RU2142596C1 - Теплозащитный композитный материал-покрытие - Google Patents
Теплозащитный композитный материал-покрытие Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142596C1 RU2142596C1 RU98121569A RU98121569A RU2142596C1 RU 2142596 C1 RU2142596 C1 RU 2142596C1 RU 98121569 A RU98121569 A RU 98121569A RU 98121569 A RU98121569 A RU 98121569A RU 2142596 C1 RU2142596 C1 RU 2142596C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- coating material
- protective composite
- composite coating
- mixtures
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K21/00—Fireproofing materials
- C09K21/14—Macromolecular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L59/00—Thermal insulation in general
Abstract
Изобретение относится к материалам-покрытиям, предназначенным для защиты различных объектов от мощных тепловых воздействий (нежелательного перегрева, пламени, короткого замыкания, различных излучений и т.д.), в результате которых может иметь место пожар или выход из строя приборов, оборудования и т. п. Теплозащитный композитный материал-покрытие состоит из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или их смеси с открытыми порами размером 5-100 нм, а в качестве гигроскопичного вещества в поры помещают неорганические соли, их смеси или их растворы с содержанием влаги более 6 молекул воды на каждый ион металла при температуре окружающей среды от - 10 до + 50°С, давлении 700-1500 кПа и влажности воздуха более 15%. В качестве неорганических солей используют галогениды, нитраты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Материал может быть спрессован или включен в другую матрицу со связующим. Техническим результатом является повышение времени тепловой защиты материалов в случае мощных тепловых воздействий. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к материалам-покрытиям, предназначенным для защиты различных объектов от мощных тепловых воздействий (нежелательного перегрева, пламени, короткого замыкания, различных излучений и т.д.), в результате которых может иметь место пожар или выход из строя приборов, оборудования и т. п.
В качестве теплозащитных материалов обычно используют термостойкие покрытия (теплоизоляторы) на керамической основе, отличающиеся низкой теплопроводностью [Физические величины: Справочник / А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина и др. ; Под. ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. - М.; Энергоатомиздат, 1991, с. 358-362] . При относительно слабом тепловом воздействии, когда плотность Ws падающего теплового потока не превышает 5-10 Вт/см2, данные покрытия полностью себя оправдывают, однако в случае мощных тепловых ударов (Ws > 10 Вт/см2) время тепловой защиты (т.е. время достижения "критической" температуры, при которой происходит деградация защищаемой поверхности) обычно не превышает нескольких минут в случае небольшой (до 1 см) толщины покрытия.
Прототипом является теплоаккумулирующий материал, состоящий из термически инертной матрицы и термочувствительного рабочего вещества, характеризующийся тем, что в качестве матрицы он содержит силикагель с открытыми порами размером 10-100 нм, а в качестве рабочего вещества - кристаллогидрат CaCl2•6H2O с порами того же размера [Патент РФ N 2042695, опубл. 27.08.95, БИ N 24; патент США N 5585174, 1996]. Недостатком известного материала является малое время тепловой защиты в случае мощных тепловых воздействий.
Изобретение решает задачу создания теплозащитных покрытий, обеспечивающих резкое повышение времени тепловой защиты материалов в случае мощных тепловых воздействий.
Поставленная задача решается использованием специального теплозащитного композитного материала-покрытия, состоящего из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или их смеси с открытыми порами размером 5-100 нм, а в качестве гигроскопичного вещества в поры помещают растворы неорганических солей или их смесей. В качестве неорганических солей используют галогениды, нитраты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов. Материал может быть спрессован или включен в другую матрицу со связующим.
Теплозащитный композитный материал-покрытие может быть получен стандартными методами синтеза - пропиткой предварительно высушенных матриц насыщенными растворами солей до полного (либо частичного) заполнения пор с последующей сушкой, совместным осаждением, нанесением из газовой фазы и т.д. [Патент США N 5585174, 1996].
