絕熱絕熱材料

絕熱材料（thermal insulating material）

在建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞中，習(xí)慣上把用于控制室內(nèi)熱量外流的材料或者材料復(fù)合體叫做保溫材料（保冷材料）；把防止室外熱量進(jìn)入室內(nèi)的材料或者材料復(fù)合體叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統(tǒng)稱為絕熱材料。

1、絕熱材料的性能要求

導(dǎo)熱性指材料傳遞熱量的能力。材料的導(dǎo)熱能力用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義為：在穩(wěn)定傳熱條件下，當(dāng)材料層單位厚度內(nèi)的溫差為1℃時(shí)，在1h內(nèi)通過(guò)1m²表面積的熱量。材料導(dǎo)熱系數(shù)越大，導(dǎo)熱性能越好。工程上將導(dǎo)熱系數(shù)λ<0.23W/m·K的材料稱為絕熱材料。影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素有：

材料組成：材料的導(dǎo)熱系數(shù)由大到小為，金屬材料>無(wú)機(jī)非金屬材料>有機(jī)材料。

微觀結(jié)構(gòu)：相同組成的材料，結(jié)晶結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)最大，微晶結(jié)構(gòu)次之，玻璃體結(jié)構(gòu)最小，如水淬礦渣就是一種較好的絕熱材料。

孔隙率：孔隙率越大，材料導(dǎo)熱系數(shù)越小。

孔隙特征：在孔隙相同時(shí)，孔徑越大，孔隙間連通越多，導(dǎo)熱系數(shù)越大。

含水率：由于水的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.58W/m·K，遠(yuǎn)大于空氣，故材料含水率增加后其導(dǎo)熱系數(shù)將明顯增加，若受凍（冰λ=2.33W/m·K，）則導(dǎo)熱能力更大。

絕熱材料除應(yīng)具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)外，還應(yīng)具有適宜的或一定的強(qiáng)度、抗凍性、耐水性、防火性、耐熱性和耐低溫性、耐腐蝕性，有時(shí)還需具有較小的吸濕性或吸水性等。

室內(nèi)外之間的熱交換除了通過(guò)材料的傳導(dǎo)傳熱方式外，輻射傳熱也是一種重要的傳熱方式，鋁箔等金屬薄膜，由于具有很強(qiáng)的反射能力，具有隔絕輻射傳熱的作用，因而也是理想的絕熱材料。

2、絕熱材料的種類及使用要點(diǎn)

絕熱材料對(duì)熱流有較強(qiáng)阻抗作用的材料。主要用于房屋建筑的墻體、屋面或工業(yè)管道、窯爐等的保溫和隔熱。

按照它們的化學(xué)組成可以分為無(wú)機(jī)絕熱材料和有機(jī)絕熱材料。常用無(wú)機(jī)絕熱材料有多孔輕質(zhì)類無(wú)機(jī)絕熱材料、纖維狀無(wú)機(jī)絕熱材料和泡沫狀無(wú)機(jī)絕熱材料；常用有機(jī)絕熱材料有泡沫塑料和硬質(zhì)泡沫橡膠。

按絕熱原理分為：

①多孔材料?？繜釋?dǎo)率小的氣體充滿孔隙中絕熱。一般以空氣為熱阻介質(zhì)，主要是纖維狀聚集組織和多孔結(jié)構(gòu)材料。氣凝膠氈的絕熱性能最佳，其次泡沫塑料的絕熱性較好，再者為礦物纖維（如石棉）、膨脹珍珠巖和多孔混凝土、泡沫玻璃等。

②反射材料。如鋁箔能靠熱反射減少輻射傳熱，幾層鋁箔或與紙組成夾有薄空氣層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，還可以增大熱阻值。絕熱材料常以松散材、卷材、板材和預(yù)制塊等形式用于建筑物屋面、外墻和地面等的保溫及隔熱。可直接砌筑（如加氣混凝土）或放在屋頂及圍護(hù)結(jié)構(gòu)中作芯材，也可鋪墊成地面保溫層。

