耐高低溫柔性多層隔熱材料結(jié)構(gòu)與隔熱性表征.pdf

1、柔性防護(hù)材料是人類探索世界和宇宙時(shí)，在特殊場(chǎng)合下仍能正常操作移動(dòng)的必要條件。實(shí)際應(yīng)用中亦已提出對(duì)在高、低溫環(huán)境下性能保持柔性、輕質(zhì)材料的需求，如空間技術(shù)、探險(xiǎn)、運(yùn)動(dòng)、特殊工程等。柔性超薄隔熱材料是人體熱防護(hù)或可變形隔熱的基本用材。柔性或運(yùn)動(dòng)無障礙隔熱材料一般通過兩種途徑實(shí)現(xiàn):一是纖維集合體物質(zhì)，但厚度偏大，密封性差;一是薄膜多層組合物，但柔性和隔熱性會(huì)受到影響。
　　 本文主要研究柔性多層復(fù)合隔熱材料，用于對(duì)高溫(150℃)環(huán)境

2、、低溫(-150℃）環(huán)境的溫場(chǎng)隔絕。依據(jù)對(duì)隔熱材料本身性能與傳熱關(guān)系的分析，整體設(shè)計(jì)出由反射屏與間隔材料組合的柔性多層隔熱材料的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超薄、柔性、高效的隔絕目標(biāo)，并對(duì)柔性多層隔熱材料的制備與加工工藝做了簡(jiǎn)單的介紹。與金屬箔相比，鍍金屬薄膜強(qiáng)度高、重復(fù)使用性好，且金屬鋁與聚酯的結(jié)合性能好且價(jià)格低，故選擇鍍鋁聚酯薄膜作為反射屏。分別對(duì)六種規(guī)格的鍍鋁聚酯薄膜做了性能測(cè)試，從而選擇復(fù)合膜(6μm PET+0.03μm Al+8μm PET

3、）作為多層隔熱材料的反射屏;在反射屏相同的情況下，分別添加四種不同間隔材料，對(duì)組合而成的柔性多層隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻進(jìn)行比較，從而選擇滌綸絲網(wǎng)狀織物(網(wǎng)孔內(nèi)添加羽絨)作為柔性多層隔熱材料的間隔物;進(jìn)而對(duì)多層復(fù)合膜與間隔物的組合方式與接觸狀態(tài)做了相應(yīng)的研究，得出了隔絕性能較好的組合形式。
　　 通過對(duì)多層隔熱材料小樣的性能測(cè)試，得出滿足課題要求的最終成型小樣，其結(jié)構(gòu)為:外層織物+中聞層（11層復(fù)合膜，相鄰屏間間隔滌綸襯網(wǎng)，為提

4、高隔熱性能，襯網(wǎng)聞添加羽絨)+外層織物;同時(shí)。對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行揉皺處理，以達(dá)到材料最優(yōu)的隔熱性質(zhì)。這使最終成型小樣的單位面積重量為475.52 g/m2，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0326 W/m·K，保溫率為87.72％，傳熱系數(shù)均值為1.333 W/m2·℃，克羅值為4.862。當(dāng)成型小樣外層承受160℃的高溫環(huán)境2小時(shí)后，其內(nèi)層的溫度大約保持在43.2℃;當(dāng)成型小樣外層承受-120℃～-110℃的低溫環(huán)境2小時(shí)后，其內(nèi)層的溫度大約保持在-5.4℃

5、，其中在-110℃左右的條件下，經(jīng)緯向柔軟度下降均小于6％，且試樣無微觀龜裂和脆性破壞現(xiàn)象產(chǎn)生。通過對(duì)材料在高、低溫下的機(jī)械性能及氣密性的測(cè)試，證實(shí)材料在規(guī)定的溫場(chǎng)及微壓條件下，滿足動(dòng)態(tài)彎曲、壓作用和一般懸掛等使用，柔性變化在3％以內(nèi)，且為氣密性材料。
　　 在前人研究的基礎(chǔ)上，首先提出了多層隔熱材料的理想傳熱模型和固體導(dǎo)熱模型兩種簡(jiǎn)易的傳熱模型。采用牛頓迭代法，計(jì)算了多層隔熱材料中反射屏的溫度分布與傳熱熱流。在多層隔熱系統(tǒng)簡(jiǎn)易

6、傳熱模型的基礎(chǔ)上，考慮了反射屏與間隔物的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化，反射屏的表面發(fā)射率隨溫度的變化，從而提出了本課題所研究的多層隔熱材料的理想傳熱模型與實(shí)際傳熱模型，該模型是一個(gè)層間固體導(dǎo)熱、層間氣體傳熱和輻射傳熱三種傳熱途徑相復(fù)合的逐層傳熱模型。采用二分法計(jì)算了實(shí)際傳熱模型中多層隔熱材料中反射屏的溫度分布與傳熱熱流。并將模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相比較，得出模型計(jì)算的多層層合隔熱材料的熱流量和導(dǎo)熱系數(shù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相吻合，導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算誤差

7、在10％以內(nèi)，熱流量的計(jì)算誤差在3％以內(nèi)。這表明本文提出的數(shù)值計(jì)算模型用于分析多層隔熱材料的傳熱過程是可行的。
　　 通過理論分析計(jì)算得出了相鄰反射屏間只有輻射傳熱的理想傳熱模型，連續(xù)固體導(dǎo)熱模型，以及用推導(dǎo)公式求得的實(shí)際傳熱模型，三者從低溫(123K)到273K、從高溫(433K)到273K兩種情況下多層隔熱材料中反射屏的溫度分布。實(shí)際中多層隔熱材料靠近冷端的溫度變化比理想傳熱模型計(jì)算的溫度變化小，而在接近熱端的溫度變化比理想

8、傳熱模型計(jì)算的溫度變化大。實(shí)際多層隔熱材料中反射屏的溫度分布介于理想傳熱模型和連續(xù)固體導(dǎo)熱模型計(jì)算的溫度值之聞。
　　 在本課題所研究的多層隔熱材料的基礎(chǔ)上，針對(duì)高溫到273K、低溫到273K兩種情況下，討論了多層隔熱材料層間固體導(dǎo)熱、氣體傳熱與輻射傳熱三種傳熱方式的熱流量，及其各自所占比重量。在常壓下，層聞氣體的傳熱量與通過多層材料的總傳熱量之比大于0.6，輻射傳熱熱阻最大,傳熱量較小。相對(duì)層間氣體傳熱與固體導(dǎo)熱來說，輻射傳熱