Волокнистый теплоизоляционный материал

 

Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, в частности к производству волокнистого бумагоподобного теплоизоляционного материала на основе каолинового волокна, предназначенного для использования в качестве высокотемпературной (1200°С) изоляций в строительной промышленности, доменном производстве , атомной энергетике и др. и позволяет повысить прочность материала при сохранении его теплопроводности. Волокнистый теплоизоляционный материал, содержащий каолиновое и целлюлозное волокно, в качестве каолинового волокна содержит каолиновое волокно, модифицированное смесью азотной и соляной кислот при концентрации 2,9-3,8 моль/л и мольном соотношении кислот в смеси 1:1,8 - 1:2,7. Материал содержит указанные компоненты в следующих количествах , в мас.%: модифицированное каолиновое волокно 94-99 и целлюлоза 1-6. 2 табл. fe

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s D 21 Н 13/38, 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

78,0 — 86,5

0,5 — 9,0

10,0 — t3.

Каолиновое волокно

Целлюлозное волокно

Связующее (21) 4808496/12 (22) 02.04.90 (46) 15.03,92. Бюл. N. 10 (71) Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности и Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности (72) В.А.Романов, Т.Н.Романова, О.А.Ерохина, Э.Л.Аким, О.В.Анников, В.К.Скрипченко и

В.И.Столяров (53) 676.623(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 574426, кл. С 04 В 26/00, 1974.

Разработка технологии производства температуростойкого материала для теплоизоляции ТЭС и АЭС "Отчет УкрНИИБа, утв.

10.07.89, с. 78 — 79. (54) ВОЛОКНИСТЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, а именно к производству волокнистого бумагоподобного теплоизоляционного материала на основе каолинового волокна, предназначенного для использования в качестве высокотемпературной (1200 С) изоляции в строительной промышленности, доменном производстве, атомной энергетике и др.

Известен теплоизоляционный материал, содержащий, мас,%:

»5U» 1719517 А1 (57) Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности, в частности к производству волокнистого бумагоподобного теплоизоляцион ного материала на основе каолинового волокна, предназначенного для использования в качестве высокотемпературной (1200 С) изоляции в строительной промышленности, доменном производстве, атомной энергетике и др. и позволяет повысить прочность материала при сохранении его теплопроводности. Волокнистый теплоизоля цион ный материал, содержащий каолиновое и целлюлозное волокно, в качестве каолинового волокна содержит каолиновое волокно, модифицированное смесью азотной и соляной кислот при концентрации

2,9 — 3,8 моль/л и мольном соотношении кислот в смеси 1:1,8.— 1:2,7, Материал содержит указанные компоненты в следующих количествах, в мас.%: модифицированное каолиновое волокно 94-99 и целлюлоза 1 — 6. 2 табл.

Этот материал в качестве связующего содержит кремнийорганический лак (КО-926) или нитрильный латекс(СКН вЂ” 40), или поливинилацетатную эмульсию.

Такой материал имеет достаточно высокую прочность.

Однако применение большого количества связующего и целлюлозного волокна не оправдано с точки зрения требований, предьявляемых к теплоизоляционным материалам, а точнее к их теплофизическим свойствам, важнейшим показателем которых является коэффициент теплопроводности. Составляющие компоненты известного материала имеют коэффициент теплопро1719517 водности значительно выше, чем у каолинового волокна, что существенно отражается . нэ значении теплопроводности материала.

При термообработке указанного материала происходит частичная термодеструкция связующего — синтетических латексов, что приводит к формированию образующих я в результате термокрекинга хаотических сшивок — циклических новых структур, вследствие чего возникают дополнительные структурирующие и упрочняющие участки, подобные участкам кристаллической решетки кремнезема. Наличие и частота сшивок как между волокнами, так и между волокнами и жесткими блоками приводит к образованию структуры, характеризующейся отсутствием порообразований и наличием остаточных "мостиков", чья теплопроводность также значительно превосходит теплопроводность волокон. Следовательно, полученный в результате термообрэботки материал кроме высокой прочности обладает высокой жесткостью и теплопроводностью, что сокращает область применения материала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является волокнистый теплоизоляционный материал, содержащий 90-990 каолинового волокна и 1 — 10% целлюлозного волокна.

Такой теплоизоляционный материал обладает низкой теплопроводностью при достаточно большом количестве связующего. Но он обладает и низкой прочностью, в связи с чем указанный материал также имеет ограниченное применение.

Прочность материала на стадиях получения и эксплуатации определяется физико-механическими свойствами основного волокнистого компонента — каолинового волокна. Каолиновые волокна, полученные по . традиционной технологии, обладают гладКоА неразвитой поверхностью с малым количеством функциональных групп, низкой удельной поверхностью, высокой жесткостью и хрупкостью и как следствие этого практически не способны к формованию листа за счет прочных физических и механических связей.

