Đang tải... (xem toàn văn)
Với nguồn nguyên liệu epoxy hiện rất phổ biến trên thị trường, chất biến tính MT- 9-14 tổng hợp được trong phòng thí nghiệm cho phép nội địa hóa vật liệu chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy[r]
(1)BIẾN TÍNH EPOXY DÙNG CHẾ TẠO LỚP HẠN CHẾ BỀ MẶT CHÁY CHO THỎI THUỐC PHÓNG KEO
Trần Ngọc Thanh1*, Hồ Ngọc Minh2
Tóm tắt: Nhựa epoxy với chất hóa rắn amin thơng thường cứng, giịn khả bám dính với thuốc phóng keo thấp nên khơng sử dụng để chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy thỏi nhiên liệu thuốc phóng keo Để khắc phục nhược điểm việc sử dụng chất biến tính cần thiết Bài báo trình bày số kết nghiên cứu sử dụng chất biến tính họ polyester để nâng cao khả bám dính, cải thiện độ đàn hồi, giảm độ nhớt cho nhựa epoxy Kết cho thấy tỷ lệ cấu tử thích hợp ED-20/ diglycidyl ether diethylene glycol/polyester = 60/40/20 Nhựa thu có độ bền kéo 3.1MPa, độ dãn dài 45% khả bám dính với thuốc phóng keo lớn với độ bền kéo đứt cân > 10MPa, độ ngấm nitroglycerin thấp < 2.0% sau 30 ngày ngâm
Từ khóa: Nhựa epoxy biến tính, Thuốc phóng keo, Polyeste
1 MỞ ĐẦU
Lớp hạn chế bề mặt cháy thỏi thuốc phóng phần quan trọng bảo đảm cho động tên lửa nhiên liệu rắn có khả hoạt động theo thiết kế Các yêu cầu lớp hạn chế bề mặt cháy là: bám dính tốt với bề mặt thỏi thuốc phóng; Tính chất lý hóa ổn định suốt q trình sử dụng; Hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng thấp; Nguyên liệu dễ tìm [1]
Bản chất lớp hạn chế bề mặt cháy chế tạo phụ thuộc vào thỏi thuốc phóng Đối với thuốc phóng hỗn hợp, người ta thường sử dụng lớp chế tạo từ cao su có bổ sung chất chống cháy chất độn cần thiết khác [1]
Đối với thỏi thuốc phóng hai gốc cỡ nhỏ, sử dụng công nghệ chế tạo khác nhúng hay đúc quay [3,4] Tuy vậy, công nghệ phổ biến để chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy cho thỏi thuốc phóng hai gốc cơng nghệ quấn Để quấn chế tạo lớp này, người ta dùng nhựa êpoxy sử dụng cốt sợi cốt tơng [1] Để cao tính cơng nghệ chất lượng lớp hạn chế bề mặt cháy cho thỏi thuốc phóng hai gốc cỡ lớn, cơng trình [2] đưa cơng nghệ quấn ướt, với thành phần nguyên vật liệu công nghiệp dân dụng Các phương án nhằm nâng cao suất quấn chế tạo lớp đề xuất phát minh gần [5]
Để phát triển công nghệ quấn chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy cho thỏi thuốc phóng kiểu RSI-12M có độ chiều dài lớn (trên 800mm) sở nhựa epoxy, cần thiết phải nghiên cứu sử dụng chất biến tính họ polyester nhằm cải thiện độ đàn hồi, giảm độ nhớt cho nhựa epoxy nâng cao khả bám dính nhựa với bề mặt thỏi thc
2 THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu hóa chất
- Nhựa epoxy ED-20, Nga;
- Nhựa Diglycidyl ether diethylene glycol (DEG-1), Nga; - Hóa rắn m-Phenylen diamin (MPDA), AR, Merck; - Thuốc phóng keo RSI-12M Việt Nam chế tạo;
(2)- Polyeste ký hiệu MT-9-14 sở diethylen glycol, glyxerin, axit adipic tổng hợp phịng thí nghiệm Viện HH-VL/Viện KH-CNQS, với thông số đặc trưng: độ nhớt 25oC: 2,4-3,3 Pa.s; số axit < 1,0 mgKOH/g; hàm lượng nhóm –OH 2,9-3,1%
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt (TG, DTA)
