Способ получения антиадгезионного покрытия на формообразующей оснастке зарядов ракетного двигателя из смесевого твердого топлива

 

Изобретение относится к способу получения антиадгезионного покрытия на формообразующей металлической оснастке путем нанесения на очищенную и обезжиренную поверхность оснастки антиадгезионной композиции методом распыления, окунания или кистевым. В качестве антиадгезионной композиции используют эпилам “Эфрен-1”, представляющий собой раствор перфторполиэфирокислоты марки 6МФК-180 в смеси 1, 2-дифтортетрахлорэтана и 1,2,2-трифтортрихлорэтана при их массовом соотношении 4:1. Покрытие наносят в 2-5 слоев с выдержкой между слоями в течение 5-15 мин при температуре 15-35°С. Металлическая оснастка с указанным антиадгезионным покрытием предназначена для формования зарядов ракетных двигателей из смесевого твердого топлива. Изобретение позволяет получить покрытие малой толщины с хорошими антиадгезионными свойствами. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения антиадгезионного покрытия на формообразующей оснастке зарядов ракетного двигателя (РД) из смесевого твердого топлива (СТТ).

В процессе изготовления зарядов РД из СТТ для обеспечения их качества и безопасных условий распрессовки поверхность элементов оснастки, контактирующую с СТТ, покрывают антиадгезионным составом. Существуют разнообразные способы приготовления антиадгезионного покрытия: использование кремнийорганических соединений "горячего" и "холодного" отверждения; нанесение неотверждаемых антиадгезионных смазок; нанесение фторопластовых эмульсий и спекание при высоких температурах и др. Известен способ (патент РФ №2080995) получения кремнийорганического антиадгезионного покрытия холодного отверждения, включающий приготовление рабочей массы путем смешения полиметилсилоксановой смолы с концевыми гидроксильными группами или ее смеси с полидиметилсилоксаном с концевыми гидроксильными группами, сшивающего агента на основе олигоорганогидридсилоксановой жидкости, катализатора отверждения и органического растворителя при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Полиметилсилоксановая смола с концевыми гидроксильными группами или ее смесь с линейным полидиметилсилоксаном с концевыми гидроксильными группами 0,68-8,6

Сшивающий агент на основе олигоорганосилоксановой

жидкости 1,4-8,2

Катализатор отверждения 0,19-5,0

Органический растворитель 85,0-95,0

Рабочая масса наносится на очищенную поверхность и отверждается. Указанный способ позволяет получить антиадгезионное покрытие от одно- до многослойного (в зависимости от требований к покрытию), при этом нанесение покрытия может быть ручным (с помощью кисти) или механизированным, например, распылением. Однако недостаточная прочность соединения покрытия с обрабатываемой поверхностью, главным образом металлов, требует специальной обработки поверхности одробеструиванием или опескоструиванием, а также тщательной очистки ее перед нанесением покрытия.

Известен способ получения антиадгезионного покрытия (патент РФ №2113993) на рабочих поверхностях пресс-инструмента, при котором на очищенные рабочие поверхности пресс-инструмента наносят слой силиконовой жидкости, а затем осуществляют термообработку путем прокаливания в воздушной среде при температуре 350-380°С в течение 2-3 ч с последующим охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды. К недостаткам способа следует отнести необходимость прокаливания пресс-инструмента при высоких температурах.

Толщина однослойного антиадгезионного покрытия на основе кремнийорганических соединений колеблется в пределах 30-60 мкм. В большинстве случаев одного слоя покрытия недостаточно для достижения антиадгезионного эффекта, поэтому использование данного рода покрытия имеет ограничение в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к геометрическим размерам формообразующих элементов после нанесения антиадгезионного покрытия.

Способ получения антиадгезионного покрытия из водных суспензий фторопласта, в частности фторопласта - 4 МД, выбранный в качестве прототипа, позволяет получить антиадгезионное покрытие значительно меньшей толщины при хорошем антиадгезионном эффекте (каталог под ред. Г.Д.Мясникова "Применение полиолефинов, полистиролов, фторопластов и поливинилацетатных пластиков", НИИТЭХИМ, 1981, стр. 189; Ю.А.Паншин, С.Г.Малкевич, Ц.С.Дунаевская "Фторопласты", Л., "Химия", 1978, стр. 112, 208).

