Композиционный материал

 

Использование: для изготовления термостойких электропроводных изделий и покрытий строительных конструкций. Сущность изобретения: композиционный материал включает фосфатное связующее, углеродсодержащий и глиноземистый компонент и песок. В качестве углеродсодержащего компонента применен пылеунос производства углеграфитовых изделий с размером частиц не более 2,5 мм, в качестве глиноземистого - компонент с содержанием гидроокиси алюминия не менее 50% . Размер частиц песка не превышает 2,5 мм. Указанные компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.% : фосфатное связующее 10 - 30, глиноземистый компонент 7 - 54, пылеунос производства углеграфитовых изделий 10 - 72, песок - остальное. Предложенный композиционный материал обладает высокой стабильностью электросопротивления при периодическом нагреве, дешевле известных материалов и позволяет утилизировать отходы производств. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления термостойких электропроводных изделий и покрытий строительных конструкций.

Известна огнеупорная набивная масса, включающая, мас. ортофосфорную кислоту 6-9, высокоглиноземиcтый заполнитель 20-25, отработанные электроды дуговых печей 5-15, тонкомолотый электрокорунд а также глину или кварцит [1] Недостатки данной массы недостаточная удобоукладываемость и низкая стабильность электросопротивления при периодическом нагреве получаемого материала.

Наиболее близкой к изобретению является сырьевая масса для изготовления огнестойкого припаса, включающая, мас. шамот 55-60, огнеупорную глину 10-14, фосфатное связующее 15-20, отходы электроугольных изделий 6-20 [2] Недостатки данной сырьевой смеси низкая стабильность электросопротивления при периодическом нагреве, а также необходимость помола отходов электроугольных изделий до требуемой высокой удельной поверхности, увеличивающая энергозатраты на производство материалов из данной смеси.

Цель изобретения создание дешевого композиционного материала на основе пылеуноса производства углеграфитовых изделий, обладающего высокой стабильностью электросопротивления при периодическом нагреве, малой степенью эксплуатационного старения, низкой энергоемкостью производства.

Поставленная цель достигается тем, что композиционный материал, включающий фосфатное связующее, углеродсодержащий и глиноземистый компоненты, содержит в качестве углеродсодержащего компонента пылеунос производства углеграфитовых изделий с размером частиц не более 2,5 мм, в качестве глиноземистого компонент с содержанием гидроокиси алюминия не менее 50% и песок, pазмеp частиц которого не превышает 2,5 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. Фосфатное связующее 10-30 Глиноземистый компонент 7-27 Пылеунос производства углеграфитовых изделий 10-72 Песок остальное.

Примеры конкретного выполнения приведены в таблице.

В качестве связующего используют ортофосфорную кислоту 70%-ной концентрации, а также алюмофосфатные, алюмохромфосфатные, цинкхромфосфатные и другие фосфатные связующие.

В качестве глиноземистого компонента используют гидроокись алюминия по ТУ 6-09-3714-74, шлам электрохимической обработки при анодировании алюминия c содержанием 80% и шлам химического травления алюминия с содержанием 50% в количестве 7-27 мас. в пересчете на чистую гидроокись алюминия. В качестве углеродсодержащего компонента используют пылеунос производства углеграфитовых изделий из нефтяного пиролизного кокса по ТУ 38.101.1347-90.

П р и м е р 1. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 10, гидроокись алюминия 17, пылеунос производства углеграфитовых изделий 10, песок 63.

П р и м е р 2. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 10, гидроокись алюминия 12, пылеунос производства углеграфитовых изделий 72, песок 6.

П р и м е р 3. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 30, гидроокись алюминия 27, пылеунос производства углеграфитовых изделий 20, песок 23.

П р и м е р 4. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 10, гидроокись алюминия 7, пылеунос производства углеграфитовых изделий 55, песок 28.

П р и м е р 5. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 20, гидроокись алюминия 15, пылеунос производства углеграфитовых изделий 30, песок 35.

П р и м е р 6. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 10, гидроокись алюминия 17, отход электроугольных изделий 10, песок 63.

П р и м е р 7. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 10, гидроокись алюминия 12, отход электроугольных изделий 72, песок 6.

П р и м е р 8. Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. ортофосфорная кислота 20, гидроокись алюминия 15, отход электроугольных изделий 30, песок 35.

П р и м е р 11. В качестве связующего используют алюмохромфосфатное связующее с концентрацией 70% Компоненты смешивают в следующем соотношении, мас. алюмохромфосфатное связующее 20, гидроокись алюминия 15, песок 35, пылеунос производства углеграфитовых изделий 40. Изменение электросопротивления составило 0,9% прочность на изгиб 1,7 МПа.

Результаты испытаний показали, что стабильность сопротивления при циклическом электронагреве у предлагаемого материала выше более чем в 2 раза по сравнению с аналогичным материалом на отходе, используемом в прототипе, и практически на порядок выше, чем в материале по прототипу после высокотемпературной (до 300^оС) термообработки. Кроме того, применение отхода, используемого в прототипе, в аналогичных составах предлагаемого материала снижает его прочность на изгиб.

