Теплозащитный материал
Владельцы патента RU 2612304:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука содержит серу, оксид цинка, стеарин, технический углерод, тетраметилтиурамдисульфид, 2-меркаптобензтиазол, канифоль сосновую, белую сажу и фосфорборазотсодержащий олигомер, материал отличается тем, что дополнительно содержит алюмосиликатные полые микросферы, предварительно обработанные фосфорборазотсодержащим олигомером при 80°C, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40 100,0, сера 2,0, тетраметилтиурамдисульфид 0,75, 2-меркаптобензтиазол 1,5, оксид цинка 5,0, стеарин 1,0, технический углерод П-324 2,0, канифоль сосновая 3,0, белая сажа БС-120 30,0, алюмосиликатные полые микросферы 5,0, фосфорборазотсодержащий олигомер 1,0-3,0. Технический результат - снижение скорости прогрева теплозащитного материала. 1 табл.
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. RU 2404209, МПК C08L 23/16, B32B 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. RU 2486215, 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.
Известна теплозащитная композиция (RU 2400506, МПК C09D 1/00, С08К 7/22, опубл. 27.09.2010), содержащая алюмокремнезоль (30-77 мас.ч.), водную дисперсию винилацетата (6-50 мас.ч.), полые стеклянные микросферы (12-30 мас.ч.), вспомогательные компоненты в виде красящих пигментов, полифосфата аммония и гидросила (5-20 мас.ч.) и двуокись титана (0-3 мас.ч.).
Недостаток известной композиции - то, что она способна загораться при воздействии открытого пламени.
Наиболее близкой является композиция, описанная в способе получения резиновой смеси на основе этиленпропилендиенового каучука, включающая 100,0 мас.ч. этиленпропилендиенового каучука, 2,0 мас.ч. серы, 5,0 мас.ч. оксида цинка, 1,0 мас.ч. стеариновой кислоты, 2,0 мас.ч. технического углерода, 0,75 мас.ч. тетраметилтиурамдисульфида, 1,5 мас.ч. меркаптобензтиазола, 2,0 мас.ч. дитиоморфолина, 3,0 мас.ч. канифоли сосновой, 30,0 мас.ч. белой сажи и 5 мас.ч. фосфорборазотсодержащего олигомера (Пат. RU 2563016, МПК C08J 3/28, 10.09.2015).
Недостатком данной композиции является высокая скорость ее прогрева и быстрое достижение 100°C на необогреваемой поверхности, что ограничивает ее применение.
Задачей предлагаемого изобретения является получение материалов с высокими теплозащитными характеристиками.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение скорости прогрева теплозащитного материала.
Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука содержит серу, оксид цинка, стеарин, технический углерод, тетраметилтиурамдисульфид, 2-меркаптобензтиазол, канифоль сосновую, белую сажу и фосфорборазотсодержащий олигомер, при этом материал дополнительно содержит алюмосиликатные полые микросферы, предварительно обработанные фосфорборазотсодержащим олигомером при 80°C, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40 100,0, сера 2,0, тетраметилтиурамдисульфид 0,75, 2-меркаптобензтиазол 1,5, оксид цинка 5,0, стеарин 1,0, технический углерод П-324 2,0, канифоль сосновая 3,0, белая сажа БС-120 30,0, алюмосиликатные полые микросферы 1,0, фосфорборазотсодержащий олигомер 1,0-3,0.
В предлагаемом теплозащитном материале используют следующие компоненты.
Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, содержащий в качестве диенового сополимера дициклопентадиен (ТУ 2294-087-05766563-2010).
Вулканизующая группа, включающая:
вулканизующие агенты - сера (ГОСТ 127-76), тетраметилтиурамдисульфид (тиурам Д) (ТУ 6-14-943-79);
ускоритель вулканизации - 2-меркаптобензотиазол (каптакс) (ТУ 113-00-05761631-23-91);
активаторы вулканизации - оксид цинка (ГОСТ 202-84), стеарин (ГОСТ 6484-96).
Наполнитель - белая сажа БС-120 (ГОСТ 18307-78).
В качестве технологических добавок используются канифоль сосновая (ГОСТ 19113-84) и технический углерод П-324 (ГОСТ 7885-86).
В качестве модифицирующих добавок используются фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА и алюмосиликатные полые микросферы (ТУ 21-22-37-94). При этом ФЭДА повышает огнестойкость полимерных покрытий, т.к. содержит ингибиторы окисления и горения - фосфор, бор и азот (Пат. RU 2526980, МПК C09D 127/24, C09D 5/18, 28.07.2014).
Сначала производят обработку алюмосиликатных полых микросфер фосфорборазотсодержащим олигомером при 80°C. Затем предварительно обработанные микросферы вводят в смесь.
Известно использование алюмосиликатных полых микросфер в качестве добавок, повышающих огне- и теплозащитные характеристики покрытий. Однако при введении их в состав эластомерных композиций они в значительной степени теряют свои свойства из-за разрушения стенок. Предварительная обработка микросфер фосфорборазотсодержащим олигомером при 80°C позволяет избежать этого, т.к. ФЭДА создает на поверхности микросфер защитную пленку. Повышение теплостойкости обеспечивается тем, что при термическом разрушении стенок микросфер содержащиеся в них газы (CO2 и N2) выходят, вытесняя из области пиролиза кислород, и осуществляют огнегасящий эффект.
Заявленное количество модифицирующих добавок в сочетании с используемыми ускорителями вулканизации и остальными компонентами резиновой смеси позволяет получить теплозащитный материал, обладающий повышенными теплозащитными характеристиками.
Резиновую смесь готовят в резиносмесителе при температуре 40-75°C.
Продолжительность смешения 15 минут. Затем проводят вулканизацию резиновой смеси при температуре 165°C в течение 45 минут. Затем полученные образцы подвергают необходимым испытаниям.
Составы приготовленных смесей и прототипа приведены в таблице 1.
Оценка скорости прогрева теплозащитного материала 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°C.
Нагрев образца проводился открытым пламенем плазмотрона (на поверхности создавалась температура 2000°C). Образец закреплялся в штативе под углом 45° 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.
Результаты проведенных испытаний теплозащитных свойств предлагаемого теплозащитного материала приведены в таблице 2.
Как видно из представленных данных, предлагаемые теплозащитные материалы в сравнении с прототипом обладают более высокими теплозащитными свойствами.
Таким образом, теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, содержащий в качестве дополнительной модифицирующей добавки алюмосиликатные полые микросферы, предварительно обработанные фосфорборазотсодержащим олигомером при 80°C, при заданных соотношениях компонентов смеси, обеспечивает снижение скорости прогрева теплозащитного материала, что позволяет повысить его теплозащитные свойства.
Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, содержащий серу, оксид цинка, стеарин, технический углерод, тетраметилтиурамдисульфид, 2-меркаптобензтиазол, канифоль сосновую, белую сажу и фосфорборазотсодержащий олигомер, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит алюмосиликатные полые микросферы, предварительно обработанные фосфорборазотсодержащим олигомером при 80°C, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40 | 100,0 |
| Сера | 2,0 |
| Тетраметилтиурамдисульфид | 0,75 |
| 2-Меркаптобензтиазол | 1,5 |
| Оксид цинка | 5,0 |
| Стеарин | 1,0 |
| Технический углерод П-324 | 2,0 |
| Канифоль сосновая | 3,0 |
| Белая сажа БС-120 | 30,0 |
| Алюмосиликатные полые микросферы | 5,0 |
| Фосфорборазотсодержащий олигомер | 1,0-3,0 |
