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 снижения скорости прогрева теплозащитного материала на основе этиленпропилендиенового каучука.

Наиболее близким является теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-50 (Пат. 2600063 РФ, МПК C08L 23/16, C08L 63/00, С08K 3/38, 20.10.2016), содержащий вулканизующие агенты - серу, дитиодиморфолин, тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, наполнитель - белую сажу БС-120, технологическую добавку - технический углерод П-324 и модифицирующую добавку фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА, полученный путем взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1,0:2,5.

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает высоких теплозащитных и прочностных характеристик.

Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов с высокими теплозащитными и прочностными характеристиками.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение огнетеплостойкости теплозащитного материала и его прочности.

Технический результат достигается в теплозащитном материале на основе этиленпропилендиенового каучука, содержащем вулканизующие агенты - серу, тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации - оксид цинка и стеарин, технический углерод П-324 и модифицирующую добавку - олигомер, полученный путем взаимодействия фосфитного производного, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина, при этом в качестве этиленпропилендиенового каучука материал содержит СКЭПТ-40, а в качестве олигомера - фосфоразотсодежащий олигомер, полученный в результате взаимодействия диметилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина, взятых в массовом отношении 1:2,5:0,75, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: каучук СКЭПТ-40 100,0, сера 2,0, тиурам Д 1,5, 2-меркаптобензотиазол (каптакс) 0,5, оксид цинка 5,0, стеариновая кислота 1,0, технический углерод П-324 50,0, фосфоразотсодежащий олигомер 3,0-7,0.

Использование в качестве модифицирующей добавки фосфоразотсодержащего олигомера придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную огнетеплостойкость, т.к. препятствует его деструкции при воздействии высокой температуры за счет ингибирования радикально-цепных процессов окисления, 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 в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить теплозащитный материал, обладающий повышенными прочностными и теплозащитными характеристиками.

В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты:

Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40 (ТУ 38.103252-92).

Вулканизующая группа, включающая: вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), тетраметилтиурамдисульфид (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 - технический углерод П-324 (ГОСТ 78.85-86).

В качестве модифицирующей добавки используется фосфоразотсодежащий олигомер, который получают путем взаимодействия диметилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом отношении 1:2,5:0,75 при температуре 100°С в течение 1 часа.

Свойства полученной модифицирующей добавки представлены в таблице 1.

Теплозащитный материал готовят на вальцах при температуре валков 65-70°С. Продолжительность смешения 25 минут. Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 160°С в течение 30 минут. Затем полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.

Составы заявляемого теплозащитного материала и прототипа приведены в таблице 2.

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°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.

Прочностные и теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в таблице 3.

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-40 модифицирующей добавки фосфоразотсодежащего олигомера, полученного в результате взаимодействия диметилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина, взятых в массовом отношении 1:2,5:0,75, приводит к снижению скорости прогрева теплозащитного материала (повышаются его теплозащитные свойства) и повышению прочности теплозащитного материала.