Способ получения материала на основе наполнителя и жидкого фосфатного связующего

 

Изобретение относится к области производства керамики, в частности к технической керамике, к производству изделий из древесины, например древесно-стружечных плит. Позволяет сократить время изготовления материала и снизить температуру прессования смеси путем удаления части несвязанной воды связующего (1-99%) перед прессованием смеси. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

СО!Оэ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК

<л!>с В 32 В 18/00

l ОСУДА! С T Bt Н1!В!И КОМИТЕТ

Г!О ИЗОВ! ЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

1!РИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4021722/63 (22) 17.02.86 (46) 07.08.91. Бюл. N 29 (71) Экспериментально-конструкторское бюро Централ ьно го научно-исследо вател ьского института строительных конструкций им. В А.Кучеренко (72) Б.М. Леви нов, Б.Л. Красный и В.А. Копейкин (53) 666.974.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ч 510547, кл. С 04 В 39/08. 1974.

Изобретение относится к области производства керамики, е частности к техническои керамике, к производству иэделий из древесины, например древесно-стружечных плит.

Целью изобретения является сокращение времени изготовления материала и снижение температуры прессования смеси.

Спосoá осуществляется следующим образом.

В способе получения материала на основе наполнителя и жидкого фосфатного связующего, включающем смешение наполнителя со связующим и прессование, перед прессованием иэ смеси удаляют 1-99ф, несвязанной воды связующего. Известно, что жидкое фосфатное связующее представляет собой раствор фосфатной соли е воде.

Количество воды в связующем может достигать 50% от его общего веса, причем эта вода частично входит в состав самой соли и представляет собой связанную воду и час.ично входит в состав растворителя и представляет собой несвязанную воду.

Присутствие в составе жидкого фосфатного связующего несвязанной воды играет важ„„Я3 „„1668161 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА НА

ОСНОВЕ НАПОЛНИТЕЛЯ И ЖИДКОГО

ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО (57) Изобретение относится к области производства керамики, в частности к технической керамике, к производству иэделий из древесины, например древесно-стружечных плит. Позволяет сократить время изготовления материала и снизить температуру прессования смеси путем удаления части несвязанной воды связующего (1-99%) перед прессованием смеси. 1 з.п. ф-лы 2 табл. ную роль при смешивании связующего и наполнителя. Вязкость связующего благодаря несвязанной воде низка, поэтому связующее легко распределить в наполнителе, создать однородную по консистенции смесь Несвязанная вода значительно упрощает и ускоряет процесс смешивания е смесительных агрегатах при массовой подготовке смесей. После помещения подготовленной смеси под пресс масса легко уплотняется под действием приложенного давления.

Однако после уплотнения присутствие несвязанной воды удлиняет время горячего прессования, ухудшает прочностные характеристики отпрессованного материала; требуется достижение высоких температур для проведения процесса прессования. При горячем прессовании нагревание прессуемой массы позволяет провесги химические реакции на границе раздела наполнитель— связующее и удалить несвязанную воду из прессуемой массы. Химические реакции протекают практически сразу вслед за достижением требуемого уровня температур и составляют приблизительно 60-130 С, е дл"

1660161 того, чтобы удалить несвязанную воду, необходимо досги нуть такои !емпературы, когда несвязанная вода начнет интенсивно исггарягься Зта температура значительно превышает температуру кипения воды обычно составляет 170-270"С и значительно выше rex температур, когда идут химические реакции на границе раздела наполнитель-связующее.

Таким образом, работа пресса горячего прессования сводится к выполнению трех задач: уплотнение прессуемой смеси, получение прочного материала за счет прохождения химических реакций на границе раздела наполнитель-связующее и прогрев прессуемого матерала для удаления из него несвязанной воды. Из этих трех задач удаление несвязанной воды является наиболее энергоемкой и длительной по времени задачей.

