Полиуретановый лак для обеспечения прочного скрепления бронированных шашек из двухосновного твердого ракетного топлива с корпусом двигателя

Изобретение относится к области ракетной техники и касается разработки полиуретанового лака для применения в качестве подслоя для увеличения адгезии полимерных составов к поверхности вкладных зарядов, забронированных составами на основе акрилатов или ацетилцеллюлозы, к поверхности лигированных сталей различных марок, титановых и алюминиевых корпусов, к термоизоляционным покрытиям различных типов (ДСВ, АГ-4В, ФРНК, резина, стеклопластик) перед вклеиванием зарядов в корпус. Лак получают смешением адгезионной добавки - продукта поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой с основой - сочетанием 2,4-толуилендиизоцианата и ацетона и с катализатором отверждения - ксилольным или толуольным раствором олеата меди, взятого в количестве 0,5-2,0 мас.%. Изобретение позволяет проводить скрепление топливных шашек с различными частями ракетных двигателей с повышенной адгезионной прочностью и обеспечить уровень адгезионных, физико-механических и баллистических характеристик в течение гарантийного срока хранения. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники и касается разработки полиуретанового лака (ПУ) для обеспечения прочного скрепления твердого ракетного топлива (ТРТ) с корпусом двигателя, в частности зарядов из двухосновного (баллиститного) топлива со стенками корпуса, крышки, термостакана или с другими элементами узлов газогенератора (ГТ).

В настоящее время известны агенты, повышающие адгезию металла (стали 3) к органическим высокомолекулярным соединениям (патент Японии №56-148364, кл. C 09 j 13/16, С 06 G 18/38), состоящие из сложных полиэфиров, поливинилхлоридов и др. Агенты включают в себя также триолы с толуилендиизоцианатом и тетраметиленгликоль. Получают нагреванием до 150°С до определенного содержания изоцианатных групп с последующим взаимодействием образовавшегося соединения с блокирующим агентом. Недостатком данного метода повышения адгезии является проведение реакции в несколько этапов в высокотемпературном режиме. Дополнительная операция, включающая контроль изоцианатных групп в процессе реакции, синтез промежуточного продукта, затем проведение синтеза с блокирующим агентом. Данные агенты пригодны для обеспечения прочной адгезии металлов с резинами и подходят для систем, где используются полиуретаны.

Известен адгезионный лак по патенту США №3642961, которым обрабатывается топливная шашка перед нанесением бронирующего покрытия, состоящий из 5-7%-ного раствора термопластичного материала на основе ацетата целлюлозы в смеси растворителей. Данный адгезионный лак предназначен для обеспечения прочности адгезии между топливной шашкой и бронирующим составом и пригоден при бронировании зарядов с применением термопластичных материалов литьем под давлением, но не пригоден для нанесения на металлические поверхности из различных сплавов.

Известен также защитно-адгезионный подслой для бронирования (патент РФ №2217460), взятый за прототип, состоящий из 4,4',4''-трифенилметантриизоцианата в количестве 19,55-19,85 мас.%, дихлорэтана в количестве 78,4-79,8 мас.%, адгезионной добавки - аллилового спирта от 0,5 до 2,0 мас.%, и катализатора - дибутилоловодилаурат или дибутилоловоацетатпропионата в количестве от 0,05 до 0,2 мас.%.

Данный защитно-адгезионный подслой пригоден для защиты и уменьшения степени миграции нитроэфиров из топлива в бронепокрытия на основе акрилатных и полиуретановых составов. Однако подслой используется для покрытия топливных шашек перед бронированием их термопластичными материалами методом литья под давлением и не приемлем в технологической схеме при вклеивании забронированных шашек в узлы ракетных двигателей, изготовленных из различных материалов.

