Компонентная база СТРТ. Горючие – связующие

83 
характеристики топлив. В соответствии с этим к ГСВ как компоненту 
СТРТ предъявляют комплекс следующих основных требований: 
1. Вещества, входящие в ГСВ в жидком агрегатном состоянии и 
твердые легкоплавкие вещества в расплаве должны иметь умеренную 
вязкость (10-102 Па·с), быть способными воспринимать большое коли-
чество (90-95 %) наполнителя различной природы (окислителя, метал-
лического горючего и др.) и обеспечивать при этом вязкость топливной 
массы в пределах 102-105 Па·с в зависимости от способа и температу-
ры формования зарядов. 
Необходимость высокой степени наполнения ГСВ твердыми ком-
понентами обусловлена стремлением обеспечить высокий уровень 
энергомассовых характеристик СТРТ. 
2. ГСВ должны отверждаться (полимеризоваться) в течение ко-
роткого времени при сравнительно низкой температуре (30-60 °С) с 
возможно меньшими тепловыделением и усадкой. Отверждение не 
должно сопровождаться разложением компонентов и выделением га-
зообразных продуктов и паров в количествах, превышающих нормы. 
Наряду с высокой скоростью отверждения ГСВ в условиях фор-
мования зарядов должны сохранять реологические свойства на требуе-
мом уровне в течение всего технологического цикла формования. 
3. В наполненном состоянии ГСВ после отверждения должны 
обеспечивать высокие механические характеристики СТРТ с возможно 
меньшей их зависимостью от температуры. При этом существенную 
роль играет уровень адгезии ГСВ к наполнителю. Для большей части 
высоконаполненных композиций требуется высокий уровень адгези-
онной прочности, обеспечивающий вклад частиц наполнителя в меха-
нические свойства СТРТ. 
4. Для обеспечения высокого уровня удельного импульса СТРТ 
ГСВ должно иметь возможно большую энтальпию образования. Хими-
ческий состав ГСВ должен обеспечивать возможно меньшую молеку-
лярную массу продуктов сгорания, что достигается высоким отноше-
нием содержания водорода к углероду H/C>1,5 отсутствием атомов 
серы, галоидов и др. 
5. Компоненты ГСВ должны сохранять физическое и фазовое со-
стояние, иметь возможно меньшую температуру стеклования, низкую 
гигроскопичность и летучесть, не разлагаться и химически не взаимо-
действовать с наполнителем с выделением газообразных продуктов, 
обладать высокой сопротивляемостью старению в условиях производ-
ства и эксплуатации зарядов СТРТ. 
6. «Активные» компоненты ГСВ с энергоемкими окислительными 
группировками (– NO
2
, – NF
2
и др.) должны иметь возможно меньшую 

84 
чувствительность к механическим воздействиям. Уровень токсичности 
всех компонентов должен быть минимальным. 
7. Компоненты ГСВ должны иметь достаточную сырьевую и 
промышленную базу и использоваться в народном хозяйстве. 
Анализ требований к ГСВ показывает их неоднозначность и про-
тиворечивость. Так, например, при большой наполняемости связующе-
го трудно обеспечить высокие реологические характеристики топлив-
ной массы и механические характеристики топлив. В противоречии 
находятся требования быстрого отверждения ГСВ и высокой живуче-
сти топливной массы в процессе формования крупногабаритных заря-
дов. В случае использования энергоемких «активных» и высокоплот-
ных ГСВ (полимерной основы и пластификаторов) снижается физико-
химическая стабильность ГСВ, повышаются их чувствительность к 
механическим воздействиям и токсичность. Величина молекулярной 
массы полимерной основы также неоднозначно влияет на механиче-
ские и реологические свойства топлива. Поэтому при выборе компо-
нентов ГСВ необходимо проводить комплексную оценку с учетом на-
значения СТРТ, особенностей технологии производства зарядов. 
Необходимость обеспечения всего комплекса требований предо-
пределяет многокомпонентность состава ГСВ. Основными являются 
полимерная основа, пластификатор и компоненты системы отвержде-
ния полимера (олигомера), а также специальные добавки (стабилизато-
ры, ПАВы – поверхностно-активные вещества, адгезиты, диспергаторы 
и др.). 
По химическому составу условно принято выделять «инертные» и 
«активные» классы ГСВ. 
К «инертным» связующим относят композиции, состоящие в ос-
новном из атомов горючих элементов и имеющие, как правило, отри-
цательную энтальпию образования. Окислительные элементы или от-
сутствуют, как, например, в бутилкаучуке, трансформаторном масле, 
или содержание их незначительно, как в полиуретановом каучуке, ди-
бутилсебацинате. 
К «активным» принято относить ГСВ, обогащенные окислитель-
ными элементами, способные к самостоятельному горению в инертной 
среде (α≥0,2), а также имеющие высокую положительную энтальпию 
образования. Оптимальным является сочетание обоих факторов, что на 
практике встречается редко. «Активными» могут быть или полимерная 
основа, или пластификатор, или оба компонента связующего. В по-
следнем случае может быть достигнуто сочетание повышенного со-
держания окислительных элементов и положительной энтальпии обра-
зования ГСВ. 

