Патент на изобретение №2208007

(54) БРОНИРУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ЗАРЯДОВ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области создания бронирующих составов для зарядов твердого ракетного топлива. Согласно изобретению бронирующий состав для зарядов твердого ракетного топлива содержит блок-сополимер дивинила и альфаметилстирола, наполнитель – гидрат окиси алюминия и асбест, пластификатор – инден-кумароновую смолу с температурой размягчения 80-90^oС и технологическую добавку – стеариновую кислоту. Изобретение направлено на создание бронесостава, обеспечивающего стабильность баллистических характеристик тонкосводных зарядов в процессе длительного хранения. 1 табл.

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности, к разработке материалов для бронирования вкладных зарядов.

В настоящее время для бронирования пороховых зарядов из баллиститного пороха высокопроизводительными методами литья под давлением (инжекционное формование) и экструзией нашли широкое применение бронесоставы на основе эфиров целлюлозы: ацетатцеллюлозы, нитро-, этилцеллюлозы. Для придания эфирам целлюлозы необходимой текучести расплава их пластифицируют жидкими инертными пластификаторами: эфирами фталевой кислоты, трикрезилфосфатом, трифенилфосфатом, цитратами, растительньми маслами и др.

Недостатком этих материалов является большая сорбционная способность по отношению к нитропластификаторам, что приводит в процессе производства и хранения зарядов к насыщению бронепокрытия нитроэфирами (см. R. Stenson. The interactions of Cellulose Acetate and Ethyl Cellulose Inhibitors with Double Base Propellants. Exploasive Research and Development Establishmment. Waltham Abbey, England, November 1971) Авторами за прототип взят состав из этилцеллюлозы (патент US 3642961, заявлен 12.06.1968 г., опубликован 15.02.72., С 06 D 5/00, С 08 B 21/00) для бронирования методом инжекционного формования.

Недостатком бронесостава на основе этилцеллюлозы является большая сорбционная способность к нитроэфирам и наличие в бронесоставе жидкого инертного пластификатора, способного мигрировать в порох.

В процессе длительного хранения бронированных зарядов, особенно малогабаритных (диаметром менее 50 мм), в течение гарантийных сроков хранения и эксплуатации ракетных зарядов происходит ухудшение физико-химических свойств пороха и бронепокрытия. Причиной этого является диффузионный переход нитроэфиров из пороха в бронепокрытие и инертных пластификаторов в порох, приводящий, с одной стороны, к изменению закона горения и нарушению внутрибаллистических характеристик ракетного двигателя, а с другой стороны, за счет перехода нитроэфиров в бронепокрытие, – к повышению горючести и снижению термозащитных свойств. Последнее может приводить к прогарам бронепокрытия и аномальной работе двигателя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка термопластичного бронепокрытия, обладающего высокой противодиффузионной стойкостью по отношению к нитроэфирам пороха, не содержащего жидких пластификаторов, способных мигрировать в порох, обладающего повышенной огнеэрозионной стойкостью, высокотехнологичного при нанесениии его на заряд способами литья под давлением и экструзией.

Решение поставленной задачи достигается за счет использования в качестве основы бронесостава термоэластопластов – блок-сополимеров на основе дивинила и альфаметилстирола линейного (ДМСТ) или радиального строения (ДМСТ-Р).

Предлагаемые в качестве основы термоэластопласты сочетают в себе ценные свойства каучука и термопластичньгх пластмасс, обладают низкой поглощающей способностью нитроэфиров из пороха (не более 3%). Реологические характеристики термоэластопластов позволяют перерабатывать их методами литья под давлением и экструзией.

В качестве пластификатора предлагается использовать инден-кумароновую смолу с температурой размягчения (80-90^oС). Этот пластификатор при температуре эксплуатации зарядов (ниже 60^oС) находится в твердом состоянии и не способен мигрировать в порох. При температурах переработки (100-140^oС) он находится в жидком состоянии и эффективно пластифицирует состав.

Для повышения огнеэрозионных свойств в состав предлагается ввести минеральные наполнители. Для обеспечения необходимых литьевых характеристик бронирующего состава, при сохранении высокой огнеэрозионной стойкости, в качестве минеральных наполнителей предлагается использовать смесь асбестового порошка и измельченной гидроокиси алюминия в соотношении 1:2 или 1:2,5. Установлено, что при постоянном соотношении компонентов бронирующий состав с любым одним из двух указанных наполнителей льется значительно хуже, чем состав со смесью наполнителей.

Необходимые литьевые качества бронирующего состава обеспечиваются также выбором соотношения отдельных компонентов (термоэластопласта и инден-кумароновой смолы) и введением небольших количеств технологической добавки – стеариновой кислоты. В результате подбора компонентов предлагается бронирующий состав для зарядов твердого ракетного топлива, состоящий, мас.%:
Связующее – блок-сополимер дивинила и альфа-метилстирола – 26-35
Пластификатор – инден-кумароновая смола с температурой размягчения 80-90^oС – 26-31,75
Наполнители:
гидрат окиси алюминия – 20-30
асбест – 8-15
Технологическая добавка – стеариновая кислота – 1,5-3
При указанном соотношении компонентов предлагаемого бронирующего состава достигаются следующие преимущества.

