玻璃钢及多层绝热材料真空放气速率试验研究.pdf
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1、Jul.220232023年7 月空VACUUM真Vol.60,No.4第6 0 卷第4期玻璃钢及多层绝热材料真空放气速率试验研究王敬哲,周飞鸽,冯慧华(上海船用柴油机研究所,上海201108)摘要:在低温储运时,由于真空夹层中材料的放气,夹层真空度会下降,热量从外界导人使得低温容器的蒸发率加大,低温液体损耗增加,真空寿命缩短。因此,对真空夹层中材料放气性能的研究非常重要。本文基于静态升压测量法,搭建了真空下材料放气率测试装置,进行了低温储罐用多层绝热材料和玻璃钢真空下放气速率测试研究,得到了多层绝热材料和D3848玻璃钢的单位面积放气速率分别为4.9310-Pam/(s m)和1.1310-
2、7 Pam/(s m),该结果可以为真空夹层吸附剂量的设计提供可靠依据。关键词:玻璃钢;多层材料;放气速率中图分类号:TB751;T B7 4;T B30 2文献标识码:A文章编号:10 0 2-0 32 2(2 0 2 3)0 4-0 0 6 5-0 4doi:10.13385/ki.vacuum.2023.04.12Experimental Study on the Vacuum Outgassing Rate of FRPand Multilayer Insulation MaterialsWANG Jing-zhe,ZHOU Fei-ge,FENG Hui-hua(Shanghai M
3、arine Diesel Engine Research Institute,Shanghai 201108,China)Abstract:In low temperature storage and transportation,due to the outgassing of materials in the vacuum interlayer,thevacuum degree of the interlayer will decrease,the heat will be introduced from the outside to increase the evaporation ra
4、te of thelow temperature container and the loss of low temperature liquid,and the vacuum life will be shortened.Therefore,it is veryimportant tostudy the outgassing properties of materials in vacum interlayer.In this paper,the outgassing rate of multilayerinsulation material and FRP in vacuum for lo
5、w temperature storage tank is tested and studied.The outgassing rate per unit areaof multilayer insulation material and D3848 FRP is 4.9310-8Pam/(s m)and 1.1310-7Pam=/(s m).The results can providea reliable basis for the design of adsorption dose of vacuum interlayer.Key words:FRP;multi-layer materi
6、al;outgassing rate材料放气是指当材料处于真空环境时,加工过程中溶解在材料中的气体会向其表面扩散并最终脱离而进人环境中1-3。在低温储运时,由于真空夹层中材料的放气,夹层真空度会下降,热量从外界导人使低温容器的蒸发率加大,低温液体损耗增加,真空寿命缩短。因此,对真空夹层中材料放气性能的研究非常重要。玻璃钢(Glass Fiber Reinforced Plastics,GFRP)亦称作FRP,即纤维强化塑料,其具有性能稳定、机械强度高、导热系数低等性能特点,广泛应用于低温绝热设备的支撑结构。刘一凡等4根据小孔流导法在常温下测试了绝缘子用玻璃钢和VPI工艺制作的玻璃钢的真空性能。
7、肖尤明5从低温玻璃钢材料的放气率与温度、表面形貌的关系出发,基于吸附扩散模型马列夫理论,对低温玻璃钢材料的放气速率进行研究,测得了四种不同处理的低温玻璃钢材料在不同温度(91K、153K、208K、2 8 9K 和37 3K)下放气速率随时间的变化。孙立臣等6 在2 5下分别采用动态排气法和静态压强上升法测试得到玻璃钢材料(尺寸为125mm9mm)的放气速率。除玻璃钢外,许多学者针对低温容器常用的主体金属材料也开展过相关测试研究。董猛等7 基于静态法搭建了放气测试试验台,试验对象为铜、铝合金和不锈钢。一些学者还对不锈钢的放气速率8-12 及多层绝热材料13-16 的放气特性开展收稿日期:2 0
8、 2 2-0 7-2 7作者简介:王敬哲(1992-),男,山东省菏泽市人,硕士,工程师通讯作者:周飞鸽,工程师66第6 0 卷空VACUUM真了试验研究。对于玻璃钢,不同材料组成和工艺下的放气速率不尽相同。此外,低温储罐用多层材料的放气速率研究数据较少,且不同材料和结构的多层材料的放气速率也不相同。因此,开展玻璃钢和多层材料的放气速率试验十分必要。本文主要测试用于低温储罐的多层绝热材料和D3848玻璃钢在常温真空下的放气速率,以便为真空夹层吸附剂量的设计提供可靠的依据。1试验方法、原理和装置依据不同测试原理,材料放气测试方法分为以下四种:静态升压法、收集法、称重法和气体流量法7-2 0。本文
9、采用静态升压法测量试样的放气速率。测试时先测得夹层空间不放置测试材料时的漏放气速率,即空载时的漏放气速率。然后将测试材料放置到夹层空间,测得带载时夹层空间的漏放气速率,两者相减为所测材料的放气速率。为了保证试验精度,试验中确保装置的漏率远小于放气速率。试验装置如图1所示。8912131021141541622120M5171819112321:实验罐内罐;2:液氮储罐;3:夹层空间;4:测温导线;5:试验试样;6:航空接头;7:复合规管;8:气体质量流量计;9:温度采集仪;10:真空计;11:计算机;12-19:高真空挡板阀;2 0:高真空电磁阀;21:分子泵机组;2 2:液氮冷阱;2 3:恒
10、温加热器。图1试验装置原理图Fig.1Schematic diagram of the experimental setup2试验步骤空载测试与四类试样测试过程相似,步骤如下:(1)将测试对象以适当的方式放置到夹层中;(2)按图1所示连接设备,对实验罐进行四次48 h热氮气置换粗抽真空,氮气温度不高于150,然后用分子泵机组抽至高真空;(3)夹层真空度抽至优于510-Pa时,关闭抽真空阀门,开始第一次测试漏放气速率,记录夹层真空度,每小时记录一次,当漏放气速率长时间维持在较稳定值时(试验测得夹层内外壁温度为19.6,温度较为稳定),终止漏放气速率测试。重复此过程三次,测得三组漏放气速率。3空载
11、漏放气速率测试对试验装置进行夹层的空载漏放气速率测试,测得的值作为多层绝热材料和玻璃钢漏放气速率的本底值。图2 为空载下夹层真空度随时间的变化。图3为空载下夹层漏放气速率随时间的变化。1.61.20.8一第1次0.4一第2 次第3次0.001020304050时间/h图2空载时夹层真空度随时间的变化Fig.2Changes of vacuum degree of interlayer with time under no load第1次1.0106一第2 次一第3次8.010-76.0 10-74.010-72.010701020304050时间/h图3空载时夹层漏放气速率随时间的变化Fig.
12、3Changes of leakage and exhaust rate of interlayerwith time under no load在整个试验过程中,漏放气速率变化幅度较小,试验7 h的值与稳定之后的平均值趋于一致。因此,取7 h后3次趋于稳定的漏放气速率测试平均值作为空载时的漏放气速率Qo,为6.47 10-7Pam/s。4多层绝热材料漏放气速率测试多层绝热材料由50 层绝热纸(短纤维化纤纸)和50 层反射屏(双面镀铝聚酯薄膜)相间隔组成,试验时包裹在试验罐内罐外表面的直段和下封头上,总面积为1.0 7 1m。试验前将多层绝热材料在常温干燥环境中放置48 h。夹层净容积为0.0
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