Крепящий состав для изготовления изделий щеточного типа
Иллюстрации
Показать всеИзобретение относится к области ракетной техники и касается разработки крепящего состава для изготовления изделий щеточного типа. Состав содержит, масс.%: гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук 31,0-33,0, оксид цинка или углерод технический 7,4-8,0, 1,4-бутиленгликоль 0,7-0,8, триметилолпропан 0,08-0,1, масло трансформаторное 5,2-5,6, дибутилдилаурат олова 0,013-0,036, отвердитель - олигодиеновый уретановый форполимер в сочетании с 20%-ным раствором трифенилметантриизоцианата в дихлорэтане или 27%-ным раствором трифенилметантриизоцианата в этилацетате с содержанием изоцианатных групп 3,5-4,5% 53,0-55,5. Технический результат изобретения - получение крепящего состава с высокими механическими, адгезионными и эксплуатационными характеристиками с обеспечением работоспособности готовых изделий в диапазоне температур от плюс 50°С до минус 50°С в условиях воздействия высоких нагрузок. 1 табл.
Реферат
Настоящее изобретение связано с разработкой крепящего состава для скрепления пучка тонкосводных трубчатых элементов из баллиститного топлива с дном стартового двигателя ручных противотанковых управляемых гранат "ПТУ PC" и относится к области ракетной техники.
Известна многочисленная серия полиуретановых составов, например, по заявке Англии №2038346, кл. C 3 R C 08 G 18.08, C 09 D 3/72 или Франции патент №2439174, кл. С 06 В 21/00 с использованием кремнийорганических каучуков-силиконов. Состав по патенту №2439174, обладая низкой гидролизуемостью, имеет недостаточный уровень механических характеристик и нетехнологичен при использовании для скрепления многочисленных тонкосводных элементов из-за высокой вязкости и длительного времени отверждения, что недопустимо при массовом характере изготовления изделий.
Полиуретановый состав по заявке Англии №2038346 обладает длительным временем отверждения и низким относительным удлинением от 11 до 56%.
Известен быстроотверждающийся крепящий состав по патенту 2167903 Российской Федерации, кл. С 06 В 19/02, С 06 В 23/00, полученный взаимодействием гидроксилсодержащего полибутадиенового каучука, 1,4-бутиленгликоля и триметилопропана с 4,4'-дифенилметандиизоцианатом, взятый за прототип.
Данный крепящий состав обладает удовлетворительными технологическими и механическими характеристиками, но пригоден для приготовления и скрепления топливных элементов только методом инжекционно-реакционного формования, так как обладает живучестью в пределах 3-40 сек. Но в процессе использования его выяснилось, что высокое содержание трансформаторного масла снижает уровень адгезионных характеристик крепящего состава к поверхности трубчатых элементов, особенно в процессе гарантийного срока хранения, равному 11,5 лет.
Приготовление состава методом инжекционно-реакционного дозирования также выявил недостаток - раздозировку подачи компонентов. В результате сдвига оптимального соотношения компонентов крепящий состав получается неудовлетворительного качества с неудовлетворительными физико-механическими, адгезионными и эксплуатационными характеристиками. В результате, как следствие, происходит отказ работы двигателя, особенно в зоне повышенных температур при плюс 50°С, что свидетельствует о малой прочности крепящего состава. По всей вероятности это происходит из-за использования в рецептуре крепящего состава 4,4'-дифенилметандиизоцианата, который обладает высокой температурой кристаллизации (плюс 38°С). При работе также выяснилось, что из-за высокой температуры кристаллизации 4,4'-дифенилметандиизоцианата забиваются каналы литьевой машины. Это ведет к длительным неплановым остановкам технологического оборудования, разборке узлов машины для чистки и промывки.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка крепящего состава с улучшенными механическими и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими работоспособность зарядов в широком диапазоне температур от минус 50°С до плюс 50°С и в условиях воздействия высоких нагрузок.
Техническое решение заключается в создании данного крепящего состава с использованием вновь разработанного отвердителя, состоящего из олидиенового уретанового форполимера (СКУ-ДФ-2) в сочетании с 20%-ным раствором трифенилметантриизоцианата (ТФМТИ) в дихлорэтане или 27%-ным раствором трифенилметантриизоцианата (ТФМТИ) в этилацетате в соотношении 80-91% вес. к 7-13% вес. соответственно, при следующем соотношении, % вес.:
гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук | 31,0-33,0 |
оксид цинка или углерод технический | 7,4-8,0 |
1,4-бутиленгликоль | 0,7-0,8 |
триметилопропан | 0,08-0,1 |
масло трансформаторное | 5,2-5,6 |
олигодиеновый уретановый форполимер | |
в сочетании с 20%-ным раствором | |
ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ным раствором | |
ТФМТИ в этилацетате | 53,0-55,5 |
дибутилдилаурат олова с содержанием | |
изоцианатных групп 3,5-4,5% | 0,013-0,036 |
Данная система отверждения придает крепящему составу высокие прочностные, механические и деформационные характеристики, практически не меняющиеся в течение гарантийного срока хранения изделий. Особенно это заметно на образцах, прошедших форсированное старение при температуре 60°С в течение 133 часов, соответствующее гарантийному сроку хранения.
По внешнему виду отвердитель жидкий от светло-коричневого до темно-коричневого цвета с вязкостью ˜42 Па·с с содержанием изоцианатных групп в пределах 3,5-4,5%.
Крепящий состав на основе данного отвердителя представляет собой вязкотекучую жидкость белого или черного цвета, в зависимости от используемого наполнителя, с вязкостью ˜30 Па·с.
