Диссертация (1026327), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Н.Э. Баумана с международным участием (г. Москва,2014 г.).Целенаправленные исследования и работы по созданию абляционныхтеплозащитных покрытий летательных аппаратов из коротких минеральныхволокон и нитевидных кристаллов проводились на кафедре М-8 МВТУим. Н.Э. Бауманав70-80 годыпрошлоговекаЮ.Ц.КуниковымиМ.А. Комковым.В последние годы на кафедре СМ-12 МГТУ им. Н.Э.
Баумана проводилисьработы изучению свойств теплоизоляционных материалов, выполненных изкварцевых,каолиновыхибазальтовыхволоконЮ.В. СмирновымиМ.П. Тимофеевым.Диссертационная работа выполнена на кафедре «Технологии ракетнокосмического машиностроения» МГТУ имени Н.Э. Баумана в 2013-2017 г.г.Основное содержание работы отражено в 12 печатных работах, из которых 5 – врецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.13ГЛАВА 1. ОБЗОР И КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХИСТОЧНИКОВИВЫСОКОПОРИСТЫХПРАКТИЧЕСКИХТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХРАЗРАБОТОКМАТЕРИАЛОВИИЗДЕЛИЙ ИЗ КОРОТКИХ БАЗАЛЬТОВЫХ И КВАРЦЕВЫХ ВОЛОКОН1.1. Обзор высокопористых теплоизоляционных материалов из базальтовыхштапельных волокон, область применения и анализ их теплофизическиххарактеристикКласс волокнистых теплоизоляционных материалов в настоящее времяразвивается наиболее интенсивно.
Высокопористая волокнистая изоляциясочетает высокие теплоизоляционные свойства и удобство применения в видежестких плит, листов, войлоков, тканей. Волокнистая теплоизоляция обладаетболее высокими механическими характеристиками по сравнению с ячеистыми идругими теплоизоляционными материалами равной пористости.Эффективная теплоизоляция агрегатов и изделий улучшает стабильностьпротекания технологических процессов‚ повышает производительность, снижаетудельные расходы тепловой энергии; уменьшает вес и габариты конструкций,продлевает срок их службы, улучшает условия труда. При использованииволокнистых материалов в качестве тепловой изоляции конструкций плотность итолщинатеплоизоляциисущественновлияютнатехнико-экономическиехарактеристики применяемых изделий.Особый интерес к изучению представляют теплоизоляционные материалына основе базальтовых волокон и область их применения.
В первую очередь этовысокопористые и легковесные дискретно-волокнистые базальтовые материалы,обладающие комплексом теплофизических и физико-механических показателей,необходимых для применения их в качестве теплоизоляции. В этом случаеглавными критериями становятся тип и вид используемых в композиции волокон,технологическийспособформированиякомпозиционногоматериалаформообразования из него деталей и элементов теплозащиты изделий.и14Над созданием волокнистых материалов, используемых в качестветеплоизоляционных и теплозащитных покрытий, работает значительное числоотечественных и зарубежных ученых и фирм. Менее дорогим и более простым сточки зрения технологии производства является базальтовые волокна посравнению со стеклянными, кварцевыми, кремнеземными или каолиновымиволокнами.
Получению базальтовых волокон посвящено много работ. Подробноеописаниеприменениябазальтовыхволокнистыхматериаловвкачестветеплоизоляции и теплозащиты можно найти в работах М.С. Аслановой, М.Ф.Маховой, Д.Д. Джигириса [6-9], А.Г. Новицкого ([10-13] национальныйтехнический университет, Украина), В.A. Дубровского, Н.В. Большаковой,С.Т.
Петросяна [14-16]. Однако в их работах основное внимание уделяетсявопросам технологии получения базальтовых штапельных или непрерывныхволокон, экспериментальным исследованиям их характеристик, описаниюобласти применения высокопористых волокнистых базальтовых материалов длявнешнейтеплоизоляцииизащитыизделий,температурныйдиапазонприменимости которых показан на Рис.
1.1.Рис. 1.1.Предельная максимальная температура применения волокнистых материалов15Измногочисленныхфирм,производящихбазальтовыеволокнаитеплоизоляцию на их основе, можно отнести компанию ООО «Брянский заводтеплоизоляционных материалов» [17], компанию «Каменный Век» [18], завод«MINOL» [19]. Основными достоинствами базальтовых волокон являются нижеописанные показатели.Базальтовые волокна химически устойчивы к воздействию агрессивныхсред и водяного пара. Их гигроскопичность в 6-8 раз ниже, чем у стекловолокон,поэтому материалы из базальтовых волокон традиционно применяются всамолето- и ракетостроении, в судостроении, где очень важны низкие масса игигроскопичность таких материалов.Материалы из базальтовых волокон не накапливают радиацию, поэтомупригодны для радиоактивной защиты.
Применение именно таких материаловважно при строительстве химических и нефтехимических производств, атомныхэлектростанций,ответственныхпромышленныхобъектовсповышеннойпожарной безопасностью.Материалы из базальтовых волокон применяют в криогенной технике вкачестве теплоизоляции оборудования и трубопроводов при производствесжиженных газов, жидкого кислорода и водорода.Наосновехолстаизбазальтовогосупертонкоговолокна(БСТВ)производятся тепло и звукоизоляционные материалы в виде мягких и жесткихплит, прошивных матов, иглопробивных холстов, картона и др. БСТВ – это холстбазальтовойваты,слойштапельныхволокондиаметром1-3 микронаперепутанных и скрепленных между собой за счет поверхностного сцеплениякоротких волокон.Хочется еще раз подчеркнуть, что базальтовые волокна в отличие отстекловолокна позволяют производить теплоизоляционные материалы на основенеорганических связующих или без них, т.е.
