Projektuojant aviacijos ir kosmoso gaminių šiluminę apsaugą, komponentams, kuriems reikalingas didelis storis, kurie turi sudėtingą geometriją arba yra jautrūs įtempių įtrūkimams, kompozicinės medžiagos dažnai naudojamos kaip tradicinių šiluminės apsaugos dangų pakaitalas. Be to, kompozicinės šiluminės apsaugos konstrukcijos siūlo universalias gamybos galimybes: jas galima greitai suformuoti tiesiai ant konkrečios šiluminės apsaugos vietos arba jas galima pritvirtinti naudojant iš anksto pagamintas kompozicines šiluminės apsaugos įvores, taip suteikiant aiškius efektyvaus ir patogaus paruošimo proceso privalumus. Šiuo metu fenolio stiklo pluošto kompozitai yra plačiai naudojami šiluminės apsaugos konstrukcijose dėl daugybės privalumų, įskaitant konstrukcinį stabilumą, atsparumą aukštai temperatūrai, didelį anglies išeigą, mažą abliacijos greitį, didelį mechaninį stiprumą ir puikų atsparumą smūgiams.
Fenolio stiklo pluošto kompozitaituri didelį potencialą plačiai taikyti aviacijos ir kosmoso sektoriuje. Jų šiluminės apsaugos mechanizmas apima sinergetinę daugelio apsauginių procesų sąveiką, įskaitant šilumos laidumo slopinimą, endoterminę pirolizę, anglies sluoksnio užtikrinamą šilumos izoliaciją ir konstrukcinę atramą. Šiame straipsnyje pirmiausia bus analizuojamas šiluminės apsaugos mechanizmas šilumos laidumo slopinimo, endoterminės pirolizės ir anglies sluoksnio užtikrinamos šilumos izoliacijos požiūriu.
1. Šilumos laidumo slopinimas
Fenolio stiklo pluošto kompozituose pati fenolio dervos matrica pasižymi mažu šilumos laidumu, kuris žymiai sulėtina išorinės šilumos laidumą. Kai kompozicinė medžiaga yra veikiama aukštos temperatūros aplinkos skrydžio metu, šiluma iš pradžių sklinda į vidų nuo išorinio paviršiaus. Tačiau fenolio dervos matricai būdinga makromolekulinė grandinės struktūra užstoja šilumos laidumo kelius, todėl žymiai sumažėja šilumos perdavimo greitis. Tuo pačiu metu stiklo pluoštų buvimas kompozite dar labiau keičia vidinius šilumos laidumo kelius. Be to, stiklo pluošto ir fenolio dervos sąsaja pasižymi didele šilumine varža; dėl to šiluma, skersai šią sąsają, susiduria su papildoma varža, dar labiau slopindama šilumos laidumo procesą ir efektyviai sumažindama temperatūros kilimo greitį kompozicinėje medžiagoje.
2. Endoterminė pirolizė
Veikiant aukštos temperatūros išorinei aplinkai, fenolio derva nuolat patiria pirolizės reakcijas. Šis pirolizės procesas yra endoterminė reakcija: sugerus šiluminę energiją, cheminiai ryšiai fenolio dervos molekulėse nutrūksta, todėl medžiaga suskyla į mažų molekulių dujas ir anglies likučius. Šis procesas efektyviai sunaudoja šiluminę energiją, perduodamą iš išorinės aplinkos į kompozito paviršių, tuo pačiu sumažinant kompozicinės medžiagos paviršiaus temperatūrą. 3. Šiluminė izoliacija anglies sluoksniu
Pirolizės reakcijai vykstant, paviršiuje palaipsniui susidaro anglies sluoksnis.fenolio dervos kompozitasŠis apanglėjęs sluoksnis yra porėtos struktūros, o jo poros užpildytos dujomis, pasižyminčiomis itin mažu šilumos laidumu; ši savybė dar labiau pagerina kompozito šilumos izoliacijos galimybes. Tuo pačiu metu apanglėjęs sluoksnis turi kietą paviršiaus tekstūrą, galinčią atlaikyti specifinį aerodinaminį slėgį ir mechanines apkrovas, tokiu būdu apsaugodamas po juo esančią neapanglėjusią medžiagą nuo aukštos temperatūros dujų srautų trinties ir erozijos poveikio. Ant kompozito paviršiaus susidaręs apanglėjęs sluoksnis ne tik atlieka izoliacinę funkciją, bet ir tam tikru mastu sumažina kompozito masės nuostolius, taip pailgindamas šiluminės apsaugos struktūros tarnavimo laiką.
Įrašo laikas: 2026 m. balandžio 3 d.
