Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время возрос уровень требований к изготовлению и качеству теплоизоляционных материалов вследствие высокой стоимости энергоресурсов, достаточно больших потерь тепла при их транспортировке и экологически вредным производством используемых материалов (например, пенополиуретана). Особенно следует отметить проблему ухудшения экологии, связанную с нарушением температурно - влажностного режима вечной мерзлоты в районах Западной Сибири и Крайнего Севера при прокладке не теплоизолированных нефте-газопроводов, что приводит к ухудшению флоры и фауны данных районов, изменению привычных мест обитания животных.
Одной из основных причин малоэффективного функционирования теплоизоляции является отсутствие методов, которые позволяют определить теплофизические свойства теплоизоляционных материалов с учетом требований условий эксплуатации в различных областях промышленности и строительства. Таким требованиям отвечают нетканые текстильные материалы, т.к они имеют достаточную высокую механическую прочность, плотность и пористость, просты и экономичны при производстве.
Следовательно, разработка методов оценки теплофизических свойств и создание эффективных, экологически чистых, дешевых теплоизоляторов на базе нетканых материалов задача весьма своевременная и актуальная.
Данная научно-исследовательская работа является составной частью НИОКР, проводимой по Государственному контракту с Департаментом по науке и промышленной политики Правительства Москвы (тема: «Разработка специальных текстильных материалов, имеющих повышенные физико-механические параметры, для использования в различных областях промышленности и строительства») и исследований по теме: «Разработка принципов и приемов управления состоянием массивов горных пород в криолитозоне» (МГУ им. М.В.Ломоносова, геологический факультет).
Дель и задачи работы. Целью работы является совершенствование методов расчета и оценки свойств нетканых текстильных полотен технического назначения с учетом требований эксплуатации и параметров структуры материалов.
Достижение поставленной цели предполагает:
разработку метода определения эффективного коэффициента теплопроводности теплоизолятора, в зависимости от плотности и пористости материала;
определение рационального волокнистого состава нетканых материалов;
Л
экспериментальную оценку правомерности использования предлагаемой аналитической модели для расчета эффективного коэффициента теплопроводности рассматриваемых материалов;
изготовление опытного образца нетканого текстильного материала в соответствии с результатами, полученными аналитическим путем;
разработку и создание экспериментальной установки для определения коэффициента теплопроводности волокнистых материалов на базе современной электронно-вычислительной техники;
разработку методики определения эффективного коэффициента теплопроводности волокнистых материалов на новой экспериментальной установке;
экспериментальное определение эффективного коэффициента теплопроводности изготовленного нетканого текстильного материала;
расчет рациональной толщины материала предназначенного для теплоизоляции холодильных установок, горячих трубопроводов и газопроводов;
разработку методики проектирования нетканых текстильных теплоизоляционных материалов с учетом условий эксплуатации.
Методы исследования. В процессе проведения теоретических исследований применялись: методы математического анализа и уравнений математической физики, Для проведения расчетов использовались табличный процессор Microsoft Excel, программный комплекс «Mathcad PLUS 6.0».
Экспериментальные исследования проводились при помощи: измерителя теплопроводности ИТ-Я.-400, разработанной экспериментальной установки с использованием программно-аппаратных средств стандартного лабораторного оборудования. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием современных статистических методов.
Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые:
предложен метод расчета эффективного коэффициента теплопроводности в зависимости от плотности и пористости материала;
получены зависимости между физико-механическими параметрами нетканого материала и его эффективным коэффициентом теплопроводности;.
получены рациональные численные значения эффективного коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала;
разработан графический способ определения волокнистого состава и требуемых параметров нетканого теплоизоляционного материала;
разработана методика определения эффективного коэффициента теплопроводности материалов на новой экспериментальной установке;
определены опытным путем значения эффективного коэффициента теплопроводности выпускаемых нетканых материалов;
- разработана методика проектирования нетканых материалов с учетом условий
эксплуатации.
Практическая значимость работы заключается в том, что: установлено, что в качестве структурных элементов нетканых теплоизоляционных материалов следует использовать полиэфирные, стеклянные, полипропиленовые волокна;
- определена требуемая толщина материала для теплоизоляции холодильных
установок, горячих трубопроводов и газопроводов;
- разработан и изготовлен опытный образец иглопробивного нетканого материала,
применение которого для теплоизоляции нефте-газопроводов способствует
сохранению экологического состояния вечномерзлых грунтов в районах Западной
Сибири и Крайнего Севера;
- разработана, изготовлена и успешно прошла лабораторные испытания
экспериментальная установка, предназначенная для определения коэффициента
теплопроводности волокнистых материалов.
Основные результаты работы получили подтверждение и внедрены в АО «ГАЗКОМ», ООО «ТЕКС-ЦЕНТР», ЗАО «ТЕХНОТКАНИ».
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на: Международной научно-технической конференции «Прогресс-97» (Иваново, 1997г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценка их качества» «Материаловедение - 99» (Москва, 1999 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-97» (Москва, 1997 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГАСБУ, 1996-1998 г.г.; заседаниях кафедр «Электроники и электронных информационных систем» и. «Материаловедение» МГУС, 1997-2001 г.г.; на заседании научно-технического совета Института технологии сервиса МГУС, 2000-2002 г.г.; кафедре «Материаловедение и технология швейных изделий» КГТУ, 2007 г.; на заседании научно-технического совета ОАО «Научно-исследовательский институт нетканых материалов» (г. Серпухов, 2007 г.); кафедре «Инженерная геокриология» МГУ им. М.В.Ломоносова, 1998-1999 г.г. Работа в 1998 году удостоена диплома Всероссийского конкурса «Молодые дарования», проводимого обществом «ЗНАНИЕ» и РАО «ГАЗПРОМ».
Публикации. По материалам диссертации имеется 13 печатных работ, из них: 3 монографии (в соавторстве), 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК
РФ для публикации результатов кандидатских диссертации и 7 работ в других научных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, списка использованных источников, включающего 135 наименований, и 4 приложения на 68 страницах. Работа изложена на 129 страницах, имеет 42 таблицы, 28 рисунков.
