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潜艇用隔热材料国内外研究导读

供稿人:瞿丽曼  供稿时间:2006-8-29   关键字:舰船  潜艇  隔热材料  
随着科技的进步,无机类、有机类以及复合型的隔热材料在民用和工业领域得到了广泛的应用。舰船工业作为一个特殊的专业领域,新型绝热材料的应用正处于起步阶段。舰船、特别是潜艇用隔热材料要求具有容重小、导热系数低、无毒等性能,但由于潜艇用材料的研究通常属于各国军工秘密,因此目前国内外关于潜艇用隔热材料的公开报道很少。
 
潜艇用隔热材料相关研究
 
国内研究
 
洛阳船舶材料研究所庞顺强等曾研究了聚酰胺泡沫材料在国外舰船上应用的情况,把聚酰亚胺泡沫材料的性能与双马来酰亚胺泡沫及改性酚醛泡沫等船用隔热隔声材料的性能进行比较,认为聚酰亚胺泡沫已成为船用隔热隔声材料的首选材料,提及的舱室隔热材料热塑性聚酰亚胺泡沫的主要性能指标为:容重5.0-8.0kg/m3,导热系数0.043W.m-1.K-1;极限氧指数51%;抗压强度170℃、25℃、-250℃下分别为0.3、0.9、0.7,最大烟密度为:8(火焰)、2(非火焰);耐燃性:离火自熄、焦化、无溶滴;耐温性:长期使用温度200℃,常温和高温分解释放气体毒性:无毒。
 
北京科技大学研究的硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料,是将硬硅钙石二次粒子与SiO2气凝胶复合,使材料既具有足够的强度和耐高温性又具有低于“无对流空气”的导热系数。目该材料在核潜艇上推广后可使每艘核潜艇增加50m3的有效空间,舱内温度下降8-10℃。技术指标:最高使用温度1000℃,常温导热系数≤0.017W/m2.K,500℃导热系数≤0.035W/m2.K,抗压强度≥0.4MPa,抗折强度≥0.2MPa。
 
上海市建筑科学研究院研制的超轻硅酸钙,是一种新颖的无机块状保温隔热材料,主要原材料采用硅质和钙质材料,工艺要求高。该制品性能优越,导热系数低,耐高温,容重超轻,该成果适用于较高热力管道的保温隔热,如电阻炉、火焰窑炉、发电机主、副蒸汽管道、船舰、潜艇等所需的保温隔热装备。主要性能指标:干燥容重130-220kg/m3;抗折强度≥0.3-0.5MPa;导热系数0.036+0.000011kcal/m.H.℃;线收缩系数:1000℃,3h<2%;最高使用温度:1050℃。
 
同济大学1997.10.10申请、1999.04.21公开的中国发明专利CN1214319,涉及一种掺杂改性纳米泡沫硅气凝胶保温隔热材料的组成及其生产工艺,由二氧化硅纳米颗粒交联形成的纤细网络之中镶嵌二氧化钛和无机增强剂组成,其生产工艺是:将二氧化硅硅源经溶胶-凝胶法先制成凝胶,将其老化后进行超临界干燥处理,即得具有纳米多孔结构、比表面积大、重量轻、机械强度高、易于成型、热导率低和阻燃性、疏水性、无污染、吸音隔音好等特点的能用于飞机、潜艇、工业管道及其电饭煲、焖锅和电冰箱等的保温隔热。
 
公安部上海消防研究所2006.01.19申请、2006.08.09公开的中国发明专利CN1814905,
涉及一种隔热保护衣,它由耐高温、耐磨、抗震、抗拉的纤维织物制成的里层、由耐高温、低导热的无机纤维棉毡制成的中层、由强憎水的纤维织物制成的表面层多层材料复合而成。该发明耐温、耐老化、抗断裂、抗震耐磨擦、节能、环保、防水、防油、防火,安装方便,便于检修,用途广泛,能够满足机车、发电车排气管、各种工业设备、工业窑炉、轮船、舰艇等的隔热保护和消防要求。
 
国外研究
 
近年来,国外常采用聚酰亚胺作为舰艇的隔热材料。聚酰亚胺是一种耐热性极好的聚合物,具有良好的力学和电性能,以及耐辐射和耐腐蚀性能,广泛应用于航空航天、军事、电子等领域。泡沫结构的聚酰亚胺材料不仅保持了原树脂优异的耐温、阻燃等性能,还具有突出的透波特性以及质量轻、柔性回弹好,使用方便等综合性能,因此在军事装备上有着极其重要的用途。
 
聚酰亚胺泡沫最早由NASA Langley研究中心和Unitlka America合作开发成功,并用作航天飞机舱壁的隔热保温材料,现已舰船、车辆等领域。如美国“宙斯盾”号驱逐舰及后续舰已采用聚酰亚胺泡沫材料,取代酚醛、聚氨酯泡沫,不仅有效地减轻了装备的质量,还大大地提高了装备的安全性。而目前只有少数国家具备生产提共聚酰亚胺泡沫材料的能力,如美国的赛洛公司(Rohacell)、乙基有限公司(Solimid)和孟山都公司(Skybond):聚甲基丙烯基酰亚胺泡沫材料(Rohacell)。其中乙基有限公司 Solimid泡沫已被15个国家制定为海军舰船的专用隔热隔声材料。该材料的主要特征为:1.成型密度精确可控、范围宽:可加工密度≥0.01g/cm3(10kg/m3)。2.耐温特性突出:玻璃化温度和分解温度分别达到260℃和510℃,可在-269-250℃范围内长期使用;280℃短时间内结构不塌陷;此外介电特性强,韧性、回弹性好,具有较好的隔热和一定的隔音性能,易加工成型,阻热阻燃:氧指数≥42,离火自熄。
 
