Композиционный материал

 

Изобретение относится к области создания неорганических волокнистых материалов, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства, например в химической промышленности в качестве фильтровальных для горячих газов и для фильтрования жидких сред, в строительстве в качестве термо- и/или звукоизоляционных материалов, а также в качестве конструктивных материалов в машиностроении, транспорте и т.д. Сущность изобретения: композиционный материал содержит покровную оболочку и внутренний слой, прошитые базальтовым ровингом, оболочка выполнена из базальтовой ткани или сетки, внутренний слой из базальтового волокна с диаметром волокон 1-20 мкм и/или базальтового картона толщиной 1-5 мм, при этом отношение внутреннего слоя к оболочке составляет (5-50): 1, и в качестве ровинга используют базальт. Материал обладает хорошими тепло- и звукоизолирующими и фильтрующими характеристиками.

Предложенное изобретение относится к области создания неорганических волокнистых материалов, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства, например в химической промышленности в качестве фильтровальных для горячих газов и для фильтрования жидких сред, в строительстве в качестве термо- и/или звукоизоляционных материалов, а также в качестве конструктивных материалов в машиностроении, транспорте и т.д.

Известны композиционные материалы из минеральных волокон, содержащие органическое или неорганическое связующее. Однако материалы на основе минеральных волокон без связующего имеют более широкий спектр использования, являются более устойчивыми к воздействию различных агрессивных сред, высоких температур и т.п.

Одним из таких материалов, используемых как в химической промышленности, так и в промышленности строительных материалов, является композиционный материал на основе базальтового волокна.

Например, известен фильтрующий материал для очистки газовых и жидких сред, содержащий наружный и внутренний слои. Наружный слой из базальтовых крученых волокон трикотажного плетения, а внутренний слой из вязально-прошивного или прессованного базальтового волокна на трикотажной подоснове при отношении толщин слоев 1: (10-100), (RU 2035970, B 01 D 39/00, 1995).

Известный материал работает при температурах до 800^oC, однако обладает невысокими тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Известен термозвукоизоляционный и фильтрующий материал, содержащий стекловолокнистое прошивное волокно и двухстороннюю оболочку из нетканого полипропилена (RU 2077368, B 01 D 39/16,1997).

Данный материал обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, может быть использован для очистки газовых выбросов от пыли, однако он не пригоден для работы при высоких температурах и в агрессивных средах из-за наличия оболочки из полимерного материала и прошивки хлопковыми или шелковыми нитками.

Для работы в агрессивных средах более перспективными являются материалы на основе базальтовых или стеклянных волокон.

Так, например, известен материал фильтрующей перегородки для очистки воды от нефти из прошивных и уложенных рядами слоев ткани из базальтовых волокон различного диаметра (SU, 88949 B 01 D 39/16 1981).

Перегородка обладает высокими фильтрующими характеристиками, может быть регенерирована острым паром, однако ее звукоизоляционные характеристики являются неудовлетворительными, а прочность невысока.

Известны композиционные материалы повышенной жесткости, содержащие различные виды покровного материала, в зависимости от сферы использования и прошивную минераловатную плиту (SU, 1447663 B 28 B 1/52 1988).

За прототип предложенного изобретения принят патент RU N 2077368.

Задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала многоцелевого назначения, т.е. обладающего высокими фильтрующими, тепло- и звукоизоляционными характеристиками, инертного в различных агрессивных средах, характеризующегося низкой объемной плотностью и высокой упругостью.

Поставленная задача решается предложенным композиционным материалом, содержащим покровную оболочку из базальтовой ткани или сетки и внутренний слой из базальтового волокна и/или базальтового картона и прошитого базальтовым ровингом. При этом соотношение толщины внутреннего слоя к толщине оболочки составляет (5-50):1.

Материал содержит базальтовое волокно диаметром 1-20 мкм, а базальтовый картон толщиной 1-5 мм.

Сущность изобретения состоит в том, что заявлен материал, содержащий химически однородное вещество - базальт, при этом его термическая устойчивость и инертность позволяют использовать материал при высоких температурах и в агрессивных средах.

Отношение толщины внутреннего слоя к оболочке, а также заявленные характеристики используемого волокна и картона подобраны экспериментально и являются существенными признаками изобретения.

Материал при оптимальном диаметре волокон обеспечивает высокую фильтрующую способность, удовлетворительные гидродинамические характеристики и в то же время обладает высокой тепло- и звукоизолирующей способностью, что и позволяет использовать материал как многоцелевой. При этом следует учесть, что в некоторых областях техники необходимы материалы, обладающие комплексом вышеуказанных свойств.

Так, например, при использовании заявленного материала для очистки выхлопных газов тракторного двигателя, его можно использовать также для обеспечения тепло- и звукозащиты.

Ниже приведены примеры изготовления композиционного материала.

Пример 1.

Берут базальтовый картон толщиной 5 мм, сверху накладывают слой базальтового волокна с диаметром 1-10 мм. Полученный двухслойный материал помещают в оболочку из базальтовой ткани толщиной 1 мм. Оболочку накладывают с двух сторон, подают материал в прошивочную машину и прошивают под уплотняющей нагрузкой базальтовым ровингом. Плотность прошивки составляет 20 стежков на 200 мм. После прошива отношение внутреннего слоя к оболочке составила 10:1. Полученный материал испытан по ГОСТ 16297 на звукоизоляционные свойства.

Нормальный коэффициент звукопоглощения в интервале частот 500 - 1000 Гц составил ≈ 0,75.

Фильтрующая способность проверена на сточной воде, содержащей 100 мг/л нефтепродуктов, содержащих взвешенные частицы.

После пропускания 50 м³ стоков через полученный материал, содержание нефтепродуктов составило 1,5 мг/л.

Пример 2.

На кругловязальной машине вывязывают сетку из базальтовых нитей толщиной 1 мм. На вязально-прошивной машине из базальтового волокна с диаметром 5-10 мкм изготавливают материал и прошивают базальтовым ровингом. Накладывают на материал с двух сторон оболочку из полученной сетки. Отношение толщины внутреннего слоя к оболочке составила 5:1.

Материал надевают на перфорированный каркас и испытывают для фильтрации горячих выхлопных газов дизельного двигателя.

Отходящие газы с задымленностью, соответствующей коэффициенту ослабления светового потока 60%, с расходом 150 дм³/см пропускают через материал.

В течение 2 часов испытаний степень очистки газа составила 98 - 99%.

Пример 3.

Материал из крученых базальтовых волокон с диаметром волокна 10-20 мкм в виде слоя толщиной 30 мм помещают внутрь оболочки из базальтового трикотажного полотна толщиной 0,5 мм. Материал прошивают под уплотняющей нагрузкой базальтовым ровингом. Плотность прошивки составляет 15 стежков на отрезок шва 200 мм. После прошива отношение толщины внутреннего слоя к оболочке составило 50:1.

Полученный материал испытан по ГОСТ 7076 на теплоизоляционные характеристики. При температуре 300-500^oC теплопроводность составила 0,005 Вт/(м·К).

При этом температура использования полученного материала до 800^oC.

Формула изобретения

Композиционный материал, содержащий покровную оболочку и внутренний слой из волокнистого неорганического материала, прошитые ровингом, отличающийся тем, что оболочка выполнена из базальтовой ткани или сетки, внутренний слой из базальтового волокна с диаметром волокон 1-20 мкм и/или базальтового картона толщиной 1-5 мм, при этом отношение внутреннего слоя к оболочке составляет (5-50):1, и в качестве ровинга используют базальт.