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 и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку фосфорборазотсодержащий. олигомер ФЭДА, предварительно нанесенный на микроуглеродные волокна МУВ, посредством их термостатирования при 80°С в 5 масс. % растворе фосфорборазотсодержащего олигомера ФЭДА в ацетоне (Заявка на изобретение RU 2017104078, МПК C08L 23/16, дата приоритета 07.02.2017).

Недостатком данного теплозащитного материала является то, что он не обеспечивает длительного теплозащитного эффекта.

Задачей предлагаемого изобретения является получение теплозащитных материалов с высокой огнестойкостью.

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

Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку, предварительно нанесенную на микроуглеродные волокна МУВ посредством их термостатирования при 80°С в растворе модифицирующей добавки, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют борат метилфосфит, а термостатирование микроуглеродных волокон МУВ ведут в его 20 масс. % водном растворе, 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 5,0-10,0.

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 борат метилфосфита, предварительно нанесенный на поверхность микроуглеродных волокон МУВ.

Нанесение борат метилфосфита осуществляют из 20 масс. % раствора в воде, путем термостатирования микроуглеродных волокон МУВ в данном растворе при 80°С до постоянной массы.

Использование в качестве модифицирующей добавки борат метилфосфита, предварительно нанесенного на поверхность микроуглеродных волокон МУВ, придает теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука повышенную теплостойкость. Образование на поверхности волокон пленки из борат метилфосфита, 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 также способствует увеличению пенококса, который выполняет теплозащитную функцию, препятствует прогреву и деструкции материала.

Увеличение длительности теплозащитной эффективности связано с образованием более толстого коксового слоя, который являясь защитным барьером для основного материала, предотвращает его быстрое разрушение, что ведет к замедлению роста температуры необогреваемой стороны материала после 140 секунды нагрева.

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

Заявленные количества борат метилфосфита и микроуглеродных волокон МУВ в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяют получить теплозащитный материал, обладающий повышенными теплозащитными характеристиками и прочностью.

Пример.

Обработка волокон проводилось следующим образом.

Навеску борат метилфосфита в количестве 3,0 масс. % от массы каучука, растворяли при периодическом перемешивании в соответствующем количестве воды для образования 20 масс. % раствора.

В полученный 20 масс. % раствор борат метилфосфита в воде добавляли навеску микроуглеродных волокон в количестве масс. 5,0-10,0% от массы каучука (в соответствии с рецептурой) и перемешивали в течение 5 минут. Затем смесь помещали в термостат при 80°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.

Для измерения скорости линейного горения образцов определялась их длина и диаметр с помощью штангенциркуля. Затем образец надежно закреплялся и поджигался. При сжигании образца включался ручной секундомер и фиксировалось время горения образца. Далее рассчитывалась скорость линейного горения.

Теплозащитные свойства предлагаемого теплозащитного материала приведены в табл. 2.

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

Таким образом, теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ-40, содержащий вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод и модифицирующую добавку борат метилфосфит, предварительно нанесенный на микроуглеродные волокна МУВ посредством их термостатирования при 80°С 20 масс. % водном растворе борат метилфосфита, при заявленных массовых соотношениях, обладает повышенной огнестойкостью и увеличенной длительностью теплозащитной эффективности.