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-40, содержащий вулканизующие агенты - серу, дитиодиморфолин, тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, наполнитель - белую сажу БС-120, технологические добавки - технический углерод П-324, канифоль сосновую и модифицирующую добавку - смесь фосфорборсодержащего олигомера ФБО и гидрооксида магния (пат. 2563036 РФ, МПК C08L 23/16, 15.09.2014).

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 в теплозащитном материале на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащем вулканизующие агенты - серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, белую сажу и фосфорборсодержащий олигомер ФБО, при этом материал дополнительно содержит гексахлорпараксилол, а фосфорборсодержащий олигомер ФБО используют предварительно нанесенным на каолиновые волокна, посредством их термостатирования при 100°С в 5 масс. % водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО, при следующем соотношении компонентов теплозащитного материала, 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, белая сажа БС 120 30,0, гексахлорпараксилол 1,0, каолиновые волокна 5,0-20,0, фосфорборсодержащий олигомер ФБО 3,0.

Использование в качестве модифицирующей добавки фосфорборсодержащего олигомера ФБО, предварительно нанесенного на поверхность каолиновых волокон, придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную огнетеплостойкость. Образование на поверхности волокон пленки из фосфорборсодержащего олигомера ФБО препятствует деструкции теплозащитного материала при воздействии высокой температуры за счет образования на поверхности более прочного защитного коксового слоя, а также за счет ингибирования радикально-цепных процессов окисления непосредственно в зоне коксообразования. Указанное количество модификатора также способствует увеличению пенококса, который выполняет теплозащитную функцию, препятствует прогреву и деструкции материала.

Кроме этого, армирование эластомерной матрицы приводит к повышению прочности теплозащитного материала. Наличие гексахлорпараксилола способствует улучшению контакта обработанного волокна и полимерной матрицы, что также приводит к росту прочности композиции.

Заявленные количества фосфорборсодержащего олигомера ФБО и каолиновых волокон в сочетании с гексахлорпараксилолом, используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси, позволяют получить теплозащитный материал, обладающий повышенными теплозащитными характеристиками и прочностью.

В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты:

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

Гексахлорпараксилол - промоутер адгезии между волокном и полимерной матрицей.

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).

Белая сажа БС 120 (ГОСТ 18307-78) используется в составе теплозащитного материала в качестве наполнителя.

В качестве модифицирующей добавки используется фосфорборсодержащий олигомер ФБО, предварительно нанесенный на поверхность каолиновых волокон.

Нанесение фосфорборсодержащего олигомера ФБО осуществляют из 5 масс. % водного раствора фосфорборсодержащего олигомера ФБО, путем термостатирования каолиновых волокон в данном растворе при 100°С до постоянной массы.

Обработка волокон проводилась следующим образом.

Навеску фосфорборсодержащего олигомера в количестве 3,0 масс. % от массы каучука растворяли при периодическом перемешивании в соответствующем количестве воды для образования 5 масс. % раствора.

В полученный 5 масс. % водный раствор фосфорборсодержащего олигомера добавляли навеску каолиновых волокон в количестве масс. 5,0-20,0% от массы каучука (в соответствии с рецептурой) и перемешивали в течение 5 минут. Затем смесь помещали в термостат при 100°С и сушили до постоянной массы.

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

Продолжительность смешения 25 минут. Затем проводили вулканизацию резиновой смеси при температуре 155°С в течение 45 минут. Полученные образцы подвергли 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.

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°С.

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.

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.

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.

Теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в таблице 2.

В качестве контрольного образца использовался состав смеси, отличающийся от заявляемого отсутствием каолинового волокна.

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

Таким образом, использование в теплозащитном материале на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащем вулканизующие агенты - серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, и белую сажу БС 120, гексахлорпараксилола и фосфорборсодежащего олигомера ФБО, предварительно нанесенного на каолиновые волокна, посредством их термостатирования при 100°С в 5 масс. % водном растворе фосфорборсодержащего олигомера ФБО, при заявленном соотношении компонентов теплозащитного материала обеспечивает повышение прочности теплозащитного материала и увеличение длительности теплозащитной эффективности.