Существенным отличием от прототипа является агрегатное состояние рабочего вещества: для прототипа это кристаллогидрат CaCl2•6H2O, описываемые же материалы содержат в порах матрицы растворы неорганических солей или их смесей, причем содержание влаги составляет более 6 молекул воды на каждый ион металла. Установлено, что заявленное агрегатное состояние рабочего вещества реализуется в широком диапазоне условий: при температуре окружающей среды от -10 до +50oC, давлении 700-1500 кПа и влажности воздуха более 15%.
Теплозащитные композитные материалы- покрытия легко подвергаются формованию, прессованию и нанесенные в виде покрытий позволяют существенно увеличить время защиты покрываемой поверхности от различных видов мощного теплового воздействия. Процесс тепловой защиты происходит следующим образом. В отсутствие теплового воздействия (при комнатной температуре) теплозащитный материал-покрытие способен удерживать значительное (до 50 мас.%) количество сорбированной из окружающей среды воды. При подаче теплового потока на поверхность теплозащитного материала-покрытия в последнем происходит десорбция воды - либо полная, если подводимая извне энергия обеспечивает уровень температуры более 100-120oC, либо частичная, если равновесный уровень температуры менее указанной величины. При этом в ходе десорбции, являющейся эндотермическим процессом, температура защищаемой поверхности не превышает 90-120oC вплоть до полного удаления воды из теплозащитного материала-покрытия. Момент полного удаления воды и определяет время t3 тепловой защиты, по истечении которого теплозащитный материал-покрытие выполняет роль обычного теплоизолятора. При этом время тепловой защиты зависит от величины падающего теплового потока, количества адсорбированной воды и толщины теплозащитного материала-покрытия, причем, как показывают измерения, увеличение толщины в 2 раза приводит к увеличению t3 примерно в 4 раза.
Отличительной особенностью предлагаемых теплозащитных покрытий является их способность регенерации своих свойств: после прекращения теплового воздействия и остывания теплозащитный материал-покрытие начинает адсорбировать воду из окружающей среды, при этом полное заполнение пористого пространства происходит при влажности воздуха более 50%.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Для проведения опытов готовят прессованные таблетки теплозащитного материала-покрытия диаметром 25 мм и различной толщины. Таблетки помещают на горизонтальную поверхность и окружают теплоизоляцией, оставляя верхнюю грань таблетки открытой. К верхней и нижней граням таблетки подводят термопары. На верхнюю грань подают концентрированный световой поток от установки радиационного нагрева УРАН с ксеноновой лампой ДКСШРБ-10000. Падающую мощность варьируют от 30 до 200 Вт, что соответствует плотности теплового потока от 5 до 35 Вт/см2. Показание нижней термопары, фиксируемое самописцем, в данном случае и характеризует температуру защищаемой с помощью теплозащитного материала-покрытия поверхности. Для сравнительных опытов готовят таблетки аналогичного размера из силикагеля и стандартного теплоизолятора - кремнеземистой ваты.
Пример 1. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе силикагеля марки КСКГ и насыщенного водного раствора хлорида кальция. Температура верхней грани составляет 1000oC. Температура нижней грани медленно возрастает и достигает 120oC через t3 = 12,5 мин (температурная диаграмма приведена на чертеже). После полного испарения воды в течение последующих 20 мин температура возрастает до стационарного значения 210oC.
Пример 2. Аналогичен примеру 1, отличается тем, что толщина теплозащитного материала-покрытия составляет 15 мм. В этом случае t3 = 25 мин.
Пример 3. Аналогичен примеру 2, отличается тем, что плотность теплового потока составляет 30 Вт/см2. В этом случае t3 = 10 мин.
Пример 4. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе оксида титана и водного раствора хлорида магния. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 11 мин. После полного испарения воды в течение последующих 25 мин температура возрастает до стационарного значения 250oC.
Пример 5. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе силикагеля марки КСКГ и водного раствора бромида лития. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 11 мин. После полного испарения воды в течение последующих 20 мин температура возрастает до стационарного значения 240oC.