85 
Примером «активной» полимерной основы ГСВ, обогащенной 
окислительными элементами, являются нитрополиуретан, поливинил-
нитрат, а также фторсодержащие полимеры. Высокоэнтальпийными 
полимерами являются полимерные триазолы, тетразолы, азиды. В ка-
честве «активных» пластификаторов используют нитраты многоатом-
ных спиртов (тринитрат глицерина, динитрат диэтиленгликоля и др.), 
азиды, азолы, азидонитроамины. 
Совершенствование СТРТ на основе инертных ГСВ, прежде всего 
повышение их энергомассовых характеристик, осуществлялось путем 
увеличения в их составе содержания энергоемких наполнителей: алю-
миния, октогена и др. Это привело к тому, что современные топлива на 
основе «инертных» ГСВ имеют предельно низкую объемную долю 
связующего (17-19 %). 
Дальнейшее повышение энергетических характеристик СТРТ 
стало возможным благодаря использованию «активных» ГСВ. В этом 
случае полимерная основа и пластификатор, кроме обеспечения реоло-
гических и механических характеристик, оказывают существенное 
влияние на энергетику топлива. Применение «активных» компонентов 
сдвигает оптимальное содержание связующего в топливе в область 
более высоких значений (20-30 %). В результате представляется воз-
можным либо улучшить реологические и механические характеристи-
ки при сохранении энергомассовых характеристик топлива, либо 
улучшить массовую долю твердых энергоемких компонентов, что 
обеспечивает повышение энергомассовых характеристик СТРТ. 
Применение «активных» ГСВ, содержащих повышенное количе-
ство окислительных элементов, увеличивает также кислородный ба-
ланс топлива, что снижает потери удельного импульса РДТТ. Наряду с 
преимуществами «активные» ГСВ по сравнению с инертными иногда 
обуславливают и некоторые недостатки СТРТ на их основе: понижен-
ную физико-химическую стабильность, высокую зависимость скорости 
горения от давления, повышенную взрывоопасность. 
По фазовому составу (структуре) ГСВ подразделяют на два клас-
са: раствор полимера (как правило эластомера) в пластификаторе и 
суспензия полимера в пластификаторе. Различие между «раствором» и 
«суспензией» заключается в механизме их структурирования при от-
верждении. 
ГСВ типа раствор используют либо в виде сильнопластифициро-
ванного высокомолекулярного (М=104-106) эластомера, который вулка-
низируется с образованием сетчатой структуры (например, раствор бу-
тилкаучука или полибутадиенового каучука в трансформаторном масле 

86 
1:6-1:8), либо в виде олигомера – низкомолекулярного полимера
(М≤5·103) растворенного в трансформаторном масле в соотношении 1:1. 
Преимуществом олигомерных композиций является низкая вяз-
кость топливной массы на их основе при невысокой температуре, что 
позволяет формовать заряды из высокочувствительных топлив свобод-
ным литьем. Для олигомерных ГСВ характерны также отсутствие ме-
ханодиструкции на стадии смешения и формования зарядов, легкость 
дозирования компонентов. 
Преимущество ГСВ класса раствор высокомолекулярного поли-
мера в низкомолекулярном пластификаторе – простота процесса от-
верждения по сравнению с олигомерами, а также возможность регули-
рования характеристик топлива путем целенаправленного подбора 
пластификаторов. 
ГСВ класса «суспензия» полимера в низкомолекулярном пласти-
фикаторе называют пластизольным. Основным процессом, протекаю-
щим при отверждении этих связующих, является набухание высокомо-
лекулярного полимера с последующим за этим слиянием их в моно-
литную структуру геля. Пластизольные ГСВ используются в производ-
стве двухосновных ракетных топлив. 
Полимерная основа ГСВ. Полимерная основа связующего оказы-
вает решающее влияние на реологию и механику СТРТ. В современ-
ных СТРТ используют обширную номенклатуру полимеров различных 
классов, отличающихся молекулярной массой, химическим составом и 
структурой. В зависимости от величины молекулярной массы выделя-
ют классы низкомолекулярных и высокомолекулярных полимеров. 
Низкомолекулярные полимеры-олигомеры. Олигомеры имеют 
молекулярную массу М=103-104, содержат соединенные друг с другом 
повторяющиеся группы атомов. Одним из первых в составе СТРТ ис-
пользовались олигомеры-тиоколы и полиэфиры, содержащие концевые 
реакционные группы. На основе низкомолекулярного тиокола (поли-
сульфидного каучука) с вязкостью 10 Па·с и молекулярной массой 
М=1600-1800 были разработаны топлива с плотностью ρ≈1,7 г/см
3
и 
удельным импульсом J
уд
≈220 с. Основные недостатки тиокола – высо-
кое содержание серы, приводящее к значительному увеличению моле-
кулярной массы продуктов сгорания, сравнительно высокая темпера-
тура стеклования (t≥ -15 °С) и низкая степень наполнения топлива. 
Представителями олигомеров являются также полиуретановые 
каучуки, содержащие в основной цепи группировкивида 
—NH—C—O—O— 
Для них характерно сильное межмолекулярное взаимодействие, 
что обуславливает их высокие механические свойства. Высокая поляр-