Цель изобретения — повышение прочности теплоизоляционного материала при со. хранении его теплопроводности.

Поставленная цель достигается тем, что волокнистый теплоизоляционный материал; содержащий каолиновое волокно и целлюлозу, содержит каолиновое волокно, модифицированное смесью азотной и соляной кислот при их мольном соотношении 1

: 1,8 — 1: 2 8 и концентрации смеси 2,9 — 3,8 моль/л, при следующем соотношении компонентов, мас. :

Модифицированное каолиновое волокно 94-99

Целлюлоза 1 — 6.

Эффект повышения прочности материа5 ла достигается за счет использования в композиции материала модифицированного каолинового волокна.

В результате модификации за счет взаимодействия смеси кислот с пленкой крем10 ниевой кислоты, образовавшейся на поверхности волокна в процессе его получения, изменяются поверхностные свойства волокна, увеличивается удельная поверхность. смачиваемость, эластичность, снижа15 ется деформационная жесткость, что приводит к улучшению формующей способности и позволяет при прочих равных условиях повысить прочностные свойства материала за счет реализации дополнитель20 ных механических и физических связей между волокнами, а также увеличению однородности структуры.

Увеличение прочности предлагаемого материала объясняется, главным образом, 25 улучшением бумагообразующих свойств каолиновых волокон при модификации и их вкладом в формование структуры на стадии получения теплоизоляционных материалов, в результате чего увеличивается количество

30 адгезионно-когезионных контактов между волокнами и связующими, площадь контакта волокон и соответственно силы трения между волокнами, а также происходит сближение поверхностных слоев контактирую35 щих. волокон до расстояний, на которых могут образовываться дополнительные водородные связи и реализовываться силы

Ван-дер-Ваал ьса. Улучшение связеобразования модифицированного каолинового во40 локна подтверждается возрастанием прочности материала после термообработки при Т = 1000 С по сравнению с прочностью прототипа при той же температуре.

Выбор предельных значений концентрации

45 связующего (целлюлозы), ограниченных интервалом 1-6%, определяется значениями прочности материала в условиях зксплуатации при высоких температурах (Т = 1000 С), При содержании целлюлозы менее 1

50 не достигается цель изобретения.

При содержании целлюлозы в композиции свыше 6 прочность материала при

1000 С начинает снижаться. Это объясняется протеканием двух конкурирующих процес55 сов. Увеличение содержания связующего на стадии получения приводит к формированию более однородной волокнистой структуры каолинового волокна в материале и как следствие увеличению прочности при

1000 С. С другой стороны термодеструкция

1719517 большого количества связущего вызывает снижение прочности. B результате зависимость прочности материала термообработанного при 1000 С носит экстремальный характер с максимумом при концентрации связующего 6 .

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В качестве исходного сырья используют каолиновое штапельное волокно по ГОСТ 23619 — 79 с диаметром волокон до 4 мкм и целлюлозное волокно— небеленую сульфатную целлюлозу марки

Э-1 ГОСТа 5186 — 74.

Каолиновое волокно подвергают модификации. Для чего 300 r штапельного каолинового волокна загружают в емкость. Туда же подают раствор, содержащий 250 мл азотной кислоты (р = 1,17, 34,5%),500 мл соляной кислоты (р = 1,36, 58,8 ) и 2250 мл воды, что соответствует концентрации раствора 2,9 моль/л при мольном соотношении азотной и соляной кислот, равном 1: 1,8.

Обработку каолинового волокна указанной смесью кислот ведут при нормальной температуре (20 +. 2 С) в течение 10 мин при соотношении раствор кислот:волокно, равном 10. Затем волокно отделяют от раствора кислот, промывают до достижения рН

6 — 7 и распускают в мешалке в воде в течение 3 — 4 мин при концентрации 1,0 — 1,5 .

Целлюлозу размалывают до 60 — 65 ШР, Из подготовленных таким образом волокон готовят волокнистые суспензии и на листоотливном аппарате ЛОА-2 отливают образцы теплоизоляционного материала массой

400 мг/м, содержащее 0.5; 1,0; 2.0; 3,0; 6,0; 10;

12% целлюлозы и соответственно 99,5; 990

98,0; 97,0; 94,0; 90,0 и 88,0% модифицированного каолинового волокна (опыты 1 — 7). Образцы сушат при температуре 120 — 140 С, Пример 2. Теплоизоляционный материал готовят аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что каолиновое волокно модифицируют смесью азотной и соляной кислот при концентрации 3,8 моль/л и их мольном соотношении 1:2,8 (опыт 1 — 3).

Результаты испытаний, полученных для образцов теплоизоляционных материалов, приведены в табл. 1.

