轻质复合材料高温隔热性能.pdf

复合材料学报第28卷第1期2月2011年
ActaMateriaeCompositaeSinicaVol28No1February2011

文章编号:1000-3851(2011)01-0008-07

轻质复合材料高温隔热性能

蔺晓轩1,2,沈志洵1,2,魏玺1,张伟刚*1
(1.中国科学院过程工程研究所,多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049)

摘要:设计了一套隔热材料高温(>1200)隔热效果的测试装置,可对隔热材料进行快速、低成本的有效测

试和筛选。采用本装置在材料热面中心温度为160010时,考察了碳/酚醛复合材料和ZrO2纤维板材料背

部升温历程,评价了2种材料的隔热性能,并采用有限差分法数值模拟了ZrO2纤维板材料背部升温历程,预测

其有效导热系数。研究表明,在加热初期400s时间内,碳/酚醛复合材料的隔热性能优于ZrO2纤维板的隔热性

能,后期则相反;ZrO2纤维板的隔热性能与体积密度有关,有效导热系数随温度升高而非线性地增大。

关键词:轻质复合材料;高温隔热性能;碳/酚醛;ZrO2纤维板;等离子弧发生器
中图分类号:TB332文献标志码:A

Hightemperaturethermalinsulationperformanceoflightmasscomposites

LINXiaoxuan1,2,SHENZhixun1,2,WEIXi1,ZHANGWeigang*1
(1.StateKeyLaboratoryofMultiPhaseComplexSystem,InstituteofProcessEngineering,
ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;
2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Abstract:Adeviceforthermalinsulationperformanceofhightemperaturematerialswasdesignedandestablished
totestlightmassthermalinsulationmaterialsviaarapidandsimpleprocedure.Thethermalinsulationperformance

ofcarbonfiber/phenoliccompositeandZrO2fiberboardweretestedbythisdevicewhenthetemperatureatthecenter

pointofhotfacewas160010.TheheattransportprocessofZrO2fiberboardwasnumericallysimulatedby
finitedifferencemethod,andtheeffectivethermalconductivitywasalsopredicted.Theresultsshowthatthermal

insulationperformanceofcarbonfiber/phenoliccompositeisbetterthanthatofZrO2fiberboardfromthebeginning

oftestto400s,whilethethermalinsulationperformanceofZrO2fiberboardisbetterfrom400stotheendoftest.

ThermalinsulationperformanceofZrO2fiberboardisaffectedbythebulkdensity,andtheeffectivethermal

conductivityofZrO2fiberboardincreasesnonlinearlywiththeelevatedtemperature.

Keywords:lightmasscomposites;hightemperaturethermalinsulationperformance;carbonfiber/phenolic;ZrO2
fiberboard;plasmaarcgenerator

高超音速航天器再入时,将受到严重的气动加热导率测试和动态隔热性能测试[10-12],分别以热
热[1-2],为避免机身再入时不被气动热焚毁,保证导率和材料热面在一定的温度作用下的冷面温升作
内部器件在适当的温度范围内正常工作,需要采用为评价材料隔热性能的指标。但对于隔热材料高温
高效隔热材料与技术[3