87 
ность полиуретанов позволяет применять «активные» пластификаторы 
с высоким кислородным балансом и плотностью (ρ=0,9-1,2 г/см
3
), в 
результате чего повышаются энергомассовые характеристики СТРТ. 
Недостатки полиуретанов – высокая зависимость механических 
свойств от температуры, невысокая стойкость к термоокислительной 
деструкции. В США на основе полиуретановых ГСВ были созданы 
крупногабаритные заряды РДТТ для межконтинентальных ракет 
«Трайдент» и «МХ». Представляет практический интерес также урета-
новый олигомер с концевыми эпоксидными группами – полидивини-
лизопренуретанэпоксид типа ПДИ-УЭ. Этот каучук сочетает в себе 
достаточно высокую эластичность, низкую температуру стеклования 
(минимум 80 °С), повышенное содержание водорода полидиеновых 
каучуков с регулируемой структурой, низкой вязкостью уретанов
(20-25 Па·с). Топлива на основе ПДИ отличаются широким темпера-
турным диапазоном эксплуатации (от минус 50 до 70 °С). 
Многие СТРТ, созданные в нашей стране и за рубежом для раз-
личных классов ракет, содержат в своем составе олигомеры на основе 
бутадиена метакриловой или акриловой кислоты и нитрида акриловой 
кислоты – бутадиеннитрильные олигомеры с карбоксильными и нит-
рильными группами типа СКН. Числа возле марок СКН указывают на 
содержание нитрила акриловой кислоты (например, СКН-18 содержит 
18 мольных процентов). Связующие на основе этих каучуков отлича-
ются высокой адгезией к наполнителю. Недостатками являются вяз-
кость, отсутствие концевых функциональных групп, что препятствует 
удлинению макромолекул и обуславливают пониженную эластичность. 
В США на основе бутадиеннитрильного каучука использовались СТРТ 
в двигателях ракет «Минитмэн», «Посейдон» и «Спейс-Шатл». 
В процессе совершенствования ГСВ были созданы соединения с 
концевыми карбоксильными (СКД-К) и гидроксильными (СКД-Г) 
группами,позволяющими создать «бездефектную» упорядоченную 
структуру сетки олигомера, не содержащую свободных концов. Конце-
вые функциональные группы в СКД-К по сравнению с бутадиеновым 
каучуком без этих групп позволяют при относительно низкой вязкости 
каучука получить топлива с высокими механическими характеристи-
ками. 
Бутадиеновый олигомер с концевыми гидроксильными группами 
СКД-Г, имеющий более низкую, чем СКД-К, вязкость, позволяет уве-
личить содержание наполнителя с 84-85 до 90 % и за счет этого повы-
сить энергомассовые характеристики СТРТ. При этом обеспечивается 
достаточно высокий уровень реологических характеристик топливной 
массы, необходимый для изготовления крупногабаритных зарядов по 

