твердое ракетное топливо

Классы МПК:C06D5/06 реакцией двух или нескольких твердых веществ 
C06B45/10 органический компонент, содержащий смолу
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Пермский завод им. С.М. Кирова" (RU),
Федеральное государственное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2003-12-03
публикация патента:

Изобретение относится к области создания твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в широком температурном диапазоне и применяемых в двигателях с зарядами, прочно скрепленными с корпусом. Предложено твердое ракетное топливо, содержащее перхлорат аммония, алюминий дисперсный, полидивинилизопренуретановый каучук с концевыми эпоксидными группами, полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, ароматический амин - анилин, катализатор отверждения, железосодержащий катализатор скорости горения, пластификаторы и тонкодисперсный модифицированный хлорнокислый аммоний с сорбированным на его поверхности продуктом взаимодействия метилтрихлорсилана и воды. Изобретение направлено на создание твердого ракетного топлива с временем полимеризации не более 30 часов при t=80°С, с уровнем скорости горения до 25 мм/с при Р=100 кгс/см2 и t=20°C и с высокими эластическими характеристиками при положительных температурах. 1 табл.

Формула изобретения

Твердое ракетное топливо, включающее перхлорат аммония, алюминий дисперсный, полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, ароматический амин - анилин, катализатор отверждения, железосодержащий катализатор скорости горения и пластификаторы, отличающееся тем, что топливо дополнительно содержит тонкодисперсный модифицированный хлорнокислый аммоний с сорбированным на его поверхности продуктом взаимодействия метилтрихлорсилана и воды, а в качестве полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами оно содержит полидивинилизопренуретановый каучук с концевыми эпоксидными группами при следующем соотношении компонентов, мас.%:

тонкодисперсный модифицированный хлорнокислый
аммоний с сорбированным на его поверхности продуктом
взаимодействия метилтрихлорсилана и воды 13,0-22,75
алюминий дисперсный 18,0-20,0
полидивинилизопренуретановый каучук с
концевыми эпоксидными группами8,5-8,97
полибутадиеновый каучук с концевыми
карбоксильными группами 0,63-0,73
анилин 0,06-0,11
пластификаторы 3,76-5,62
железосодержащий катализатор скорости горения0,5-2,5
катализатор отверждения0,12-0,2
перхлорат аммонияостальное.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания твердых ракетных топлив, эксплуатируемых в широком температурном диапазоне, которые могут применяться в различных ракетных системах в виде прочно скрепленных с корпусом ракетного двигателя зарядов. В настоящее время имеется ряд смесевых твердых ракетных топлив, созданных на основе полидивинилизопренового каучука, перхлората аммония (ПХА) и металлического горючего (алюминий дисперсный).

Компонентный состав этих топлив позволяет получить композиции с уровнем скорости горения от 6,0 до 45 мм/с при Р=100 кгс/см 2 и t=20°C и возможность эксплуатации конструкций в диапазоне от минус 60 до 74°С. К недостаткам указанных топлив можно отнести длительный цикл полимеризации изделий (12-15 суток при температуре 80°С), невысокий уровень критических деформаций. Последнее устраняется в значительной степени изобретением по патенту RU 2170722 С1. Это топливо и принято в качестве прототипа для предлагаемого изобретения. Компонентный состав его и некоторые характеристики приведены в таблице. Композиция по патенту RU 2170722 С1 является наиболее близкой к заявляемому объекту по составу компонентов и ряду свойств.

Топливо имеет относительно малое время полимеризации при температуре 80°С (˜60-70 часов) и хорошие эластические свойства в широком температурном диапазоне (-60°-70°C). К недостаткам топлива-прототипа можно отнести узкий предел регулирования скорости горения (12-16 мм/с при 20°С и 100 кгс/см2). Изменение уровня скорости горения достигнуто изменением содержания железосодержащего катализатора скорости горения от 0 до 1,5 вес.%.

Однако для ряда изделий требуются топливные составы с более высоким уровнем скорости горения (до 25 мм/с при 20°С и давлении 100 кгс/см2) и улучшенными эластичными свойствами при положительных температурах. Кроме этого для обеспечения энергосберегающих технологий и производства зарядов желательно дальнейшее снижение времени полимеризации топлива до 15-30 часов.

