Огнестойкий теплоизоляционный конструкционный материал
Владельцы патента RU 2424021:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к противопожарной технике и касается огнестойкого теплоизоляционного конструкционного материала. Материал включает базальтовые волокна, связующее и наполнитель, дополнительно содержит микростеклосферы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Изобретение позволяет создать жесткий огнестойкий теплоизоляционный конструкционный материал, не выделяющий вредные вещества при воздействии высоких температур. 1 табл.
Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано в промышленных и гражданских объектах с повышенной пожарной опасностью для разделения помещения на противопожарные отсеки, защиты их от проникновения пожара и последующей локализации очагов возгорания, а также повышения пределов огнестойкости противопожарных преград, таких как перегородки, стены, двери, завесы проемов, тоннелей и т.п. Изобретение может быть использовано, в частности, в судостроении, а также в других транспортных областях - вагоностроении для железных дорог и метрополитена, автостроении.
Огнестойкие теплоизоляционные конструкционные материалы, используемые, в первую очередь, в судостроении при изготовлении негорючих переборок, выгородок и т.п., должны иметь огнестойкость типа В-15, А-15, А-30 и более (классификация огнестойкости в соответствии с требованиями Резолюции ИМО MRS 61/67, методика А.754). Тип В-15 означает, что конструкция, подвергаемая одностороннему огневому воздействию стандартной температуры пожара 750°С в течение 30 минут, не должна пропустить сквозь себя ни дыма, ни пламени; при этом через 15 минут после начала воздействия пожара температура на стороне конструкции, противоположной огневому воздействию, не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 140°С. Для конструкций класса А продолжительность воздействия пожара составляет 60 минут, в течение которых огнестойкий материал не должен пропускать через себя ни дыма, ни пламени; аналогично конструкциям типа В, конструкции типа А-15 и А-30 должны обеспечить теплопередачу, при которой температура необогреваемой стороны конструкции (противоположной огневому воздействию) не превышает температуру окружающей среды более чем на 140°С через 15 и 30 минут после начала пожара соответственно. Оба класса конструкций при воздействии стандартной температуры пожара не должны выделять вредных веществ в количествах, превышающих ПДК.
Известен огнестойкий и теплостойкий материал, содержащий несущие огнестойкие и теплостойкие сетчатые слои из волокнистых материалов, нанесенное на несущие огнестойкие слои покрытие из вспучивающегося вещества и теплоотражающий слой, RU 94041953. Этот материал имеет небольшую плотность, однако недостатками являются малое время огнестойкости и теплостойкости, основным недостатком является то, что этот материал не является жестким и не может быть использован в качестве конструкционного.
Те же недостатки присущи огнестойкому материалу, содержащему трехслойные жаропрочные эластичные полотнища, выполненные в виде двух слоев стеклоткани и закрепленного между ними слоя муллитокремнеземистого фетра, SU 1532062.
Известен огнестойкий теплоизоляционный материал, включающий базальтовые волокна, связующее и наполнитель; материал содержит несущие огнестойкие и теплостойкие сетчатые слои из волокнистых материалов, нанесенное на несущие огнестойкие слои покрытие из вспучивающегося вещества и теплоотражающий слой; несущие огнестойкие сетчатые слои выполнены с переплетением нитей основы и утка из базальтовых волокон и расположением нитей основы по направлению раскрытия материала, а нитей утка - в поперечном им направлении, базальтовые волокна в нитях несущих огнестойких сетчатых слоев непрерывные диаметром 7-15 мкм, теплостойкий сетчатый слой выполнен из сухого материала поверхностной плотностью 200-3000 г/м из непрерывных базальтовых волокон диаметром 7-15 мкм или коротких длиной 25-115 мм тонких и/или супертонких базальтовых волокон диаметром 5-15 и 3-5 мкм, прошитого стеклянными, базальтовыми или кремнеземными нитями; теплоотражающий слой выполнен с использованием клеевой композиции на основе полиуретана или термопласта и скреплен с несущим слоем при объемном соотношении несущих огнестойких слоев, покрытия и теплоотражающего слоя с теплостойким слоем от 1:3 до 1:10, RU 2143634 С1.
По совокупности общих компонентов данное техническое решение может быть принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Недостатками прототипа является то обстоятельство, что ряд компонентов, в частности полиуретан и термопласт, при воздействии высоких температур активно выделяют высокотоксичные вещества; кроме того, материал по RU 2143634 С1 практически не обладает прочностью на сжатие, что делает невозможным изготовление из него жестких, прочных противопожарных преград.
Задачей настоящей полезной модели является создание жесткого огнестойкого теплоизоляционного конструкционного материала, практически не выделяющего вредные вещества при воздействии высоких температур.