Độ bền nhiệt nhựa sau đóng rắn thực máy phân tích nhiệt vi sai model STA 409 PC hãng NETZCH, tốc độ gia nhiệt 10oC/ phút, mơi trường khơng khí
2.2.2 Phương pháp phân tích tính chất vật liệu
- Độ bền kéo xác định theo tiêu chuẩn ISO 257-4 1997 máy đo GOTECH AL-7000-M (Đài Loan), tốc độ kéo 5mm/phút;
- Độ bền uốn xác định theo tiêu chuẩn ISO 178 1993 (E) máy đo GOTECH AL-7000-M (Đài Loan), tốc độ uốn 5mm/phút;
- Độ bền kéo đứt cân thực theo tiêu chuẩn GOST 17460-69 mẫu dán chuẩn bị dạng hình trụ Ø=25mm;
- Độ nhớt nhựa xác định phễu VZ-4, nhiệt độ 30oC; 2.2.3 Đánh giá độ ngấm nitroglycerin
Được thực theo phương pháp hấp thụ pha lỏng Mẫu chuẩn bị dạng kích thước 3mm x30mm x 1mm, ngâm trực tiếp NG Sau khoảng thời gian xác định, tiến hành vớt mẫu, lau khơ, cân xác khối lượng cân phân tích độ xác 10-3g Độ ngấm nitroglycerin tính theo cơng thức:
2
1
100
m m
H x
m
Trong đó: H(%) độ ngấm NG vật liệu; m1 khối lượng mẫu trước
ngâm NG; m2 khối lượng mẫu sau ngâm NG
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Ảnh hưởng hàm lượng diglycidyl ethe diethylene glycol
(3)Bảng Độ nhớt, độ bền lý mẫu nhựa
Tên mẫu
Nhựa ED-20, g
Nhựa DEG-1, g
Độ bền kéo, MPa
Độ bền uốn, MPa
Độ nhớt, giây
M1 100 0 14,71 100,12 187,6
M2 90 10 15,68 122,92 152,9
M3 80 20 41,33 127,44 121,6
M4 70 30 48,96 159,14 98,5
M5 60 40 51,31 172,75 58,5
M6 50 50 40,75 156,56 39,8
Từ số liệu bảng cho thấy DEG-1 thêm vào tương hợp tốt với nhựa ED-20 làm giảm mạnh độ nhớt hệ nhựa, độ nhớt giảm từ 603,76 giây xuống 39,81 giây hàm lượng DEG-1chiếm 50%, mẫu M4, M5, M6 có độ nhớt nhỏ thích hợp dùng cho công nghệ quấn Đối với độ bền học thay dần nhựa epoxy ED-20 DEG-1 độ bền kéo uốn tăng, tăng lượng DEG-1 từ 10 đến 30% độ bền kéo uốn tăng đặn chứng tỏ tỷ lệ lượng epoxy thiếu so với hóa rắn, mẫu đạt cực đại tỷ lệ ED-20/DEG-1 60/40 độ bền kéo tăng đến 248%, độ bền uốn tăng 72,54% điều cho thấy tỷ lệ tối ưu hai loại nhựa chất hóa rắn, DEG-1 thay đến 50% độ bền kéo uốn giảm lượng epoxy lúc dư so với hóa rắn nên hoạt động chất hóa dẻo làm giảm độ bền hệ
3.2 Ảnh hưởng chất biến tính MT-9-14
Để đánh giá ảnh hưởng hàm lượng chất biến tính họ polyeste MT-9-14 lên độ bền học khả bám dính dán mẫu thuốc phóng keo, tỷ lệ nhựa ED-20/DEG-1/hóa rắn lựa chọn là: 60/40/10, lượng MT-9-14 thay đổi từ 10 đến 50 phần khối lượng so với epoxy, thời gian hóa rắn ngày, nhiệt độ 30oC Kết trình bày bảng bảng
Bảng Ảnh hưởng MT-9-14 lên tính chất học hệ nhựa
Ký hiệu mẫu ED-20, g DEG-1, g MT-9-14, g Độ bền kéo, Mpa Độ dãn dài, %
M10 60 40 10 6,27 42,18
M20 60 40 20 3,11 46.38
M30 60 40 30 1,28 35.56
M40 60 40 40 0,72 27.14
M50 60 40 50 0,73 27.06
Từ bảng cho thấy thêm chất biến tính MT-9-14 với vai trị chất hóa dẻo thể hiệu ứng mạnh Khi dùng 10÷20 phần khối lượng MT-9-14 nhận mẫu mềm dẻo, độ dãn dài mẫu tăng lên 42,18% đến 46,38% Các giá trị lớn nhiều so với nhựa epoxy khơng biến tính với độ dãn dài đạt 0,5÷2% [1] Tuy nhiên, thêm nhiều hóa dẻo độ bền kéo mẫu giảm đồng thời độ dãn dài khơng tăng Lượng hóa dẻo thích hợp từ 10÷20 phần khối lượng
