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.

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.

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

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, C08K 3/38, - 20.10.2016).

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает длительного теплозащитного эффекта и имеет невысокие прочностные характеристики.

Задачей предлагаемого изобретения является получение теплозащитных материалов с высокими прочностными характеристиками.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прочности теплозащитного материала и увеличение длительности теплозащитной эффективности.

Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, содержащий вулканизующие агенты, серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку, при этом в качестве этиленпропилендиенового каучука содержит СКЭПТ-40, а в качестве модифицирующей добавки содержит микроуглеродные волокна МУВ, предварительно обработанные 5 масс. % раствором смолы фенол-формальдегидной марки СТН-150 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, предварительно обработанные микроуглеродные волокна МУВ 5,0-20,0.

В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты:

Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен (ТУ 2294-022-05766801-2002).

Вулканизующая группа, включающая:

вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), 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).

Технический углерод П-234 (ГОСТ 7885-86) используется в составе теплозащитного материала в качестве наполнителя.

В качестве модифицирующей добавки используется микроуглеродные волокна МУВ, которые предварительно были обработаны 5 масс. % раствором смолы фенол-формальдегидной марки СТН-150 в ацетоне.

Обработанные таким образом микроуглеродные волокна МУВ представляют собой волокнистый материал в виде дисперсного порошка с цветом от темно-серого до черного. Средневзвешенная длина около 200 микрон. Аспектное соотношение порядка 30. Прочность 3.8-4 ГПа. Модуль упругости 230 ГПа. Диаметр 7 микрон. Плотность 1.8 г/см³. Фактическая влажность, масс. %, не более - 1,0.

Использование в качестве модифицирующей добавки предварительно обработанного микроуглеродного волокна МУВ придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную теплостойкость, т.к. препятствует его деструкции при продолжительном воздействии высокой температуры за счет образования на поверхности более прочного защитного коксового слоя под действием пламени.

Кроме этого армирование эластомерной матрицы приводит к повышению прочности теплозащитного материала.

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

Пример

Готовят 5 масс. % раствор смолы фенол-формальдегидной марки СТН-150 в ацетоне.

Углеродное волокно пропускают непрерывно через ванночку с раствором, через ряд погружных и отжимных роликов, после чего направляют в печь, для сушки. Затем волокно рубят на ножевом рубочном станке CP-100 (Россия, г. Владимир) до получения отрезков 3,3 мм и мелют в шаровой мельнице.

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

Продолжительность смешения 25 минут. Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 155°С в течение 45 минут. Полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.

В таблице 1 приведены составы приготовленных смесей и прототипа.

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.

Нагрев образца проводился открытым пламенем газовой горелки (на поверхности создавалась температура 1200°С). Образец закреплялся в штативе под углом 90° к пламени горелки. Для уменьшения стока тепла и уменьшения погрешности опыта образец по краю изолировался асбестом.

Характеристики предлагаемого теплозащитного материала приведены в табл. 2.

Для определения коксового числа, предварительно взвешенный образец помещался в муфельную печь на 30 минут при 600°С. Затем образец извлекался, охлаждался при температуре 25°С и снова взвешивался. Коксовое число вычислялось по остаточной массе относительно исходного веса образца.

Как видно из представленных данных, предлагаемый теплозащитный материал обладает большей длительностью теплозащитной эффективности и большими показателями прочности.

Таким образом, введение в состав резиновой смеси на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40 в качестве модифицирующей добавки микроуглеродных волокон МУВ, предварительно обработанных 5 масс. % раствором смолы фенол-формальдегидной марки СТН-150 в ацетоне, при заявленном соотношении компонентов приводит к повышению прочности теплозащитного материала и увеличению длительности теплозащитной эффективности.