Полиуретаны являются неотъемлемой частью современной жизни. Ваш красивый и блестящий автомобиль, ваши любимые кроссовки и кеды, мягкий диван и удобное кресло, и даже медвежонок дочурки — все сделано с применением полиуретана.
Возможность производства из полиуретана материала с исключительной теплопроводностью наряду с целым набором особых качеств делает этот материал одним из наиболее популярных утеплителей, не только на планете Земля, но и в космосе.
Немного истории
В 1937 году немецкий химик Отто Байер изобрел полиуретан, а уже три года спустя полиуретановая пена впервые применялась в самолетостроении. Материал пришелся очень кстати: в мире начиналась эпоха освоения космоса.
Инженерам сразу же приглянулся новый легкий и прочный материал с удивительно низкой теплопроводностью, который как нельзя лучше справлялся с экстремальными температурами в открытом космосе: перепад температур колеблется от 120°C до минус 150°C в тени глубокого космоса. Полиуретан словно создан для сложных условий эксплуатации. Его по праву можно назвать космическим материалом, поскольку он сочетает в себя ряд уникальных качеств. Во-первых, он превосходный утеплитель!
Слой полиуретана толщиной 1,6 см обеспечивает такую же изоляцию, как и бетонная стена толщиной 1,34 м. Материал демонстрирует малое водопоглощение. Полиуретан является одним из самых жестких эластомеров, отличающихся высокой прочностью. Коэффициент прочности на сжатие составляет более 120 кПа. К тому же это долговечный материал, срок его безотказной службы без потери теплоизоляционных качеств составляет более 50 лет. А после этого срока он может получить вторую жизнь, будучи переработанным.
Пенополиуретан летит в космос
NASA стало использовать пенополиуретан (ППУ) в космических целях для теплоизоляции и защиты внешнего топливного бака космического челнока «Шаттл». Да-да, Вы не ошиблись инженеры NASA запустили пенополиуретан (ППУ) в космос. «Шаттл» - это американский многоразовый транспортный космический корабль, разработанный для доставки астронавтов и различных грузов на земную орбиту.
Первый «Шаттл» был запущен NASA в далеком 1981 году. Американский космический корабль включает в себя три основные части: сам челнок, внешний топливный бак и два твердотопливных ракетных ускорителя.
Топливный бак "Шаттла" - самая громоздкая и тяжелая часть космического аппарата. Это единственный узел аппарата, который не может быть использован повторно - он предназначен для одноразового использования.
.jpg)
Внешний топливный бак "Шаттла" сделан из алюминиевого сплава толщиной 3 мм и вмещает в себя около 1,5 миллионов литров ракетного топлива. В качестве ракетного топлива используется жидкий водород. Температура водорода в жидком агрегатном состоянии составляет -253°С. Поэтому перед инженерами NASA стояла трудная задача по выбору надежного и прочного, но в тоже время легкого изоляционного материала, способного поддерживать чрезвычайно низкую температуру (-253°С) жидкого водорода внутри топливного бака челнока.
После многочисленных обсуждений и испытаний выбор специалистов остановился на жестком закрытоячеистом пенополиуретане (ППУ). Топливный бак "Шаттла" был покрыт слоем пенополиуретана толщиной 2,5 см.
Выбор пенополиуретана ППУ в качестве теплоизоляции топливного бака был обусловлен многими факторами. Во-первых, пенополиуретан ППУ - сверхлегкий материал, и не будет создавать лишней нагрузки на топливный бак. Во-вторых, ППУ - тепло- и морозостойкий материал. А главное, это - превосходный теплоизолятор и герметик.
Жесткий пенополиуретан ППУ состоит из миллионов закрытых пор, в которых содержится специальный газ. Структура с закрытыми ячейками позволяет надежно сохранять тепло и препятствует инфильтрации воздуха и пара, создает надежный герметичный изоляционный слой. И хотя пенополиуретан был известен и широко использовался до NASA, после небольших доработок данной технологии инженеры Национального управления по аэронавтике адаптировали пенополиуретан для использования, в буквальном смысле, за пределами нашей планеты.
Слоя пенополиуретанав 2,5 см оказалось достаточно, чтобы обеспечить необходимую теплоизоляцию топливного бака, сохранив при этом низкий вес всей конструкции бака и одновременно увеличив его прочность и жесткость. Слой ППУ также защищал алюминиевую оболочку бака от образования льда и аэродинамического нагрева. В тоже время ППУ в тяжелейших условиях прохождения космическим кораблем земной атмосферы позволил сохранить крайне низкую температуру жидкого водорода внутри бака (-253°С).
Стоит отметить уникальные адгезионные характеристики ППУ. Сцепление молекул утеплителя и основы оказалось столь прочной, что с успехом выдержало колоссальные перегрузки при запуске ракетоносителя. Даже на отработанных топливных баках, сброшенных на Землю, слой пенополиуретана ППУ сохранился достаточно хорошо.
Вслед за США и СССР запустил свою программу по созданию космического корабля многоразового использования. Этот корабль получил название "Буран". Вывод "Бурана" на околоземную орбиту осуществлялся с помощью ракеты-носителя "Энергия".
Перед нанесением пенополиуретанового покрытия для подготовки изолируемой поверхности топливного бака использовались специальные очистители, однако в дополнительных клеях не было необходимости. ППУ является самоадгезивным материалом и обладает достаточной адгезией, чтобы выдерживать даже условия запуска космического корабля.
Для защиты пенополиуретана (ППУ) от воздействия ультрафиолетового излучения специалисты ЦСКБ "Прогресс" поверх изоляции ППУ наносили слой специальной белой краски.
Вся наружная поверхность бака покрывается теплозащитой из пенополиуретана, которая обеспечивает расчетный тепловой режим кислорода, и абляционного покрытия для отвода теплав процессе полета в атмосфере. Применение пенополиуретановой теплозащиты привело к некоторому увеличению массы второй ступени ракеты-носителя. Однако, с учетом возможности образования льда на поверхности бака без теплозащиты, применение ППУ было оправданным. Теплоизоляция внутри бака выполняется в виде слоя пенополиуретана с герметизирующим покрытием. Наружная теплоизоляция состоит из стеклопластиковых композиций, заполненных пенополиуретаном.
Источник: ivteplosten.ru