RU2722674C1

RU2722674C1 - Heat-shielding material

Info

Publication number: RU2722674C1
Application number: RU2019126883A
Authority: RU
Inventors: Галина Ивановна Шайдурова; Игорь Львович Васильев; Вячеслав Евгеньевич Антипин
Original assignee: Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2020-06-02

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to heat-shielding materials and can be used in aircraft and rocket engineering. Heat-insulating material based on ethylene-propylene-diene rubber is made from discrete aramid fibre introduced into the rubber mixture based on ethylene-propylene-diene rubber in amount of 5–20 pts.wt. with subsequent vulcanisation.

EFFECT: invention allows reducing heat protection material heating rate under conditions of high temperature effect, improving heat-shielding characteristics.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к теплозащитным материалам и может быть использовано в авиа- и ракетостроении.The invention relates to heat-protective materials and can be used in aircraft and rocket science.

Для авиа- и ракетостроения широкое применение получили теплозащитные покрытия на основе синтетических каучуков, в частности, на основе этилен-пропилен-диеновых, например, резины марок 51-2110, 51-2101, 51-2180 и др.Heat-resistant coatings based on synthetic rubbers, in particular, on the basis of ethylene-propylene-diene, for example, rubber grades 51-2110, 51-2101, 51-2180, etc., are widely used for aircraft and rocket science.

Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (патент РФ№2486215), 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.Known heat-protective material based on ethylene propylene diene rubber (RF patent No. 2486215), including a vulcanizing group, a filler and processing aids, additionally contains a modifying additive polyvinylidene chloride or adamantane. The disadvantage of this heat-shielding material is that it does not reduce the heating rate of the heat-shielding material based on ethylene propylene diene rubber.

Известен теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука (патент РФ №2563016), содержащий вулканизующие агенты, ускоритель вулканизации (2-меркаптобензотиазол), активаторы вулканизации, наполнитель, технологические добавки и модифицирующую добавку (смесь фосфорборсодежащего олигомера ФБО и гидрооксида магния). Недостатком данной резиновой смеси является то, что она не обеспечивает снижение скорости прогрева вулканизата на его основе.Known heat-protective material based on ethylene propylene diene rubber (RF patent No. 2563016), containing vulcanizing agents, a vulcanization accelerator (2-mercaptobenzothiazole), vulcanization activators, a filler, processing aids and a modifying additive (a mixture of phosphorus-containing oligomer TSF and hydroxide). The disadvantage of this rubber compound is that it does not provide a decrease in the heating rate of the vulcanizate based on it.

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.Known heat-protective material AR-998 (TU 38.1051211-83), which is a composition comprising a reinforcing heat-resistant filler made of asbestos fabric with a double-sided lining with a rubber mixture based on synthetic ethylene propylene diene rubber. A significant drawback of this material is that asbestos fabric has a higher coefficient of thermal conductivity than the rubber mixture, which, in turn, leads to an increase in the heating rate of the heat-shielding material and, as a consequence, to a decrease in its heat-shielding characteristics.

В качестве прототипа выбран теплозащитный материал (патент РФ №2404209), 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.As a prototype, a heat-shielding material was selected (RF patent No. 2404209) made of a formed layer of aramid fiber of a non-woven structure, laid between two layers of a rubber mixture of brand 51-2110 (TU 38.10551177-88) based on ethylene-propylene diene rubber with subsequent vulcanization in the composition of the product. The disadvantage of this heat-shielding material is that during its operation, the rubber layer is destroyed and the substance is carried away from the surface of the heat-shielding material, which, in turn, leads to an increase in the heating rate of the heat-shielding material, a decrease in its heat-shielding characteristics, and a decrease in the service life of the product or unit in whole.

Технической проблемой является устранение вышеуказанных недостатков, то есть получение материала с высокими теплозащитными характеристиками.The technical problem is the elimination of the above disadvantages, that is, obtaining a material with high heat-shielding characteristics.

Техническим результатом является снижение скорости прогрева теплозащитного материала в условиях воздействия высокой температуры за счет использования дискретного (рубленого) арамидного волокна.The technical result is to reduce the heating rate of the heat-shielding material under conditions of high temperature due to the use of discrete (chopped) aramid fiber.

Технический результат достигается тем, что теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, выполненный из дискретного арамидного волокна, введенного в состав этиленпропилендиенового каучука в количестве 5-20 мас. ч с последующей вулканизацией.The technical result is achieved in that the heat-shielding material based on ethylene propylene diene rubber, made of discrete aramid fiber introduced into the composition of ethylene propylene diene rubber in an amount of 5-20 wt. h followed by vulcanization.

Отличительные признаки изобретения являются существенными.Distinctive features of the invention are essential.

