notícies

En el disseny de protecció tèrmica de productes aeroespacials, per a components que requereixen un gruix substancial, que posseeixen geometries complexes o que són susceptibles a esquerdes per tensió, els materials compostos s'utilitzen sovint com a substitut dels recobriments de protecció tèrmica tradicionals. A més, les estructures de protecció tèrmica compostes ofereixen opcions de fabricació versàtils: es poden formar ràpidament directament sobre el lloc específic de protecció tèrmica o es poden unir al seu lloc mitjançant mànigues de protecció tèrmica compostes prefabricades, oferint així els avantatges d'un procés de preparació eficient i convenient. Actualment, els compostos fenòlics de fibra de vidre s'utilitzen àmpliament en estructures de protecció tèrmica a causa dels seus nombrosos mèrits, com ara l'estabilitat estructural, la resistència a altes temperatures, l'alt rendiment de carbonització, la baixa taxa d'ablació, l'alta resistència mecànica i l'excel·lent resistència a l'impacte.

Composites de fibra de vidre fenòlicatenen un potencial significatiu per a una aplicació generalitzada dins del sector aeroespacial. El seu mecanisme de protecció tèrmica implica una interacció sinèrgica de múltiples processos de protecció, incloent-hi la inhibició de la conducció de calor, la piròlisi endotèrmica, l'aïllament tèrmic proporcionat per la capa de carbó vegetal i el suport estructural. Aquest article analitzarà principalment el mecanisme de protecció tèrmica des de les perspectives de la inhibició de la conducció de calor, la piròlisi endotèrmica i l'aïllament tèrmic proporcionat per la capa de carbó vegetal.

1. Inhibició de la conducció de calor

Dins dels compostos de fibra de vidre fenòlica, la matriu de resina fenòlica en si mateixa posseeix una conductivitat tèrmica inherentment baixa, que serveix per retardar significativament la conducció de la calor externa. Quan el material compost se sotmet als ambients d'alta temperatura que es troben durant el vol, la calor es propaga inicialment cap a l'interior des de la superfície exterior. Tanmateix, l'estructura de cadena macromolecular inherent a la matriu de resina fenòlica obstrueix les vies de conducció de calor, provocant així una marcada reducció de la taxa de transferència de calor. Alhora, la presència de fibres de vidre dins del compost altera encara més les vies internes de conducció de calor. A més, la interfície entre les fibres de vidre i la resina fenòlica presenta una alta resistència tèrmica; en conseqüència, la calor troba una impedància addicional a mesura que travessa aquesta interfície, inhibint encara més el procés de conducció de calor i reduint eficaçment la taxa d'augment de temperatura dins del material compost.

2. Piròlisi endotèrmica

Quan s'exposa a ambients externs d'alta temperatura, la resina fenòlica experimenta reaccions de piròlisi contínues. Aquest procés de piròlisi és una reacció endotèrmica: en absorbir energia tèrmica, els enllaços químics dins de les molècules de resina fenòlica es trenquen, fent que el material es descompongui en gasos de molècules petites i residus carbonosos. Aquest procés consumeix eficaçment l'energia tèrmica transferida de l'ambient extern a la superfície del compost, reduint així simultàniament la temperatura superficial del material compost. 3. Aïllament tèrmic a través de la capa de carbó

A mesura que avança la reacció de piròlisi, es forma gradualment una capa de carbó a la superfície de lacompost de resina fenòlicaAquesta capa de carboni té una estructura porosa, amb els seus porus plens de gasos que presenten una conductivitat tèrmica extremadament baixa; aquesta característica millora encara més les capacitats d'aïllament tèrmic del compost. Alhora, la capa de carboni presenta una textura superficial dura capaç de suportar pressions aerodinàmiques i càrregues mecàniques específiques, protegint així el material no carbonitzat subjacent dels efectes d'escorçament i erosió dels fluxos de gas a alta temperatura. La capa de carboni generada a la superfície del compost no només té una funció aïllant, sinó que també, fins a cert punt, mitiga la pèrdua de massa del compost, allargant així la vida útil de l'estructura de protecció tèrmica.