Оценка и прогнозирование стабильности композиционных охлаждающих материалов

• Автор: Трутнева, Лариса Ивановна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 124 с. : ил.

1 АНАЛИЗ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОХЛАЖДАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ВЛИЯНИЯ НА НИХ УСЛОВИЙ ХРАНЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.1 Газогенерирующие системы и их назначение.

1.2 Физическая химия композиционных охлаждающих материалов

1.3 Физикохимические свойства композиционных охлаждающих материалов.

1.3.1 Композиционные охлаждающие материалы с порошкообразным наполнителем на основе аммонийных солей и карбамида

1.3.1.1 Композиционный охлаждающий материал с наполнителем на основе карбамида.

1.3.1.2 Охлаждающие материалы с наполнителем на основе оксалата аммония

1.3.1.3 Охлаждающий материал с наполнителем на основе

бикарбоната аммония.

1.3.2 Охлаждающие газогенерирующие материалы

1.3.2.1 Композиционный охлаждающий материал на основе азида натрия.

1.3.2.2 Безазидный охлаждающий материал.
1.4 Технология переработки композиционных охлаждающих материалов.
1.5 Зависимость свойств композиционных охлаждающих материалов от условий хранения и эксплуатации.
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОХЛАЖДАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ.
2.1 Назначение режимов ускоренных климатических испытаний для
композиционных охлаждающих материалов
2.1.1 Изотермический режим термостатирования.
2.1.2 Циклический режим изменения температуры
2.2 Методы исследований образцов материалов
3 МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАРАНТИЙНЫХ СРОКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОХЛАЖДАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Анализ возможных условий эксплуатации материалов.
ф 3.2 Программа расчета гарантийного срока эксплуатации
композиционных охлаждающих материалов
3.3 Программа исследований по продлению сроков эксплуатации композиционных охлаждающих материалов
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ ОХЛАЖДАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ ХРАНЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ.
4.1 Композиционный охлаждающий материал на основе карбамида
4.1.1 Экспериментальная оценка физикохимической стабильности охлаждающего материала МП1 после длительного натурного хранения в составе низкотемпературного газового генератора
4.1.2 Исследования по продлению срока эксплуатации охлаждающего
материала МП
4.2 Композиционные охлаждающие газогенерирующие материалы АГТиБАС
4.3 Композиционные охлаждающие материалы с наполнителем на основе солей аммония.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕ
Е энергия активации процесса разложения, Джмоль т текущая масса композиционного охлаждающего материала, кг т0 исходная масса охлаждающего материала, кг тт0 относительное изменение массы охлаждающего материала
Ат изменение массы композиционного охлаждающего материала, кг
относительное изменение доля массы охлаждающего материала
7 доля изменения массы охлаждающего материала за 1 цикл
М средняя молекулярная масса газов, образующихся при сублимации охлаждающего материала, кгмоль
Я газовая постоянная,
К моль
V объем емкости, в которой находится материал, м3 р плотность охлаждающего материала, кгм
Р давление насыщенных паров охлаждающего материала, Па
Р давление насыщенных паров охлаждающего материала при верхнем значении температурного интервала, Па
Р2 давление насыщенных паров охлаждающего материала при нижнем значении температурного интервала, Па
Т средняя температура интервала эксплуатации, К
Т,Т2 верхняя и нижняя границы температурного интервала, К
Д половина интервала изменения температуры, К
V частота изменения температуры за сутки, циклсутки
Тг гарантийный срок хранения, годы
общее количество циклов изменения температуры за период гарантийного срока хранения
предельно допустимое значение доли сублимата,
р относительная влажность,
тд время достижения допустимого содержания влаги в количестве 1 НИ низкотемпературный газогенератор
ГСХ гарантийный срок хранения
УКИ ускоренные климатические испытания
ДТА кривая дифференциальнотермического анализа
ДТГ кривая дифференциальнотермической гравиметрии
ТГ кривая термогравиметрического анализа.
ВВЕДЕНИЕ


Большой вклад в развитие и становление направления по разработке композиционных материалов, используемых для получения низкотемпературных газов, внесла научная школа Федерального государственного унитарного предприятия Федеральный научнопроизводственный центр Алтай, созданная академиком РАН Саковичем Г. Для изучения их свойств был разработан комплекс инженернофизических методов испытаний. В результате проведенных исследований по влиянию условий эксплуатации на свойства композиционных охлаждающих материалов было установлено, что материалы на основе солей аммония в составе герметичного НТГГ способны образовывать сублимат при хранении в условиях циклического воздействия температур. Исследованные композиционные охлаждающие материалы были рекомендованы в качестве охладителей в конструкциях ряда разработанных НТГГ. Комарова В. Ф., Шандакова В. А., Прокопьевой Л. А., Шейтельмана Г. Ю., Орионова Ю. Е., Лоскутова А. И., Полукеева Г. П., Константинова В. В., Афанасьева Ю. Г. и др. Отмеченный выше процесс образования сублимата из композиционного охлаждающего материала при циклическом воздействии температур не может не учитываться при оценке и прогнозе их гарантийного срока хранения в процессе эксплуатации. УКИ при изотермическом воздействии температур, вследствие последней особенности для подобных материалов неприемлемы. Выход в решении данной проблемы следует искать в выявлении основных закономерностей процессов старения охлаждающих материалов под воздействием факторов, реализуемых как при хранении, так и при эксплуатации в составе НТГГ, с учетом влияния циклического характера изменения температур в различных климатических зонах. НТГТ различного назначения. В настоящее время в процессе развития техники возникает необходимость разработки новых композиционных материалов или же модификации уже имеющихся с целью повышения стабильности эксплуатационных характеристик и стойкости к различным агрессивным средам в процессе эксплуатации в составе различных конструкций. К настоящему времени разработан ряд композиционных материалов, представляющих собой низкотемпературное твердое топливо со сквозной пористостью, используемых в генераторах холодного газа. Однако имеющиеся к настоящему времени экспериментальные данные по физикохимической стабильности их свойств еще не позволяют осуществлять прогноз гарантийных сроков эксплуатации в составе конструкции изделия. Решению указанных научнотехнических проблем посвящена настоящая диссертационная работа, которая выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Федеральный научнопроизводственный центр Алтай г. Бийск и Бийском технологическом институте в рамках договора о научнотехническом сотрудничестве. Шандакову Владимиру Алексеевичу за помощь в разработке программы исследований и обсуждении научных материалов диссертационной работы, а также Жаринову Ю. Б., Громову А. М., Попку Н. И., Верещагину А. Л., Игонину Г. С., Вдовиной Н. П., Пилюгину Л. А., Рябкову С. А., Бычину Н. В., Левкиной за помощь в проведении экспериментальных работ, обсуждение полученных результатов, полезные замечания, консультации и поддержку. В настоящее время низкотемпературные газовые генераторы широко используются в технике различного назначения как в нашей стране, так и за рубежом. Так, например, они могут использоваться в устройствах наддува спасательных жилетов, плотов, трапов, подушек безопасности при авариях на транспорте, в устройствах аварийного подъема из водных глубин различных объектов, в аварийных газовых домкратах, в устройствах оперативного перекрытия газо и нефтепроводов при авариях и во многих других областях техники . Основой функционирования источников низкотемпературного газа является заряд из твердого газогенерирующего материала. Однако большинство современных ракетных топлив имеет температуру газов в диапазоне . К, что требует защиты материальной части от воздействия высоких температур и разработки жаростойких материалов. Эти обстоятельства вызвали появление серии низкотемпературных твердых топлив, способных устойчиво гореть и обеспечивать температуру сгорания в диапазоне .