Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе 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.

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.

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.

Наиболее близким является 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.

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает снижение скорости прогрева теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука.

Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов с высокими теплозащитными характеристиками.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение скорости прогрева теплозащитного материала и повышение его прочности.

Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-50, содержащий вулканизующие агенты - серу, дитиодиморфолин, тиурам Д, ускоритель вулканизации, включая производное бензотиазола, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, наполнитель - белую сажу БС-120, технологическую добавку и модифицирующую добавку, при этом в качестве ускорителя вулканизации содержит 2-меркаптобензотиазол, в качестве технологической добавки - технический углерод П-324, а в качестве модифицирующей добавки содержит фосфорборазотсодежащий олигомер, полученный путем взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1,0:2,5, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: каучук СКЭПТ-50 - 100,0; сера - 3,0; дитиодиморфолин - 2,0; тиурам Д - 1,0; 2-меркаптобензотиазол (каптакс) - 2,5; оксид цинка - 5,0; стеарин - 1,0; технический углерод П-324 - 2,0; белая сажа БС-120 - 30,0; фосфорборазотсодежащий олигомер ФЭДА - 10,0.

В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты:

Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-50, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен (ТУ 2294-022-05766801-2002).

Вулканизующая группа, включающая:

вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), дитиодиморфолин (ТУ 2478-033-05807983-2002), тиурам Д (ТУ 6-14-943-79);

ускоритель вулканизации - каптакс (2-меркаптобензотиазол) (ТУ 113-00-05761631-23-91);

активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).

Наполнитель - белая сажа БС-120 (ГОСТ 18307-78).

В качестве технологических добавок используются канифоль сосновая (ГОСТ 19113-84) и технический углерод - 324 (ГОСТ 7885-86).

В качестве модифицирующей добавки используется фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА, который получают путем взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1:2,5 и используют в качестве вспенивающего наполнителя (Пат 2507231 РФ, МПК C09D 127/24, - 20.02.2014) и модификатора адгезии (Пат 25022003 РФ, МПК C09J 127/24, - 10.07.2014, Пат 2522000 РФ, МПК C09J 5/02, - 10.07.2014).

Использование в качестве модифицирующей добавки фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную теплостойкость, т.к. препятствует его деструкции при воздействии высокой температуры за счет ингибирования радикально-цепных процессов окисления, а также способствует процессам коксообразования теплозащитного материала под действием пламени.

Кроме этого, в результате увеличения концентрации полярных функционально-активных групп в смеси, в процессе вулканизации происходит образование дополнительных химических связей, что способствует увеличению прочности теплозащитного материала.

Заявленное количество модифицирующей добавки ФЭДА в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить теплозащитный материал, обладающий повышенными прочностными и теплозащитными характеристиками.

Пример

Резиновую смесь готовят на вальцах при температуре валков 65-70°C.

Продолжительность смешения 25 минут. Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 165°C в течение 45 минут. Затем полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.

В таблице 1 приведены составы приготовленных смесей и прототипа.

Образцы теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука подвергались испытаниям по ГОСТ 270-75 «Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении».

Оценка скорости прогрева теплозащитного материала 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.

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.

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.

Прочностные и теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в табл. 2.

Как видно из представленных данных, предлагаемый теплозащитный материал в сравнении с прототипом обладает повышенной прочностью при растяжении и более высокими теплозащитными свойствами.

Таким образом, введение в состав резиновой смеси на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-50 модифицирующей добавки фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА, ускорителя вулканизации каптакса, приводит к снижению скорости прогрева теплозащитного материала (повышаются его теплозащитные свойства) и повышению прочности теплозащитного материала.