Уровень скорости горения 25 мм/с может быть достигнут лишь при введении в состав топлива катализатора не менее 3,4 вес.%. Однако введение в состав топлива железосодержащего катализатора в количестве более 3 вес.%, который одновременно является пластификатором, приводит к изменению характеристик клеевого шва между топливным блоком и ЗКС корпуса в результате его миграции из топлива в ЗКС в процессе хранения, что может соответственно привести к изменению баллистических характеристик ракетного двигателя. Для предотвращения этого требуется принятие специальных мер, например, установки между топливным блоком и ЗКС экрана из алюминиевой фольги. Кроме этого, увеличение содержания катализатора приводит к снижению расчетного единичного импульса, что снижает эффективность ракетного двигателя, и увеличению рецептурной стоимости состава.

Технической задачей настоящего изобретения является создание на основе перхлората аммония, дисперсного алюминия и пластифицированного полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами, отверждаемого смесью полибутадиенового каучука с концевыми карбоксильными группами и ароматического амина (анилина) в присутствии катализаторов отверждения при содержании железосодержащего катализатора не более 2,5% топливной композиции с уровнем скорости горения до 25 мм/с при Р=100 кгс/см2 и t=20°C, времени полимеризации не более 30 часов при t=80°C, высокими эластическими характеристиками при положительных температурах и сохранением характеристик клеевого шва в процессе хранения без дополнительных мер по их обеспечению.

Задача решается за счет того, что твердое ракетное топливо, включающее перхлорат аммония, алюминий дисперсный, полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами, полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами, ароматический амин-анилин катализатор отверждения, железосодержащий катализатор скорости горения и пластификаторы, дополнительно содержит тонкодисперсный модифицированный хлорнокислый аммоний с сорбированным на его поверхности продуктом взаимодействия метилтрихлорсилана и воды, а в качестве полидивинилизопренового каучука с концевыми эпоксидными группами оно содержит полидивинилизопренуретановый каучук с концевыми эпоксидными группами при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тонкодисперсный модифицированный
хлорнокислый аммоний с сорбированным
на его поверхности продуктом
взаимодействия метилтрихлорсилана и воды13,0-22,75
Алюминий дисперсный 18,0-20,0
Полидивинилизопренуретановый каучук
с концевыми эпоксидными группами8,5-8,97
Полибутадиеновый каучук с концевыми
карбоксильными группами 0,63-0,73
Анилин 0,06-0,11
Пластификаторы 3,76-5,62
Железосодержащий катализатор скорости горения0,5-2,5
Катализатор отверждения0,12-0,2
Перхлорат аммонияостальное

Варианты топливных композиций, их основные свойства, а также состав и свойства топлива-прототипа (один из вариантов) приведены в таблице.

Из таблицы видно, что, используя в составе предлагаемого топлива тонкодисперсный модифицированный хлорно-кислый аммоний с сорбированным продуктом взаимодействия воды и метилтрихлорсилана соответствующего количества, позволяет получить при умеренном содержании катализатора-пластификатора скорости горения уровень скорости горения при 100 кгс/см 2 и 20°С около 25 мм/с. При этом сокращается время полимеризации топливной массы до 15-30 часов, несколько увеличивается эластичность топлива при положительных температурах и сохраняются характеристики клеевого шва.

Дисперсность модифицированного хлорно-кислого аммония характеризуется удельной поверхностью, находящейся в пределах 7000-8500 см2/г, что соответствует среднемассовому размеру частиц 3,8-4,4 мкм. Толщина пленки сорбированного продукта на поверхности хлорно-кислого аммония определяется величиной молекул, образующихся при реакции воды и метилтрихлорсилана, и составляет 5,5-6,6 А0. Без модификации поверхности измельченных частиц в процессе измельчения хлорно-кислого аммония невозможно достигнуть упомянутой дисперсности частиц из-за их агрегирования (Ермилов П.И. «Диспергирование пигментов». М., Химия, 1971 г., стр.40-48).