Испытать состав материала по прототипу после низкотемпературной тепловой обработки (100-120^оС) не удалось из-за недостаточной распалубочной прочности.

Образцы композиционного материала размером 100 х 10 х 400 мм термообрабатывают при температуре 100-120^оС и испытывали на изменение электросопротивления после 100 циклов электронагрева. Длительность одного цикла составила 10 ч.

Увеличение стабильности электросопротивления при циклическом нагреве объясняется присутствием в материале углеродсодержащих частиц с размером менее 2,5 мм. Более крупные частицы фракции 0,14-2,5 мм, распределенные в массе токопроводной связки на основе фосфатного связующего и углеродсодержащих частиц размером менее 0,14 мм, обеспечивают разгрузку локальных технологических микродефектов или микротрещин как по току (элементы с наименьшим сопротивлением) так и по теплу (элементы с высокой теплопроводностью). Крупные частицы углеродсодержащего компонента и песка создают определенный армирующий эффект в материале, что дополнительно обеспечивает стабильность его свойств при циклическом нагреве.

При уменьшении количества углеродсодержащего компонента и соответственном увеличении содержания песка в указанных пределах частицы последнего принимают на себя функцию армирующих элементов, создающих пространственный каркас материала.

Пылеунос производства углеграфитовых изделий из нефтяного пиролизного кокса представляет собой пыль циклонов и/или электрофильтров с различных технологических переделов: дробильно-помольного, механической обработки и др.

Пылеунос содержит, в основном, (60-80%) частицы нефтяного пиролизного кокса, прошедшего тепловую обработку при 1200-1250^оС.

В известном решении углеродсодержащий компонент представляет собой продукт дробления и помола некондиционных электроугольных изделий, изготовленных на основе пекового связующего из смеси природного и искусственного графита и каменноугольного кокса. Поверхность его частиц из-за присутствия пека имеет малую смачиваемость, что снижает сцепление углеродсодержащего компонента с фосфатной связкой, а следовательно, и стабильность электросопротивления при циклическом нагреве.

Частицы пылеуноса из термообработанного нефтяного пиролизного кокса имеют более шероховатую поверхность и однородный состав, что способствует большему сцеплению их с фосфатной связкой, повышению прочности структурных связей в системе и увеличению стабильности электрофизических характеристик.

Таким образом, предлагаемый углеродсодержащий компонент имеет отличные от прототипа структуру, химический и гранулометрический состав.

Большим преимуществом разработанного материала является возможность использования для его изготовления пылеуноса производства углеграфитовых изделий, что значительно снижает его энергоемкость, упрощает и удешевляет технологию производства по сравнению с известными, где необходим дополнительный помол углеродсодержащих компонентов. Использование пылеуноса для изготовления предлагаемого материала способствует утилизации данного отхода и улучшению экологического состояния районов производства углеграфитовых изделий.

Содержание углеродсодержащего компонента в пределах 10-72% обеспечивает требуемую стабильность свойств. При его содержании менее 10% стабильность электросопротивления резко падает, а при содержании выше 72% не удается добиться необходимой прочности материала.

Использование в качестве фосфатного связующего ортофосфорной кислоты с концентрацией не ниже 50% а в качестве глиноземистого компонента материалов с содержанием гидроокиси алюминия не ниже 50% обусловлено необходимостью получения изделий с требуемой эксплуатационной прочностью по низкотемпературной технологии изготовления.

В качестве глиноземиcтого компонента кроме чистой гидроокиси алюминия могут быть использованы отходы производства с достаточным ее содержанием (не ниже 50% ), в частности шламы химического травления алюминия, электрохимической обработки при анодировании алюминия и др. Глиноземистые компоненты в сочетании с ортофосфорной кислотой позволяют значительно снизить максимальную температуру прогрева изделий при тепловой обработке, а следовательно, и энергоемкость материала по сравнению с известным составом. Для получения достаточно прочного материала из известного состава минимальная температура прогрева должна быть не менее 300^оС.

Предлагаемый материал позволяет за счет высокой стабильности электрофизических свойств увеличить долговечность электропроводных изделий и покрытий более чем в 2 раза.

Формула изобретения

КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, включающий фосфатное связующее, углеродсодержащий и глиноземистый компоненты, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего компонента материал содержит пыль-унос производства углеграфитовых изделий с размером частиц не более 2,5 мм, в качестве глиноземистого компонента гидроокись алюминия и дополнительно песок, размер частиц которого не превышает 2,5 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.

Фосфатное связующее 10 30 Гидроокись алюминия 7 27 Пыль-унос производства углеграфитовых изделий 10 72 Песок 6 63 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он в качестве гидроокиси алюминия содержит отходы производства с содержанием гидроокиси алюминия не менее 50 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1