Введение
Химическое соединение
Гидроксил-терминированный полибутадиен (HTPB) – это олигомер бутадиена, завершающийся на каждом конце гидроксильной функциональной группой. Он реагирует с изоцианатами с образованием полиуретановых полимеров. HTPB представляет собой полупрозрачную жидкость, цвет которой напоминает восковую бумагу, а вязкость – кукурузный сироп. Свойства варьируются, поскольку HTPB является смесью, а не чистым соединением, и производится в соответствии с конкретными требованиями заказчика. Типичный HTPB – R 45HTLO. Этот продукт состоит из олигомерных звеньев, обычно содержащих 40–50 молекул бутадиена, соединенных вместе, при этом каждый конец цепи завершается гидроксильной [OH] группой:
Hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) is an oligomer of butadiene terminated at each end with a hydroxyl functional group. It reacts with isocyanates to form polyurethane polymers. HTPB is a translucent liquid with a color similar to wax paper and a viscosity similar to corn syrup. The properties vary because HTPB is a mixture rather than a pure compound, and it is manufactured to meet customers' specific requirements. A typical HTPB is R 45HTLO. This product consists of oligomeric units typically containing 40–50 butadiene molecules bonded together, with each end of the chain terminated with a hydroxyl [OH] group:
R 45HTLO имеет функциональность 2,4–2,6, что означает, что примерно на каждые две олигомерные единицы приходится одна дополнительная гидроксильная группа, расположенная вдоль цепи. Это обеспечивает поперечное сшивание для получения более прочного отвержденного продукта. HTPB обычно отверждается реакцией присоединения с ди- или полиизоцианатными соединениями.
Производство материалов
Полиуретаны, полученные из HTPB, могут быть разработаны для достижения определенных физических свойств; полиуретаны могут быть высокоэластичными или прочными и жесткими. К ним относятся: жесткие пенополиуретановые изоляционные панели; прочные эластомерные колеса и шины (используемые в американских горках, эскалаторах, скейтбордах и т.д.); сайлентблоки автомобильной подвески; компаунды для заливки электрооборудования; высокоэффективные клеи; покрытия и герметики для поверхностей; синтетические волокна (например, спандекс); подложка под ковры; твердые пластиковые детали (например, для электронных приборов).
Ракетный двигатель
Важным применением HTPB является твердое ракетное топливо. Он связывает окислитель, топливо и другие компоненты в твердую, но эластичную массу в большинстве композитных топливных систем. Отвержденный полиуретан выступает в качестве топлива в таких смесях. Например, HTPB используется во всех 3/4 ступенях японских ракет-носителей M5 и во всех 4 ступенях индийской ракеты-носителя PSLV. JAXA описывает топливо как "HTPB/AP/Al=12/68/20", что означает, в процентном соотношении по массе: HTPB плюс отвердитель – 12% (связующее и топливо), перхлорат аммония – 68% (окислитель) и алюминиевый порошок – 20% (топливо). Подобные топлива, часто называемые APCP (композитное топливо на основе перхлората аммония), используются в более крупных моделях ракет. Типичное APCP обеспечивает удельный импульс в 2–3 раза выше, чем у черного пороха, используемого в большинстве небольших ракетных двигателях. HTPB также используется в качестве топлива для гибридных ракетных двигателей. В сочетании с N2O (закись азота, или "веселящий газ") в качестве окислителя, он используется для питания гибридного ракетного двигателя SpaceShipTwo, разработанного SpaceDev. В рамках попытки установить рекорд скорости на суше Bloodhound SSC планировалось использовать HTPB с высококонцентрированным пероксидным окислителем, но этот план был изменен в 2017 году.