Composite coatings with ceramic microspheres as insulating materials for transport means

• Autorzy: Posmyk A.

Warianty tytułu

PL

Kompozytowe powłoki z mikrosferami ceramicznymi jako materiały izolacyjne technicznych środków transportu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the structure and the influence of the chemical composition and structure on the insulating properties of a polymer-ceramic microspheres hybrid composite used as insulating materials in infrastructure of transport and means of transport. The composite matrix is an acrylic resin and ceramic microspheres with the pressure of 13 Pa are the reinforcement. A content of about 44 microspheres in a 1 mm-thick coating has a major impact on the thermal insulating properties of the coating. The coefficient of heat conduction depends from the temperature and is lower at lower temperatures. This is the reason why these coatings are used as an insulator in technical means of transport requiring cooling (refrigerators and ice vehicles) and in the aviation industry to protect the interior of the plane against low temperatures during flights at high altitudes. Microscopic examinations were performed, the stereological features of the coating were examined and a equivalent model of the resistance of thermal transmittance through the coating have was developed. The equivalent coefficient of thermal conductivity of the composite, calculated on the basis of a formula taking into account the volume shares of the components and their thermal properties, is greater than the coefficient of ceramic spheres with their volume fraction amounting to 80%. This is caused by the fact that the formula does not take into account the stereological properties of spheres in the composite, i.e. the distribution pattern and number per unit of thickness of the coating.

PL

Przedstawiono budowę oraz wpływ składu chemicznego i struktury na właściwości izolacyjne hybrydowych kompozytów polimerowo-ceramicznych przeznaczonych do wytwarzania infrastruktury transportu i technicznych środków transportu. Osnową kompozytu jest żywica akrylowa, a ceramiczne mikrosfery z podciśnieniem 13 Pa stanowią zbrojenie. Zawartość około 44 mikrosfer w powłoce o grubości jednego milimetra wywiera istotny wpływ na cieplne właściwości izolacyjne. Współczynnik przewodności cieplnej zależy od temperatury i jest mniejszy przy niższych temperaturach. Jest to powodem stosowania tych powłok jako izolatora w technicznych środkach transportu towarów wymagających chłodzenia (pojazdy chłodnie i lodownie) oraz w lotnictwie do zabezpieczenie wnętrza samolotu przed niskimi temperaturami podczas lotów na dużych na wysokościach. Wykonano badania mikroskopowe i cech stereologicznych powłok i opracowano model zastępczy oporu przenikania ciepła przez powłokę. Obliczony z wzoru uwzględniającego udziały objętościowe składników i ich właściwości cieplne zastępczy współczynnik przewodzenia ciepła kompozytu jest większy niż współczynnik sfer ceramicznych przy ich udziale 80%. Powodem tego jest to, że wzór nie uwzględnia cech stereologicznych sfer w kompozycie, tj. sposobu rozłożenia i ilości przypadającej na jednostkę grubości powłoki.

Słowa kluczowe

EN

hybrid composite; structure; conductivity; insulation; microspheres

PL

kompozyty hybrydowe; struktura; przewodność cieplna; izolacja; mikrosfery

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 4
• Strony: 212--217
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Posmyk A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Transport, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 19 grudnia 2002 r. w sprawie wymagań sanitarnych dotyczących środków transportu żywności.
• [2] Fesmire J.E., Augustynowicz S.D., Thermal performance testing of glass microspheres under cryogenic vacuum conditions, Advances in Cryogenic Engineering 2004, June, 710, 1.
• [3] Rettelbach T., Suberlich J., Korder S., Fricke J., Thermal conductivity of silica aerogel powders at temperatures from 10 to 275 K, Journal of Non-Crystalline Solids 1995, 186, 278-284.
• [4] Perkowski W., Boguszewicz P., Hinc P., Studium kompozytowego zbiornika do przechowywania kriogenicznego materiału pędnego w rakiecie kosmicznej, Prace Instytutu Lotnictwa 2014, 1(234), 151-159.
• [5] Fesmire J.E., Augustynowicz S.D., Rouanet S., Aerogel beads as cryogenic thermal insulation system, Advances in Cryogenic Engineering: Proceedings of the CEC 2002, 47.
• [6] Barnat-Hunek D., Smarzewski P., Fic S., Mechanical and thermal properties of hemp-lime composites, Composites Theory and Practice 2015, 15, 1 21-27.
• [7] Rylko N., Calculation of the effective thermal conductivity of fiber composites in non-stationary case, Composites 5(205)4, 96/100.
• [8] Williams M., Fesmire J., Weiser E., Augustynowicz, S., Thermal Conductivity of High Performance Polyimide Foams, Cold Facts, Cryogenic Society of America, Spring 2002.
• [9] Yalcin B., Polymer Composites with Hollow Glass Microspheres: Processing, Properties and Applications, 3M Company Advanced Materials Division, November 2012, 6.
• [10] Wartości obliczeniowe współczynnika przewodzenia ciepła, wg PN-EN 12524:2003.
• [11] 3M Glass Bubbles K Series, S Series and iM Series, 3M Energy and Advanced Materials Division, St. Pauli MN, USA 2013.
• [12] Properties of dry expanded microspheres Expancel, Technical Information Akzo Nobel NV, 850 13 Sundsvall Sweden 2014.
• [13] Bashuyev Y.V., Corund Cured Coatings Structure, Information Card of Product. Saint Petersburg 2012.
• [14] Angle J.P., Wang Z., Dames C., Mecartney M., Comparison of two-phase thermal conductivity models with experiments on dilute ceramic composites, J. Am. Ceram. Soc. 2013, 1-8, 1-8.
• [15] Furmanski P., Heat conduction in composites: Homogenization and macroscopic behavior, Appl. Mech. Rev. 1997, 50, 11, 2993-3002.
• [16] Cruz M.E., Computational approaches for heat conduction in composite materials, Transactions on Modelling and Simulation 2001, 30, 657-668.
• [17] Posmyk A., Bogdan-Włodek A., Termiczne powłoki kompozytowe poprawiające jakość technicznych środków transportu, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Transport z. 87, Gliwice 2015, 21-26.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.