Смесевое твердое ракетное топливо
Владельцы патента RU 2430902:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Изобретение относится к области создания смесевых твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в температурном диапазоне от 60 до минус 70°С и применяемых в различных ракетных системах. Смесевое твердое ракетное топливо на основе перхлората аммония содержит полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, анилин, пара-аминобензойную кислоту, металлическое горючее - алюминий дисперсный, катализатор отверждения - стеарат цинка, в качестве пластификатора - смесь полидивинилизопренового каучука, ди-(2-этилгексил)-себацината и трибутилфосфата, в качестве модификатора горения - продукт ОСФ, причем соотношение полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами к полибутадиеновому каучуку с концевыми карбоксильными группами составляет 0,9 моля (5,0…7,1 мас.%) на 0,11…0,2 моля (0,54…1,1 мас.%). Предлагаемый состав топлива обладает улучшенными физико-механическими характеристиками во всем температурном диапазоне и малым временем отверждения. 1 табл.
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к смесевому твердому ракетному топливу, эксплуатируемому в температурном диапазоне от 60 до минус 70°С и применяемому в ракетных системах ближнего боя, авиации и системах залпового огня.
Из литературы известно, что на физико-механические характеристики (ФМХ) топлива может влиять длительный цикл полимеризации изделий. Существует смесевое твердое топливо пат. США №3087844, кл. 149-199, заявл. 24.07.59, опубл. 30.04.63 на основе полибутадиена с концевыми карбоксильными группами, перхлората аммония, алюминия и др., которое имеет относительные удлинения 10…39%, прочность 4,69…24,8 кгс/см2, модуль упругости 29,9…539 кгс/см2 при температуре минус 40… минус 59°С. Для обеспечения работоспособности заряда для некоторых видов ракетных систем при температуре минус 50°С при выходе ракетного двигателя на режим в условиях напряженно-деформируемого состояния требуется повышенный уровень ФМХ.
Существует твердое ракетное топливо по патенту РФ №2183608 от 08.08.2000, МПК C06B 25/12, на основе полибутадиеннитрильного каучука, обладающее узким температурным диапазоном (минус 50 - плюс 50°С).
Существует твердое ракетное топливо по патенту США №3902935, от 29.01.64, МПК С06D 5/06, из которого видно, что топливо имеет низкие значения ФМХ.
Патент РФ 2170722 от 31.03.2000, опубл. 20.07.2001, МПК С06D 5/06, как наиболее близкий из аналогов, взятый авторами за прототип, имеет относительные удлинения 29,9…47,1%, прочность 9,7…32,5 кгс/см2, модуль упругости 165…900 кгс/см2 при температуре минус 50… минус 70°С, достаточно высокий уровень деформационных характеристик при отрицательных температурах.
Технической задачей изобретения является создание смесевого твердого ракетного топлива с высоким уровнем относительных удлинений как в области положительных (до 60°С), так и отрицательных (до минус 70°С) температур и уменьшенным временем его отверждения.
Технический результат заключается в том, что смесевое твердое ракетное топливо содержит окислитель - перхлорат аммония, полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, отвердители - полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, анилин, пара-аминобензойная кислота, пластификаторы - низкомолекулярный полидивинилизопреновый каучук (ПДИ-0), трибутилфосфат (ТБФ), ди-(2-этилгексил)-себацинат (ДОС), катализатор отверждения - цинка стеарат, металлическое горючее - алюминий дисперсный и модификатор горения - продукт ОСФ, используется повышенное содержание полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами по отношению к прототипу, при следующем соотношении, мас.%:
| Полидивинилизопреновый каучук с | |
| концевыми эпоксидными группами | 5,00-7,10 |
| Полибутадиеновый каучук с | |
| концевыми карбоксильными группами | 0,54-1,10 |
| Анилин | 0,02-0,08 |
| Пара-аминобензойная кислота | 0,01-0,03 |
| Пластификаторы | 4,50-6,40 |
| Металлическое горючее | 1,00-15,0 |
| Модификатор горения | 0,05-3,00 |
| Цинка стеарат | 0,01-0,20 |
| Окислитель | Остальное |
В качестве компонентов используются:
Окислитель - перхлорат аммония по ОСТ В 6-02-62-86.
Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами по ТУ 003326-86.
Отвердители - полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами по ТУ 00393-99,
анилин по ГОСТ 5819-78,
пара-аминобензойная кислота (п-АБК) по ТУ 6-09-08-1871-86.
Пластификаторы - низкомолекулярный полидивинилизопреновый каучук (ПДИ-0) по ГОСТ 8728-86,
Трибутилфосфат (ТБФ) по ТУ 2435-305-05763458-01,
Ди-(2-этилгексил)-себацинат (ДОС) по ТУ 003215-88.
Катализатор отверждения - цинка стеарат по ТУ 6-09-17-316-96.
Металлическое горючее - алюминий дисперсный по ОСТ В 84-1841-80.
Модификатор горения - продукт ОСФ по ОСТ 6-02-17-78.
Сущность изобретения показана в таблице, где приведены примеры реализации на образцах топлива предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом. Из примеров 2, 3, 4, 5 таблицы видно, что увеличение соотношения полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами 0,54…1,1 мас.%, что соответствует 0,11…0,2 моля, на 5,0…7,1 мас.%, что соответствует 0,9 моля, полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами по сравнению с прототипом позволяет получить величину относительных удлинений при положительных температурах (20…60°С) с 42,1 до 70,1% и в области отрицательных температур (минус 50…70°С) в пределах с 25,1 до 55,1% и при этом сократить время отверждения топлива на 45 часов (с 105 до 60 часов).