纖維或粒狀絕熱材料既能填充于墻內(nèi)，也能噴涂于墻面，兼有絕熱、吸聲、裝飾和耐火等效果。

絕熱材料一方面滿足了建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境，另一方面也節(jié)約了能源。因此，有些國(guó)家將絕熱材料看作是繼煤炭、石油、天然氣、核能之后的“第五大能源”。

3、絕熱材料技術(shù)性能指標(biāo)

絕熱材料的技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)符合絕熱材料的現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（1）絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品

絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品，是以巖石、工業(yè)廢渣和石灰石等為主要原料，經(jīng)高溫熔融，用離心力、高溫載能氣體噴吹而成的棉及其制品。產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)形式分為棉、板、帶、氈、縫氈、貼面氈和管殼。

（2）絕熱用玻璃棉及其制品

絕熱用玻璃棉及其制品有玻璃棉、玻璃棉板、玻璃棉帶、玻璃棉毯、玻璃棉氈和玻璃棉管殼。產(chǎn)品按采用玻璃棉的纖維平均直徑分為三種。

新型玻璃棉制品有氣凝膠氈，該產(chǎn)品為二氧化硅氣凝膠與玻璃纖維復(fù)合，導(dǎo)熱系數(shù)0.018W/（K·m），絕對(duì)疏水，是市場(chǎng)上導(dǎo)熱系數(shù)最低的納米無(wú)機(jī)絕熱材料。

（3）超細(xì)玻璃棉及其制品

超細(xì)玻璃棉及其制品，是以熔融后的玻璃用火焰噴吹或離心噴吹等方法制成纖維平均直徑在3～3.9玻璃纖維氈。使用溫度為400℃以下，作保溫和吸聲用，產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)如下。

①纖維平均直徑4μm以下。

②含濕率不大于1%

③粘結(jié)劑含量不大于1%，對(duì)易燃、易爆工程粘結(jié)劑含量。

④渣球含量直徑大于0.5mm，含量不應(yīng)超過(guò)0.5%。

（4）泡沫石棉

泡沫石棉是以保溫石棉為主要原料，經(jīng)化學(xué)開棉、發(fā)泡、成型、干燥等工藝制成的泡沫狀制品。其使用溫度在500℃以內(nèi)。

（5）普通硅酸鋁耐火纖維氈

普通硅酸鋁耐火纖維氈，適用于工作溫度不大于1000℃的中性或氧化性氣氛的工業(yè)爐內(nèi)襯及高溫管道保溫。牌號(hào)

（6）硅酸鈣絕熱制品

硅酸鈣絕熱制品有平板、弧形板、管殼、最高使用溫度為923k（650℃）。

（7）膨脹蛭石制品

膨脹蛭石制品，常用的膨脹蛭石制品是以膨脹蛭石為料，以水泥為粘結(jié)劑制成的水泥膨脹蛭石制品。使用溫度范圍為-40～800℃。制品有板、磚、管殼等。

（8）膨脹珍珠巖絕熱制品

膨脹珍珠巖絕熱制品是以膨脹珍珠巖為主要成分，摻加不同種類粘接劑而制成的板、管殼等絕熱制品。

其使用溫度范圍為-50～900℃。

（9）硅藻土隔熱制品

硅藻土隔熱制品有普型、異型和特性，主要用作隔熱層。。

（10）建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，是以多元醇/多異氰酸酯為主要原料生產(chǎn)的平板或異性板狀RC/PUR，也可用于箔、金屬膜或片、涂料、紙或其他材料層壓或貼面的RC/PUR。但不適用于管道和容器的隔熱保溫及吸收沖擊聲的消音材料。

類型1產(chǎn)品適用于承受輕負(fù)載，如建筑物屋頂、地板下隔層及類似的用途；類型2適用于承受重負(fù)載，如襯填材料，冷凍室地板等。

（11）工業(yè)設(shè)備、管道絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料

工業(yè)設(shè)備、管道絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制品有板、管殼，適用于-104～5℃的設(shè)備、管道保冷，最高安全使用溫度為100℃。