Суспензия фторопласта Ф-4МД ТУ 6-05-2012-86 представляет собой 50% водную суспензию, содержащую до 5% стабилизирующего ПАВ типа ОП-7 или перфторкислоты. Технология получения антиадгезионного покрытия на основе фторопласта Ф-4МД заключается в нанесении суспензии на предварительно подготовленную поверхность оснастки, сушке нанесенного слоя при температуре 20-80°C и спекании покрытия при температуре 270-320°С. К подготовке поверхности оснастки предъявляются высокие требования: недостаточная гидрофилизация поверхности приводит к нарушению покрытия при спекании и ухудшает антиадгезионные свойства его. Для гидрофилизации поверхности оснастки используются способы фосфатирования поверхности, обработка кислотами или хромовой смесью. Способ трудоемок и для осуществления его требуется воздействие на покрытие высоких температур.

Техническая задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения антиадгезионного покрытия малой толщины с хорошими антиадгезионными свойствами, не требующего больших материальных затрат в осуществлении.

Технический результат достигается использованием для получения антиадгезионного покрытия эпилама "Эфрен-1" ТУ 6-02-1162-83, который представляет собой раствор перфторполиэфирокислоты марки 6МФК-180 (по СТП 6-02-2-727-83) в смеси 1,2-дифтортетрахлорэтана (ТУ 6-02-831-79) и 1,2,2-трифтортрихлорэтана (ГОСТ 23844-79) в соотношении 4:1. Перфторполиэфирокислота имеет структурную формулу следующего вида: СF₃О(CF₂CF₂O)_nCF₂СООН, где n=34-35, молекулярная масса 4200.

Процесс приготовления антиадгезионного покрытия на основе эпилама ″Эфрен-1″ заключается в следующем: поверхность оснастки обезжиривается органическими растворителями, например, ацетоном, спиртом этиловым, 1,2,2-трифтортрихлорэтаном или их смесями и сушится при нормальных условиях до удаления растворителя, затем покрывается эпиламом "Эфрен-1". Покрытие может наноситься любым способом, например, окунанием, с помощью кисти, распылением. В зависимости от требований может быть нанесено 2-5 слоев покрытия с выдержкой между слоями 5-10 мин при температуре 15-35°С для улетучивания растворителя. Подготовленная оснастка используется для формования изделий. Характеристики антиадгезионного покрытия по предлагаемому изобретению в сравнении с характеристиками прототипа и аналога представлены в таблице. Оценка адгезионной прочности антиадгезионного покрытия к металлу производится на "грибках" с диаметром рабочей поверхности 25±0,3 мм. Композиция антиадгезионного покрытия наносится на подготовленную поверхность грибков в требуемом количестве слоев, каждый из которых отверждается соответствующим способом, после нанесения последнего слоя грибки склеиваются попарно по рабочим поверхностям. При определении адгезионной прочности антиадгезионного покрытия с топливом пара грибков с отвержденным антиадгезионном покрытием заполняется топливной массой, топливная масса отверждается. Сущность определения адгезионной прочности заключается в растяжении образцов с постоянной скоростью 10±1 мм/мин при температуре 20±3°C силой (Р), приложенной перпендикулярно к поверхности раздела (F - площадь сечения грибка). Максимальная прочность склеивания (σ) рассчитывается по формуле:

σ=P/F.

Из таблицы видно, что антиадгезионное покрытие на основе эпилама "Эфрен-1" при толщине менее 1 мкм имеет величину адгезии к металлу более 3 кгс/см² и к топливу менее 0,5 кгс/см². Предложенное покрытие позволяет исключить одробеструивание (опескоструивание) поверхности оснастки и тем самым сохранить геометрические размеры ее в течение неограниченного срока использования. Малая толщина покрытия обеспечивает заданные размеры заряда из смесевого твердого топлива. Снятие покрытия и нанесение нового проводится с минимальными трудозатратами.

С положительными результатами проведена экспериментальная проверка нанесения методом окунания предлагаемого ААП на формообразующую оснастку для зарядов из СТТ с цилиндрическим каналом с соотношением длины к диаметру 15:1.

Формула изобретения

Способ получения антиадгезионного покрытия на формообразующей металлической оснастке путем нанесения на очищенную и обезжиренную поверхность оснастки антиадгезионной композиции методом распыления, окунания или кистевым, отличающийся тем, что в качестве антиадгезионной композиции используют эпилам “Эфрен-1”, представляющий собой раствор перфторполиэфирокислоты марки 6МФК-180 в смеси 1, 2-дифтортетрахлорэтана и 1,2,2-трифтортрихлорэтана при их массовом соотношении 4:1, покрытие наносят в 2-5 слоев с выдержкой между слоями в течение 5-15 мин при температуре 15-35°С, причем металлическая оснастка с указанным антиадгезионным покрытием предназначена для формования зарядов ракетных двигателей из смесевого твердого топлива.