常州市绝热材料厂有限公司

绝热压缩与绝热膨胀通常由气体压强的变化引起。

绝热压缩发生在气压上升时，这时气体温度也会上升。例如，给自行车打气时，可以感觉到气筒温度上升，这正是因为气体压强上升的足够快到可视为绝热过程的缘故，热量没有逃逸，因而温度上升。

柴油机在压缩冲程时正是靠绝热压缩原理来给燃烧室内的混合气体点火的。

绝热膨胀发生在气压下降时，这时气体温度也会下降。例如，给轮胎放气时，可以明显感觉到放出的气体比较凉，这正是因为气体压强下降的足够快到可视为绝热过程的缘故，气体内能转化为机械能，温度下降。

这些温度的变化量可以用理想气体状态方程精确计算。

绝热过程是系统在和外界无热量交换的条件下进行的过程。实现绝热过程有两种情况：

①用绝热材料制成绝热壁，把系统与外界隔开，就可以近似地实现这一过程。

②使过程快速进行，系统来不及与外界进行显著的热量交换。例如：内燃机中热气体的突然膨胀，

柴油机或压气机中空气的压缩、声波中气体的压缩（稠密）和膨胀（稀疏）等都可近似视为绝热过程。

作为典型例子，下面介绍理想气体准静态绝热过程和理想气体自由膨胀过程（非准静态过程）。

空气的冷热程度实质上是空气内能的大小的表现。空气内能变化既可以是空气与外界的热量交换引起（通过分子热传导、辐射、对流、湍流、潜热转移等方式进行的非绝热变化），也可由外界的压力变化对空气做功，导致空气膨胀或压缩而引起（绝热变化）。

一、空气的绝热变化

空气块在铅直运动中与外界不发生热量交换，也就是无热量输入，也无热量输出，但由于体积的膨胀和收缩而发生的绝热冷却和绝热增温的变化，称为空气的绝热变化。

空气块在做绝热上升和下降过程中，温度变化的辐度因空气块水汽含量不同而异。

1、干绝热直减率

气块绝热升降单位距离（100m）时的温度变化值，称绝热垂直递减率。对于干空气和未饱和的湿空气来说，则称干绝热直减率，以rd表示。≈ 0.98℃/100m

在实际工作中rd=1℃/100m，在干绝热过程中，空气块每上升100m，温度约下降1℃。 rd 与r（气温直减率）的含义是不同的。rd 是干空气在绝热升降过程中气块本身的变温率，它近似于常数；而r是表示周围大气的温度随高度的分布情况。

2、湿绝热直减率：饱和湿空气绝热升降单位距离（100m）时的温度变化值，称为湿绝热直减率，以rm表示。rm不是常数，而是气压和温度的函数，一般要小于rd，其平均值为0.5℃/100。

固体火箭发动机的绝热层大致分为三类。第一类是柔性绝热层，通常以高分子弹性体材料为基体，用于壳体黏结式装药结构。第二类是硬性绝热层，通常以高分子树脂材料为基体，用于自由装填式装药结构以及与火焰接触的部位。第三类是近期发展的由柔性和硬性两类组合的多层式绝热层，它兼有柔性绝热层和硬性绝热层的优点，适用于任何装药结构。

1．柔性绝热层

此类绝热层按成型方法不同，又可分为软片粘贴和厚浆涂敷两种类型。

粘贴式柔性绝热层是用高分子橡胶材料作基体，与粉末状耐烧蚀填料以及多种添加剂按预定配比，经辗片机混合和多次辗压，先制成半固化状态的软片，再经模压制成用于人工脱粘层的预制件，并将软片直接裁剪成圆简体尺寸，两端搭接后，将预制件和圆简体分别黏结到壳体内壁，也可将头端部预制件与软片预先搭接成整体圆筒，置入涂有黏结剂的壳体中，然后用气囊充气加压，使其紧贴于壳体内壁，并在高温、加压下固化。粘贴式绝热层必须保证界面的空气充分除尽，且不含挥发性溶剂，以确保与壳体的黏结质量。这类绝热层早期使用的主要以丁腈丁苯和酚醛改性丁腈橡胶作为基体材料，填料为石棉、二氧化硅和硼酸。它们的优点是强度适中，延伸率很高，隔热性能较好，密度相对较低。其主要缺点是高温炭化后失去机械强度，不能形成牢固的炭化层，因面抗冲刷性差，烧蚀率偏高。后期发展的元乙丙橡胶与氧化硅组成的绝热层，在密度.抗拉强度、延伸率，隔热性能低温性能和抗老化性能等方面均有较大改进但其耐烧蚀性能仍逊于硬性绝热层。三元乙内绝热层与金属壳体的黏结性差，需采用特味的黏结剂和相应的黏结工艺涂数式柔性绝热层是早期型使用的另类以高分子弹性体材料为基体

的采性绝热层。它与粘贴式绝热层的义湖主要是采用液态预聚物作基体材料，加人填料和其他组分经混合后成为稿厚的浆料、因面可用喷涂。制涂、涂刷、离心等工艺方法直接在壳体内壁涂敷，经加热固化后成型，不需要预先制成软片或预制件，且整个绝热层没有搭接缝。这类绝热层的基体材料通常采用与推进剂配方相同的预聚物，因而与药柱界面具有良好的黏结性。涂敷式柔性绝热层的缺点是抗冲刷能力差，烧蚀率较高，浆料中含有挥发性液体，容易在涂敷和固化过程中使绝热层产生气孔，因而工艺条件必须严格控制。

2．硬性绝热层

此类绝热层采用耐高温的热固性树脂为基体材料，最常用的是酚醛和改性酚醛，近期发展的有聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑和聚苯撑等，填料则采用耐高温的纤维，如石棉纤维、高硅氧纤维、酚醛纤维、碳纤维和凯夫拉纤维等，增强纤维可以制成短纤维，也可编织成带、纱、布或毡，绝热层的成型方法有层压、模压、贴片和多向编织预浸缠绕等，硬性绝热层的特点是在高温、高速燃气作用下能形成牢固的炭化层，抗冲刷性和耐烧蚀性好，且有很高的抗压强度和模量。它特别适用于受气流冲刷严重的端面燃烧和自由装填式固体火箭发动机的贴壁绝热层，其缺点是密度大、隔热性能较差、延伸率太低。对壳体黏结式装药结构也不能起到应力缓冲作用，补救办法是在树脂基体中掺入部分弹性体预聚物或在硬性绝热层内表面增加弹性体衬层。

3．多层组合式绝热层

此类绝热层可按使用要求制成不同结构。如在两层三元乙丙柔性绝热层之间夹一层硬性的酚醛纤维布，经热压固化后制成组合绝热层。其中，三元乙丙绝热层起到良好的隔热作用和阻止气体渗透，而酚醛纤维布则有很好的耐烧蚀性和抗冲刷性。整个组合绝热层又有较高的延伸率和抗拉强度，且燃烧产物无烟无毒。这种组合绝热层的抗烧蚀时间比三元乙丙绝热层长1倍以上，而壳体外壁温度基本没有升高，又如用三种不同材料制成三层组合式绝热层，内层为树脂基体与增强纤维组成的抗烧蚀层，中间层和外层则用弹性体预聚物和无机填料组成的多孔状结构。中间层起隔热作用，外层起应力缓冲作用。显然，这种组合式绝热层具有良好的综合性能。