3 Экспериментальные результаты и их практическая реализация

На основе проведенных исследований высокоэффективных и теплозащитных материалов, была разработана и исследована композиционная смесь порошков и материалов(волокна SiO₂ и Al₂O₃, тонкодисперсные порошки TiO, Al₂O₃ и тугоплавкие оксиды). Сформирована микропористая структура и установлены технические характеристики полученного теплоизоляционного материала.

3.1 Выбор волокнистых материалов с низким коэффициентом теплопроводности

Первым этапом требовалось определить состав смеси. Были выбраны материалы с наиболее низким коэффициентом теплопроводности. Для этого с помощью прибора МИТ-1, предназначенного для проведения экспрессного анализа определения коэффициента теплопроводности, экспериментально были определены значения коэффициента теплопроводности.

Образец материала перед экспериментом был подготовлен следующим образом. В образце сверлилось отверстие 6 мм глубиной 100 мм, в которое вводился зонд. Для материалов с гладкими негигроскопичными стенками желательно использовать теплопроводящую смазку для улучшения теплового контакта между зондом и испытуемым материалом. Если испытуемый материал имеет пористую структуру, смазка при нагреве должна оставаться достаточно густой, чтобы не впитываться в поры. При проникновении смазки в поры испытуемого материала результаты измерения искажаются. Для любых материалов желательно, чтобы зонд вставлялся в отверстие плотно, с минимальным зазором. Перед измерением образец необходимо выдержать вместе с зондом при температуре измерения не менее двух часов. Для испытаний при температуре, отличающейся от окружающей, образцы должны помещаться в термостат (ящик) из материала с низкой теплопроводностью, например, из пенополистирола [27].Для точности измерений теплопроводности волокон плотность их упаковки, при которой проводились измерения, была одинакова. Измерения проводились с одинаковым значением подаваемой мощности на образец. Зондовым методом по ГОСТ 30256 было получено ряд значений определяемой величины.

В качестве упрочняющей, структурирующей добавки для улучшения механических свойств конечного продукта были выбраны кремнеземные и глиноземные волокна. Волокна образуют трехмерную не упорядоченную структуру, при этом коэффициент теплопроводности не ухудшается за счет того, что диаметр волокон находится в наноразмерном диапазоне. Снижение диаметра волокна также ведет к уменьшению конвективного и лучистого переноса тепла.

Для исследования были взяты волокна, технические характеристики которых представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Технические характеристики исследуемых волокон

Волокно	Диаметр элементарного волокна, мкм	Длинна, мм	Состав, %	Массовая доля влаги, %
«PS»	9,5	91	SiO2 – 98,32	не более 3,5
«КВ»	6,03	90	SiO2 – 96,32	не более 3,5
«Рувол» (с различными модифика- циями)	5	-	1.SiO2 – 25, Al2O3 – 75; 2. SiO2 – 50, Al2O3 – 50; 3. SiO2 – 75, Al2O3 – 25;	0,43

Проводился эксперимент по определению коэффициента теплопроводности волокон (по вышеописанной методике). Результаты эксперимента приводятся в табл. 3.2

Таблица 3.2 - Результаты эксперимента по определению коэффициента теплопроводности

Материал	Величина λ1, Вт/(м·К)	Величина λ2, Вт/(м·К)	Величина λ3, Вт/(м·К)	Величина λср, Вт/(м·К)
Волокно «КВ»	0,0581	0,0576	0,0579	0.0578
Волокно «PS»	0,0601	0,0600	0,0602	0,0601
Волокно «Рувол». Соотношение AL2O3-SiO 25-75%	0,0571	0,0570	0,0568	0,0570
Волокно «Рувол». Соотношение AL2O3-SiO 75-25%	0,0580	0,0584	0,0580	0,0581
Волокно «Рувол». Соотношение AL2O3-SiO 50-50%	0,0549	0,0534	0,0533	0,0538

Анализируя полученные значения было установлено что волокно «Рувол» с содержанием Al₂O₃ и SiO с соотношении 50-50%, имеет наиболее низкий коэффициент теплопроводности.