（12）隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料

隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料是以含低沸點(diǎn)液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒經(jīng)加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加熱成型而制得的具有閉孔結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯泡沫塑料，也可用大塊料切割而成其他形狀制品。

隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料按用途分為三類：1.類是應(yīng)用時(shí)不承受負(fù)荷，如作為屋頂、墻壁及其他隔熱；2.類是承受有限負(fù)荷，如地板隔熱等；3.類是承受較大負(fù)荷，如停車平臺(tái)隔熱等。

隔熱用聚苯乙烯泡沫塑料分為普通型PT（白色，無(wú)阻燃性要求）和阻燃型ZR（混有顏色的顆粒，有阻燃性要求）。

4、絕熱材料的選擇依據(jù)

絕熱既要減少散熱損失，節(jié)能降耗增效，又要保證生產(chǎn)工藝過(guò)程安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。一般選擇絕熱材料應(yīng)滿足以下要求。

（1）平均溫度≤623K（350℃）時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12w/（mk）[0.103kcal/（m.h.℃）]，有隨溫度變化的導(dǎo)熱系數(shù)方程式。當(dāng)有數(shù)種絕熱材料可選擇時(shí)，用絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，乘以單位體積材料價(jià)格（元/m³），乘積小，單位熱阻的價(jià)格低，是經(jīng)濟(jì)的絕熱材料。

（2）絕熱材料密度不大于300kg/m³。纖維類絕熱材料的渣球含量，礦渣棉小于10%；巖棉小于6%；玻璃棉小于0.4%，對(duì)纖維類絕熱材料應(yīng)選擇最佳密度。

（3）硬質(zhì)絕熱材料的抗壓強(qiáng)度不小于392kpa。一般絕熱材料制品，應(yīng)能承受自重，當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)荷載，冰雪荷載，表面受到碰撞或輕微敲打，不產(chǎn)生殘余變形。

（4）絕熱材料的允許使用溫度應(yīng)高于正常操作時(shí)的生產(chǎn)介質(zhì)最高溫度，保證在安全使用溫度范圍。

（5）絕熱材料的膨脹性、防潮性、耐燃型，均要符合使用要求。

（6）絕熱材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)金屬無(wú)腐蝕作用。

（7）保冷材料在理化性能滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程要求的前提下，優(yōu)先選用導(dǎo)熱系數(shù)小，密度小，吸水和吸濕率低的材料制品。

（8）按選用保冷材料特征，采用相適應(yīng)的粘結(jié)劑、密封劑配套使用。

（9）絕熱的防潮層材料，選用防水、防潮力強(qiáng)，吸水率不大于1%。使用溫度范圍大，耐火度、軟化溫度不低于65℃，穩(wěn)定性和密封性好，在常溫下使用方便。

（10）絕熱的保護(hù)層材料，選用防水、防潮、化學(xué)穩(wěn)定性和不燃性好，應(yīng)有不開裂、不易老化、強(qiáng)度高的特征。

絕熱壓縮與絕熱膨脹通常由氣體壓強(qiáng)的變化引起。

絕熱壓縮發(fā)生在氣壓上升時(shí)，這時(shí)氣體溫度也會(huì)上升。例如，給自行車打氣時(shí)，可以感覺(jué)到氣筒溫度上升，這正是因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)上升的足夠快到可視為絕熱過(guò)程的緣故，熱量沒(méi)有逃逸，因而溫度上升。

柴油機(jī)在壓縮沖程時(shí)正是靠絕熱壓縮原理來(lái)給燃燒室內(nèi)的混合氣體點(diǎn)火的。

絕熱膨脹發(fā)生在氣壓下降時(shí)，這時(shí)氣體溫度也會(huì)下降。例如，給輪胎放氣時(shí)，可以明顯感覺(jué)到放出的氣體比較涼，這正是因?yàn)闅怏w壓強(qiáng)下降的足夠快到可視為絕熱過(guò)程的緣故，氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，溫度下降。

