Каталізатор горіння твердого ракетного палива

Реферат: Каталізатор горіння твердого ракетного палива, на основі перхлорату амонію, алюмінієвого порошку, преполімеру на базі полібутадієну з кінцевими гідроксильними групами (з молекулярною масою ~ 1000) та толуїлендіізоціанату. Як зшиваючий агент, пластифікатор та каталізатор горіння використовують фероценвмісний адукт, одержаний взаємодією фероценкарбінолу, тригліцериду гідроксилвмiсних жирних кислот і діізоціанату. UA 81518 U (54) КАТАЛІЗАТОР ГОРІННЯ ТВЕРДОГО РАКЕТНОГО ПАЛИВА UA 81518 U UA 81518 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі і стосується сумішевих твердих ракетних палив (СТРП), а саме нового каталізатора горіння, який має властивості пластифікатора та зшиваючого агента. СТРП, що застосовуються для спорядження ракетних двигунів, складаються з неорганічних часток окиснювача (наприклад перхлорату амонію або перхлорату (нітрату) калію (натрію)) 6080 % та металевого горючого (наприклад, алюміній) розподілених у 10-20 % пального, що є сумішшю рідкого каучуку (наприклад, бутадієнового або дивінілнітрильного з функціональними гідроксильними або карбоксильними групами - СКД-КТР, СКН-КТР, НТРВ, PBAN) та пластифікатора з різною кількістю технологічних добавок (каталізаторів горіння, поверхневоактивних речовин та інш.) [1, 2]. Одним з найпоширеніших практичних засобів регулювання швидкості горіння таких СТРП є застосування каталізаторів горіння (зазвичай у невеликій кількості 0,2-1,0 %) або використання пластифікаторів чи зв'язуючих, які містять каталітичний фрагмент (наприклад, фероцен) і одночасно можуть бути каталізаторами горіння (їх доля у складі палива може бути достатньо великою - 1-10 %). До найбільш ефективних каталізаторів відносяться сполуки фероцену і перш за все, рідкі алкільні похідні фероцену, що мають також пластифікуючу дію. Як відомі [1-5] рідкі каталізатори горіння використовують н-бутилфероцен, 1,1'-діетилфероцен, 1,1'дибутилфероцен, диметилфероценіламін та інш., вміст яких у складі СТРП не перевищує 1,0 %, через їх високу летючість та здатність до ексудації на поверхню паливного заряду, що тим самим обмежує можливість підвищення швидкості горіння паливних композицій. Так, як каталізатор - пластифікатор у відомому складі ракетного палива [3], що містить діізоцiанат, полібутадієн з гідроксильними кінцевими групами, окислювач - перхлорат амонію, металеве пальне, використовується рідкий н-бутилфероцен і сповільнювач вулканізації. Недоліками вищевказаного складу є: - низька технологічність приготування, тому що висока в'язкість суміші обумовлює значну тривалість змішування інгредієнтів для одержання необхідної однорідності; значні енерговитрати й пов'язана з ними ймовірність розігріву маси в результаті дисипації енергії при перемішуванні, що призводить до передчасної вулканізації; необхідність використання інгібіторів вулканізації ускладнює процес і впливає на енергетичні характеристики композиції; - низька стабільність балістичних характеристик обумовлена здатністю н-бутилфероцену мігрувати з об'єму на поверхню твердопаливних елементів і сублімуватися, що призводить до неоднорідності складу твердого палива. Найбільш близьким до запропонованого рішення за технічною суттю й позитивним ефектом є тверде паливо [4], яке містить (% мас.): перхлорату амонію - 67,0; алюмінієвий порошок - 11,0; N,N'-ди--нафтил-пара-фінілендіамін - 0,20; Adipren L (преполімер на базі полібутиленгліколю та толуїлендіізоціанату з молекулярною масою ~ 1000) - 14,90; рицинову олію - 6,7; лецитин - 0,20. Даний патент вибраний авторами за прототип. Склад відповідно до прототипу має переваги в порівнянні з відомими раніше, тому що технологічність готування суміші підвищується за рахунок використання як зшиваючого агента та пластифікатора рицинової олії - речовини рослинного походження, яка належить до поновлювальних природних ресурсів. Разом з тим прототипу притаманні наступні недоліки: - відсутність у складі прототипу регулятора швидкості горіння, що призводить до зниження швидкості горіння та до негативних змін балістичних характеристик композиції при горінні; - додаткові технологічні витрати, що обумовлені кількістю операцій дозування через багатокомпонентність суміші, а також - необхідністю ретельного перемішування для рівномірного розподілу малих кількостей інгредієнтів суміші. З урахуванням чутливості компонента, що містить ізоціанатні групи до вологи повітря, процес змішування потребує складного технологічного обладнання для приготування суміші рідких компонентів. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення процесу приготування та підвищення його економічності, поліпшення однорідності структури i складу, а також підвищення стабільності експлуатаційних та енергетичних характеристик композиції за рахунок введення каталізатора швидкості горіння на основі похідного фероцену, зменшення загального числа компонентів композиції, використання поновлювальних природних ресурсів рослинного походження. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у високоенергетичній композиції, яка містить перхлорат амонію, алюмінієвий порошок, преполімер на базі поліетеру з кінцевими гідроксильними групами та толуїлендіїзоціанату (з молекулярною масою ~ 1000), зшиваючий агент, пластифікатор, як зшиваючий агент, пластифікатор та каталізатор горіння використовують фероценвмісний адукт, одержаний взаємодією фероценкарбінолу, 1 UA 81518 U 5 10 15 20 тригліцериду гідроксилвмісних жирних кислот (наприклад, рицинової олії) і діізоціанату (наприклад, 2,4-толуїлендіізоціанату). Позитивний ефект обумовлений тим, що в композиції використовують інгредієнт багатоцільового призначення, який в суміші одночасно виконує функції каталізатора горіння, пластифікатора та зшиваючого агента. При цьому скорочується загальна кількість інгредієнтів та, відповідно, кількість операцій дозування. Структура фероценвмісного адукту з властивостями каталізатора і пластифікатора обумовлює низьку швидкість його міграції з маси до поверхні матеріалу, а також підвищує технологічність готування суміші за рахунок спрощення процесу її приготування через відсутність низки попередніх процесів приготування та змішування інгредієнтів, що підвищує однорідність структури і позитивно впливає на стабільність експлуатаційних характеристик палива. Особливості хімічної структури фероценвмісного адукту сприяють збільшенню термодинамічної сумісності з рідким преполімером на базі НТРВ-каучуку та рівномірному розподілу каталізатора в суміші, а також надають можливість приймати участь у хімічних процесах вулканізації композиції. При цьому, каталізатор фіксується в структурі вулканізованої композиції, втрачає здатність до міграції, чим забезпечує рівномірність і стабільність структури, та відповідно, експлуатаційних характеристик. Виготовлення високоенергетичної композиції твердого ракетного палива здійснюють за відомою технологією змішування всіх компонентів [1]. Нижче як практичні приклади корисної моделі наведені 3 варіанта відпрацьованих рецептур СТРП з визначеною летючістю (ексудацією) фероценових сполук з паливної композиції у вигляді втрати маси зразків при температурі 80 °C за 12 годин (табл.). Таблиця Характеристики СТРП, що містять фероценмісткий адукт Основні компоненти перхлорат амонію алюмінієвий порошок преполімер фероценвмісний адукт СТРП № 1 вміст Ексудація Склад, фероцену, фероценвмісного % % адукту, г/см2 80,0 12,0 СТРП № 2 вміст, Ексудація Склад, % фероцену, фероценвмісного % адукту, г/см2 65,0 0,3 0,0002 СТРП № 3 вміст Ексудація Склад, % фероцену, фероценвмісного % адукту 60,0 15,0 1,3 0,0005 20,0 7,0 15,0 1,0 5,0 2,4 0,003 11,0 9,0 25 30 35 40 45 50 З вищенаведених даних (табл.) видно, що зростання вмісту фероценвмісного адукту більш 5,0 % від складу СТРП різко підвищує його ексудацію з паливної маси. Проте це значення не 2 перевищує рівень леткості таких пластифікаторів як трансформаторне масло (0,003 г/см ) [5]. Таким чином, поставлена задача спрощення процесу приготування СТРП, поліпшення однорідності його структури і складу, а також підвищення стабільності експлуатаційних характеристик композиції досягається за рахунок використання як зшиваючого агента пластифікатора та каталізатора горіння фероценвмісного адукту, вміст якого в кількості від 1 до 9 % дозволяє отримувати стабільний склад СТРП та широкий регульований діапазон швидкості горіння. Джерела інформації: 1. Паушкин Л.М. Жидкие и твердые химические ракетные топлива. М.: Наука, 1978. - 195 с. 2. Сарнер С. Химия ракетних топлив. М.: Мир, 1969. - 450 с. 3. Патент США № 3974004, МПК С06В 45/10, С06В 45/34. С06В 45/08. Збільшення життєздатності твердого ракетного палива на основі НТРВ - каучуку в присутності фосфіноксидів / Marjiorie T.Cucksee, Henry C.Allen. - № 439157. Заявл.04.02.1974; Опубл. 10.08.1976. 4. Патент США № 3793099, МКИ С06В 45/10, С06В 45/10; С06В 45/00; C06D 005/06. Тверде ракетне паливо с поліуретановим зв'язуючим / Robert L.Duerksen, Josef Cohen. - № 33054. Заявл. 31.05.1960; Опубл. 19.02.1974. 5. Патент 2276162 РФ, МПК C08J 3/21, C08L 13/00, C10L 5/14, С06В 29/22. Способ снижения летучести из твердотопливных композиций на основе карбоксилатного каучука жидких ферроценовых соединений и высокомолульная твердотопливная композиция на основе карбоксилатного каучука и жидкого ферроценсодержащего каталитически активного пластификатора / В.В. Фельдман, Ю.М. Милехин, В.М. Меркулов, В.А. Козлов, Б.П. Перепеченко. - № 2003128574/04 Заявл.24.09.2003; Опубл. 27.03.2005. 2 UA 81518 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Каталізатор горіння твердого ракетного палива, на основі перхлорату амонію, алюмінієвого порошку, преполімеру на базі полібутадієну з кінцевими гідроксильними групами (з молекулярною масою ~ 1000) та толуїлендіізоціанату, який відрізняється тим, що як зшиваючий агент, пластифікатор та каталізатор горіння використовують фероценвмісний адукт, одержаний взаємодією фероценкарбінолу, тригліцериду гідроксилвмiсних жирних кислот і діізоціанату при наступному співвідношенні компонентів, % мас.: перхлорат амонію 60-80 алюмінієвий порошок 12-20 преполімер 7-15 фероценвмісний адукт 1-9. 10 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3