Пример 6. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе оксида магния и водного раствора сульфата натрия. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 10 мин. После полного испарения воды в течение последующих 20 мин температура возрастает до стационарного значения 240oC.
Пример 7. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе оксида алюминия и смеси водных растворов хлорида кальция и нитрата калия. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 9 мин. После полного испарения воды в течение последующих 20 мин температура возрастает до стационарного значения 250oC.
Пример 8. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе углеродного сорбента типа СКТ и водного раствора хлорида кальция. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 11 мин.
Пример 9. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе цеолита (природный сорбент) и водного раствора хлорида кальция. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 12 мин.
Пример 10. Тепловой поток плотностью 15 Вт/см2 воздействует на теплозащитный композитный материал-покрытие толщиной 10 мм, приготовленный на основе смеси диспергированного алюминия с оксидом алюминия и водного раствора хлорида кальция. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 8 мин.
Пример 11 (сравнительный). На верхнюю грань таблетки силикагеля толщиной 10 мм воздействует тепловой поток плотностью 15 Вт/см2. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 3 мин после начала теплового воздействия и продолжает возрастать в течение 20 мин до стационарного значения 250oC.
Пример 12 (сравнительный). На верхнюю грань таблетки из кремнеземистой ваты толщиной 10 мм воздействует тепловой поток плотностью 15 Вт/см2. Температура нижней грани достигает 120oC через t3 = 20 секунд после начала теплового воздействия и продолжает возрастать в течение 25 мин до стационарного значения 350oC.
На чертеже представлены температурные диаграммы, соответствующие примерам 1 и 12.
Таким образом, предлагаемый материал позволяет создавать теплозащитные покрытия, обеспечивающие резкое повышение времени тепловой защиты объектов в случае мощных тепловых воздействий, и может найти широкое применение в промышленности и в быту.
Claims (5)
1. Теплозащитный композитный материал-покрытие, содержащий гигроскопичное вещество в пористой матрице, отличающийся тем, что в качестве гигроскопичного вещества используют водные растворы неорганических солей или их смесей с содержанием влаги более 6 молекул воды на каждый ион металла при температуре окружающей среды от - 10 до + 50oC, давлении 700 - 1500 кПа и влажности воздуха более 15%.
2. Теплозащитный композитный материал-покрытие по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганических солей используют галогениды, сульфаты, нитраты щелочных или щелочноземельных металлов или их смеси.
3. Теплозащитный композитный материал-покрытие по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве пористой матрицы используют неорганические оксиды, углеродные сорбенты, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или из смеси с открытыми порами размером 5 - 100 нм.
4. Теплозащитный композитный материал-покрытие по пп.1 - 3, отличающийся тем, что этот материал может быть спрессован либо включен в другую матрицу со связующим.
5. Теплозащитный композитный материал-покрытие по пп.1 - 4, отличающийся тем, что регенерацию материала осуществляют путем его помещения во влажную атмосферу.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98121569A RU2142596C1 (ru) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | Теплозащитный композитный материал-покрытие |
| PCT/RU1999/000440 WO2000032714A1 (fr) | 1998-11-30 | 1999-11-16 | Materiau et revetement composite de protection contre la chaleur |
| AU15890/00A AU1589000A (en) | 1998-11-30 | 1999-11-16 | Heat-protection composite material and coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98121569A RU2142596C1 (ru) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | Теплозащитный композитный материал-покрытие |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2142596C1 true RU2142596C1 (ru) | 1999-12-10 |
