Study on the Thermal Insulation Performance of PAN Pre-Oxidised Fibre Felts

• Autorzy: Zhao Xiaoming , Liu Yuanjun , Liang Tenglong

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.9015

Warianty tytułu

PL

Badanie skuteczności izolacji termicznej wstępnie oksydowanych filców włóknistych PAN

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, an orthogonal experiment of 3 factors and 3 levels was firstly designed to prepare PAN pre-oxidised fibre felts with good thermal insulation properties; the range method was used to analyse the result of the orthogonal experiment, and finally the tensile properties and thermal stability were tested. Finally, pre-oxidised fibre felt composites for the coating of silica aerogel were prepared using the coating process to compound silica aerogel on re-oxidised fibre felts. Firstly, the influence of the content of silica aerogel on the heat insulation performance of the coated composite materials was analysed, and then a test of the coefficient of thermal conductivity, an experiment on the back temperature, and characterisations of the tensile properties and thermal stability of the composite coating of pre-oxidised fibre felt composites of the coating of silica aerogel were carried out. Results showed that through analysis of the orthogonal experiment, we can state that the best preparation process of pre-oxidised fibre needled felts was as follows: needle number – 2, needle depth – 8 mm, and needle frequency – 140 times/min. The transverse tensile strength of PAN pre-oxidised fibre needled felts prepared by crossly webbing of PAN pre-oxidised fibres was superior to the longitudinal tensile strength; thermogravimetric analysis showed that the pre-oxidised fibre needled felts had excellent thermal stability. The coefficient of thermal conductivity of the aerogel coating of the composites firstly decreased and then increased with an increase in the content of aerogel. Coated composites had the lowest coefficient of thermal conductivity when the aerogel content was 4% wt. At temperatures of 100 °C, 150 °C and 200 °C, the heating rate of the transient-state back temperature and the steady-state average temperature were both the lowest when the aerogel content was 6% wt.

PL

W artykule zaprojektowano ortogonalny eksperyment z 3 czynnikami i 3 poziomami w celu przygotowania wstępnie utlenionych filców PAN o dobrych właściwościach termoizolacyjnych; do analizy wyników eksperymentu ortogonalnego zastosowano metodę zakresu, a na koniec przetestowano właściwości rozciągania i stabilność termiczną. Najpierw przeanalizowano wpływ zawartości aerożelu krzemionkowego na właściwości izolacji cieplnej powleczonych materiałów kompozytowych, a następnie wykonano test współczynnika przewodności cieplnej, przeanalizowano też charakterystykę właściwości rozciągania i stabilności termicznej powłoki kompozytowej wstępnie utlenionych kompozytów filcowych. Wyniki pokazały, że poprzez analizę eksperymentu ortogonalnego można stwierdzić, że najlepszy proces przygotowania filców igłowanych charakteryzuje się następującymi parametrami: liczba igły – 2, głębokość igły – 8 mm i częstotliwość igły – 140 razy/min. Wytrzymałość poprzeczna na rozciąganie igłowanych filców z włókien PAN była lepsza niż wytrzymałość na rozciąganie wzdłużne; analiza termograwimetryczna wykazała, że igłowane filce z wstępnie utlenionego włókna miały doskonałą stabilność termiczną. Współczynnik przewodności cieplnej powłoki aerożelowej kompozytów najpierw zmniejszył się, a następnie wzrósł wraz ze wzrostem zawartości aerożelu. Powlekane kompozyty miały najniższy współczynnik przewodności cieplnej, gdy zawartość aerożelu wynosiła 4% wag. W temperaturach 100, 150 i 200 °C szybkość ogrzewania i średnia temperatura w stanie ustalonym były najniższe, gdy zawartość aerożelu wynosiła 6% wag.