Продукты химического вэаимодеисгвия представляют собой новообразования, монолитизирующие прессуемую массу, равномерно распределяющиеся пî мере прохождения реакции. Новообразования резко сокращают пористость в прессуемой материале, существенно уменьшают долю открытои порис гости Несвязанная вода равномерно распределена в начальныи момент прессования, а по мере прогревания происходит ее удаление из прессуемого материала. Удаление воды протекает последо вательно сначала через торцы прессуемого материала, которые контактируют с окружающей атмосферой и образуют боковую поверхность прессовки, затем по мере прогревания начинает удаляться несвязанная вода из внутренних областей прессования. В условиях, когда материал,из которого удаляют несвязанную воду. обжат, выход паров воды из внутренних областей материала оказывается затруднительным и возможен только через боковую поверхность последовательным перемещением воды обычно в виде пара из средней части прессовки к ее периферии. Эти перемещения происходят внутри тонкого слоя, равного по высоте толщине боковой поверхности. Толщина боковой поверхности обычно на одиндва порядка меньше других линейных размеров прессовки и уже одно это обуславливает значительное количество времени, затрачиваемое на удаление несвязаннои воды. Удаление несвязанной воды дополнительно затрудняется величиной давления приложенного к прессуемои массе, и количеством новообразований, которые. упрочнив материал, значительно уменьшили долю открытои пористости и тем самым ограничили количество путей для удаления паров несвязанной воды.

1аким образом, создав огносительно плотную и прочную макроструктуру прессовки, приходится начать разрушение этой макроструктуры для удаления несвязанной

5 воды. Не удалять несвязанную воду нельзя, так как у материала резко ухудшается водостойкость, материал оказывается непригоден к эксплуатации.

Существуют три фактора, препятствую10 щие удалению несвязаной воды: незначительная площадь боковой поверхности, через которую удаляется вода и которая значительно меньше площади поверхности всей прессовки, величина приложенного

15 давления и количество новообразований, уменьшивших долю открытой пористости и соответственно увеличивающих долю закрытой пористости. Эти факторы и вынуждают повышать температуру прессования

20 до 170-270"С, причем температуру следует поднимать тем выше, чем более качественной макроструктуры удастся достигнугь до удаления водьь Каждая закрытая пора, содержащая пары несвязанной воды при тем25 пературе 170-270 С, оказывается миниатюрным паровым котлом, в котором пары водь создаюг давление порядка 5-10 атм. Как только энергия пара оказывается достаточнои, чтобы вырваться из такой по30 ры. происходит разрушение стенок поры обычно в местах, составленных новообразованиями. Одновременно увеличиваются размеры пор пористой структуры. Вместо созданной на первом этапе замкнутой пори,35 стости начинает резко возрастать доля открытои пористости в материале, уменьшается доля новообразований, давших вклад в прочностные характеристики материала Если же уменьшить температуру

40 удаления несвязаннои воды. процедура прессования значительно удлиняется, получение материала оказывается экономически невыгодным.

При прессовании в закрытой пресс-фор45 ме удаление несвязанной воды из смеси не происходит. Поэтому приходится дополнигельно досушивать отпрессованный материал до постоянного веса в сушильном шкафу в течение 5-50 ч при 100-200 С, Удаление не50 связаннои воды вызывает появление пористой структуры, ранее заполнявшейся этой водой.

Указанных недостатков можно избежать, частично удаляя несвязанную воду из

55 смеси перед прессованием. например высушиванием.

Прессование такой смеси происходит следующим образом.

При прогревании смеси под давлением непосредственно между плитами пресса

1668161 или в замкнутой пресс-форме начинает возрастать подвижность связанной гидратной воды. Молекулы гидратной воды обеспечивают прохождение гидролиза фосфатной соли, образование ортофосфорной кислоты.

Прослойки кислоты, возникшие в объеме смеси при нагревании под давлением вместе с сохранившейся частью несвязаной воды. обеспечивают ее уплотнение, компенсируя в этой роли удаленную часть несвязанной воды, Толщина прослоек связующего уменьшается. Благодаря этому то же самое количество новообразований, возникших в результате прохождения химических реакций, оказывается распределенным в меньшем объеме, т.е. плотность новобразований возрастает. Это ведет к повышению прочности прессуемого материала, увеличению доли замкнутой пористости, Количество несвязанной воды, подлежащей удалению из прессуемого материала, уменьшается, следовательно, уменьшается температура, при которой следует прессовать смесь, помещенную между платами пресса, и время, в течение которого пресс горячего прессования должен прогревать прессовку, Меньшим количеством воды в меньшей степени на рушается макроструктура отпрессованного материала сокращается вклад ее в образование открытой пористости прессовки при горячем прессовании.

