Автореферат (1026326), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Н.Э. Баумана с международным участием (г. Москва, 2014 г.).Акты о внедрении получены от РКК «Энергия» им. С.П. Королёва иЗАО «Компомаш ТЭК».Публикации. Основные результаты диссертации отражены в12 научных работах, из которых 5 статей - в рецензируемых научныхизданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Общий объем публикаций 1,76 п.л.Список публикаций приведен в конце автореферата.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав, заключения и общих выводов, списка литературы иприложения. Содержание работы изложено на 165 страницах, в том числе139 страниц текста, 74 иллюстрации, 13 таблиц, список литературы из 100наименований и приложения на 25 страницах.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВведение раскрывает сущность исследуемой проблемы, ееактуальность и возможные пути решения, сформулированы цель и основныенаучные положения, выносимые автором на защиту, дана характеристиканаучной новизны и практической ценности результатов работы.В первой главе проведен обзор и анализ литературных источников ипрактических разработок высокопористых теплоизоляционных материалов иизделий из коротких базальтовых и кварцевых волокон.
Главнымикритериями в выборе волокнистых ТИМ являются тип и вид используемых вкомпозицииволокон,технологическийспособформированиякомпозиционного материала и формообразования из него изделий.В результате анализа опубликованных статей, монографий по тематике,связанной с получением и использованием высокопористой теплоизоляции,особый интерес к изучению представляют материалы из базальтовыхволокон. Они обладают уникальными свойствами: высоким уровнем физикомеханических и химических свойств, повышенной стойкостью в агрессивныхсредах и к вибрациям, долговечностью, стабильностью свойств придлительной эксплуатации в различных условиях, хорошей адгезией кразличным связующим.
Подробное описание применения базальтовыхволокнистых материалов в качестве теплоизоляционных и теплозащитных4покрытий можно найти в работах М.С. Аслановой, М.Ф. Маховой,Д.Д. Джигириса, А.Г. Новицкого, В.A. Дубровского, Н.В. Большаковой,С.Т. Петросяна. Однако основное внимание ученые уделяют вопросамтехнологии получения базальтовых штапельных или непрерывных волокон,экспериментальным исследованиям их характеристик и описанию областиприменения высокопористых волокнистых базальтовых материалов длявнешней теплоизоляции и защиты изделий.Созданию и изучению физико-механических характеристик ТИМ наоснове базальтового волокна в виде плиток посвящено диссертационноеисследование М.П. Тимофеева. Однако в его работе не определеныкоэффициенты теплопроводности материалов, не затронуты вопросыформообразования из коротких базальтовых волокон фасонныхтеплоизоляционных изделий и их области применения, поэтому необходимодальнейшее проведение исследований и разработок в области созданияконструкций сложной формы и специального назначения.Следует отметить, что существенный вклад в создание теплоизоляциивнесли В.Н.
Грибков, В.Г. Бабашов, Ю.В. Полежаев, Ф.Б. Юревич,В.П. Тимошенко, Н.М. Иванов, Дж. Мартин и др. Их исследованияпосвящены применению термостойких волокнистых материалов из короткихкварцевых волокон, в том числе и нитевидных кристаллов, получаемыхметодом жидкостной фильтрации. Наиболее известным примеромтеплозащиты с применением разнообразных плиток многократногоприменения являются сложные теплозащитные системы многоразовыхкосмических кораблей «Спейс-Шаттл» (США) и «Буран» (СССР). В рамкахпрограммы «БУРАН» специалистами ФГУП «ВИАМ», ФГУП НПП«Технология» и НПО «Молния» разработаны и внедрены в производствоволокнистые материалы ТЗМК-10 и ТЗМК-25 в виде плиток на основесверхчистого аморфного кварцевого волокна и связки из оксида кремния,получаемых из гидромассы фильтрационной технологией.Анализ способов изготовления теплоизоляционных материалов сучетом современных требований к теплоизоляции элементов машин,медицинской техники, бытовых приборов, трубопроводов, работающих привысоких температурах или связанных с транспортировкой криогенныхтоплив в машиностроении и авиационно-космической технике, показалпреимущества применения фильтрационной технологии формообразованияизделий.Такимобазом,основнымспособомобразованиятеплоизоляционных конструкций из коротких базальтовых волокон можноназвать метод фильтрационного осаждения.В связи с этим были сформулированы задачи исследованияпредставленной диссертационной работы.Вторая глава посвящена вопросам совершенствования и исследованиядвух стадийной технологии формования высокопористых изделий изкоротких базальтовых волокон и минеральной связки методом жидкостнойфильтрации.5Аналитический обзор литературных источников и опубликованныхработ по ТИМ из БСТВ позволил сделать вывод и провести расчет значениякоэффициента кондуктивной теплопроводности высокопористого (94 %)ТИМ, в интервале температур 60…420 °С, который имеет существенно (≈ в1,75 раза) меньший коэффициент теплопроводности по сравнению саналогичным показателем для прошивных рулонов и матов, изготовленных всоответствие с данными ГОСТ 21880-94, ТУ 5769-004-02500345-2009(МПБОР); ТУ 5769-002-0164840370-2013 («MINOL») (см.
