Теплоизоляционный материал

 

Изобретение относится к материалам для высокотемпературной теплоизоляции, а именно к материалам низкой плотности на основе дискретных углеродных волокон, и может быть использовано в машиностроении , электротехнической и химической промышленности . Изобретение позволяет уменьшить коэффициент теплопроводности материала. Для этого используют теплоизоляционный материал, содержащий дискретные углеродные волокна длиной 150-800 мкм 50-60 мас.%, карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов длиной 30- 100 мкм 15-35 мас.%, кокс фенольной смолы 15-25 мас.%. Теплоизоляционный материал имеет коэффициент теплопроводности 0,09-0,13 Вт/м.К при 1000°С и 0,44- 0,49 Вт/м.К при 2200°С. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 04 В 35/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840903/ЗЗ (22) 12.04,90 (46) 15.04.92. Бюл. ¹ 14 (71) Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроеНИЯ (72) А.А. Шубин, В.Д. Протасов, В.И. Смыслов, В.Н. Прокушин, В.В. Клейменов и Е.П.

Марочкин (53) 666.1,077(088.8) (56) Патент США ¹ 3793204, кл. С 04 В 43/02, 1974, (54) ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ (57) Изобретение относится к материалам для высокотемпературной теплоизоляции, а

Изобретение относится к материалам для высокотемпературной теплоизоляции, а именно к низкоплотным материалам на основе дискретных углеродных волокон, и может быть использовано в машиностроении, электротехнической и химической промышленности.

Известен низкоплотный углеродный теплоизоляционный материал, содержащий дискретные углеродные волокна длиной

250 — 750 мкм, кокс углеродсодержащего связующего и графитовые чешуйки, полученные путем размола природного графита, при соотношении от 1:0,5:1 до 1:0,7:0,5.

Такой материал при плотности 0,18-0,20 г/см имеет коэффициент теплопроводности в вакууме 0,18 — 0,20 Вт/М С при 1000 С и 0,6 — 0,8 Вт/М С при 2200 С. Высокий коэффициент теплопроводности . сдерживает широкое применение материала в качестве

„, Ы2„„1726454 А1 именно к материалам низкой плотности на основе дискретных углеродных волокон, и может быть использовано в машиностроении, электротехнической и химической промышленности. Изобретение позволяет уменьшить коэффициент теплопроводности материала. Для этого используют теплоизоляционный материал, содержащий дискретные углеродные волокна длиной 150 — 800 мкм 50 — 60 мас.%, карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов длиной 30100 мкм 15 — 35 мас.%, кокс фенольной смолы 15 — 25 мас.%. Теплоизоляционный материал имеет коэффициент теплопроводности 0,09 — 0,13 Вт/м.К при 1000 С и 0,44—

0,49 Вт/м.К при 2200 С. 2 табл. теплоизоляции в высокотемпературных установках.

Целью изобретения является уменьшение коэффициента теплопроводности мате- д риала. Для достижения указанной цели теплоизоляционный материал, включающий дискретные углеродные волокна, связанные коксом фенольной смолы, дополнительно содержит карбонизованные Ь волокна на основе хлопковых отходов дли- {Я ной 30-100 мкм, а углеродные волокна дли- фь ной 150-800 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дискретные углеродные волокна 50-60

Карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов 15 — 25

Кокс фенольной смолы 15 — 25

Отличительными особенностями предлагаемого технического решения является

172 б454 наличие в материале, включающем дискретные углеродные волокна, связанные коксом связующего, карбонизованных волокон на основе хлопковых отходов средней длины

30 — 100 мкм в количестве 15 — 35 мас.о при содержании углеродных волокон длиной

150 — 800 мкм 8 количестве 50 — б0 мас.%.

Цель изобретения достигается следующим образом.

Уменьшение коэффициента теплопроводности при низких температурах обеспечивается более низким коэффициентом теплопрОВОдности карбонизОВднных Волокон на основе хлопковых отходов, их преимущественной ориентацией в плоскости, перпендикулярной тепловому потоку, а также большему количеству контактных переходов вследствие их меньшей длины.

Уменьшение коэффициента теплопроводности при высоких температурах достигается путем снижения доли теплопередачи излучением за счет наличия дополнительных тепловых микроэкранов, образуемых карбонизованными волокнами на основе

ХЛОПКОВЫХ ОТХОДОВ.

Карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов, имея меньшую длину, располагаются в промежутках между более длинными углеродными волокнами, которые образуют основной силовой каркас материала. Это обеспечивает хорошие прочностные характеристики материала.

Кроме того, использование карбонизованных волокон на основе хлопковых отходов позволяет уменьшить стоимость теплоизоляционного материала.

