耐高低溫柔性多層隔熱材料結構與隔熱性表征.pdf

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

2、、低溫(-150℃）環(huán)境的溫場隔絕。依據對隔熱材料本身性能與傳熱關系的分析，整體設計出由反射屏與間隔材料組合的柔性多層隔熱材料的結構，實現了超薄、柔性、高效的隔絕目標，并對柔性多層隔熱材料的制備與加工工藝做了簡單的介紹。與金屬箔相比，鍍金屬薄膜強度高、重復使用性好，且金屬鋁與聚酯的結合性能好且價格低，故選擇鍍鋁聚酯薄膜作為反射屏。分別對六種規(guī)格的鍍鋁聚酯薄膜做了性能測試，從而選擇復合膜(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，對組合而成的柔性多層隔熱材料的導熱系數和熱阻進行比較，從而選擇滌綸絲網狀織物(網孔內添加羽絨)作為柔性多層隔熱材料的間隔物;進而對多層復合膜與間隔物的組合方式與接觸狀態(tài)做了相應的研究，得出了隔絕性能較好的組合形式。
　　 通過對多層隔熱材料小樣的性能測試，得出滿足課題要求的最終成型小樣，其結構為:外層織物+中聞層（11層復合膜，相鄰屏間間隔滌綸襯網，為提

4、高隔熱性能，襯網聞添加羽絨)+外層織物;同時。對復合膜進行揉皺處理，以達到材料最優(yōu)的隔熱性質。這使最終成型小樣的單位面積重量為475.52 g/m2，導熱系數為0.0326 W/m·K，保溫率為87.72％，傳熱系數均值為1.333 W/m2·℃，克羅值為4.862。當成型小樣外層承受160℃的高溫環(huán)境2小時后，其內層的溫度大約保持在43.2℃;當成型小樣外層承受-120℃～-110℃的低溫環(huán)境2小時后，其內層的溫度大約保持在-5.4℃

5、，其中在-110℃左右的條件下，經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象產生。通過對材料在高、低溫下的機械性能及氣密性的測試，證實材料在規(guī)定的溫場及微壓條件下，滿足動態(tài)彎曲、壓作用和一般懸掛等使用，柔性變化在3％以內，且為氣密性材料。
　　 在前人研究的基礎上，首先提出了多層隔熱材料的理想傳熱模型和固體導熱模型兩種簡易的傳熱模型。采用牛頓迭代法，計算了多層隔熱材料中反射屏的溫度分布與傳熱熱流。在多層隔熱系統簡易

6、傳熱模型的基礎上，考慮了反射屏與間隔物的導熱系數隨溫度的變化，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際傳熱模型，該模型是一個層間固體導熱、層間氣體傳熱和輻射傳熱三種傳熱途徑相復合的逐層傳熱模型。采用二分法計算了實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。并將模型計算結果與實驗測量結果相比較，得出模型計算的多層層合隔熱材料的熱流量和導熱系數與實驗測量結果相吻合，導熱系數的計算誤差

7、在10％以內，熱流量的計算誤差在3％以內。這表明本文提出的數值計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)固體導熱模型，以及用推導公式求得的實際傳熱模型，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、傳熱模型計算的溫度變化大。實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)固體導熱模型計算的溫度值之聞。
　　 在本課題所研究的多層隔熱材料的基礎上，針對高溫到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。相對層間氣體傳熱與固體導熱來說，輻射傳熱