Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

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.:

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.

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.).

Таким образом вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

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.