Słowa kluczowe

EN

pre-oxidised fibre felt; heat insulation performance; silica aerogel; coating; composite material

PL

filc; utlenianie wstępne; izolacja cieplna; aerożel krzemionkowy; powłoka; materiał kompozytowy

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 28, no. 3 (141)
• Strony: 27--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zhao Xiaoming

• Tianjin Polytechnic University, School of Textiles, Tianjin 300387, P.R. China

autor

Liu Yuanjun

• Tianjin Polytechnic University, School of Textiles, Tianjin 300387, P.R. China

autor

Liang Tenglong

• Tianjin Polytechnic University, School of Textiles, Tianjin 300387, P.R. China

Bibliografia

• 1. Stamopoulos AG, Tserpes KI, Prucha P, et al. Evaluation of Porosity Effects on the Mechanical Properties of Carbon Fiber-Reinforced Plastic Unidirectional Laminates by X-Ray Computed Tomography and Mechanical Testing[J]. J. Compos. Mater. 2016; 50: 2087-2098.
• 2. Takahashi F, Abbott A, Murray T M, et al. Thermal Response Characteristics of Fire Blanket Materials[J]. Fire Mater. 2014; 38: 609-638.
• 3. Liu SP, Han KQ, Chen L, et al. Influence of External Tension on the Structure and Properties of Melt-Spun PAN Precursor Fibers During Thermal Oxidation[J]. J. Ind. Text. 2015; 300: 1001-1009.
• 4. Zargham S, Bazgir S, Katbab A A, et al. High-Quality Carbon Nanofiber-Based Chemically Preoxidized Electrospun Nanofiber[J]. Fuller. Nanotub. Car. N. 2015; 23: 1008-1017.
• 5. Trautwein G, Plaza-Recobert M, Alcaniz-Monge J. Unusual Pre-Oxidized Polyacrylonitrile Fibres Behaviour Against their Activation with CO2: Carbonization Effect[J]. J. Alcaniz-Monge, Asdorption. 2016; 22: 223-231.
• 6. Zhai YJ, Peng ZJ, Ren XB, et al. Effect of In-Situ Transformed Pre-Oxidized Polyacrylonitrile Fibers on the Microstructure and Mechanical Properties of Ticn-Based Cermets[J]. Rare Metal. Mat. Eng. 2015; 44: 731-734.
• 7. Ghelich R, Aghdam RM, Torknik FS, et al. Carbothermal Reduction Synthesis of Zrb2 Nanofibers Via Pre-Oxidized Electrospun Zirconium N-Propoxide[J]. Ceram. Int. 2015; 41: 6905-6911.
• 8. Gao L L, Lu H Y, Lin H B, et al. KOH Direct Activation for Preparing Activated Carbon Fiber from Polyacrylonitrile-Based Pre-Oxidized Fiber[J]. Chem. Res. Chinese U. 2014; 30: 441-446.
• 9. Ren X M, Wang Y S, He T, et al. Analysis and Characterization of Orientation Structure of Pre-Oxidized PAN Fibers in High Magnetic Fields[J]. J. Wuhan Univ. Technol. 2014; 29: 224-228.
• 10. Chen LC, Peng P , Lin LF, et al. Facile Preparation of Nitrogen-Doped Activated Carbon for Carbon Dioxide Adsorption[J]. Aerosol Air Qual. Res. 2014; 140, 63-72.
• 11. Alam M, Singh H, Suresh S, et al. Energy and Economic Analysis of Vacuum Insulation Panels (Vips) used in Non -Domestic Buildings[J]. Appl. Energ. 2017; 188: 1-8.
• 12. Tomboulian BN, Hyers RW. Predicting the Effective Emissivity of an Array of Aligned Carbon Fibers using the Reverse Monte Carlo Ray-Tracing Method[J]. J. Heat Trans-t. Asme. 2017; 139: 012701.
• 13. Ao W, Liu P J, Yang W J. Agglomerates, Smoke Oxide Particles, and Carbon Inclusions in Condensed Combustion Products of an Aluminized GAP-Based Propellant[J]. Acta Astronaut. 2016; 129: 147-153.
• 14. Puszkarz AK, Krucińska I. Study of Multilayer Clothing Thermal Insulation Using Thermography and the Finite Volume Method. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2016; 24, 6(120): 129-137. DOI: 10.5604/12303666.1221747.
