Тепловая защита Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. (1013698), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В-!1. Зависимость безразмерной скорости уноса массы от рода газа я ентальпии набегающего потока. а — для ПТФЭ1 б — для ПММ. Рнс. В-!2. Зависимость еииектнвной антальпни материалов от ентвльИии терможеВИЯ гс ВОЗДУХВ. ! — ПтРЭ с молекулярной массой паров М -ИЮ; 2 — ПЭ с И -Щу; у у — стеклопластик. 2,6 2,2 2,2 1,8 3,8 3,4 3,4 3,0 0,8 3,0 6 32 38 23 ХДВ/кг 6,2 0 4 8 32 36 20 кДжукг а) Рис.
8-14 кДжукг 28000 3,8 32000 3.0 4000 0,2 20000 ХДВ!Хг ХДжг'кг 8 б) Рис. 4-11 РВС, В 12 Рассмотрим, какое влияние оказывает давление заторможенного потока на процесс разрушения ПТФЭ в воздушной среде. Из рнс. б-!О видно, что с увеличением давления р, безразмерная скорость уноса массы 6 =6,3(а/ср)е сильно растет. Объясняется это, с одной стороны, 100 тем, что при увеличении давления увеличивается коэффициент теплооб- Поведение продуктов рвал| мена (а(су)о и, с другой стороны, тем, что с ростом р, макромолекула ПТФЭ распадается на осколки с большей молекулярной массой (рис.
6-8, а), что снижает эффективность вдува и приводит к росту 6 . Согласование расчетных и экспериментальнаях данных на рис. 6-10 хорошее. Расчет по формуле (6-24): 1 — р,=З 1О', 2 — 104; 3 — 10', 4 — 6 1Ое Па. Экспериментальные данные: 5 — р, 104 Па; 5 — р,— -10' Па 1Л. 6-111; 7 — р-6 10' Па [Л. 6-81; 3 — р,-10' Па 1Л. 6-111 На рис. 6-!! приведены результаты расчета и экспериментального исследования разрушения ПТФЭ и ПММ в инертной среде (ЛЯ„р — — 0), воздухе и кислороде.
Расчетные кривые по формуле (6-24): 1 — инерт ная среда; 2 — воздух; 3 — кислород; р,=0,1 МПа. Экспериментальныо данные: 4 — аргон; 5 — азот; 5 — воздух; 7 — кислород, р,=0,1 МПа Из рисунка следует, что унос массы термопластичных материалов воз растает с увеличением энтальпии набегающего потока и зависит от со держания окислителя в потоке. Следующие два рисунка призваны иллюстрировать тепловую эффективность конкретных используемых термопластов. На рис. 6-!2 пред ставлены значения эффективной энтальпии 1вФФ=(и(ср)о(1,— 1„)1Сн ПТФЭ с молекулярной массой паров Ми=200 и Мг=692 и стеклопла стика в функции от энтальпии торможения 1, внешнего потока.
На рис. 6-13 приведены эксперименр . О-М. влияние адуев в ио р нма слой яродунтов деструкнии Птоз на теи вЛИянИЕ Вдува прОдуктОВ дЕСтруКциИ лоовмен в окрестности точки орможения ПТФЭ в пограничный слой на теплооб- т — азот; у — воз к; л — расчетнвя крива| мен В окрестности точки ТОРможениЯ, Рье-н1длвмз/мгчйопоо. Величина теплового потока к проницаемой поверхности определялась из выражения г( =С Нв.
~ой й вуйе Обращает на себя внимание факт почти полного отсутствия по экспериментальным данным снижения тепло- йй вого потока к разрушающейся поверхности в диапазоне скоростей 6„ от 2 йй до 4,6. Прн этом систематически данные для воздуха оказываются выше, чем для азота. Последнее, вероятно, й, может быть связано с тепловым эффектом горения продуктов разложения полимера, поскольку молекулярные массы воздуха и азота настолько близки друг с другом, что это не могло явиться причиной расслоения экспе риментальных данных. В качестве гипотезы, объясняющей аномальное поведение эффекта вдува при больших скоростях разрушения, иногдс указывают на возможность излучения продуктов деструкции в направ ленни поверхности образца. Сублимирующие и разлагающиеся матеРиалы 6-5.
Механизм разрушения термореактнвных полимеров (смол) Термореактивные смолы обладают сетчатой структурой. Такие смолы разлагаются, образуя, как правило, коксовый (углеродистый) остаток; при этом разложение протекает без предварительного перехода в вязкотекучее состояние, т. е. жидкая фаза при этом отсутствует. Характерной особенностью термореактивных смол является протекание химических реакций (деструкции) в глубине материала.
