Результат интеллектуальной деятельности: Теплозащитный материал

Изобретение относится к теплозащитным материалам и может быть использовано в авиа- и ракетостроении.

Для авиа- и ракетостроения широкое применение получили теплозащитные покрытия на основе синтетических каучуков, в частности, на основе этилен-пропилен-диеновых, например, резины марок 51-2110, 51-2101, 51-2180 и др.

Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (патент РФ№2486215), 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.

Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (патент РФ №2563016), содержащий вулканизующие агенты, ускоритель вулканизации (2-меркаптобензотиазол), активаторы вулканизации, наполнитель, технологические добавки и модифицирующую добавку (смесь фосфорборсодежащего олигомера ФБО и гидрооксида магния). Недостатком данной резиновой смеси является то, что она не обеспечивает снижение скорости прогрева вулканизата на его основе.

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.

В качестве прототипа выбран теплозащитный материал (патент РФ №2404209), 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.

Технической проблемой является устранение вышеуказанных недостатков, то есть получение материала с высокими теплозащитными характеристиками.

Техническим результатом является снижение скорости прогрева теплозащитного материала в условиях воздействия высокой температуры за счет использования дискретного (рубленого) арамидного волокна.

Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, выполненный из дискретного арамидного волокна, введенного в состав этиленпропилендиенового каучука в количестве 5-20 мас. ч с последующей вулканизацией.

Отличительные признаки изобретения являются существенными.

Введение арамидного наполнителя в массив каучука в форме рубленного волокна позволяет обеспечить его равномерное распределение по объему теплозащитного материала, что приводит к снижению скорости линейного уноса материала (прогара) в условиях действия газового потока и, соответственно, повышению теплостойкости. Массовое содержание рубленного волокна выбрано с учетом технологической возможности введения материала:

- при концентрациях выше 20% не обеспечивается равномерное распределение каучука;

- при концентрациях ниже 5% выявлены зоны отсутствия волокна. Пример изготовления теплозащитного материала.

Дискретное арамидное волокно в количестве 5 мас. ч от массы этиленпропилендиенового каучука предварительно замачивают в спирто-ацетоновой смеси (1:1) в течение 15 мин, высушивают на воздухе 30-40 минут, смешивают с резиновой смесью на основе этиленпропилендиенового каучука с обеспечением равномерного распределения волокна.

Полученный полуфабрикат подвергают обычному каландрованию с обеспечением толщины слоя 1 мм (или иному, исходя из требуемого по технологии изготовления теплозащитного материала).

Вулканизация ТЗМ обеспечивается самостоятельно по совмещенному режиму в составе сборочной единицы изделия при температуре от 145 до 155°С и давлении от 9 до 12 кгс/см² в течении 90 минут.

Сравнительный параметр эффективности ТЗМ оценивался по измерению толщины уноса материала в условиях воздействия фронта деструкции, обусловленного потоком высокотемпературного газа.

Для этого были изготовлены образцы из материала АРМ-НТ-998 (прототип) и АРМ-Р-998 с дискретным арамидным волокном толщиной 2 мм.

Образец помещался в вертикальную форму, обеспечивающую защиту торцевых частей образца. На лицевую поверхность образца в течение 60 с воздействовал тепловой газовый поток, обеспечивающий температуру на поверхности 300±15°С. Температура контролировалась в течение всего времени эксперимента пирометром. После термического воздействия определялась толщина образца. По разности толщин определялось изменение толщины образца.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.

По результатам испытаний можно отметить меньшую величину линейного уноса и изменение массы материала АРМ-Р-998 (с введением дискретного арамидного волокна) по сравнению с прототипом АРМ-НТ-998 после термического воздействия.

Таким образом, теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, выполненный из дискретного арамидного волокна, обладает высокими теплозащитными характеристиками.