這些溫度的變化量可以用理想氣體狀態(tài)方程精確計(jì)算。

絕熱過(guò)程是系統(tǒng)在和外界無(wú)熱量交換的條件下進(jìn)行的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)絕熱過(guò)程有兩種情況：

①用絕熱材料制成絕熱壁，把系統(tǒng)與外界隔開，就可以近似地實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。

②使過(guò)程快速進(jìn)行，系統(tǒng)來(lái)不及與外界進(jìn)行顯著的熱量交換。例如：內(nèi)燃機(jī)中熱氣體的突然膨脹，

柴油機(jī)或壓氣機(jī)中空氣的壓縮、聲波中氣體的壓縮（稠密）和膨脹（稀疏）等都可近似視為絕熱過(guò)程。

作為典型例子，下面介紹理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程和理想氣體自由膨脹過(guò)程（非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程）。

絕熱過(guò)程（adiabatic process）是指任一氣體與外界無(wú)熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程，是在和周圍環(huán)境之間沒(méi)有熱量交換或者沒(méi)有質(zhì)量交換的情況下，一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)的變化。大氣層中的許多重要現(xiàn)象都和絕熱變化有關(guān)。例如，在大氣層的下層通常存在著溫度隨高度遞增而遞減，主要就是由于空氣絕熱混合的結(jié)果。導(dǎo)致水蒸汽凝結(jié)、云和雨形成的降溫作用，主要是由于空氣上升時(shí)溫度下降的結(jié)果；晴朗的、干燥的天氣通常是與空氣下沉引起的增溫變干作用有關(guān)。上升空氣的降溫作用和下沉空氣的增溫作用主要是由于空氣的絕熱膨脹和絕熱壓縮的結(jié)果。如果一個(gè)受到增溫作用或降溫作用的系統(tǒng)通過(guò)輻射和傳導(dǎo)與周圍發(fā)生熱量交換，那么就稱之為非絕熱過(guò)程（diabaticprocess）。

大氣中作垂直運(yùn)動(dòng)的氣塊的狀態(tài)變化通常接近于絕熱過(guò)程。氣塊上升，外界氣壓逐漸降低，氣塊體積膨脹作功消耗內(nèi)能而降溫，叫“絕熱冷卻”；氣塊下沉，外界氣壓逐漸加大，氣塊體積因外力作功被壓縮，使其內(nèi)能增加而升溫，叫“絕熱增溫”。

在熱力學(xué)中，熱力學(xué)系統(tǒng)始終不與外界交換熱量 ，即Q =0 的過(guò)程。理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程的方程為pV^γ=常量，其中p 、V 是理想氣體的壓強(qiáng)、體積，γ=cP/cV是定壓熱容與定體熱容之比。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外所作的功等于內(nèi)能的減少量。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在可逆的絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)的熵不變。用良好絕熱材料隔絕的系統(tǒng)中進(jìn)行的過(guò)程，或由于過(guò)程進(jìn)行得太快，來(lái)不及與外界有顯著熱量交換的過(guò)程，都可近似地看作絕熱過(guò)程。例如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)汽缸中工作物質(zhì)的膨脹過(guò)程 ，壓汽機(jī)汽缸中的壓縮過(guò)程，汽輪機(jī)噴管中的膨脹過(guò)程，以及氣象學(xué)中空氣團(tuán)的升降過(guò)程，還有聲波在空氣中的傳播過(guò)程等，都可當(dāng)作絕熱過(guò)程處理。

絕熱過(guò)程是一個(gè)絕熱體系的變化過(guò)程，絕熱體系為和外界沒(méi)有熱量和粒子交換，但有其他形式的能量交換的體系，屬于封閉體系的一種。絕熱過(guò)程有絕熱壓縮和絕熱膨脹兩種。常見的一個(gè)絕熱過(guò)程的例子是絕熱火焰溫度，該溫度是指在假定火焰燃燒時(shí)沒(méi)有傳遞熱量給外界的情況下所可能達(dá)到的溫度?，F(xiàn)實(shí)中，不存在真正意義上符合定義的絕熱過(guò)程，絕熱過(guò)程只是一種近似，所以有時(shí)也稱為絕熱近似。

