ştiri

În proiectarea protecției termice a produselor aerospațiale, pentru componente care necesită grosimi substanțiale, posedă geometrii complexe sau sunt susceptibile la fisuri sub stres, materialele compozite sunt frecvent utilizate ca înlocuitor pentru acoperirile tradiționale de protecție termică. În plus, structurile compozite de protecție termică oferă opțiuni versatile de fabricație: acestea pot fi formate rapid direct pe locul specific de protecție termică sau pot fi lipite în poziție folosind manșoane de protecție termică compozite prefabricate, oferind astfel avantajele distincte ale unui proces de preparare eficient și convenabil. În prezent, compozitele fenolice din fibră de sticlă sunt utilizate pe scară largă în structurile de protecție termică datorită numeroaselor lor merite, inclusiv stabilitatea structurală, rezistența la temperaturi ridicate, randamentul ridicat de carbonizare, rata scăzută de ablație, rezistența mecanică ridicată și rezistența excelentă la impact.

Compozite fenolice din fibră de sticlădețin un potențial semnificativ pentru aplicații pe scară largă în sectorul aerospațial. Mecanismul lor de protecție termică implică o interacțiune sinergică a mai multor procese de protecție, inclusiv inhibarea conducerii termice, piroliza endotermă, izolația termică asigurată de stratul de cărbune și suportul structural. Această lucrare va analiza în principal mecanismul de protecție termică din perspectiva inhibării conducerii termice, pirolizei endoterme și izolației termice asigurate de stratul de cărbune.

1. Inhibarea conducerii termice

În cadrul compozitelor fenolice din fibră de sticlă, matricea de rășină fenolică în sine posedă o conductivitate termică inerent scăzută, care contribuie la întârzierea semnificativă a conducerii căldurii externe. Atunci când materialul compozit este supus mediilor cu temperaturi ridicate întâlnite în timpul zborului, căldura se propagă inițial spre interior de la suprafața exterioară. Cu toate acestea, structura lanțului macromolecular inerentă matricei de rășină fenolică obstrucționează căile de conducere a căldurii, provocând astfel o reducere semnificativă a ratei de transfer de căldură. Concomitent, prezența fibrelor de sticlă în compozit modifică și mai mult căile interne de conducere a căldurii. Mai mult, interfața dintre fibrele de sticlă și rășina fenolică prezintă o rezistență termică ridicată; în consecință, căldura întâlnește o impedanță suplimentară pe măsură ce traversează această interfață, inhibând în continuare procesul de conducere a căldurii și reducând eficient rata de creștere a temperaturii în interiorul materialului compozit.

2. Piroliza endotermă

Când este expusă la medii externe cu temperaturi ridicate, rășina fenolică suferă reacții continue de piroliză. Acest proces de piroliză este o reacție endotermă: la absorbția energiei termice, legăturile chimice din moleculele de rășină fenolică se rup, provocând descompunerea materialului în gaze cu molecule mici și reziduuri carbonice. Acest proces consumă eficient energia termică transferată din mediul extern la suprafața compozitului, scăzând astfel simultan temperatura suprafeței materialului compozit. 3. Izolație termică prin stratul de cărbune

Pe măsură ce reacția de piroliză are loc, la suprafața acestuia se formează treptat un strat de carbon.compozit de rășină fenolicăAcest strat de carbon are o structură poroasă, cu porii umpluți cu gaze care prezintă o conductivitate termică extrem de scăzută; această caracteristică îmbunătățește și mai mult capacitățile de izolare termică ale compozitului. În același timp, stratul de carbon prezintă o textură de suprafață dură, capabilă să reziste la presiuni aerodinamice specifice și sarcini mecanice, protejând astfel materialul necarbonizat subiacent de efectele de abraziune și eroziune ale fluxurilor de gaze la temperatură înaltă. Stratul de carbon generat pe suprafața compozitului nu numai că are o funcție izolatoare, dar, într-o anumită măsură, atenuează și pierderea de masă din compozit, prelungind astfel durata de viață a structurii de protecție termică.