ziņas

Kosmosa produktu termiskās aizsardzības projektēšanā komponentiem, kuriem nepieciešams ievērojams biezums, kuriem ir sarežģīta ģeometrija vai kuri ir pakļauti sprieguma plaisāšanai, kompozītmateriāli bieži tiek izmantoti kā tradicionālo termiskās aizsardzības pārklājumu aizstājējs. Turklāt kompozītmateriālu termiskās aizsardzības struktūras piedāvā daudzpusīgas izgatavošanas iespējas: tās var ātri veidot tieši uz konkrētās termiskās aizsardzības vietas vai arī tās var pielīmēt vietā, izmantojot iepriekš izgatavotas kompozītmateriālu termiskās aizsardzības uzmavas, tādējādi piedāvājot efektīva un ērta sagatavošanas procesa priekšrocības. Pašlaik fenola stikla šķiedras kompozītmateriāli tiek plaši izmantoti termiskās aizsardzības konstrukcijās, pateicoties to daudzajām priekšrocībām, tostarp strukturālajai stabilitātei, izturībai pret augstu temperatūru, augstai oglekļa ražai, zemam ablācijas ātrumam, augstai mehāniskajai izturībai un lieliskai triecienizturībai.

Fenola stikla šķiedras kompozītmateriālitiem ir ievērojams potenciāls plašam pielietojumam kosmosa nozarē. To termiskās aizsardzības mehānisms ietver vairāku aizsargprocesu sinerģisku mijiedarbību, tostarp siltumvadītspējas inhibīciju, endotermisko pirolīzi, siltumizolāciju, ko nodrošina ogles slānis, un strukturālo atbalstu. Šajā rakstā galvenokārt tiks analizēts termiskās aizsardzības mehānisms no siltumvadītspējas inhibīcijas, endotermiskās pirolīzes un ogles slāņa nodrošinātās siltumizolācijas viedokļa.

1. Siltuma vadīšanas inhibīcija

Fenola stikla šķiedras kompozītmateriālos pašai fenola sveķu matricai piemīt raksturīga zema siltumvadītspēja, kas ievērojami kavē ārējā siltuma vadīšanu. Kad kompozītmateriāls tiek pakļauts augstas temperatūras videi lidojuma laikā, siltums sākotnēji izplatās no ārējās virsmas uz iekšu. Tomēr fenola sveķu matricai raksturīgā makromolekulārā ķēdes struktūra aizsprosto siltuma vadīšanas ceļus, tādējādi ievērojami samazinot siltuma pārneses ātrumu. Vienlaikus stikla šķiedru klātbūtne kompozītmateriālā vēl vairāk maina iekšējos siltuma vadīšanas ceļus. Turklāt saskarne starp stikla šķiedrām un fenola sveķiem uzrāda augstu siltumizturību; līdz ar to siltums, šķērsojot šo saskarni, saskaras ar papildu pretestību, vēl vairāk kavējot siltuma vadīšanas procesu un efektīvi samazinot temperatūras paaugstināšanās ātrumu kompozītmateriālā.

2. Endotermiskā pirolīze

Pakļaujoties augstas temperatūras ārējai videi, fenola sveķi nepārtraukti piedzīvo pirolīzes reakcijas. Šis pirolīzes process ir endotermiska reakcija: absorbējot siltumenerģiju, ķīmiskās saites fenola sveķu molekulās pārtrūkst, izraisot materiāla sadalīšanos mazmolekulārās gāzēs un oglekļa atlikumos. Šis process efektīvi patērē siltumenerģiju, kas tiek pārnesta no ārējās vides uz kompozītmateriāla virsmu, tādējādi vienlaikus pazeminot kompozītmateriāla virsmas temperatūru. 3. Siltumizolācija, izmantojot ogles slāni

Pirolīzes reakcijas gaitā uz virsmas pakāpeniski veidojas oglekļa slānis.fenola sveķu kompozītsŠim pārogļojušamies slānim ir poraina struktūra, un tā poras ir piepildītas ar gāzēm, kurām piemīt ārkārtīgi zema siltumvadītspēja; šī īpašība vēl vairāk uzlabo kompozīta siltumizolācijas spējas. Vienlaikus pārogļojušamies slānim ir cieta virsmas tekstūra, kas spēj izturēt noteiktu aerodinamisko spiedienu un mehāniskās slodzes, tādējādi pasargājot pamatā esošo nepārogļojušos materiālu no augstas temperatūras gāzu plūsmu radītās berzes un erozijas ietekmes. Uz kompozīta virsmas izveidotais pārogļojušamies slānis ne tikai veic izolācijas funkciju, bet arī zināmā mērā mazina masas zudumus kompozītā, tādējādi pagarinot siltumizolācijas struktūras kalpošanas laiku.