絕熱過(guò)程分為可逆過(guò)程（熵增為零）和不可逆過(guò)程（熵增不為零）兩種?？赡娴慕^熱過(guò)程是等熵過(guò)程。等熵過(guò)程的對(duì)立面是等溫過(guò)程，在等溫過(guò)程中，最大限度的熱量被轉(zhuǎn)移到了外界，使得系統(tǒng)溫度恒定如常。由于在熱力學(xué)中，溫度與熵是一組共軛變量，等溫過(guò)程和等熵過(guò)程也可以視為“共軛”的一對(duì)過(guò)程。

如果一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的變化快到足以忽略與外界的熱交換的話，這一變化過(guò)程就可以視為絕熱過(guò)程，又稱“準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程”。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的熵增可以忽略，所以視作可逆過(guò)程，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，在熱力學(xué)中，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程與可逆過(guò)程沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分，在某些文獻(xiàn)中被作為同義詞使用。

同樣的，如果一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的變化慢到足以靠與外界的熱交換來(lái)保持恒溫的話，該過(guò)程則可以視為等溫過(guò)程。

絕熱是保溫與保冷的統(tǒng)稱，為了防止生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備和管道向周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量而進(jìn)行的絕熱工程，已成為生產(chǎn)和建設(shè)過(guò)程中不可缺少的一項(xiàng)工程，有著重要的意義。（1）用絕熱減少設(shè)備、管道及其附件的熱（冷）量損失。（2）保證操作人員安全，改善勞動(dòng)條件，防止?fàn)C傷和減少熱量散發(fā)到操作區(qū)。（3）在長(zhǎng)距離輸送介質(zhì)時(shí)，用絕熱來(lái)控制熱量損失，以滿足生產(chǎn)上所需要的溫度。（4）冬季，用保溫來(lái)延緩或防止設(shè)備、管道內(nèi)液體的凍結(jié)。（5）當(dāng)設(shè)備、管道內(nèi)的介質(zhì)溫度低于周圍空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，采用絕熱可防止設(shè)備、管道的表面結(jié)露。（6）用耐火材料絕熱可提高設(shè)備的防火等級(jí)。（7）對(duì)工藝設(shè)備或爐窯采取絕熱措施，不但可減少熱量損失，而且可以提高生產(chǎn)能力。

絕熱絕熱瓦

航天飛機(jī)絕熱瓦

在航天飛機(jī)上共裝有24000塊絕熱瓦，這種絕熱瓦的作用是抵御再入大氣層時(shí)的高溫。因?yàn)楹教祜w機(jī)再入大氣層時(shí)，由于與大氣的摩擦而產(chǎn)生1650℃的高溫。如果絕熱瓦脫落，會(huì)導(dǎo)致絕熱瓦保護(hù)層下部的航天飛機(jī)鋁構(gòu)架的變形，使更多的絕熱瓦脫落。如果絕熱瓦脫落到一定數(shù)量，就會(huì)使航天飛機(jī)再入大氣層時(shí)被巨大的壓力和高溫撕裂成碎片。

2003年，“哥倫比亞”號(hào)發(fā)射升空時(shí)出現(xiàn)了小片的絕熱瓦的脫落，宇航局當(dāng)時(shí)通過(guò)監(jiān)控錄像已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這一異常情況。接下來(lái)，技術(shù)人員曾經(jīng)花了幾天的時(shí)間對(duì)這一事件進(jìn)行分析，但他們最后得出的結(jié)論是“不礙事”。而且航空航天局的官員還告訴記者不用擔(dān)心，他們保證“絕對(duì)沒(méi)有問(wèn)題”。2003年2月2日，“哥倫比亞”號(hào)返回地球，就在著陸前16分鐘“哥倫比亞”號(hào)解體墜毀。