Family
ID=20212810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98121569A RU2142596C1 (ru) | 1998-11-30 | 1998-11-30 | Теплозащитный композитный материал-покрытие |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU1589000A (ru) |
| RU (1) | RU2142596C1 (ru) |
| WO (1) | WO2000032714A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476264C2 (ru) * | 2007-10-30 | 2013-02-27 | Саес Геттерс С.П.А. | Способ производства композитного сорбента для удаления воды, состоящего из гигроскопичных неорганических солей, растворенных в полимерной матрице |
| WO2019217839A1 (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | Blue Origin, Llc | High temperature thermal protection system for rockets, and associated methods |
| US11667408B2 (en) | 2018-06-12 | 2023-06-06 | Blue Origin, Llc | Metal encapsulated ceramic tile thermal insulation, and associated systems and methods |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4277357A (en) * | 1980-01-31 | 1981-07-07 | Boardman Energy Systems Incorporated | Heat or cold storage composition containing a hydrated hydraulic cement |
| US4740325A (en) * | 1982-02-23 | 1988-04-26 | Allied Colloids Limited | Thermal energy storage compositions |
| AU667289B2 (en) * | 1990-06-15 | 1996-03-21 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa "Ekoterm" | Heat accumulating material and its use |
| RU2046295C1 (ru) * | 1991-11-12 | 1995-10-20 | Николай Николаевич Леухин | Расходно-питательный узел весового дозатора |
-
1998
- 1998-11-30 RU RU98121569A patent/RU2142596C1/ru not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-11-16 AU AU15890/00A patent/AU1589000A/en not_active Abandoned
- 1999-11-16 WO PCT/RU1999/000440 patent/WO2000032714A1/ru active Application Filing
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476264C2 (ru) * | 2007-10-30 | 2013-02-27 | Саес Геттерс С.П.А. | Способ производства композитного сорбента для удаления воды, состоящего из гигроскопичных неорганических солей, растворенных в полимерной матрице |
| WO2019217839A1 (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | Blue Origin, Llc | High temperature thermal protection system for rockets, and associated methods |
| US11174818B2 (en) | 2018-05-10 | 2021-11-16 | Blue Origin, Llc | High temperature thermal protection system for rockets, and associated methods |
| US11667408B2 (en) | 2018-06-12 | 2023-06-06 | Blue Origin, Llc | Metal encapsulated ceramic tile thermal insulation, and associated systems and methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000032714A1 (fr) | 2000-06-08 |
| AU1589000A (en) | 2000-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS63197742A (ja) | 燃焼している建物内の炎の広がりを押えおよび炎の作用に対し保護する方法 | |
| KR101360474B1 (ko) | 복합 게터제를 포함하는 진공 단열재 | |
| JP2002020738A (ja) | 熱または冷気を蓄積するためのアキュムレータ複合体を製造する方法 | |
| KR840006618A (ko) | 공기분리를 위한 다가이온 교환된 흡착제 | |
| US5391322A (en) | Method for extending the service life of a vapor-corrosion inhibitor | |
| US3709169A (en) | Fireproof container | |
| EP0969964B1 (en) | A thermal control device | |
| RU2142596C1 (ru) | Теплозащитный композитный материал-покрытие | |
| JP2007077199A (ja) | 水蒸気収脱着型蓄熱材およびその製造方法 | |
| US5585174A (en) | Heat-accumulating material and use thereof | |
| JPH07106295B2 (ja) | 調湿剤 | |
| US1961890A (en) | Refrigeration process | |
| JP7012381B2 (ja) | 調湿装置及び調湿方法 | |
| JPS5715840A (en) | Hygroscopic agent | |
| US4712606A (en) | Solar energy storage cell | |
| KR101277378B1 (ko) | 발열체 조성물 및 이를 이용한 식품 가열기구 | |
| RU2042695C1 (ru) | Теплоаккумулирующий материал и способ его получения | |
| JPH07103744B2 (ja) | 耐火断熱材構造 | |
| SU841628A1 (ru) | Огнегасительное средство | |
| RU99112544A (ru) | Композитный осушитель газов и жидкостей | |
| JP3554752B2 (ja) | 繰り返し利用可能な調湿材料及びその製造方法 | |
| Parmon et al. | Use of modern composite materials of the chemical heat accumulator type for fire protection and fire extinguishing | |
| JPH09100468A (ja) | 持続性冷却剤およびその製造方法 | |
| JPH0252037A (ja) | 化学活性フィルタ | |
| JPS59203637A (ja) | 低温で再生可能な吸湿剤 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141201 |