Отсюда следует, что невозможно будет обеспечить требуемый уровень скорости горения при ограничении (<2,5 вес.%) содержания катализатора-пластификатора скорости горения.

Кроме этого, при взаимодействии сорбированного на поверхности частиц продукта с компонентами системы отверждения достигается дополнительный эффект ускорения отверждения. Этот эффект отсутствует при использовании хлорно-кислого аммония эквивалентной дисперсности с применением в качестве антислеживающей добавки, предотвращающей агрегирование, например, аэросила (Ермилов П.И. «Диспергирование пигментов». М., Химия, 1971 г.). Так время отверждения топлива, содержащего компоненты в том же соотношении, что и в формуле, но где вместо модифицированного вводился хлорно-кислый аммоний с аэросилом (0,15 вес.%), составило 62 часа вместо 15-27 часов.

Пример конкретного выполнения.

Состав готовят следующим образом. Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами (8,85%) смешивают с пластификаторами (олигомерным полидивинилизопреном, эфиром себациновой кислоты) - (4,32%), алюминием дисперсным - (18,9%). Параллельно готовится смесь отвердителей, включающая в себя полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами - (0,7%), ароматический амин (анилин) - (0,11%) и железосодержащий катализатор скорости горения - (2%). Кроме этого, предварительно готовится рабочая смесь окислителя, включающая в себя 48,67% перхлората аммония разной дисперсности, модифицированного тонкодисперсного хлорно-кислого аммония с сорбированным на поверхности частиц продуктом взаимодействия воды и метилтрихлораллана - (16,25%), и катализатора отверждения - (0,12%).

Топливная масса готовится смешением всех компонентов в специальных смесителях при температуре 45-55°С и Рост. не более 15-20 мм рт.ст. и подается на операцию формования заряда твердого ракетного топлива.

Таблица
Компоненты и характеристикиПрототип № патента RU 2170722 C1Содержание компонентов, % и показатели
Примеры конкретного выполнения
1 234
12 345 6
Тонкодисперсный модифицированный хлорно-кислый аммоний с сорбированным продуктом -1316,25 19,522,75
Алюминий дисперсный9 2018,918,0 18,9
Полидивинилизопреновый каучук с концевыми эпоксидными группами6,0 8,078,85 8,898,82
Полибутадиеновый каучук с концевыми карбоксильными группами 0,50,63 0,70,70,73
Ароматический амин 0,070,060,11 0,070,11
Пластификаторы4,5 5,824,32 4,03,76
Катализаторы отверждения0,140,12 0,120,14 0,20
Железосодержащий катализатор-пластификатор горения1,20,5 2,02,3 2,5
Ароматическая аминокислота 0,02- ---
Перхлорат аммония остальное
Время отверждения (полимеризации) при 80°С, час60-70 27,021,021,0 15,0
Скорость горения при Р=100 кгс/см2 и t=20°C, мм/с13,512,4 15,519,2 24,8
Относительное удлинение при максимальном напряжении твердое ракетное топливо, патент № 2254315, % при 20°С60,4 75,1104,166,0 56,0
Модуль упругости при 2% растяжении, кгс/см2 при 20°С 30,025,0 12,027,030,0

Класс C06D5/06 реакцией двух или нескольких твердых веществ 

пиротехнический низкотемпературный быстрогорящий газогенерирующий состав -  патент 2513919 (20.04.2014)
топливо для противоградовых ракет -  патент 2507187 (20.02.2014)
твердотопливная композиция (варианты) -  патент 2485082 (20.06.2013)
способ изготовления пиротехнических зарядов -  патент 2484075 (10.06.2013)
твердотопливный газогенерирующий состав -  патент 2481319 (10.05.2013)
брикетированное твердое топливо -  патент 2477745 (20.03.2013)
способ получения смесевого твердого топлива с металлическим горючим -  патент 2474567 (10.02.2013)
способ изготовления твердого ракетного топлива баллиститного типа -  патент 2458897 (20.08.2012)
газогенерирующий состав -  патент 2456260 (20.07.2012)
термостойкое газогенерирующее твердое топливо -  патент 2451004 (20.05.2012)

Класс C06B45/10 органический компонент, содержащий смолу

Наверх