事故發(fā)生以后，宇航局承認(rèn)自己判斷錯(cuò)了，起飛時(shí)絕熱瓦的脫落可能是事故發(fā)生的主要原因。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，“哥倫比亞”號(hào)在解體前，機(jī)身左側(cè)的溫度在5分鐘內(nèi)升高了大約60℃。左翼下面著陸架附近的溫度也異常升高。由于航天飛機(jī)左側(cè)的阻力增大，機(jī)上的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)一直在努力調(diào)整航天飛機(jī)的姿態(tài)，但無(wú)濟(jì)于事。

這次“發(fā)現(xiàn)”號(hào)發(fā)射又出現(xiàn)絕熱瓦脫落的情況，不能不勾起人們的痛苦回憶。

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《絕熱材料與絕熱工程》圖書

本書以絕熱材料為主題。由三大部分組成，第一部分系統(tǒng)地介紹了絕熱的基本原理，絕熱材料的基本性能與性能分析、絕熱結(jié)構(gòu)形成及現(xiàn)行絕熱材料的概況，并以新型復(fù)合高效節(jié)能絕熱材料的形成展示高新技術(shù)在絕熱領(lǐng)域中的生成與應(yīng)用；第二部分介紹工業(yè)設(shè)備及管道的絕熱設(shè)計(jì)原則及要求，包括絕熱層、防潮層及保護(hù)層的結(jié)構(gòu)，施工示范與施工質(zhì)量中冷態(tài)驗(yàn)收、熱態(tài)考核新采用的測(cè)試方法和常用測(cè)試儀器的簡(jiǎn)介；第三部分以建筑領(lǐng)域里隔熱保溫（保冷）與節(jié)能的辯證關(guān)系，闡述有機(jī)質(zhì)材料與無(wú)機(jī)質(zhì)材料的結(jié)合，溫與保冷中的材料結(jié)構(gòu)、應(yīng)用設(shè)計(jì)原理、效果計(jì)算依據(jù)和方法等。

本書適用于從事絕熱材料生產(chǎn)廠、絕熱工程技術(shù)人員及專業(yè)設(shè)計(jì)人員閱讀。也可供節(jié)能專管人員、大專院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

空氣的冷熱程度實(shí)質(zhì)上是空氣內(nèi)能的大小的表現(xiàn)。空氣內(nèi)能變化既可以是空氣與外界的熱量交換引起（通過(guò)分子熱傳導(dǎo)、輻射、對(duì)流、湍流、潛熱轉(zhuǎn)移等方式進(jìn)行的非絕熱變化），也可由外界的壓力變化對(duì)空氣做功，導(dǎo)致空氣膨脹或壓縮而引起（絕熱變化）。

一、空氣的絕熱變化

空氣塊在鉛直運(yùn)動(dòng)中與外界不發(fā)生熱量交換，也就是無(wú)熱量輸入，也無(wú)熱量輸出，但由于體積的膨脹和收縮而發(fā)生的絕熱冷卻和絕熱增溫的變化，稱為空氣的絕熱變化。

空氣塊在做絕熱上升和下降過(guò)程中，溫度變化的輻度因空氣塊水汽含量不同而異。

1、干絕熱直減率

氣塊絕熱升降單位距離（100m）時(shí)的溫度變化值，稱絕熱垂直遞減率。對(duì)于干空氣和未飽和的濕空氣來(lái)說(shuō)，則稱干絕熱直減率，以rd表示。≈ 0.98℃/100m

在實(shí)際工作中rd=1℃/100m，在干絕熱過(guò)程中，空氣塊每上升100m，溫度約下降1℃。 rd 與r（氣溫直減率）的含義是不同的。rd 是干空氣在絕熱升降過(guò)程中氣塊本身的變溫率，它近似于常數(shù)；而r是表示周圍大氣的溫度隨高度的分布情況。

2、濕絕熱直減率：飽和濕空氣絕熱升降單位距離（100m）時(shí)的溫度變化值，稱為濕絕熱直減率，以rm表示。rm不是常數(shù)，而是氣壓和溫度的函數(shù)，一般要小于rd，其平均值為0.5℃/100。