Пример 3 (по прототипу). Теплоизоляционный материал готовят из того же исходного каолинового и целлюлозного волокна. Каолиновое волокно распускают в

5 мешалке при концентрации 1,0 — 1,5 в течение 3 — 4 мин, Целлюлозу размалывают до 60-65 Ш P. Из подготовленного таким образом волокна готовят волокнистую суспензию и отливают образцы, композицией 1,0;

10 3,0; 6,0 и 10 целлюлозы и соответственно

99,0; 97,0; 94,0; 90 немодифицированного каолинового волокна.

Образцы отливают аналогично примерам 1 — 2, т.е, массой 400 r/м толщиной 1 мм, 2

15 плотностью 0,38 г/м .

Результаты испытаний полученных образцов приведены в табл. 2. Там же для удобства сравнения приведены показатели предлагаемого материала.

20 Как видно из данных, приведенных в табл. 2, предлагаемый материал, по сравнению с материалом-прототипом, обладает более высокими физико-механическими свойствами.

25 Прочность при 20 С (разрывное напряжение) увеличивается в 1,2 — 7,5 раз, прочность при эксплуатации при 1000 С в 2 — 4 раза, деформационная жесткость (начальный модуль упругости) возрастает в 6 — 8

30 раз, Коэффициент теплоп ровод ности и редлагаемого материала не изменяется, т,е. остается таким же низким, как в материале по и р ототи пу.

35 Формула изобретения

Волокнистый теплоиэоляционный материал, содержащий каолиновое волокно и целлюлозу,отл ича ющийс я тем,что,с

40 целью повышения прочности материала при сохранении его теплопроводности, он содержит каолиновое волокно, модифицированное смесью азотной и соляной кислот при их молярном соотношении 1:1,8 — 1:2,8

45 и концентрации смеси 2,9 — 3,8 моль/л при следующем соотношении компонентов, мас. :

Модифицированное каолиновое волокно 94-99

50 Целлюлоза,— 6

1719517

Табли9а 1

Характеристика иатериала

Целлюпозное

-волокно, Кодификатор модифицированное каолиновое волокно, накальный модуль упругости

Ео т10 Па в разрывная деформация

ЕР " разрывное напряяение

Gp> 10 да при 20 С разрывное напряяение

6 10т па в при 100 С теплопроволность

1/ь Х мопьное соотноконцентрация, моль/л шение кислот

5 ° О

4,5

4,5

5,0

5,5

5,0

4,0

800

1:1,8 0,5

1:1,8 1,0

1:1,8 2,0

1:1,8 3,0

1 ь1,8 6,0

1:\,8 10,0

1:1,8 12,0

0,10

0,20

0,21

0,21

0,25

0,24

0,18

0,2

0,2

0,2

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

2,9

0,2

1800

0,2

0,2

0,2

5РО

8РР

1300

4,5

5,0

5,5

5,0

0,20

0,21

0,24

0,2

0,21

1:2,8 1,0

1:2,8 3;О

1:2,8 6,0

1:2,3 1,О

1:2,3 3,0

1:2,3 6,0

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

3,8

3,8

3,8

3,4

3,4

3,4

5,1

7,9

5,0

5,5

0,25

Таблица 2 т

Композиция материала, Характеристика иатериала

Канальный модуль упругости

f i10 Па

Разрывное наполне- . ние, G в 10, Па и ри 1 000 С

Разрывная деформация сР,т 4

Разрывное напрямение.

g i10, Пя при 20 С

Немодифицироввнное каолиновое

Теплопроводмость

1/ К

Целлюлоза

Кодифицированное волокно волокно

Предлагаемый материал

Пример 1

Опыт 2 99,0

4,0

5,0

5.5

0,20

0,21

800

0,2 3

0,2 4

0,2 8

Опыт 3 97,0

Опыт 6 94,0

1300

0,25

Катериал no прототипу

Пример 3

Опыт 1

Опыт 2

Опыт 3

Опыт 4

460

0,4

1,4

3,0

2,5

2,2

0,05

0,2

99,0

97,0

94,0

90,0

0,10

0,2

0,2

0,2

0,11

0,13

3,7

7,0

900

1 75

Редактор В.Фельдман

Заказ 745 Тираж 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

Прииер 1

Опыт 1 99,5

Опыт 2 99,0

Опыт 3 98,0

Опыт 4 97,0

Опыт 5 94,0

Опыт 6 90,0

Опыт 7 88,0

Пример 2

Опыт 1 99,0

Опыт 2 97,0

Опыт 3 94,0

Опыт 4 99,0

Опыт 5 97.0

Опыт 6 94,0

Составитель В.Романов

Техред М,Моргентал Корректор Э,Лончакова