Ablación - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Cuando se someten brevemente a temperaturas muy altas, algunos polímeros, como los fenólicos, pueden sufrir una rápida descomposición en gases y carbonilla porosa, disipando así el calor y dejando una barrera térmica protectora sobre el sustrato. Esta pérdida sacrificial de material acompañada de transferencia de energía se conoce como ablación. La interacción de un entorno de alta energía (2500°C a 5000°C) con el material ablativo expuesto da como resultado la erosión sacrificatoria de una cierta cantidad del material de la superficie, y la absorción de energía concomitante controla la temperatura de la superficie y restringe en gran medida el flujo de calor hacia el interior. el sustrato. Las aplicaciones más notables de los materiales ablativos se encuentran en la protección de los vehículos espaciales durante el reingreso a la atmósfera terrestre, la protección de los conos de la nariz de los misiles sometidos a calentamiento aerodinámico durante la lucha hipersónica en la atmósfera, el aislamiento de las secciones de los motores de los cohetes de los gases calientes de propulsión y la resistencia al intenso sonido radiante de los termonucleares. explosiones y protección térmica para materiales estructurales expuestos a temperaturas muy altas. Los polímeros se han utilizado como materiales ablativos por una combinación de razones. Algunas de sus ventajas son (1) alta absorción y disipación de calor por unidad de masa gastada, que puede oscilar entre varios cientos y varios miles de calorías por gramo de material ablativo; (2) control automático de la temperatura de la superficie mediante la degradación ablativa autorreguladora; (3) excelente aislamiento térmico; (4) desempeño personalizado variando el componente individual del material y la composición de los sistemas ablativos; (5) simplicidad de diseño y facilidad de fabricación; (6) peso ligero y bajo costo. Sin embargo, los ablativos poliméricos pueden usarse solo durante períodos transitorios de unos pocos minutos o menos a temperaturas y cargas térmicas muy altas. Además, la pérdida de sacrificio de material de la superficie durante la ablación provoca cambios dimensionales que deben predecirse e incorporarse en el diseño. Un material ablativo debe tener un alto calor de ablación, que mide la capacidad del material para absorber y disipar energía por unidad de masa. También debe poseer una buena resistencia incluso después de la carbonización, ya que cualquier desprendimiento de trozos de material que no se hayan descompuesto o vaporizado representa un mal uso del sistema ablativo. El sistema reforzado con vidrio parece ser mecánicamente superior porque produce una superficie de vidrio fundido, mientras que el sistema reforzado con nailon puede tener una mayor eficiencia térmica.