(4)hồn tồn khơng phá hủy vào thuốc Điều chứng tỏ tương tác bám dính nhựa với dán yếu Khi có chất biến tính độ bền kéo tất mẫu tăng cao Điều có mặt nhóm chức phân cực este nhựa tương tác mạnh với nhóm phân cực -NO2, -OH thuốc phóng làm tăng mạnh hiệu bám dính
Bảng Tính bám dính hệ nhựa với thuốc phóng keo
Ký hiệu mẫu
Độ bền kéo
đứt, MPa Đặc trưng phá hủy mối dán
M0 3,1 Mối dán bong khơng phá vào thuốc phóng
M10 9,3 Phá hủy mối dán kèm theo phá hủy thuốc phóng
M20 10,1 Phá hủy vị trí thuốc, không phá hủy mối dán M30 9,9 Phá hủy vị trí thuốc, khơng phá hủy mối dán M40 9,9 Phá hủy vị trí thuốc, không phá hủy mối dán M50 7,6 Phá hủy vị trí mối dán, khơng phá hủy thuốc phóng Mẫu M10 (10 pkl MT-9-14) có độ bền kéo đứt tăng đến 300%, phá hủy mối dán theo phá hủy thuốc phóng, chứng tỏ tương tác bám dính keo-nền thuốc lớn Khi lượng chất biến tính 20÷40pkl, mối dán có độ bền lớn vị trí phá hủy xảy thuốc mối dán chứng tỏ tương tác keo với thuốc phóng chí lớn độ bền thân thuốc phóng Khi tăng lượng polyeste MT-9-14 đến 50pkl độ bền kéo đứt giảm, phá hủy mẫu vị trí mối dán khơng kèm theo phá hủy Một số hình ảnh phá hủy mẫu dán hình
a,
b,
Hình Đặc trưng phá hủy mối dán sử dụng chất biến tính MT-9-14: a- Khơng có chất biến tính; b- Có chất biến tính
3.3 Sự hấp thụ nitroglycerin nước
(5)vậy, việc đánh giá hấp thụ NG vào vât liệu bọc chống cháy cần thiết Kết xác định độ hấp thụ NG nước lên vật liệu chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy sau ngâm bão hòa 20 ngày bảng
Bảng Sự hấp thu NG nước nhựa epoxy biến tính
Ký hiệu mẫu
Hấp thụ NG, % Hấp thụ
nước, %
Độ hấp thụ, % Đặc trưng mẫu
M10 1,70 Mẫu giữ nguyên màu sắc vàng sáng 0.39
M20 2,40 Mẫu chuyển sang màu vàng đậm 0,58
M30 4,65 Mẫu chuyến màu nâu đỏ 0,68
M40 11,52 Mẫu chuyến màu đen 0,74
M50 15,29 Mẫu chuyến màu đen 0,86
Kết bảng cho thấy tăng dần hàm lượng polyeste MT-9-14 nhựa độ hấp thụ NG tăng dần Mẫu M10 hấp thụ 1,70% sau 14 ngày ngâm Mẫu M50 hấp thụ đến 15,29% khối lượng Đặc biệt với mẫu M30, M40, M50 có tượng thay đổi màu sắc rõ rệt nhựa từ vàng sáng sang nâu sẫm đến đen, độ bền giảm nhanh chóng bẻ gẫy mẫu tay Điều chứng tỏ với lượng NG ngấm vào cao thay đổi, phá vỡ cấu trúc nhựa khơng cịn ban đầu nhiếu chất biến tính độ ngấm NG giảm độ bền lớn Các mẫu M10 M20 giữ ổn định tốt mầu sắc độ bền chứng tỏ NG không tác động nhiều đến cấu trúc nhựa so với ban đầu Điều giải thích rõ ràng trong MT-9-14 nhóm este với độ phân cực lớn, cịn nhiều cặp electron chưa liên kết, phân tử NG cấu trúc tồn nguyên tử N trạng thái dương điện cao có khả hút electron mạnh, tương tác nhóm làm NG ngấm mạnh vào nhựa hàm lượng polyeste lớn Tương tự hấp thụ nước vào mẫu nhựa tăng dần với tăng hàm lượng MT-9-14, mẫu M10 M20 có độ hấp thụ nước
KẾT LUẬN
Các nghiên cứu đánh giá cho thấy nhựa hệ epoxy ED-20/ EDG-1/MT-9-14/MPDA ứng dụng cho công nghệ quấn, chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy cho thỏi thuốc phóng nhiên liệu keo Hệ có độ nhớt thấp thời gian sống dài đến 16h Lượng chất biến tính MT-9-14 thích hợp từ 10÷20 pkl Hệ có độ bền kéo đứt cân dán nhiên liệu keo lớn, chí lớn độ bền kéo thỏi nhiên liệu Thử nghiệm hấp thụ NG cho thấy với tỷ lệ 10÷20 pkl MT-9-14 mẫu cho độ hấp thụ NG thấp không bị biến màu sau 20 ngày ngâm