Для приготовления крепящего состава компоненты разбивают на 2 смеси. Одна смесь, под индексом - смесь А содержит все гидроксилсодержащие компоненты, наполнитель, пластификатор и стабилизатор (гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук (СКД-ГТРА) с содержанием гидроксильных групп 1,4-1,7%, оксид цинка или углерод технический, 1,4-бутиленгликоль, триметилопропан, масло трансформаторное, дибутилдилаурат олова). Вторую смесь, под индексом - смесь Б, составляет отвердитель - олидиеновый уретановый форполимер в сочетании с 20%-ным раствором ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ным раствором ТФМТИ в этилацетате с содержанием изоцианатных групп 3,5-4,5%, в соотношении 80-91% вес. к 7-13% вес. соответственно. Смесь Б стабильна и хранится в обычных условиях не менее 6 месяцев.
Такой прием удобен при работе, как при приготовлении в обычных мешателях, так и в установках для приготовления состава методом инжекционно-реакционного формования.
Расчет количества смеси Б (X) на 100 масс. частей смеси А производят по формуле: Х=а/б (1,8 в +1,9), где а - навеска смеси А, г;
б - содержание изоцианатных групп в смеси Б, %;
в - содержание гидроксильных групп в каучуке, %;
1,8 и 1,9 - постоянные коэффициенты, учитывающие содержание гидроксильных групп в 1,4-бутиленгликоле и триметилопропане.
Использование в крепящем составе отвердителя - олидиенового уретанового форполимера в сочетании с 20%-ным раствором ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ным раствором ТФМТИ в этилацетате с содержанием изоцианатных групп 3,5-4,5% позволяет увеличить живучесть крепящего состава до 20 минут и в то же время обеспечить его отверждение за 20-60 мин при температуре 80°С, практически за то же время, что и прототип (5-60 мин при температуре 80°С).
В таблице приведены основные свойства предлагаемого крепящего состава в сравнении с прототипом.
Из результатов приведенных в таблице видно, что полиуретановые составы, скомпонованные с использованием нового отвердителя - олигодиенового уретанового форполимера в сочетании с 20%-ным раствором ТФМТИ в дихлорэтане или 27%-ным раствором ТФМТИ в этилацетате, резко отличаются по своим свойствам от прототипа. При одинаковых механических характеристиках, предлагаемый состав обладает высокими адгезионными свойствами к баллиститному топливу ˜21,4 кгс/см2 против 4-19 кгс/см2 по прототипу. При этом у предлагаемого состава характер разрушения образцов - когезионный по топливу, а у прототипа - адгезионный по границе скрепления. Использование в качестве наполнителя оксида цинка (примеры 1, 5) или углерода технического (примеры 2-4) так же как и использование отвердителя с различным процентным содержанием ТФМТИ не влияют на уровень физико-механических характеристик. Использование различных наполнителей - этот технологический прием для удобства осмотра и контроля готовых изделий по качеству вклейки и высоте подъема состава между трубчатыми элементами баллиститного топлива.
Данный состав, обладая живучестью в пределах 20 мин, обеспечивает возможность его использования без применения литьевой машины и без специальной оснастки. Используя предлагаемый состав, можно обеспечить большой объем выпуска изделий и исключить содержание специальной литьевой машины, обслуживающей бригады электриков, наладчиков, теплотехников и др.
Предлагаемый состав имеет следующий положительный эффект:
1. Обладает высокими механическими характеристиками:
- прочность при разрыве ˜28,5-31,2 кгс/см2;
- относительное удлинение - 410-530%.
2. Обладает высокими адгезионными свойствами к баллиститному топливу:
- прочность адгезии ˜ 14,2-21,4 кгс/см2 с когезионным по топливу характером разрушения образцов;
- низкой температурой стеклования - минус 83°С.
3. Сравнительно малым временем отверждения 30-120 мин.
4. Обеспечивает высокую эксплуатационную надежность изготовленных изделий в условиях воздействия высоких нагрузок.
5. Упрощает технологию изготовления изделий.
Стендовые испытания натурных изделий "щеточного" типа, изготовленных с использованием предлагаемого крепящего состава, показали удовлетворительную работоспособность как при температуре плюс 50°С, так и при температуре минус 50°С, а следовательно, подтверждают высокий уровень механических и адгезионных свойств крепящего состава.
Предлагаемый состав внедрен на опытных изделиях "щеточного" типа для скрепления пучка топливных элементов с дном камеры ракетного двигателя на ФГУП "Пермский завод им. С.М.Кирова".
Крепящий состав для изготовления изделий щеточного типа, включающий гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук, 1,4-бутиленгликоль, триметилолпропан, трансформаторное масло, дибутилдилаурат олова, отличающийся тем, что он содержит олигодиеновый уретановый форполимер в сочетании с 20%-ным раствором трифенилметантриизоцианата в дихлорэтане или 27%-ным раствором трифенилметантриизоцианата в этилацетате с содержанием изоцианатных групп 3,5-4,5%, оксид цинка или углерод технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроксилсодержащий полибутадиеновый каучук | 31,0-33,0 |
Оксид цинка или углерод технический | 7,4-8,0 |
1,4-Бутиленгликоль | 0,7-0,8 |
Триметилопропан | 0,08-0,1 |
Масло трансформаторное | 5,2-5,6 |
Олигодиеновый уретановый форполимер | |
в сочетании с 20%-ным раствором | |
трифенилметантриизоцианата в дихлорэтане | |
или 27%-ным раствором | |
трифенилметантриизоцианата в этилацетате | 53,0-55,5 |
Дибутилдилаурат олова | 0,013-0,036 |