Прессование в замкнутой пресс-форме отличается от условий прессования между плитами пресса горячего прессования. Давления которые прикладываются к прессуемой смеси в замкнутой пресс-форме. обычно исчисляются десятками мегапэскаль, проводятся на прессах с плитами беэ обогрева. Такие плиты выполняются из цельной массивной металлической отливки, легко беэ последствий для работоспособности передают значительные давления через пуансоны замкнутой пресс-формы на прессуемую смесь.

В случае пресса горячего прессования развить значительные давления невозможно, так как поверхности плит. обжимающих прессуемую смесь, выполняются из относительно тонкого листового материала. под которым смонтированы нагревающие элементы плиты. При значительных давлениях эти листы легко деформируются и пресс выходит из строя, Прессование в замкнутои пресс-форме возможно в двух вариантах: с подогревом и без подогрева. В случае прессования с подогревом смесь с частично удаленной несвязанной водой ведет себя так же, как и под прессом горячего прессования уже при относительно небольших давлениях. Также образуются прослойки ортофосфорной кислоты и происходит уплотнение материала.

Но поскольку пресс форма замкнута, окон5 чательное удаление несвязанной воды иэ нее невозможно, поэтому следует досушивать отпрессованный материал. Благодаря тому, что несвязанная вода была предварительно частично удалена из смеси, время

10 досушивания невелико и составляет 0,1-2 мин на 1 мм высоты в зависимости от количества предварительно удаленной несвязанной воды.

В случае прессования без подогрева, 15 благодаря значительным давлениям, передаваемым на прессуемук смесь с предварительно удаленной несвязанной водой даже в количестве 99% по сравнению с исходным ее количеством. оставшегося в смеси одного

20 процента несвязанной воды оказывается достаточно для качественного уплотнения смеси. Тонкие прослойки несвязанной воды, оставшейся в смеси, позволяют зернам наполнителя, контактирующим между со25 бой, легко перемещаться относительно друг друга под действием приложенного давления. Приложенным давлением выдавливают несвязанную воду иэ связующего и тем самым обеспечивается механизм уплгтнения

30 смеси. Досушивание отпрессг чан ого таким образом материала составляет 3-10 мин. При давлениях, исчисляемых единицами или долями мегапаскаль, этот механизм уплотнения оказывается неработоспособ35 ным, уплотнить смесь с предварительно удаленной несвязанной водой до ее остаточного количества в смеси, равного одному проценту, при температуре не ниже комнатнои не удается.

40 Таким образом, удаление несвязанной воды уменьшает температуру прессования, сокращает время изготовления материала иэ смеси наполнитель-жидкое фосфатное связующее.

45 При удалении несвязанной воды из смеси в количестве меньше одного процента время прессования материала уменьшается несущественно, температуру прессования приходится поддерживать на высоком ypos50 не

При удалении несвязанной воды в количестве большем 99 / ее содержания в смеси образуется комковатая масса, работа с которой оказывается эаTðóäнительной.

55 Для получения материала по предлагаемому способу были выбраны медьхромофосфатная связка (МХФС), алюмохромофосфатная связка (АХФС), хромфосфатная связка (ХФС), алюмофосфатная связка (АФС). Наполнителем служили серпентинит, каолин, 16681671

Т II и и и ll и 1 рр< ни инс;н(

Кол — и((у)(ив

tti »t A n((pe lnníel

И jl (,НЕС.Z

I en 1T»»

Г, tl» Pl I Tp/I In I— сl <и lnl»l

)tnt<(ии<т

Гос I:»I и ) jl ч, I0

1 hX10 12

7 ИХФ(i4

}о0

Ис рте/и иH

1 0 ) 7

Ел»от

Ислк

»1(р<

110

Н4 ) 5»

/<Ф(;

1/ »

Н2

И I

1У

5 ЛХ Ф(Л ЛХФГ

7» ГХФГ

8 ЛХФГ

И лн

Ü8

<)кгlnl кр(чи H

Окгt

) 2I) ln(1 <ни 15

Г(ри"и<ни«т 20 (л е» и и к,<л г < } 0

}0 10

1 7(Кио (ни ()Tee/t tKn t < 70

28

Hll

1Р ХФГ

П)eрerин

С(РУЧ»i

12

200

)(, 2(.< с

Гиту»<

Кпоп <н

Гери н«< (г

Гтекн.<коесT

11 ЛУК

1»

< 10

12 ЛХФГ

)11 e n e r in te

СT; ° Кн

1 } НХ1К.

