Investigation of the Effect of Reinforcement on Thermo-Physical Properties of Ablative Heat Shields

Ghaderi-Dehkordi, Y.

Investigation of the Effect of Reinforcement on Thermo-Physical Properties of Ablative Heat Shields

Author

Y. Ghaderi-Dehkordi

Abstract

In the present study, in order to choose the suitable heat shields a comprehensive investigation was performed. Therefore, different properties of each type of heat shields including ablative and thermo-physical properties were measured separately. Finally, the obtained properties were compared. The studied heat shields are phenolic resin composite reinforced by ceramic, asbestos AAA and C cloths. The experimental
investigations consist of oxyacetylene standard flame test, specific heat capacity, thermal analysis and thermal conductivity. In addition, in order to compare the thermal efficiency of mentioned heat shields, the temperature on the back surface of each sample subjected to constant heat flux was measured. The results showed that the specimen with 8 mm thickness reinforced with ceramic cloth, which was subjected to 2500 kW.m-2, reduced the temperature from 1550 to 100oC. Therefore, the phenolic composite containing ceramic cloth is the best option.

Keywords

ablative

thermo

Physical

phenolic

Asbestos AAA and C

Ceramic

Article Title Persian

بررسی اثر نوع تقویت‌کننده بر خواص حرارتی عایق‌های فداشونده

Author Persian

یوسف قادری دهکردی

Abstract Persian

در این مقاله به منظور انتخاب یک عایق مناسب از بین چند گزینة موجود مطالعات و بررسی‌های آزمایشگاهی گسترده‌ای صورت گرفته است. بدین منظور خواص و پارامترهای اصلی مشخصة عملکرد هر عایق با آزمایش اندازه‌گیری و در نهایت مقایسه شده‌اند. ویژگی‌های اندازه‌گیری شده شامل خاصیت فداشوندگی و خواص گرمایی- فیزیکی است. عایق‌های مورد بررسی کامپوزیت‌های فنولی (رزول) تقویت شده با سه نوع الیاف مختلف شامل الیاف آزبست AAA، Cو سرامیکی هستند.آزمون‌های انجام شده در این پژوهش شامل تست شعله اکسی استیلن، آزمون اندازه‌گیری ظرفیت حرارتی ویژه، آزمون اندازه‌گیری درجة حرارت در ضخامت عایق، آزمون رفتار تخریب حرارتی و گرمای فداشدن است. همچنین به‌منظور مقایسة عملکرد حرارتی کامپوزیت‌های مذکور، تست تعیین توزیع دمای پشت نمونه‌ها تحت شار حرارتی یکسان نیز انجام گرفت. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که عایق با ضخامت 8 میلی‌متر، تهیه شده با الیاف سرامیکی با کاهش دما از 1550 به کمتر از 100 درجة سانتی‌گراد در شار حرارتی kW.m-2 2500 بهترین گزینه برای استفاده است.

Keywords Persian

فداشوندگی

خواص گرمایی

فیزیکی

فنولی

آزبست AAA و C

سرامیک

Lin, J. L. and Yang, C. S., "Heat Transfer Analysis of Charring Ablators Under Aerodynamic Heating," Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 2005, Vol. 77, No.3, pp. 214-221.
Dec, J. A. and Braun, R. D., "An Approximate Ablative Thermal Protection System Sizing Tool for Entry System Design", Collection of Technical Papers- 44^th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Vol. 13, 2006, pp. 9396-9410.
Vaia, R. A., Price, G., Ruth, P. N., Nguyen, H. T. and Lichtenhan, J., "Polymer/layered Silicate Nanocomposites as High Performance Ablative Materials," Applied Clay Science, Vol. 15, Issue 1-2, 1999, pp. 67-92.
Shu-Ping, L., Ke-zhi, L., He-Jun, L., Yu-Long, L. and Qin-Lu, Y., "Effect of HfC on the Ablative and Mechanical Properties of C/C Composites," Materials Science and Engineering A, 517, Issue 1-2, 2009, pp. 61-67.
Bai, G., Meng, S., Zhang, B. and Liu, Y., "Prediction on Carbon/Carbon Composites Ablative Performance by Artificial Neutral Net," Journal Materials Science and Technology, Vol. 24, No. 6, 2008, pp. 945-952.
Bahramian, A. R. and Kokabi, M., "Ablation Mechanism of Polymer Layered Silicate Nanocomposite Heat Shield," Journal of Hazardous Materials, Vol. 166, No. 1, 2009, pp. 445-454.
Bahramian, A. R., Kokabi, M., Beheshty, M. H. and Famili, M. H. N., "Thermal Degradation Process of Resol Type Phenolic Matrix/Kaolinite Layered Silicate Nanocomposite," Iranian Polymer Journal, Vol. 16, No. 6, 2007, pp. 375-387.
Bahramian, A. R., Kokabi, M., Famili, M. H. N. and Beheshty, M. H., "High Temperature Ablation of kaoliniteLayered Silicate/Phenolic Resin/Asbestos Cloth Nanocomposite," Journal of Hazardous Materials, Vol. 150, No. 1, 2008, 136-145.
Bahramian, A. R., Kokabi, M., Famili, M. H. N. and Beheshty, M. H., "Ablation and Thermal Degradation Behaviour of a Composite Based on Resol Type Phenolic Resin: Process Modeling and Experimental", Polymer, Vol. 47, Issue 10, 2006, pp. 3661-3673.
Jia, X., Li, G., Yu, Y., Sui, G., Liu, H., Li, Y., Li, P. and Yang, X., "Ablation and Thermal Properties of Ethylene-Propylene- Diene Elastomer Composites Reinforced with Polysulfonamide Short Fibers," Journal of Applied Polymer Science, Vol. 113, Issue 1, 2009, pp. 283-289.
Vignoles, G. L., Lachaud, J., Aspa, Y. and Goyhénèche, J. M., "Ablation of Carbon-Based Materials: Multiscale Roughness Modelling," Composites Science and Technology, Vol. 69, Issue 9, 2009, pp. 1470-1477.
Srebrenkoska, V., Bogoeva-Gaceva, G. Dimeski, D., "Composite Material Based on an Ablative Phenolic Resin and Carbon Fibers," Journal of the Serbian Chemical Society, Vol. 74, No. 4, 2009, pp. 441-453.