Введение арамидного наполнителя в массив каучука в форме рубленного волокна позволяет обеспечить его равномерное распределение по объему теплозащитного материала, что приводит к снижению скорости линейного уноса материала (прогара) в условиях действия газового потока и, соответственно, повышению теплостойкости. Массовое содержание рубленного волокна выбрано с учетом технологической возможности введения материала:The introduction of an aramid filler into the rubber mass in the form of chopped fiber makes it possible to ensure its uniform distribution over the volume of heat-shielding material, which leads to a decrease in the rate of linear entrainment of the material (burnout) under the conditions of the gas flow and, accordingly, to increase heat resistance. The mass content of chopped fiber is selected taking into account the technological feasibility of introducing the material:

- при концентрациях выше 20% не обеспечивается равномерное распределение каучука;- at concentrations above 20%, the uniform distribution of rubber is not ensured;

- при концентрациях ниже 5% выявлены зоны отсутствия волокна. Пример изготовления теплозащитного материала.- at concentrations below 5%, no fiber zones were detected. An example of the manufacture of heat-protective material.

Дискретное арамидное волокно в количестве 5 мас. ч от массы этиленпропилендиенового каучука предварительно замачивают в спирто-ацетоновой смеси (1:1) в течение 15 мин, высушивают на воздухе 30-40 минут, смешивают с резиновой смесью на основе этиленпропилендиенового каучука с обеспечением равномерного распределения волокна.Discrete aramid fiber in an amount of 5 wt. h by weight of ethylene propylene diene rubber, pre-soaked in an alcohol-acetone mixture (1: 1) for 15 minutes, dried in air for 30-40 minutes, mixed with a rubber mixture based on ethylene propylene diene rubber to ensure uniform fiber distribution.

Полученный полуфабрикат подвергают обычному каландрованию с обеспечением толщины слоя 1 мм (или иному, исходя из требуемого по технологии изготовления теплозащитного материала).The resulting semi-finished product is subjected to conventional calendering with a layer thickness of 1 mm (or otherwise, based on the heat-shielding material required by the manufacturing technology).

Вулканизация ТЗМ обеспечивается самостоятельно по совмещенному режиму в составе сборочной единицы изделия при температуре от 145 до 155°С и давлении от 9 до 12 кгс/см² в течении 90 минут.The vulcanization of TZM is provided independently according to the combined regime as part of the assembly unit of the product at a temperature of 145 to 155 ° C and a pressure of 9 to 12 kgf / cm ² for 90 minutes.

Сравнительный параметр эффективности ТЗМ оценивался по измерению толщины уноса материала в условиях воздействия фронта деструкции, обусловленного потоком высокотемпературного газа.A comparative parameter of the effectiveness of TZM was evaluated by measuring the thickness of the ablation of the material under the influence of a destruction front caused by the flow of high-temperature gas.

Для этого были изготовлены образцы из материала АРМ-НТ-998 (прототип) и АРМ-Р-998 с дискретным арамидным волокном толщиной 2 мм.For this, samples were made from the material APM-NT-998 (prototype) and APM-R-998 with a discrete aramid fiber 2 mm thick.

Образец помещался в вертикальную форму, обеспечивающую защиту торцевых частей образца. На лицевую поверхность образца в течение 60 с воздействовал тепловой газовый поток, обеспечивающий температуру на поверхности 300±15°С. Температура контролировалась в течение всего времени эксперимента пирометром. После термического воздействия определялась толщина образца. По разности толщин определялось изменение толщины образца.The sample was placed in a vertical form, providing protection for the end parts of the sample. The thermal surface of the sample was exposed to a thermal gas flow for 60 s, providing a surface temperature of 300 ± 15 ° С. The temperature was monitored throughout the experiment with a pyrometer. After thermal exposure, the thickness of the sample was determined. The thickness difference was used to determine the change in the thickness of the sample.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.The results of comparative tests are shown in table 1.

По результатам испытаний можно отметить меньшую величину линейного уноса и изменение массы материала АРМ-Р-998 (с введением дискретного арамидного волокна) по сравнению с прототипом АРМ-НТ-998 после термического воздействия.According to the test results, it is possible to note a smaller value of linear entrainment and a change in the mass of the material ARM-R-998 (with the introduction of discrete aramid fiber) compared to the prototype ARM-NT-998 after thermal exposure.

Таким образом, теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука, выполненный из дискретного арамидного волокна, обладает высокими теплозащитными характеристиками.Thus, a heat-protective material based on ethylene-propylene diene rubber, made of discrete aramid fiber, has high heat-shielding characteristics.

Claims

Heat-shielding material based on ethylene propylene diene rubber, made of discrete aramid fiber introduced into the rubber composition based on ethylene propylene diene rubber in an amount of 5-20 wt. hours with subsequent vulcanization.