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的絕熱層大致分為三類。第一類是柔性絕熱層，通常以高分子彈性體材料為基體，用于殼體黏結(jié)式裝藥結(jié)構(gòu)。第二類是硬性絕熱層，通常以高分子樹脂材料為基體，用于自由裝填式裝藥結(jié)構(gòu)以及與火焰接觸的部位。第三類是近期發(fā)展的由柔性和硬性兩類組合的多層式絕熱層，它兼有柔性絕熱層和硬性絕熱層的優(yōu)點(diǎn)，適用于任何裝藥結(jié)構(gòu)。

1．柔性絕熱層

此類絕熱層按成型方法不同，又可分為軟片粘貼和厚漿涂敷兩種類型。

粘貼式柔性絕熱層是用高分子橡膠材料作基體，與粉末狀耐燒蝕填料以及多種添加劑按預(yù)定配比，經(jīng)輾片機(jī)混合和多次輾壓，先制成半固化狀態(tài)的軟片，再經(jīng)模壓制成用于人工脫粘層的預(yù)制件，并將軟片直接裁剪成圓簡(jiǎn)體尺寸，兩端搭接后，將預(yù)制件和圓簡(jiǎn)體分別黏結(jié)到殼體內(nèi)壁，也可將頭端部預(yù)制件與軟片預(yù)先搭接成整體圓筒，置入涂有黏結(jié)劑的殼體中，然后用氣囊充氣加壓，使其緊貼于殼體內(nèi)壁，并在高溫、加壓下固化。粘貼式絕熱層必須保證界面的空氣充分除盡，且不含揮發(fā)性溶劑，以確保與殼體的黏結(jié)質(zhì)量。這類絕熱層早期使用的主要以丁腈丁苯和酚醛改性丁腈橡膠作為基體材料，填料為石棉、二氧化硅和硼酸。它們的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度適中，延伸率很高，隔熱性能較好，密度相對(duì)較低。其主要缺點(diǎn)是高溫炭化后失去機(jī)械強(qiáng)度，不能形成牢固的炭化層，因面抗沖刷性差，燒蝕率偏高。后期發(fā)展的元乙丙橡膠與氧化硅組成的絕熱層，在密度.抗拉強(qiáng)度、延伸率，隔熱性能低溫性能和抗老化性能等方面均有較大改進(jìn)但其耐燒蝕性能仍遜于硬性絕熱層。三元乙內(nèi)絕熱層與金屬殼體的黏結(jié)性差，需采用特味的黏結(jié)劑和相應(yīng)的黏結(jié)工藝涂數(shù)式柔性絕熱層是早期型使用的另類以高分子彈性體材料為基體

的采性絕熱層。它與粘貼式絕熱層的義湖主要是采用液態(tài)預(yù)聚物作基體材料，加人填料和其他組分經(jīng)混合后成為稿厚的漿料、因面可用噴涂。制涂、涂刷、離心等工藝方法直接在殼體內(nèi)壁涂敷，經(jīng)加熱固化后成型，不需要預(yù)先制成軟片或預(yù)制件，且整個(gè)絕熱層沒(méi)有搭接縫。這類絕熱層的基體材料通常采用與推進(jìn)劑配方相同的預(yù)聚物，因而與藥柱界面具有良好的黏結(jié)性。涂敷式柔性絕熱層的缺點(diǎn)是抗沖刷能力差，燒蝕率較高，漿料中含有揮發(fā)性液體，容易在涂敷和固化過(guò)程中使絕熱層產(chǎn)生氣孔，因而工藝條件必須嚴(yán)格控制。