В примере 1 показано, что использование в составе топлива соотношения 0,5 мас.% полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами на 4,9 мас.% полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами характеризуется большим временем отверждения - 130 ч, при достаточно высоком уровне механических характеристик (относительное удлинение, прочность, модуль упругости).
Примером 6 показано, что использование в составе топлива 1,2 мас.% полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами на 7,2 мас.% полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами приводит к ухудшению прочностных характеристик при малом времени отверждения - 47 ч.
В примерах 3 и 4 показано, что металлическое горючее - алюминий дисперсный и модификатор горения - продукт ОСФ в заявленных пределах не влияют на уровень механических характеристик и время отверждения состава.
Предлагаемый состав топлива обладает улучшенными ФМХ во всем температурном диапазоне и малым временем отверждения. Топливо испытано в опытных условиях во ФГУП «НИИПМ» с положительными результатами.
| Прототип | Содержание компонентов, %, и показатели | ||||||
| Компоненты и | № пат. | примеры реализации составов | |||||
| характеристики | 2170722 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Перхлорат аммония | остальное | 76,90 | 77,80 | 84,99 | 70,98 | 75,9 | 76,95 |
| Алюминий дисперсный | 0,00-20,0 | 9,00 | 9,00 | 1,0 | 15,00 | 9,00 | 9,00 |
| Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами | 5,03-7,10 | 4,90 | 5,00 | 6,10 | 6,80 | 7,10 | 7,20 |
| Полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами | 0,40-0,53 | 0,50 | 0,54 | 0,70 | 0,70 | 1,10 | 1,20 |
| Анилин | 0,03-0,08 | 0,08 | 0,05 | 0,07 | 0,02 | 0,08 | 0,07 |
| п-АБК | 0,01-0,03 | 0,02 | 0,01 | 0,03 | 0,03 | 0,02 | 0,03 |
| Модификатор горения | может быть | 3,00 | 2,90 | 1,90 | 0,05 | 1,00 | 0,10 |
| Пластификаторы | 4,50-6,20 | 5,50 | 4,50 | 5,20 | 6,40 | 5,70 | 5,40 |
| Цинка стеарат | 0,00-0,10 | 0,10 | 0,20 | 0,01 | 0,02 | 0,10 | 0,05 |
| Вязкость т/м, П | - | 5300 | 3100 | 3900 | 4200 | 3700 | 5100 |
| Время отверждения при 80°С, час | - | 130 | 105 | 87 | 68 | 60 | 47 |
| Механические характеристики составов | |||||||
| Относительное удлинение, %, при | |||||||
| 60°С | - | - | 42,10 | - | 59,80 | 57,30 | - |
| 50°С | 27,80-40,90 | 34,80 | 49,70 | 51,20 | 62,30 | 61,80 | 60,40 |
| 20% | 32,90-60,40 | 39,20 | 58,70 | 52,90 | 66,20 | 70,10 | 70,90 |
| минус 50°С | 29,90-47,10 | 43,20 | 46,90 | 53,30 | 49,30 | 55,10 | 50,20 |
| минус 70°С | 17,40-41,80 | 36,30 | 25,10 | 38,30 | 48,60 | 52,60 | 29,80 |
| Прочность топлива, кгс/см2, при | |||||||
| 60°С | - | - | 5,10 | - | 3,90 | 3,9 | - |
| 50°С | 1,60-7,80 | 5,20 | 6,50 | 6,00 | 4,80 | 4,5 | 1,90 |
| 20°С | 2,00-8,50 | 5,60 | 6,80 | 7,00 | 6,20 | 5,7 | 2,10 |
| минус 50°С | 9,70-32,50 | 16,50 | 32,80 | 23,00 | 23,20 | 15,9 | 16,10 |
| минус 70°С | 22,00-47,0 | 37,00 | 41,00 | 42,80 | 38,70 | 47,6 | 21,30 |
| Модуль упругости, кгс/см2, при | |||||||
| 60°С | - | - | 27,10 | - | 14,00 | 15,30 | - |
| 50°С | 18,00-90,00 | 28,00 | 31,00 | 29,00 | 17,00 | 19,00 | 9,00 |
| 20°С | 20,40-106,00 | 32,00 | 39,00 | 36,00 | 21,00 | 28,00 | 13,00 |
| минус 50°С | 165,00-669,00 | 419,00 | 382,00 | 380,00 | 283,00 | 223,00 | 319,00 |
| минус 70°С | 468,00-900,00 | 621,00 | 577,00 | 612,00 | 427,00 | 535,00 | 347,00 |
Смесевое твердое ракетное топливо, включающее окислитель - перхлорат аммония, полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, отвердители - полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, анилин, парааминобензойная кислота, пластификаторы - полидивинилизопреновый каучук, ди-(2-этилгексил)-себацинат, трибутилфосфат, катализатор отверждения - цинка стеарат, модификатор горения, металлическое горючее - алюминий дисперсный, отличающееся тем, что в качестве модификатора горения используют продукт ОСФ и увеличенное соотношение полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами к полидивинилизопреновому каучуку с концевыми эпоксидными группами составляет 0,11…0,2 моля (0,54-1,10 мас.%) на 0,9 моля (5,00-7,10 мас.%) соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Полидивинилизопреновый каучук с | |
| концевыми эпоксидными группами | 5,00-7,10 |
| Полибутадиеновый каучук с | |
| концевыми карбоксильными группами | 0,54-1,10 |
| Анилин | 0,02-0,08 |
| Пара-аминобензойная кислота | 0,01-0,03 |
| Полидивинилизопреновый каучук | |
| Ди-(2-этилгексил)-себацинат | 4,50-6,40 |
| Трибутилфосфат | |
| Алюминий дисперсный | 1,00-15,0 |
| Продукт ОСФ | 0,05-3,00 |
| Цинка стеарат | 0,01-0,20 |
| Перхлорат аммония | остальное |