В результате реакций образуются газообразные продукты и твердый остаток— кокс. Разложение смолы обычно является эндотермическим процессом и протекает в некотором диапазоне температур. Так, например, деструкция фенолформальдегидных смол согласно оценкам различных исследователей протекает в интервале температур 500 — 800 К. Следует заметить, что температура деструкции зависит от выбранного в качестве отвердителя смолы материала.
Важной характеристикой при термическом разложении смол является коксовое число К, которое определяется конечной плотностью твердого остатка рс и начальной плотностью смолы рз, К=рс/ре. Этот параметр определяет соотношение масс газообразных и твердых продуктов деструкции смолы при ее полном разложении. Для фенольной смолы К=0,5 †: 0,6, для эпоксидной смолы он значительно меньше — К= 0,2. Обстоятельное исследование разложения фенольной смолы проведено в работе 1Л.6-71.
Показано, что при нагреве смолы до 1370 К происходит ее полное разложение на газообразные и твердые продукты. При этом часть углерода (относительно стехиометрического содержания) также переходит в газообразное состояние. Примерный состав продуктов деструкции смолы: 54~/з кокса, 27~7з Нь 6'!е СО, бааз паров воды и 7Ъ прочие газы. При термическом разложении термореактивных смол ни при каких давлениях не достигается термодинамическое равновесие на границе раздела продукты деструкции — исходное твердое вещество.
Скорость пРотекания химических реакций при деструкции смолы описывается кинетическим уравнением разложения типа уравнения (6-10). Поскольку в зоне деструкции протекает несколько химических реакций, то в расчетах должны использоваться эффективные значения кинетических констант. Термореактивные смолы в чистом виде не применяются в качестве теплозашитных материалов, их используют как связующее вещество в армированных композиционных материалах, поскольку образующийся при Разложении смол углерод упрочняет слой из неорганического термостойкого наполнителя и создает благоприятные условия для эффективной реализации его теплоты разрушения. Увеличение коксового числа К приводит к уменьшению скорости выхода газообразных продуктов из зоны деструкции Сгл и упрочнению слоя кокса.
Теплозащитные свойства материалов на основе термореактивных збз смол будут описаны более подробно в гл. 9. Глава седьмая ХИМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАТЕРИАЛА С НАБЕГАЮЩИМ ГАЗОВЫМ ПОТОКОМ Три режима окисления высокотемпературных материалов Тугоплавкие металлы, а также графит весьма успешно противостоят как тепловому, так и механическому воздействию высокотемпературного газового потока, однако быстро разрушаются прн окислении.
К числу тугоплавких относят двенадцать металлов, температура плавления которых превышает температуру плавления хрома (2150 К). Некоторые из них вполне доступны (вольфрам, молибден, ниобий), другие относятся к числу редких. В приложении даны некоторые теплофизическис свойства этих металлов. В первом приближении можно считать, что прочность металлов при высо. ких температурах тем больше, чем выше их тем пература плавления. Однако свои прочностные свой ства металлы быстро теряют при нагреве. На рис. 7-1 представлены сравнительные дан ные по прочности вольфрама, окислов и графита Видно, что прочность графита растет с температу рой и при Т=2500 К она почти вдвое превышает со ответствующее значение при стандартной темпера' туре. Напротив, у металла и высокотемпературньп окислов наблюдается характерное падение проч ности с ростом температуры. За исключением некоторых металлов платино вой группы, хром является единственным тугоплаа ким металлом с высоким сопротивлением окислению Подавляющее большинство других тугоплав ких металлов интенсивно окисляется при темпера турах выше 900 К, Особенностью этого процесса яв ляется образование на окисляемой поверхности лег коплавких или летучих окислов (табл.
7-1). Хомпческое ваапмодействпе потока с покрытием !04 Ю г м Ф й и и ! а а. 300 В тех случаях, когда пленки окислов остаются в твердом состоянии при температуре реакции, они часто растрескиваются и отслаиваются за счет большего удельного объема по сравнению с удельным объемом основного металла.
Из всех используемых на поактике металлов исключение составляют хром и алюминий, на поверхности которых образуется прочная пленка окислов, предотвращающая окисление основного металла. Для уменьшения скорости окисления высокотемпературных металлов в них вводят различные легирующие добавки. Этим объясняется положительное влияние присадок циркония и титана на ряд тугоплавких металлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