Согласно изобретению огнестойкий теплоизоляционный конструкционный материал, включающий базальтовые волокна, связующее и наполнитель, дополнительно содержит микростеклосферы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| базальтовое волокно | 10-30 |
| микростеклосферы | 5-15 |
| связующее | 20-50 |
| наполнитель | остальное |
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
В конкретном примере использовано базальтовое волокно марки БСТВ по ГОСТ ГОСТ 4640-93. Используется волокно двух видов - микротонкое (диаметр волокна 0,5-0,6 мкм) и ультратонкое (диаметр волокна 0,6-1 мкм). Неволокнистые включения с размерами более 0,25 мм («корольки») - не более 20%.
Температурный диапазон эксплуатации: от -259° до +900°С. Коэффициент теплопроводности при 25°С: 0,38-0,043 Вт/м·К.
Использованы также микростеклосферы марки МС-ВП-А9, ТН 6-48-91-92, имеющие влажность ~0,1%, прочность 85 кг/см2, плотность 0,31 г/см3, коэффициент заполнения объема 68%, связующее ФОСКОН 303-по ГОСТ 2149-144-10964029-2001 с изм.1, 2.
Наполнитель изготавливают из порошка карбида кремния по ГОСТ 26327-84 с добавлением волластонита марки ВП-25 по ТУ 5726-001-50889697-01 и оксида меди по ТУ 6-09-765-85 в соотношении, мас.%: карбид кремния 92-96, волластонит 3-6, оксид меди 0,5-2.
Материал изготавливают следующим образом.
Базальтовое волокно режут в ролле, например, типа РМВ-5, применяемом в бумажной промышленности, при этом обеспечивается конечное отношение диаметра волокна к его длине: для микротонкого волокна 1:1000, для ультратонкого 1:10000; далее осуществляют отделение «королька» от базальтового волокна флотацией в пропеллерной мешалке, сушку микростеклосфер в вакуумном сушильном шкафу (типа ШСВ-65) в течение 3 часов при температуре 130°С и совместный помол компонентов наполнителя в соотношении, мас.%: карбид кремния - 95, волластонит - 4, оксид меди - 1, до размера частиц порядка 1-2 мкм.
После этого производят смешение компонентов материала в лопастной мешалке: в 95 мас.% воды добавляется 5 мас.% шихты. Полученная пульпа размешивается в течение двух часов при 60-100 оборотах в минуту.
Затем осуществляются следующие операции.
Материал отливается на вакуумную форму размером 300×300 мм глубиной 25 мм, в течение 30 минут производится откачка при остаточном вакууме 10-3 атм.
Материал сушится в вакуумном сушильном шкафу типа ШСВ-65 при температуре 105-110°С. Нагрев производится со скоростью 2°С в минуту, сушка в течение 20 часов, остывание с печью.
Термообработка заготовки производится в муфельной печи по режиму: нагрев со скоростью 2°С в минуту, выдержка при температуре 500°С - 20 часов, остывание с печью.
Обработка торцов заготовки производится вручную (кисточкой), торцы промазываются смесью следующего состава: наполнитель 90 мас.%, связующее 10 мас.%.
Производится окончательная термообработка заготовки в муфельной печи по следующему режиму: прогрев со скоростью 4°С до температуры 350-500°С, выдержка в течение 3-х часов, остывание с печью.
Выборочно заготовки подвергаются испытаниям на кажущуюся плотность, открытую пористость, прочность на изгиб и сжатие.
В примерах 1-3 подвергнуты испытаниям образцы со следующими соотношениями компонентов, мас.%:
| Пример 1: | базальтовое волокно | 10 |
| микростеклосферы | 5 | |
| связующее | 50 | |
| наполнитель | 25 | |
| Пример 2: | базальтовое волокно | 30 |
| микростеклосферы | 15 | |
| связующее | 20 | |
| наполнитель | 35 | |
| Пример 3: | базальтовое волокно | 20 |
| микростеклосферы | 10 | |
| связующее | 35 | |
| наполнитель | 35 |
Результаты испытаний приведены в таблице.
| Таблица | ||||
| № примера показатели |
Кажущаяся плотность, г/см3 | Пористость, % | Прочность на сжатие, МПа | Прочность на изгиб, МПа |
| 1 | 0,43 | 71 | 0,15* | 2,20 |
| 2 | 0,49 | 75 | 0,17 | 2,35 |
| 3 | 0,46 | 72 | 1,06 | 4,86 |
| * - при достижении 10% деформации. |
Огнестойкий теплоизоляционный конструкционный материал, включающий базальтовые волокна, связующее и наполнитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит микростеклосферы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| базальтовое волокно | 10-30 |
| микростеклосферы | 5-15 |
| связующее | 20-50 |
| наполнитель | остальное |