материалов негорючих. Это новыйкласс теплозащитных и теплоизоляционных композиционных материалов.Основы производства базальтовых волокон и технология изготовления изних высокоэффективных, долговечных теплоизолирующих, звукоизолирующих,16фильтрующих материалов в виде войлоков, матов, фибр и бумаг, подробноизложены в монографии Джигириса Д.Д. и Маховой М.Ф. [6]Волокна, получаемые из горных минеральных пород – базальтов методомаэродинамического раздува, это высокопрочные тонкие элементарные волокна,представляющие собой слой беспорядочно перепутанных штапельных волокондлинной 50-60 см и связанных между собой силами естественного сцепления.
Всвязи с формированием такой рыхлой высокодисперсной структуры с большимколичеством воздушных промежутков, они превосходят по вибрационной итемпературнойустойчивости,теплозвукоизоляционнымифильтрующимсвойствам известные виды теплоизоляций из стеклянных и шлаковых волокон.Поэтому весьма перспективным является применение базальтовых штапельныхволокон в качестве материалов для создания высокопористых теплоизоляционныхконструкций и покрытий различного назначения [20, 21].Базальтовые волокна получают из однокомпонентного дешевого сырья(базальта) при одностадийном технологическом процессе, что обуславливает ихболее низкую (на 15 – 20 %) себестоимость по сравнению, например, состекловолокнами и во много раз более низкую по сравнению с кварцевыми икремнеземнымиволокнами,производимымипомногостадийнымтехнологическим схемам. При этом из 1 кг базальтового сырья получаетсяпрактически тот же 1 кг готового базальтового высококачественного волокна.Сами изделия из базальтовых супертонких волокон (БСТВ) не выделяюттоксичныхвеществввоздушнойиводнойсредах,негорючиеивзрывобезопасные.
В присутствии других химических компонентов не образуютвредных для здоровья человека соединений. Известно [22, 23], что БСТВ даже придлительной эксплуатации не разрушаются в среде жесткого радиационногоизлучения. Поэтому базальтовые волокна в виде различных теплоизолирующихизделий пользуются особым спросом на атомных электростанциях. Так же такиеволокна применяют в производстве теплоизоляционных звукопоглощающихматериалов, используемых в строительстве, для фильтров грубой очистки газовыхи воздушных сред.17Базальтовые волокна, используемые в современной промышленности,делятся на непрерывные волокна и штапельные.
По диаметру волокнаподразделяются на классы (Рис. 1.2) [24, 25]: микротонкие, диаметр менее0,6 мкм; ультратонкие, диаметр 0,6 — 1,0 мкм; супертонкие, диаметр 1,0 —3,0 мкм; тонкие, диаметр 9 — 15 мкм; утолщённые, диаметр 15 — 25 мкм игрубые волокна, диаметр 50 — 500 мкм. По характеру структуры можноразделить на конструкционные из непрерывных волокон и теплоизоляционные изкоротких волокон с хаотическим распределением в объеме материала (ваты,войлоки, прошивные маты и др.).Рис.
1.2.Базальтовые волокна, используемые в современной промышленностиТеплоизоляционные материалы, получаемые на основе базальтовогосупертонкого волокна (БСТВ) превышают по качеству изделия из базальтовоготонкого волокна (БТВ) практически по всем показателям (долговечность,гигроскопичность,теплопроводность,химическаяустойчивостьидр.).Сравнительные характеристики БТВ и БСТВ приведены в Таблице 1 [26].БСТВ работоспособно в широком диапазоне температур (от -260°С до+700 °С), вибростойко, сохраняет свою первоначальную форму при эксплуатации,химически инертно, негорючее и вообще повышает огнестойкость объекта, гдеоно применено. По комплексу свойств БСТВ превосходит аналогичные18материалы из стекловаты, минеральной ваты, шлаковаты и природныхтеплоизоляционных материалов.Таблица 1.Характеристики сравнения БТВ и БСТВХарактеристикаЕдиница измеренияХолст БСТВХолст БТВДиаметр волоконмкм1-39 - 15Длина волоконмм10 - 5010 - 80Плотностькг/м318 - 2526 - 36Вт м°С0,035–0,0360,037 - 0,041°С–200… +600–200… +600Теплопроводность,при 300°КТемпературапримененияОсновнойхарактеристикойтеплоизоляционногоматериалаявляетсякоэффициент теплопроводности элементарных волокон (Рис.
1.3).абРис. 1.3.Зависимость коэффициента теплопроводности базальтовых волокон от ихдиаметра при различных температурах [6, 7]19Зависимости коэффициента теплопроводности от диаметра выпускаемыхбазальтовых элементарных волокон, выполненных методом стационарноготеплового режима, представлены на Рис. 1.3, а [6] и на перестроенном авторомРис. 1.3, б. Коэффициент теплопроводности базальтовых волокон при увеличениидиаметра от 2 до 12 мкм возрастает от 0,0475 до 0,06 Вт/м К.На основе проведенного анализа ряда опубликованных работ на Рис. 1.4 влинеаризованном виде представлены исследования зависимости коэффициентатеплопроводностибазальтовыхволоконприразличныхдиаметрахоттемпературы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