1. Высокая противодиффузионная стойкость по отношению к нитроэфирам пороха.

2. Отсутствие миграции пластификатора бронепокрытия в порох в результате использования твердого пластификатора – инден-кумароновой смолы с температурой размегчения 80-90^oС.

3. Повышение огнеэрозионной стойкости бронепокрытия за счет использования негорючих наполнителей асбеста и гидроокиси алюминия.

4. Технологичность состава, позволяющая наносить его на заряд способами литья под давлением и экструзией.

Ниже приведены примеры изготовленных и испытанных термопластичных бронирующих составов.

ПРИМЕР 1
Дивинилстирольный блок-сополимер, например ДМСТ – 35
Инден-кумароновая смола – 35
Гидрат окиси алюминия – 20
Асбест – 8
Стеариновая кислота – 2,0
ПРИМЕР 2
Дивинилстирольный блок-сополимер, например ДМСТ-Р – 31,75
Инден-кумароновая смола – 31,75
Гидрат окиси алюминия – 23,0
Асбест – 15
Стеариновая кислота – 1,5
ПРИМЕР 3
Дивинилстирольный блок-сополимер, например ДМСТ – 26
Инден-кумароновая смола – 26
Гидрат окиси алюминия – 26
Асбест – 19
Стеариновая кислота – 3,0
В таблице приведены основные физико-механические, адгезионные, литьевые, сорбционные характеристики предлагаемого бронирующего состава (вариант 2) в сравнении со свойствами прототипа, т.к. свойства составов вариантов 1, 2, 3 находятся, примерно, на уровне свойств состава варианта 2.

Содержание пластификаторов (нитроэфиров и дибутилфталата) определялось в забронированных зарядах после выдержки их в течение 30 суток при температуре +60^oС. Показатель текучести расплава (литьевые характеристики) определены в стандартных условиях при 175^oС и грузе 3,8 кг.

Как видно из таблицы, предложенный бронирующий состав стоек по отношению к нитроэфирам пороха и не содержит компонентов, способных мигрировать в порох, что выгодно отличает его от известных материалов, обладает улучшенными физико-механическими (эластическими) характеристиками. Последнее является важным с точки зрения применения эластичных термостойких покрытий в ракетных зарядах, работающих при больших циклических перегрузках в широком диапазоне температур. Огнеэрозионные свойства предлагаемого бронирующего состава оценивались по остаткам бронепокрытия после испытания зарядов торцевого горения (время работы заряда 11 с) при температуре +50^oС.

Установлено, что к концу горения заряда бронепокрытие из предлагаемого бронирующего состава сохраняется полностью. Тогда как бронепокрытие из известного состава на основе этилцеллюлозы сохраняется не более 1/3 по длине. Это свидетельствует о значительно более высоких огнезащитных свойствах предлагаемого бронирующего состава по сравнению с прототипом.

Предлагаемый состав используется для бронирования пороховых зарядов в виде гранул. Для приготовления гранул порошкообразные компоненты (асбест, гидроокись алюминия, инден-кумароновая смола) измельчают и затем смешивают с термоэластопластом в червячном смесителе непрерывного действия.

Гранулированный бронирующий состав наносится на поверхность пороховой шашки высокопроизводительными методами литья под давлением и методом экструзии. Скорость бронирования одного заряда 30-40 с.

Предлагаемым составом забронированы тонкосводные трубчатые заряды (наружный диаметр 10 мм, канал диаметром 3,5 мм; наружный диаметр 19 мм, канал диаметром 6 мм) из высококаллорийных баллиститных порохов БНК-МГН и ВБС-3011.

С целью проверки гарантийных сроков хранения заряды подвергались форсированному старению путем термостатирования при температуре 60^oС в течение 30 суток и при температуре 74^oС в течение 15 суток. В процессе термостатирования нарушений целостности бронепокрытия и адгезионного шва не происходит.

Проведены огневые испытания “свежезабронированных” зарядов и после форсированного старения, результаты которых показали, что баллистические характеристики в течение гарантийного срока не ухудшаются, что свидетельствует об отсутствии миграции пластификаторов. Каркас бронепокрытия после испытаний сохраняется полностью.

Таким образом, огневыми испытаниями подтверждено, что предлагаемый бронирующий состав в отличие от известного обладает повышенной диффузионной стойкостью против нитроэфиров пороха, не содержит компонентов, способных мигрировать в порох, обладает повышенными термозащитными свойствами.

Предлагаемый состав технологичен, может быть нанесен на поверхность пороховых зарядов высокопроизводительными методами бронирования: литьем под давлением и экструзией.

Формула изобретения

Бронирующий состав для зарядов твердого ракетного топлива, включающий пластификатор и технологическую добавку, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок-сополимер дивинила и альфаметилстирола и наполнитель – гидрат окиси алюминия и асбест, в качестве пластификатора он содержит инден-кумароновую смолу с температурой размягчения 80-90^oС, а в качестве технологической добавки – стеариновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Блок-сополимер дивинила и альфаметилстирола – 26-35
Инден-кумароновая смола – 26-31,75
Гидрат окиси алюминия – 20-30
Асбест – 8-15
Стеариновая кислота – 1,5-3ю

РИСУНКИ