При этом надо отметить тот факт (недостаток), что данный защитно-адгезионный подслой имеет продолжительность высыхания от 0,75 до 6,0 часов, в течение которого он обеспечивает удовлетворительную адгезию бронепокрытия к топливу, а по истечении этого времени снижается прочность адгезионного шва до очень низкого уровня (ниже допустимых требований на заряд). Все вышеперечисленные причины вызвали необходимость разработки предлагаемого ПУ лака.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка полиуретанового лака для обеспечения прочного скрепления бронированных шашек из двухосновного ТРТ с поверхностью корпуса двигателя и с другими элементами корпуса из стали различных марок (30ХГСА, Х25Н16, 12Х18Н10Т, ХН60ВТ), стекловолокна, пропитанного модифицированной фенолформальдегидной смолой, стекловолокна, пропитанного бакелитовым лаком, титанового и алюминиевого сплавов с сохранением адгезионных и эксплуатационных характеристик, как после изготовления заряда, так и после их длительного хранения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является достижение необходимой адгезии бронированных шашек из двухосновного ТРТ к различным элементам корпуса ракетного двигателя из различных материалов и одновременно увеличение времени использования предлагаемого ПУ лака после нанесения до 55 часов, в то время как время использования защитно-адгезионного подслоя по прототипу от 0,75 до 6,0 часов.

Технический результат достигается за счет того, что ПУ лак содержит в качестве основы сочетание 2,4-толуилендиизоцианата и ацетона, адгезионную добавку - продукт поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой (полиэфир П-24К) и в качестве катализатора содержит ксилольный или толуольный раствор олеата меди при следующем соотношении, мас.%:

Толуилендиизоцианат	20-25
Ксилольный или толуольный раствор олеата меди	0,5-2,0
Ацетон	50-54
Продукт поликонденсации этиленгликоля и
глицерина с себациновой кислотой	22-26

Предлагаемый ПУ лак позволяет надежно скрепить узлы ракетных двигателей из различных материалов с бронированной шашкой из двухосновного ТРТ, т.к. при нанесении ПУ лака на различные металлические поверхности происходит процесс смачивания поверхности и диффузия ПУ лака в микротрещины материалов, а далее химическое взаимодействие изоцианатных групп толуилендиизоцианата и окислов различных металлов. При этом все вышеперечисленные процессы происходят одновременно с процессом полимеризации ПУ лака. Увеличение адгезионной прочности бронепокрытия к ПУ лаку связано с улучшением зацепления концов (сегментов) макромолекул полимера бронепокрытия в лаковой пленке благодаря хорошей совместимости полимеров бронепокрытия и лаковой пленки.

ПУ лак готовится перемешиванием адгезионной добавки - продукта поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой с ацетоном в течение 25-30 мин при температуре 15-25°С. Затем загружаются навески 2,4-толуилендиизоцианата и ксилольного или толуольного раствора олеата меди с последующим перемешиванием при температуре 15-25°С в течение 5-7 мин. Технология нанесения ПУ лака на поверхности узлов ракетных двигателей и режимы его сушки не требуют технологического и аппаратурного изменения процесса бронирования зарядов методом вклеивания в корпуса ракетных двигателей.

В таблице приведены примеры рецептур предлагаемого ПУ лака, его адгезионные и технологические свойства.

Таблица Рецептура и свойства ПУ лака
Наименование компонентов и показателей	Единицы измерения	Прототип	Предлагаемый ПУ лак, примеры №№
1	2	3	4	5
Ароматические полиизоцианаты	4,4',4''-трифенилметантриизоцианат	%	19,55-19,85	-	-	-	-	-
2,4-толуилендиизоцианат	%	-	20,0	22,0	23,0	24,5	25,0
Растворители	Дихлорэтан	%	78,4-79,8	-	-	-	-	-
Ацетон	%	-	53,8	52,0	53,0	50,0	51,0