KOREA RES INST CHEM TECHNOLOGY 1998年9月申请、2001年1月公告的美国专利US6172127,涉及一种聚酰亚胺泡沫的生产,是以羧酸或酸酐、一羟基醇和二胺为原料制备得到。该泡沫材料可用于航空、潜艇、轮船和高速列车。该专利实施例公开的聚酰亚胺树脂的物理性能如下:粘度:0.020-0.061dL/g,密度8.2-18.5kg/m3,氧指数:37-43%。该专利的同族专利为:FR 2768434A1、KR 259489B1 。
 
LENZING AG1991年6月申请、1992年10月公开的美国专利US5153234,涉及一种耐高温、阻燃聚酰亚胺泡沫,其是以四羧基苯甲酮或均苯四甲酸二酐和聚亚安酯为原料制备得到。该泡沫可用于轮船、潜艇和航空器等的隔热和隔声。该泡沫的密度为9.74±0.5kg/m3,极限氧指数为40%。该专利的同族专利为:AT199001485、EP466680、CA2046090、JP4236245。
 
SOC EURO PROPULSION SA1980年申请、1981年公开的英国专利GB2055867,涉及一种复合隔热材料,是将25-65%矿物纤维粘结于聚合热固性树脂。该隔热材料热导率≤0.3W/m.K,可用于航空、舰船等。该专利的同族专利有:DE 3009183、FR2461688、GB2055867 、IT1141610。
 
MUSC HEAT INSUL MAT1977年申请、1978年公开的苏联专利SU619477,涉及一种隔热材料,包含石棉、膨胀珍珠岩,磷酸锌铝为粘结剂。该材料可用于船舶工业。
 
德国TU-Dresden的Conrad Resewski、英国New Metals & Chemical公司的Walter Buchgraber等报道了美国NASA研制的新型聚酰亚胺泡沫,是采用二酐(如ODPA、BTDA、PMDA)和二胺(如ODA、PDA、DDS)制备得到,可用于航空航天、海事及医学领域;其材料低密度为8kg/m3,中密度为16kg/m3,高密度35 kg/m3 ,20℃时的热导率为0.09W/m.K。该材料具有阻燃、隔热、隔声等功能。
 
相关标准
 
我国军用标准GJB11.3-91,规定了常规动力潜艇舱室空气组分容许浓度,为常规动力潜艇的设计制造、大气净化和卫生监督提供依据,适用于常规动力潜艇60天间断潜航(8-12小时/天)中舱室空气组分的控制和净化。该标准主要考虑对人体的生理、生化影响,不包括艇内设备对艇内空气控制的要求,规定了25种舱室空气组分的容许浓度。
 
我国军用标准GJB11.2-91规定了水面舰艇舱室空气组分容许浓度,该标准的空气组分容许浓度卫生标准主要考虑对人体的影响,不涉及对舱室设备和仪器的影响,规定了15种舱室空气组分的容许浓度。
 
我国军用标准GJB11A-98规定了核潜艇连续潜航90昼夜内舱室空气组分的容许浓度,规定了60种舱室空气组分的容许浓度。
 
北大西洋公约组织标准STANAG 1184-1977,规定了常规潜艇在正常操作压力下的最大毒性物质浓度。
 
参考文献
1.庞顺强,聚酰亚胺泡沫材料在舰船上的应用,材料开发与应用2001,16(3)38-41
 
2. 北京科技大学,硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料,科技成果0400440086
 
3. 上海市建筑科学研究院,超轻硅酸钙保温材料,科技成果0300080018
 
4. 同济大学,改性纳米保温材料及其生产工艺,CN1214319(申请日:1997.10.10、公开日: 1999.04.21)
 
5. 公安部上海消防研究所,隔热保护衣, CN1814905(申请日:2006.01.19、公开日:2006.08.09 )
 
6.新型聚酰亚胺泡沫材料,http://www.b2b168.com/s168-1688683.html
 
7.KOREA RES INST CHEM TECHNOLOGY,Preparation of polyimide foam,US6172127B1(AD:1998.09.11、PD:2001.01.09)
 
8.LENZING AG,flamme-retardant,high-temperature resistant foams of polyimides,US 5153234(AD:1991.06.24、PD:1992.10.06)
 
9.SOC EURO PROPULSION SA,Thermal insulation composite materialThermal insulation material…,GB2055867(AD: 1980.03.11、PD: 1981.03.11)
 
10. MUSC HEAT INSUL MAT, Heat-insulating material…, SU619477(AD:1977.02.01、PD:1978.07.05)
 
11. Conrad Resewski等, Properties of new polyimide foams and polyimide foam filled honeycomb composites,http://www2.arcs.ac.at/
 
12. 常规动力潜艇舱室空气组分容许浓度, GJB11.3-91
 
13. 水面舰艇舱室空气组分容许浓度, GJB11.2-91
 
14. 核潜艇舱室空气组分容许浓度, GJB11A-98
 
15. Maximum Concentration of Toxic Substances in Conventional Submarines and Submersibles at Normal Operational Pressure About a Bar for Emergency Conditions, STANAG 1184-1977
 

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