Пр("«с и(г (1 pi е»

IX< гу ( (;текл <(сииl

5

}I) 0

Бнт j»<

Ка«,.ни

0(ðin IT

LTi КЛ КО/(ГT

1 ХФ(:

И0

1/0

Уи

Лр не и ик<е (<) стет(<» н

Стекit

1 5 ЛФ(.

К кг It ltl «

0)<<.н x< nc < ) 14 Л.(ФГ (от»и шамот, мертепь, оксид хрома, битум, древесные стружки, стеклохопст, медь. Смесь из наполнителя и связки тщательно перемешивали и высушивали в сушильном шкафу до удаления частиц несвязанной воды. При получении материала в виде стеклопластика на стеклохолст наносили предварительно подготовленную смесь из жидкого фосфатного связующего и порошкообразного наполнителя. Стеклохолст размером 300х300 мм с нанесенной нэ него шпателем массой помещали в сушильный шкаф. После высушивания стойку из трех стеклохолстов прессовали между плитами пресса горячего прессования. Высушивэние образцов, отпрессованных в закрытой пресс-форме, проводили в сушильном шкафу.

Данные по примерам конкретного выполнения способа приведены в табл. 1 и 2.

Применение предлагаемого способа получения материала позволит централизовать производство смесей наполнитепьжидкое фосфатное связующее с частично удаленной из смеси несязэнной воды в пунктах промышленного производства жидких фосфатов. Это позволит также избежать перевозки транспортом несвязанной воды, которая удаляется у потребителя связки, одновременно сократится употребление дефицитной тары для перевозки. Увеличится время безремонтной эксплуатации оборудования благодаря снижению температуры

5 прессования, возрастет в 3-6 раз производительность работы на прессе из-ээ сокращения времени производства материалов, улучшатся условия труда в связи с уменьшением загрязненности фосфатами воздуха

10 производственных помещений. При получении материалов в замкнутой пресс-форме ускоряется их сушка, соответственно возрастает количество высушенных прессовок в сушильном шкафу в единицу времени.

Формула изобретения

1 Способ получения материала нэ основе наполнителя и жидкого фосфатного связующего, включающий смешение

20 наполнителя со связующим и прессование, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени изготовления материала и снижения температуры прессования смеси. перед прессованием из смеси удапя25 ют част ь несвязанной воды связующего.

2. Способ по п.1. о т п и ч а ю шийся тем, что удаляют 1-99, несвязанной воды связующего

1668161

Таблиц ° 2

Время

Прессованне неалу плитами пресса

Состав

Высота (топни иа) об равна, нм

Прессование в вакрытой пресс-форме

Состав высушив. ло постоянно

Время

Т, С Давле ние, ИПа

Давлереня мин прессого веса на l нм ние, НПа ванин, высоты мин I кеч

16

Прототип

d

П р н н е ч а н и ° . — образцы аысушнвалнсь при температуре 12и С

ШФ - грив на обравцов, солерващик стеклоколст (3 мм), позволила намерить только ы,с

Составитель И.Кроткова

Техред ММоргентал Корректор С.Шевкун

Редактор А.Шандор

Заказ 2614 Тираж 2 9!7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

1 95 70 8

2 130 90 9

Э 120 !00 7

4 80 100 5

5 I I O 80 6

6 90 f 00 4

7 20 90 2

48

48

42

Время

rrsrc Yrsrr ванна л постоя ного в са, ми

Э5

18

1 42

1 41

37

2 39

О, 1 45

0,4 36

0,2 40

1!O

170

0,5

0 5

0 5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

Толин«а отпрессо ванног материала, 55

53

52

49

53

48

51