Продолжение таблицы
Наименование компонентов и показателей	Единицы измерения	Прототип	Предлагаемый ПУ лак, примеры №№
1	2	3	4	5
Адгезионная добавка	Аллиловый спирт	%	0,5-2,0	-	-	-	-	-
*Продукт поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой	%	-	25,7	25,25	23,0	24,0	22,0
Катализатор	Дибутилоловодилаурат или дибутилоловоацетатпропионат	%	0,05-0,2	-	-	-	-	-
**Ксилольный или толуольный раствор олеата меди	%	-	0,5	0,75	1,0	1,5	2,0
Прочность адгезии к стали различных марок при V=10 мм/мин и Т=23°С	кгс/см2	46,3-68,4	90	105	80	110	100
Прочность адгезии к стали ЭП-6 при V=10 мм/мин и Т=23°С	кгс/см2	40	65	60	70	80	75
Прочность адгезии к алюминиевому сплаву В-48 при V=10 мм/мин и Т=23°С	кгс/см2	-	20	45	50	50	40
* соотношение мономеров в продукте обычное для данного типа полиэфира ** количественное значение олеата меди в растворе является традиционным для катализатора

Продолжение таблицы
Наименование компонентов и показателей	Единицы измерения	Прототип	Предлагаемый ПУ лак, примеры №№
1	2	3	4	5
Прочность адгезии при V=10 мм/мин и Т=23°С к
термоизоляции Ф-КМ-24	кгс/см2	20	50	55	65	70	60
ТП-2УВ	-	45	40	35	40	30
Время хранения лака с момента приготовления	мин	90	40	37	35	32	30
Продолжительность использования лака после нанесения при Т=15-35°С	ч	0,75-6,0	7,0	55,0	13,5	32,0	24,0
Прочность адгезии полиуретанового бронесостава к термоизоляции через подслой ПУ лака при V=10 мм/мин и Т-23°С	кгс/см2	25	40	45	30	50	35
Прочность адгезии к топливу ПАЛ-18 при V=10 мм/мин и Т-23°С	кгс/см2	15	20	23	22	25	24

Из данных таблицы видно, что прочность адгезионного соединения с использованием предлагаемого ПУ лака увеличивается ˜ в 1,2-1,5 раза.

Таким образом, разработанный ПУ лак в отличие от прототипа обладает повышенной адгезионной прочностью к поверхности лигированных сталей, алюминиевых и титановых сплавов, стекопластиков, термоизоляции и к бронированным шашкам из двухосновного ТРТ. Для изготовления ПУ лака используется доступное сырье отечественного производства.

Предлагаемый ПУ лак испытан в стендовых условиях. Заряды, изготовленные с использованием ПУ лака на основе сочетания 2,4-толуилендиизоцианата и ацетона, адгезионной добавки - продукта поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой и катализатора отверждения - ксилольного или толуольного раствора олеата меди подвергались попеременному термостатированию в диапазоне температур от минус 60°С до плюс 60°С и длительному термостатированию (30 суток при температуре 60°С). Все заряды испытаны с положительными результатами, что свидетельствует об удовлетворительной адгезионной прочности скрепления бронированных шашек из двухосновного ТРТ с корпусом ракетного двигателя. Внутрибаллистические характеристики по результатам стендовых испытаний удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ракетным двигателям.

Таким образом, использование предлагаемого ПУ лака позволит существенно увеличить адгезионную прочность при скреплении бронированных шашек из двухосновного ТРТ с корпусом ракетного двигателя, а также увеличить гарантийный срок хранения для данных зарядов ˜ на 25-30%.

Полиуретановый лак для обеспечения прочного скрепления бронированных шашек из двухосновного твердого ракетного топлива с корпусом двигателя, включающий основу, адгезионную добавку, катализатор, отличающийся тем, что он содержит в качестве основы сочетание 2,4-толуилендиизоцианата и ацетона, в качестве адгезионной добавки продукт поликонденсации этиленгликоля и глицерина с себациновой кислотой и в качестве катализатора ксилольный или толуольный раствор олеата меди при следующем соотношении, мас.%:

2,4-Толуилендиизоцианат	20-25
Ксилольный или толуольный раствор олеата меди	0,5-2,0
Ацетон	50-54
Продукт поликонденсации этиленгликоля
и глицерина с себациновой кислотой	22-26