материала при воздействии высокой температуры за счет образования на поверхности более прочного защитного коксового слоя. Кроме того, происходит непосредственная доставка фосфорборазотсодержащего олигомера в зону термического воздействия и коксообразования, где происходит ингибирование радикально-цепных процессов окисления. При этом пенококс выполняет теплозащитную функцию, препятствует прогреву и деструкции материала.
[23]Кроме этого армирование эластомерной матрицы приводит к повышению прочности теплозащитного материала.
[24]Заявленные количества фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА, микросфер МСФ и микроуглеродных волокон МУВ в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить теплозащитный материал, обладающий повышенными теплозащитными характеристиками и прочностью.
[26]Обработка волокон проводилось следующим образом.
[27]Навеску фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА в количестве 1,0 масс. % от массы каучука растворяли при периодическом перемешивании в соответствующем количестве ацетона для образования 5 масс. % раствора.
[28]В приготовленный 5 масс. % раствор фосфорборазотсодержащего олигомера в ацетоне добавляли навеску микросфер МСФ в количестве 2,0-5,0 масс. % (в соответствии с рецептурой) и микроуглеродных волокон МУВ в количестве 10,0 масс. % (в соответствии с рецептурой) от массы каучука и перемешивали в течение 5 минут. Затем смесь помещали в термостат при 80°C и сушили до постоянной массы.
[29]Резиновую смесь готовили на вальцах при температуре валков 65-70°C.
[30]Продолжительность смешения 25 минут. Затем проводили вулканизацию резиновой смеси при температуре 155°C в течение 45 минут. Полученные образцы подвергли необходимым испытаниям.
[31]В таблице 1 приведены составы приготовленных смесей и прототипа.
[32]
[33]Оценка длительности теплозащитной эффективности образцов теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука при высокотемпературном нагреве проводилась на образцах, изготовленных в виде шайбы диаметром 30 мм и толщиной 6 мм.
[34]Теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в табл. 2.
[35]
[36]Оценка скорости прогрева образцов теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука при высокотемпературном нагреве (теплостойкость) проводилась следующим образом: определялось время прогрева обратной стороны образца, изготовленного в виде шайбы диаметром 30 мм и толщиной 6 мм, до температуры 100°C.
[37]Нагрев образца проводился открытым пламенем газовой горелки (на поверхности создавалась температура 1200°C). Образец закреплялся в штативе под углом 90° к пламени горелки. Для уменьшения стока тепла и уменьшения погрешности опыта образец по краю изолировался асбестом.
[38]Для измерения температуры на необогреваемой поверхности образца использовался пирометр марки С-300.3 «Фотон» (ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования»), принцип работы пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света; и контактная хромель-копелевая термопара регулятора «Овен» ТРМ-1.
[39]Для определения коксового числа предварительно взвешенный образец помещался в муфельную печь на 30 минут при 600°C. Затем образец извлекался, охлаждался при температуре 25°C и снова взвешивался. Коксовое число вычислялось по остаточной массе относительно исходного веса образца.
[40]Как видно из представленных данных, предлагаемый теплозащитный материал обладает большей длительностью теплозащитной эффективности и большими показателями прочности.
[41]Таким образом, введение в состав резиновой смеси на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40 с заявленным составом модифицирующей добавки фосфорборазотсодержащего олигомера, предварительно нанесенного на смесь микросфер МСФ и микроуглеродных волокон МУВ, посредством их термостатирования при 80°C в 5 масс. % растворе фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА в ацетоне приводит к повышению прочности теплозащитного материала и увеличению длительности его теплозащитной эффективности.