Рис. 1).1 – сухой воздух;2 - базальтовыеволокна сдиаметрами 3 мкм;3 - базальтовыеволокна сдиаметрами 1,5 мкм;4 - базальтовойтеплоизоляции сплотностью 95125 кг/м3;5 - расчетная криваяна основе правиласуммированияРис. 1. Зависимость коэффициента кондуктивной теплопроводности оттемпературыВ связи с этим технология формования высокопористых изделийдолжна включать в себя две стадии:• получение полуфабриката из коротких базальтовых волоконпутем жидкостного измельчения штапельных волокон и удаленияневолокнистых включений для обеспечения стабильных физикомеханических и теплофизических характеристик;• формообразование высокопористых теплоизоляционных изделийсложнойпространственно-геометрическойформысзаданнымигеометрическими размерами.В процессе изучения жидкостного процесса получения полуфабрикатадля формования теплоизоляционных конструкций из коротких базальтовыхволокон проведен ряд экспериментов, с помощью которых удалосьопределить оптимальную длину волокна для достижения требуемойплотности.
Определены экспериментальные зависимости пористостиматериала от длины рубленных волокон. Проведен анализ формулы,определяющей коэффициент проницаемости в уравнении Дарси, сделаныуточнения и новая запись формулы, правильность которой подтвержденаэкспериментальными проливками жидкости через высокопористые образцыиз коротковолокнистого материала.
Исследование структуры волокнистой6теплоизоляции проводились в «Лаборатории тонких физических методовисследования материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана на растровомэлектронном микроскопе РЭМ Tescan VegaII LMH и инверсномметаллографическом микроскопе МИМ-1600Б.Теоретическая часть работы представлена разработкой математическоймодели фильтрационного осаждения коротких волокон из пульпы приформообразовании теплоизоляционных конструкций в виде плиток ицилиндрических колец. Основу физико-математического анализа фильтрациисоставляет описание движения жидкости (фильтрата) в порах слоя волокон.Скорость фильтрации или течения жидкости ф ( ) через пористыйслой уже осажденных волокон (Рис.
2, а) определяется:ф()=д [( п( п) ∆ )] сл=.жЗдесь п - плотность пульпы, п = ж + (1 − ж ⁄ в ), кг/м3; % ускорение свободного падения, м/с2; ж – плотность жидкости (воды), кг/м3;3в – плотность волокон, кг/м ; ℎп - текущая высота столба жидкости, м; сл –плотность сухого осадка, средняя по толщине слоя, кг/м3;= 'в /)п массовое содержание (концентрация) волокон в объеме пульпы, кг/м3; *п =ℎсл сл / – начальная высота столба пульпы (жидкости), м.абРис. 2. Схема фильтрационного осаждения коротких базальтовых волокониз пульпы на перфорированную оправку (а): 1 - фильтрат;2 – перфорированная перегородка; 3 – слив фильтрата; 4 – вакуумированиекамеры; 5 – слой волокнистого осадка; 6 – пульпи (б) – схема изготовления цилиндрических колецРазработанная математическая модель позволяет определить время,необходимое для осаждения волокон из пульпы:• с вакуумированием камеры фильтрата (Рис.
3, а, кривые 2-4):η h c ρ ρ∆p ρсл / cm + ∆p (hсл ρп g) lntф = ж сл m 1 − сл + сл +;Kд ρп g ρсл cm cm hсл ρп g 1 + ∆p (hсл ρп g) 7• без вакуумирования камеры фильтрата (Рис. 3, а, кривая 1):ηж hслcm ρсл ρсл , .(1 − ε ) hсл2ηρпвв tф =1+ ln −1 ; t ф1 =; +д = (/;/0-)kд ρп g ρсл cm cm 2 k д c m ( p1 − p 2 )• с внешним давлением без вакуумирования камеры t ф1 :• зависимость коэффициента проницаемости +д от пористости (Рис. 3, б).Время получения осадка волокон заданной толщины и плотности поддействием только столба жидкости в 5-10 раз больше (Рис.
3, а, кривая 1), посравнению с вакуумированием камеры фильтрата (Рис. 3, а, кривые 2-4). Назавершающем этапе свободного осаждения волокон время фильтрационногоосаждения резко возрастает, поэтому следует применять вакуумированиекамеры фильтрования.абРис. 3. Зависимость (а) времени формования полуфабриката из короткихбазальтовых волокон от концентрации волоконв пульпе при давлениях ∆pкривая 1 – 0 кПа; 2 – 5 кПа; 3 – 10 кПа; 4 – 20 кПа;(б) коэфф. проницаемости +д плоских образцов от пористости материала:1 – по формуле +д =,в-./0 (/ -); 2 - экспериментальные значения; 3 – областьрезультатов экспериментальных исследований на образцах из стекловолокнаИзготовление теплоизолирующих конструкций непосредственносвязано с разработкой и исследованием второй технологической стадииформообразования высокопористых изделий. В главе также описаноисследование процесса введения в коротковолокнистую базальтовуютеплоизоляцию свежеосажденную гидроокись алюминия с образованиеминеральной связки из Al2O3 при термообработке изделия.
С целью оценки«проскока» гидроокиси алюминия проведены эксперименты по осаждениюгидроокиси алюминия в пульпе с базальтовым волокном. На основепроведенных исследований, оптимальным условием получения материала наоснове базальтового волокна является проведение операции осаждениясвязующего в строго контролируемых значениях водородного показателя pH(Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