• 15. Gao C, Huang L, Yan L B, et al. Behavior of Glass and Carbon FRP Tube Encased Recycled Aggregate Concrete with Recycled Clay Brick Aggregate[J]. Compos. Struct., 2016; 155: 245-254.
• 16. Lin JH, Chuang YC, Huang CH, et al. Needle-Bonded Electromagnetic Shielding Thermally Insulating Nonwoven Composite Boards: Property Evaluations[J]. Appl. Sci-basel 2016; 6: 303.
• 17. Vo L T T, Navard P. Treatments of Plant Biomass for Cementitious Building Materials – A Review[J]. Constr. Build. Mater. 2016; 121: 161-176.
• 18. Cheng HM, Hong CQ, Zhang XH, et al.Super Flame-Retardant Lightweight Rime-Like Carbon-Phenolic Nanofoam[J]. Sci. Rep-UK 2016; 6: 33480.
• 19. Li C D, Li B B, Pan N, et al. Thermo-Physical Properties of Polyester Fiber Reinforced Fumed Silica/Hollow Glass Microsphere Composite Core and Resulted Vacuum Insulation Panel[J]. Energ. Buildings 2016; 125: 298-309.
• 20. Williams J, Lawrence M, Walker P. A Method for the Assessment of the Internal Structure of Bio-Aggregate Concretes[J]. Constr. Build. Mater. 2016; 116: 45-51.
• 21. Silva HP, Pardini LC, Bittencourt E. Shear Properties of Carbon Fiber/Phenolic Resin Composites Heat Treated at High Temperatures[J]. Aerosp. Sci. Technol. 2016; 8: 363-372.
• 22 Pehlivanli Z O, Uzun I, Yucel Z P, et al. The Effect of Different Fiber Reinforcement on the Thermal and Mechanical Properties of Autoclaved Aerated Concrete[J]. Constr. Build. Mater. 2016; 112: 325-330.
• 23. Martinelli E, Perri F, Sguazzo C, et al. Cyclic Shear-Compression Tests on Masonry Walls Strengthened with Alternative Configurations of CFRP Strips[J]. B. Earthq. Eng. 2016; 14: 1695-1720.
• 24. Shakir AS, Guan ZW, Jones SW. Lateral Impact Response of the Concrete Filled Steel Tube Columns with and without CFRP Strengthening[J]. Eng. Struct. 2016; 116: 148-162.
• 25. Ghelich R, Aghdam RM, Torknik FS, Jahannama MR, Keyanpour-Rad M. Carbothermal Reduction Synthesis of Zrb2 Nanofibers Via Pre-Oxidized Electrospun Zirconium N-Propoxide. Ceram Int 2015; 41(5): 6905-6911.
• 26. Ren XM, Wang YS, He T, Xia ZC. Analysis and Characterization of Orientation Structure of Pre-Oxidized PAN Fibers in High Magnetic Fields. J Wuhan Univ Technol 2014; 29: 224-228.
• 27. Ao W, Liu P J, Yang WJ. Agglomerates, Smoke Oxide Particles, and Carbon Inclusions in Condensed Combustion Products of an Aluminized GAP-Based Propellant. Acta Astronaut 2016; 129: 147-153.
• 28. Gao C, Huang L, Yan L B, Kasal B, Li W G. Behavior of Glass and Carbon FRP Tube Encased Recycled Aggregate Concrete with Recycled Clay Brick Aggregate. Compos Struct 2016; 155: 245-254.
• 29. Chen LC, Peng PY, Lin LF, Yang TCK, Huang CM. Facile Preparation of Nitrogen-Doped Activated Carbon for Carbon Dioxide Adsorption. Aerosol Air Qual Res 2014; 140: 63-72.
• 30. Tomboulian BN, Hyers RW. Predicting the Effective Emissivity of an Array of Aligned Carbon Fibers Using the Reverse Monte Carlo Ray-Tracing Method. J Heat Trans-t Asme 2017; 139: 012701.
• 31. Lin JH, Chuang YC, Huang CH, Li TT, Huang CL, Chen YS, Lou CW. Needle -Bonded Electromagnetic Shielding Thermally Insulating Nonwoven Composite Boards: Property Evaluations. Appl Sci-Basel 2016; 6: 303.
• 32. Cheng HM, Hong CQ, Zhang XH, Xue HF, Meng SH, Han JC. Super Flame -Retardant Lightweight Rime-Like Carbon-Phenolic Nanofoam. Sci Rep-UK 2016; 6: 33480.
• 33. Williams J, Lawrence M, Walker P. A Method for the Assessment of the Internal Structure of Bio-Aggregate Concretes. Constr Build Mater 2016; 116: 45-51.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).