Với nguồn nguyên liệu epoxy phổ biến thị trường, chất biến tính MT-9-14 tổng hợp phịng thí nghiệm cho phép nội địa hóa vật liệu chế tạo lớp hạn chế bề mặt cháy cho thỏi thuốc phóng nhiên liệu keo theo cơng nghệ quấn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] “Kонструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива” Фахрутдинов И.Х., Котельников А.В., 1987, 328с
[2] “Cпособ изготовления вкладного бронированного заряда баллиститного ракетного топлива”. С А Федорович и др RU 345 977 2006г
(6)А Калинчев, Д А Ягодников - М.: МГТУ, 2011.- 687 с
[4] “Разработка процесса бронирования малогабаритных зарядов методом центробежного литья” Е А Антонова, А.Н Крестовкий УДК 662.1/4.4 с.32-36
[5] “Способ бронирования зарядов из баллиститного твердого ракетного топлива”. Талалаев А.П и д RU (11)2264373 2012г
[6] J.P Agrawal, N.T Agawane and r.P Diwakar, “Nitroglycerine (NG) migratio to various Unsaturated polyesters and Chloropolyester used for Inhibition of rocket Propellant” Propellants, Explosives, pyrotechnic, Vol 24, 1999, p 371 [7].Vahideh Shahedifar, Hamid Reza Tajik and Amir Masoud Rezadoust
“Studying the Thermal Properties of a Cotton/Epoxy Composite Inhibitor” Propellants, Explosives, Pyrotechnic, Vol 37, 2012, p 569-574
[8] J.P Agrawal, D.H Gholap V.P Bansol “Novolac epoxy resin based inhibition system for composite propellant” Indian Journal of Engineering and Material sciences, vol 2, Feb 1995, pp 34-39
[9] Ahmet Nebioglu A Dissertation presented to the Graduate Faculty of the University of Akron: “Network formation and thermo-mechanical properties of photo-curing hybrid coatings”, (2006)
[10] Wicks ZW, Jones FN, Pappas SP “Organic coatings science and technology” 2nd ed New York: John Wiley and Sons 1999
[11] Alain Davenas, “Solid rocket propulsion technology”, Pergamon Press Ltd Oxford New York-Seoul-Tokyo, 1993 606p
ABSTRACT
MODIFIED EPOXY FOR INHIBITOR OF DOUBLE BASE ROCKET PROPELLANTS
Epoxy resins cured by amine harders is britle and low adhesive to base propellant, so it did not use to make the inhibitor for double base rocket propellant To improve the disadvantages, it need to combine with modified agents In this paper, some results using polyester to improve adhesion, elasticity and reducing the viscosity of epoxy resin are presented Results showed that the optimum ratio with ED-20/ diethylene glycol diglycidyl ether / polyester resin = 60/40/20, obtained 3.1MPa tensile, elongation of 45%, butt joint tensile strength > 10MPa, the bond remain intact and propellant breaks first This shows that the bond strength between these composition and propellant is better than the tensile strength of composite propellant Resin has low levels of nitroglycerin absorbed <2.0% after 20 days of immersion
Keywords: Polyester-modified epoxy, Propellant, Inhibition
Nhận ngày 21 tháng 10 năm 2016 Hoàn thiện ngày 28 tháng năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 05 tháng năm 2017
Địa chỉ: 1 Viện Tên lửa/ Viện KH-CNQS, Số 17 Hồng Sâm, Nghĩa Đơ, Cầu Giấy, Hà Nội Viện Hóa học – Vật liệu