Технология получения теплоизоляционного материала заключается в следующем.

Готовят водную суспензию, включающую дискретные углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы средней длиной

150 — 800 мкм, короткие карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов средней длиной 30 — 100 мкм и порошок фенольной смолы со средним размером частиц

5-10 мкм, Затем осуществляют гидровакуумное формование заготовки путем фильтрации приготовленной суспензии через фильтрующий элемент при разрежении 50—

300 мбар. Заготовку после окончания формования помещают в сушильную печь и сушат на воздухе при 70 — 130 С в течение

15 — 40 ч. Далее заготовку подвергают карбонизации в ретортной печи путем термообработки в инертной среде до 850 С со скоростью нагрева 1 — 5 С в час. После этого заготовку термообрабатывают при 1300—

2800 С в вакууме или инертной среде. Таким образом, были получены материалы с различными средней длиной волокон и соотношением компонентов. Состав и свойства полученных материалов представлены соответственно в табл,1 и 2.

Использование дискретных углеродных

5 волокон средней длиной 150 — 800 мкм объясняется следующим. При длине меньше

150 мкм не обеспечивается преимущественное расположение коротких карбонизованных волокон в и ромежутках между

10 углеродными, что приводит к увеличению коэффициента теплопроводности и снижению прочности, Использование же углеродных волокон средней длиной более 800 мкм усложняет процесс приготовления однород15 ной суспензии, что приводит к получению неоднородного по структуре и плотности материала, который характеризуется высоким коэффициентом теплопроводности при высоких температурах и низкой прочно20 стью.

Интервал средней длины карбонизованных волокон 30 — 100 мкм объясняется тем, что при этой длине обеспечивается их преимущественное расположение в проме25 жутках между длинными углеродными волокнами, что обеспечивает оптимальное сочетание прочностных и теплофизических характеристик. При использовании волокон средней длиной менее 30 мкм не обеспечи30 вается их преимущественная ориентация в плоскости плиты, что приводит к увеличению коэффициента теплопроводности в направлении теплового потока. Изобретение иллюстрируется примерами, приведенны35 ми в табл,1 и 2, Анализ данных, приведенных в табл.1 и

2, показывает, что материалы, полученные в соответствии с изобретением, имеют коэффициент теплопроводности в 1,3 — 2 раза ни40 же по сравнению с известным материалом.

По прочностным характеристикам предлагаемый материал не уступает известному теплоизоляционному материалу. Использование предложенного материала в электро45 печах позволяет значительно сократить тепловые потери, или уменьшить толщину теплоизоляции, Формула изобретения

Теплоизоляционный материал, включа50 ющий дискретные углеродные волокна, связанные коксом фенольной смолы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента теплопроводности материала, он дополнительно содержит карбонизо55 ванные волокна на основе хлопковых отходов длиной 30 — 100 мкм, а углеродные волокна длиной 150 — 800 мкм при следующем соотношении компонентов в материале, мас. :

Указанные углеродные волокна 50 — 60

1726454 отходов длиной 30 — 100 мкм 15-35

Кокс фенольной смолы 15 — 25

Карбонизованные волокна на основе хлопковых

Та бл и ца 1

Пример

Состав

Карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов

Кокс смолы

Углеродное волокно длина волокон, нкм содержание, нас А содержание > нас А длина содержание, волокон, нас,2 икм

1

3

5

7

9

ll

Контроль

12

Контроль

13

Контроль

l4

Контроль

Контроль

250

80 l5

45

40

250

15

80

250

70

250

10

100 60

25

60

900

15

Прототип

250

Та бли ца 2

Коэффициент теплолроводности, вТ/и К

Пример

Объемная плотность г/сма

Прочность при сжатии, ИПа лри 1000 С при 2200 С

0,24

0,24

0,25

0 ;6

0>17

0,18

0,17

0,17

0,18

0,20

0,12

0, .3

0,13

0,10

0,11

0,12

0,09

0,10

0,11

0.13

0,49

0,49

0,45

0,46

0,47

0,44

0,46

0,47

0,46

0,40

С,"3

r, 42

0,39

0,40

0,45

0,39

0,40

0,42

0,43

2

4

6

8

1l

Контроль

12

Контроль

13

Контроль

14

Контроль

l5

Контроль

Прототип

0,25

0,46

0,17

0,10

0,60

0>19

0,17

0,41. 0>18

0,20

0,62

0,42

0,27

0,20

0,70

0,53

0,14

0,18 0,11

0,18

1,2

0,64

0,20

0,40

Составитель А.Шубин

Техред М.Моргентал

Корректор В.Данко

Редактор М.Бокарева

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

Заказ 1246 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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