2．硬性絕熱層

此類絕熱層采用耐高溫的熱固性樹脂為基體材料，最常用的是酚醛和改性酚醛，近期發(fā)展的有聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑和聚苯撐等，填料則采用耐高溫的纖維，如石棉纖維、高硅氧纖維、酚醛纖維、碳纖維和凱夫拉纖維等，增強(qiáng)纖維可以制成短纖維，也可編織成帶、紗、布或氈，絕熱層的成型方法有層壓、模壓、貼片和多向編織預(yù)浸纏繞等，硬性絕熱層的特點(diǎn)是在高溫、高速燃?xì)庾饔孟履苄纬衫喂痰奶炕瘜?，抗沖刷性和耐燒蝕性好，且有很高的抗壓強(qiáng)度和模量。它特別適用于受氣流沖刷嚴(yán)重的端面燃燒和自由裝填式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的貼壁絕熱層，其缺點(diǎn)是密度大、隔熱性能較差、延伸率太低。對(duì)殼體黏結(jié)式裝藥結(jié)構(gòu)也不能起到應(yīng)力緩沖作用，補(bǔ)救辦法是在樹脂基體中摻入部分彈性體預(yù)聚物或在硬性絕熱層內(nèi)表面增加彈性體襯層。

3．多層組合式絕熱層

此類絕熱層可按使用要求制成不同結(jié)構(gòu)。如在兩層三元乙丙柔性絕熱層之間夾一層硬性的酚醛纖維布，經(jīng)熱壓固化后制成組合絕熱層。其中，三元乙丙絕熱層起到良好的隔熱作用和阻止氣體滲透，而酚醛纖維布則有很好的耐燒蝕性和抗沖刷性。整個(gè)組合絕熱層又有較高的延伸率和抗拉強(qiáng)度，且燃燒產(chǎn)物無(wú)煙無(wú)毒。這種組合絕熱層的抗燒蝕時(shí)間比三元乙丙絕熱層長(zhǎng)1倍以上，而殼體外壁溫度基本沒(méi)有升高，又如用三種不同材料制成三層組合式絕熱層，內(nèi)層為樹脂基體與增強(qiáng)纖維組成的抗燒蝕層，中間層和外層則用彈性體預(yù)聚物和無(wú)機(jī)填料組成的多孔狀結(jié)構(gòu)。中間層起隔熱作用，外層起應(yīng)力緩沖作用。顯然，這種組合式絕熱層具有良好的綜合性能。

絕熱壓縮屬于絕熱過(guò)程，絕熱過(guò)程熱力學(xué)系統(tǒng)始終不與外界交換熱量， 即dQ =0 的過(guò)程。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外所作的功等于內(nèi)能的減少量。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在可逆的絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)的熵不變。用良好絕熱材料隔絕的系統(tǒng)中進(jìn)行的過(guò)程，或由于過(guò)程進(jìn)行得太快，來(lái)不及與外界有顯著熱量交換的過(guò)程，都可近似地看作絕熱過(guò)程。例如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)汽缸中工作物質(zhì)的膨脹過(guò)程， 壓汽機(jī)汽缸中的壓縮過(guò)程，汽輪機(jī)噴管中的膨脹過(guò)程，以及氣象學(xué)中空氣團(tuán)的升降過(guò)程，還有聲波在空氣中的傳播過(guò)程等，都可當(dāng)作絕熱過(guò)程處理。

絕熱過(guò)程是一個(gè)絕熱體系的變化過(guò)程，絕熱體系為和外界沒(méi)有熱量和粒子交換，但有其他形式的能量交換的體系，屬于封閉體系的一種。絕熱過(guò)程有絕熱壓縮和絕熱膨脹兩種。

絕熱過(guò)程分為可逆過(guò)程（熵增為零）和不可逆過(guò)程（熵增不為零）兩種?？赡娴慕^熱過(guò)程是等熵過(guò)程。等熵過(guò)程的對(duì)立面是等溫過(guò)程，在等溫過(guò)程中，最大限度的熱量被轉(zhuǎn)移到了外界，使得系統(tǒng)溫度恒定如常。由于在熱力學(xué)中，溫度與熵是一組共軛變量，等溫過(guò)程和等熵過(guò)程也可以視為“共軛”的一對(duì)過(guò)程。