О пределения
В данной работе применены следующие термины с соответствующими определениями:
теплозащита - средство обеспечения нормального температурного режима в установках и аппаратах, работающих в условиях подвода к поверхности значительных тепловых потоков.
микропористая теплозащита – теплозащита, состоящая на 80% - 90% из воздуха или газа.
композиционный материал - результатом объемного сочетания разнородных компонентов, один из которых образует матрицу (связующее), а другой (наполнитель) обладает высокой прочностью; при этом, композиционные материалы имеют свойства, которыми не обладают их отдельные компоненты.
нанокомпозиты – это материалы, сформированные при введении наноразмерных частиц (наполнителей) в структурообразующую твердую фазу (матрицу).
коэффициент теплопроводности (λ) – количество тепла, проходящее за 1 час через образец материала толщиной 1 м и площадью 1м2 при разности температур на противолежащих поверхностях.
термический анализ - представляет собой совокупность методов определения температур фазовых превращений и других термических характеристик индивидуальных соединений или систем взаимодействующих веществ.
Обозначения и сокращения
ТИМ – теплоизоляционные материалы
НЧ- наночастицы
КМ – композиционный материал
ТА – термический анализ
ДТА - дифференциальный термический анализ
ДС – диаграмма состояния
ДСК – дифференциально-сканирующая калориметрия
ТЗ – техническое задание
Введение
В настоящее время для защиты объектов от воздействия экстремальных температур применяются теплозащитные конструкции. При этом создание эффективной теплозащиты связано со сложностью практической реализации оптимального сочетания теплофизических, механических, экологических характеристик.
В работе разработан теплозащитный материал и представлены результаты экспериментального исследования его физико-химических свойств. Теплозащитный материал обладает минимальным коэффициентом теплопроводности, минимальной плотностью, работоспособен при воздействии высоких температур.
Материал содержит тонкодисперсные аморфные частицы оксида кремния размером (10-25)нм. При этом свойства структуры наночастиц оксида кремния обеспечивают низкую теплопроводность. Теплопередача через воздух также резко уменьшена, вследствие формирования так называемых «клеток-карманов», средний размер которых меньше пути свободного пробега молекулы воздуха.
Поэтому целью работы является разработка композиционных смесей с минимальным коэффициентом теплопроводности, изготовление прессованных деталей из композиционных смесей и изучение их технических характеристик.
1Физико-химические свойства теплоизоляционных материалов
1.1Характеристики теплоизоляционных материалов.
К теплоизоляционным материалам относятся материалы, характеризующиеся малой способностью проводить тепло. Помимо снижения теплового потока через конструкцию, теплоизоляция защищает от разрушающего воздействия переменных температур и наружного воздуха.
Основными свойствами указанных материалов являются:
Коэффициент теплопроводности (λ) – количество тепла, проходящее за 1 час через образец материала толщиной 1 м и площадью 1м2 при разности температур на противолежащих поверхностях. Характеризует передачу тепла внутри материала вследствие взаимодействия его структурных единиц (молекул, атомов и т. д.).
Свойства материала можно оценить показателем λ*ρ, где ρ-плотность материала. При этом, чем меньше коэффициент теплопроводности и меньше плотность разрабатываемого материала, тем больше эффективность теплоизоляции. На величину теплопроводности также оказывают влияние температура и влажность материала. Чем выше эти показатели, тем больше у материала теплопроводность. Также на величину теплопроводности влияет структура пор и размеры частиц входящих в состав материала. Коэффициент теплопроводности не зависит от толщины материала.
Термическое сопротивление (R) – характеризует сопротивление конструкции передаче тепла. Зависит от структуры материалов, из которых состоит конструкция, их коэффициентов теплопроводности и их толщин. R = σ / λ, где σ – толщина материала в метрах [1,2].