88 
технологии свободного литья. Гидроксильные группы СКД-Г отлича-
ются высокой реакционной способностью, что позволяет отверждать 
заряды при сравнительно низких температурах. В США на основе та-
кого олигомера разработаны топлива для РДТТ 1-ой и 2-ой ступеней 
ракеты «МХ». 
Кроме рассмотренных функциональных олигомеров в качестве 
полимерной основы ГСВ используют непредельные низкомолекуляр-
ные соединения без функциональных групп, например стереорегуляр-
ный бутадиеновый каучук СКД с М<5·104. Топлива на его основе от-
личаются слабой температурной зависимостью механических характе-
ристик; низкой температурой стеклования. Недостатком этого класса 
олигомеров, являющихся неполярными веществами, является невоз-
можность их применения в соединениях с полярными энергоемкими 
пластификаторами. 
Высокомолекулярные полимеры. Широкое применение для фор-
мирования ГСВ нашли синтетические каучуки: бутилкаучук, бутадие-
новый, бутилнитрильный и другие. 
Бутилкаучук (БК) является продуктом сополимеризации изобути-
лена и небольшого количества изопрена (1-5 %). Молекулярная масса 
промышленных каучуков находится в пределах (20-700)·103. В произ-
водстве зарядов СТРТ используют БК с М=(30-40)·103. Он представля-
ет собой твердую эластичную массу от светло-желтого до темно-
коричневого цвета. Хорошо растворяется в углеводородах жирного 
ряда и других неполярных веществах. Стоек к действию кислорода, 
воды, кислот, озона и света. Стойкость к ионизирующему излучению 
низкая. Вулканизуют БК серой, органическими полисульфидами, ди-
нитрозосоединениями, а также хиноловыми эфирами. В качестве пла-
стификаторов используют преимущественно трансформаторное масло 
в соотношениях 1:1 – 1:8. На основе БК созданы СТРТ для двигателей 
и энергетических установок различного назначения с удельным им-
пульсом до 260 с и плотностью до 1,8 г/см
3
, перерабатываемые в заря-
ды по технологии литья под давлением. 
Бутадиеновые (дивинильные) каучуки в зависимости от природы 
катализатора и условий полимеризации имеют различную молекуляр-
ную структуру (марки СКД, СКДС и др.). Хорошо растворяются в бен-
зине, хлорированных и ароматических углеводородах. Разлагаются с 
заметной потерей массы при температуре свыше 300 °С. Стойкость к 
ионизирующему излучению низкая. 
Вулканизирующими агентами СКД являются сера, тиурам, хино-
ловые эфиры, ускоритель – тиурам, активатор – оксид цинка. В качест-
ве пластификатора используют высокоароматические и парафинонаф-

89 
теновые масла, в частности трансформаторное масло. В производстве 
зарядов СТРТ используют высокомолекулярный каучук СКД, предва-
рительно пластифицируемый трансформаторным маслом в количестве 
80-85 %. 
Полибутадиеновые ГСВ, как и бутилкаучуковые, относят к классу 
«инертных», так как сам каучук не содержит окислительных элементов 
и неполярен, что не позволяет использовать «активные» полярные пла-
стификаторы. 
На основе высокомолекулярных СКД разработаны СТРТ различ-
ного назначения, в том числе для двигателей МБР с удельным импуль-
сом 250-260 с и плотностью 1,75-1,85 г/см
3
. Для топлив на основе СКД 
характерна сравнительно слабая зависимость механических свойств от 
температуры и свободнолитьевая технология производства зарядов. 
Пластификаторы. Пластификация как физическое явление заклю-
чается в увеличении механической податливости полимерной системы 
путем введения низкомолекулярных веществ, изменяющих ее структу-
ру на молекулярном и надмолекулярном уровнях. 
Применительно к СТРТ пластификаторы это вещества, вводимые 
в полимерную основу ГСВ или (и) топливо в целях облегчения диспер-
гирования порошкообразных компонентов, снижения вязкости, повы-
шения пластичности топливной массы в условиях ее переработки, а 
также для направленного изменения механических и других характе-
ристик топлива. 
Пластификаторы снижают температуру стеклования полимерной 
основы и самих СТРТ, благодаря чему расширяется температурный 
диапазон их высокоэластичного состояния. 
При использовании в качестве основы ГСВ высокомолекулярных 
высоковязких полимеров массовая доля пластификатора превосходит 
массовую долю полимера и может достигать 8 % в топливном составе. 
В этом случае пластификатор существенно влияет на все характери-
стики СТРТ. 
Пластификаторы делятся на природные и синтетические. При-
родные пластификаторы получают путем переработки нефти (масла, 
парафины, смолы), каменного угля, лесохимических материалов и рас-
тительного масла. К синтетическим пластификаторам относятся слож-
ные эфиры (фталаты, себацинаты), полиэфиры, нитросоединения и др. 
В зависимости от химического состава пластификаторы делят на на 
«активные» и «инертные». К «активным» относится, например, динит-
ротолуол (ДНТ) C
6
H
3
(NO
2
)
2
OH
3
; к «инертным» – дибутилфталат (ДБФ) 
C
4
H
3
– OCO – C
6
H
4
– COO – C
4
H
9
; трансформаторное масло 
C
71,568
H
133,78
S
0,198
. 

90 

жүктеу/скачать 1.91 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: