РАЗРАБОТКА ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
DOI:
https://doi.org/10.18372/0370-2197.1(90).15249Ключові слова:
полимерные композиционные материалы, керамические пустотелые микросферы, вспомогательное теплозащитное покрытие, ракетный двигатель твердотопливный, теплопроводность, теплостойкостьАнотація
Разработаны технологические основы формования материалов теплозащитных покрытий с заданной структурой и физико-механическими характеристиками. Создан материал внутреннего теплозащитного покрытия коксующегося типа с контролируемой плотностью, увеличивающий стойкость к абляции во время работы РДТТ. Установлено, что введение 30 мас.% керамических пустотелых микросфер (КПМС) в композит с углеродными волокнами и фенолформальдегидной матрицей снижает коэффициент теплопроводности более чем на 50%. Теплостойкость по Мартенсу составляет 130°С. В работе проведены испытания на термоокислительное сопротивление и огневые испытания, в результате коксовый остаток при 30 мас.% КПМС составляет ~75…80% при нагреве до 1000±50°С/115…240с. Материал теплозащитного покрытия нанесен на металлическую и резиновую подложки для защиты изделий от тепловой деградации.
Посилання
Фахрутдинов, И. Х. (1981). Ракетные двигатели твердого топлива. Рипол Классик.
Тепловая защита элементов конструкции ракетных двигателей на твердом топ-ливе: учебное пособие / В.П. Белов; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2010.
Saghar, A., Khan, M., Sadiq, I., & Subhani, T. (2018). Effect of carbon nanotubes and silicon carbide particles on ablative properties of carbon fiber phenolic matrix composites. Vacuum, 148, 124-126. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.11.013
George, K., Panda, B. P., Biswal, M., Mohanty, S., & Nayak, S. K. (2020). Ethylene propylene diene monomer rubber‐based heat shielding materials for solid rocket motor: Impact of Kevlar fiber reinforcement on the thermal and mechanical properties. Polymers for Advanced Technologies, 31(6), 1280-1290. https://doi.org/10.1002/pat.4857
Yang, X. H., Li, K. Z., Bai, L. T., Zhao, Z. G., & Wang, Y. (2018). Thermal ablation behavior of SiC coating for 3D braided carbon fiber reinforced ZrC-SiC composites in differ-ent heat fluxes. Vacuum, 156, 334-344. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.07.035
Patrick, T. J. (1981). Space environment and vacuum properties of spacecraft materi-als. Vacuum, 31(8-9), 351-357. https://doi.org/10.1016/S0042-207X(81)80042-5
Natali, M., Kenny, J. M., & Torre, L. (2018). Thermoset Nanocomposites as ablative materials for rocket and military applications. In Thermosets (pp. 477-509). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101021-1.00015-0
Bahramian, A. R., & Kokabi, M. (2014). Polymer nanocomposites as ablative materi-als. In Polymer green flame retardants (pp. 461-502). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53808-6.00015-9
Bassyouni, M., Iqbal, N., Iqbal, S. S., Abdel-Hamid, S. S., Abdel-Aziz, M. H., Javaid, U., & Khan, M. B. (2014). Ablation and thermo-mechanical investigation of short carbon fiber impregnated elastomeric ablatives for ultrahigh temperature applications. Polymer degradation and stability, 110, 195-202. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.08.032
Natali, M., Rallini, M., Kenny, J., & Torre, L. (2016). Effect of Wollastonite on the ablation resistance of EPDM based elastomeric heat shielding materials for solid rocket mo-tors. Polymer Degradation and Stability, 130, 47-57. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.05.019
Koo, J. H., & Langston, J. (2019). Polymer Nanocomposite Ablative Technologies for Solid Rocket Motors. In Nanomaterials in Rocket Propulsion Systems (pp. 423-493). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813908-0.00012-5
Ling, Y., Luo, J., Heng, Z., Chen, Y., Zou, H., & Liang, M. (2020). Synthesis of a comb-like silicone-epoxy co-polymer with high thermal stability and mechanical properties for ablative materials. Reactive and Functional Polymers, 157, 104742. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104742
Rallini, M., Natali, M., & Torre, L. (2019). An Introduction to Ablative Materials and High-Temperature Testing Protocols. In Nanomaterials in Rocket Propulsion Systems (pp. 529-549). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813908-0.00014-9
Asaro, L., Manfredi, L. B., Pellice, S., Procaccini, R., & Rodriguez, E. S. (2017). In-novative ablative fire resistant composites based on phenolic resins modified with mesoporous silica particles. Polymer Degradation and Stability, 144, 7-16. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.07.023
Caiying, B., Zhongyu, S., Hu, L., Pan, Z., Hu, Y., Yang, X., ... & Zhou, Y. (2020). Cardanol derived P, Si and N based precursors to develop flame retardant phenolic foam. Scientific Reports (Nature Publisher Group), 10(1). https://doi.org/10.1038/s41598-020-68910-6
Sun, Y., & Sun, Y. (2020). Strong effect of process parameters on the properties of boron-containing phenolic resins with high char yield. Applied Sciences, 10(4), 1408. https://doi.org/10.3390/app10041408
Liu, Z., Hao, A., Zhang, S., Dessureault, Y. S., & Liang, R. (2019). Lightweight carbon nanotube surface thermal shielding for carbon fiber/bismaleimide composites. carbon, 153, 320-329. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.07.018
Элькади, М. М., Хорольский, М. С., & Санин, А. Ф. (2018). Нанотехнологии—одно из перспективных направлений создания новых конструкционных эластомерных материалов. Астрономія й астрофізика, 71. https://doi.org/10.15407/knit2018.01.071
Manakari, V., Parande, G., Doddamani, M., & Gupta, M. (2017). Enhancing the igni-tion, hardness and compressive response of magnesium by reinforcing with hollow glass mi-croballoons. Materials, 10(9), 997. https://doi:10.3390/ma10090997
Chen, R., Xu, X., Zhang, Y. et al. Characterization of ignition and combustion char-acteristics of phenolic fiber-reinforced plastic with different thicknesses. J Therm Anal Calorim 140, 645–655 (2020). https://doi.org/10.1007/s10973-019-08903-4
Rallini, M., Puri, I., Torre, L., & Natali, M. (2018). Thermal and ablation properties of EPDM based heat shielding materials modified with density reducer fillers. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 112, 71-80.
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.05.031
Sun, Y., & Sun, Y. (2020). Strong effect of process parameters on the properties of boron-containing phenolic resins with high char yield. Applied Sciences, 10(4), 1408. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2020.108494
Elkady, M., Loboda, P., Ponomarchuk, S. (2020). Creation of a thermal shield coating for work in extremely high temperatures. Problems of Friction & Wear, 88(3). https://doi.org/10.18372/0370-2197.3(88).14927
М.М. Элькади, П.И. Лобода, И.М. Гурия, И.Ю. Тросникова. Влияние наполни-телей из углеродных волокон и керамических микросфер на физико-механические свой-ства композиционных материалов теплозащитных покрытий. Міжвузівський збірник «НАУКОВІ НОТАТКИ», Луцьк, 2020, №69, стр.29-36. https://doi.org/10.36910/6775.24153966.2020.69.5
