Высокотемпературное теплозащитное покрытие
Владельцы патента RU 2482146:
Общество с ограниченной ответственностью "ОВК-Руссия" (RU)
Изобретение относится к производству теплозащитных покрытий, предназначенных для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и агрессивных сред, и может быть использовано в строительстве, машиностроении, химической промышленности, транспорте, авиационной, космической и других отраслях промышленности. Высокотемпературное теплозащитное покрытие включает полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду. Связующее выбрано из группы, включающей алюмоборфосфат, алюмохромфосфат, полититанат калия или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия. Исходные компоненты в композиции для покрытия содержатся в следующих соотношениях, мас.%: указанные микросферы 67-85, указанное связующее 10-30, вода - остальное. В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит алюмосиликатные микросферы золы-уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм или стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм, в качестве полых корундовых микросфер - микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм. Изобретение позволяет получить теплозащитное покрытие с повышенными теплозащитными и теплофизическими свойствами, стойкостью к вибронагрузкам и агрессивным средам. 3 з.п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к производству теплозащитных покрытий, предназначенных для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и агрессивных сред, и может быть использовано в строительстве, машиностроении, химической промышленности, транспорте, авиационной, космической и других отраслях промышленности.
Известны теплозащитные покрытия, содержащие полые керамические или стеклянные микросферы, связующие в виде дисперсий, эмульсий органорастворимых кремнийорганической смолы, акриловых сополимеров, полиуретанов, которые используются в качестве теплоизоляционного материала для наружных и внутренних поверхностей ограждающих строительных конструкций и сооружений, трубопроводов и различного технологического оборудования, например краска-покрытие по патенту RU №2310670 С9, 20.11.2007. Однако указанное известное покрытие не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 200°С).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплозащитное покрытие, содержащее в качестве наполнителя вакуумированные (полые) керамические или корундовые микросферы с диаметром частиц от 3 до 100 мкм и насыпной плотностью 300-400 кг/м3, в качестве связующего смолы кремнийорганические, полиэфирэпоксидные или акриловые дисперсии и в качестве добавок отражатель - алюминиевую пудру и пигмент при следующем соотношении компонентов, мас.%: микросферы 55-70, связующее 30-35, отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0, пигмент 0,1-0,6 (по патенту RU №2245350 С1, 27.01.2005).
Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении известного состава, однородно по составу и имеет достаточно высокую прочность сцепления с защищаемой поверхностью, однако оно не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 250°С) и обладает недостаточно высокими теплофизическими свойствами (теплопроводностью, тепловосприятием и теплоотдачей).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение теплозащитных и теплофизических свойств покрытия, устойчивости его к воздействию высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, расширение области рабочих температур покрытия при обеспечении низкой теплопроводности и высокой однородности и прочности сцепления покрытия с основой.
Указанный технический результат достигается тем, что теплозащитное покрытие, включающее полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду, в качестве связующего содержит одно из группы, включающей алюмоборфосфат, алюмохромфосфат, полититанат калия или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полые керамические или корундовые микросферы | 67-85 |
| алюмоборфосфат, или алюмохромфосфат, или полититанат | |
| калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия | 10-30 |
| вода | остальное. |
В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит алюмосиликатные микросферы золы-уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм.
В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм.
В качестве полых корундовых микросфер теплозащитное покрытие содержит микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.
Составы с минимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при высоких рабочих температурах.
Составы с максимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при повышенных вибрациях и механических нагрузках.
В предлагаемом составе для теплозащитного покрытия в качестве наполнителя используются полые алюмосиликатные микросферы золы-уноса ТЭС или стеклокерамические или корундовые микросферы в заявляемых пределах диаметров и толщин стенок, полученные вакуумированием (вспениванием) измельченных стеклокерамических или корундовых материалов.
Материалы микросфер выбраны с учетом обеспечения высоких рабочих температур эксплуатации покрытия. Для диапазона рабочих температур до 600°С используются стеклокерамические микросферы, до 1400°С - алюмосиликатные микросферы, до 2000°С - корундовые микросферы.
Диаметр микросфер выбран в диапазоне 3-150 мкм, соразмерным с длиной волны теплового инфракрасного излучения для обеспечения условий его максимального поглощения микросферами. Толщина стенок микросфер в диапазоне 0.3-6 мкм выбрана с учетом обеспечения требуемой прочности материала.
Выбор материалов и размеров микросфер произведен на основе экспериментальных данных, определяющих их оптимальные соотношения, достаточные для обеспечения требуемых вязкости состава, плотности, температурной стойкости и прочности готового покрытия.
Форма микросфер, их размеры и подобранное распределение микросфер по дисперсности позволяют изменять вязкость композиции в зависимости от ее назначения с получением теплозащитного покрытия, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.
Приготовление состава теплозащитного покрытия осуществляется перемешиванием исходного состава в диспергаторе.
Предлагаемое покрытие можно наносить на поверхность строительных конструкций из металла, бетона, кирпича, а также на оборудование химической, авиационной и железнодорожной отраслей, трубопроводы и воздуховоды, эксплуатируемые при температурах от минус 60°С до плюс 2000°С. Благодаря высоким теплотехническим свойствам предлагаемого покрытия его можно наносить на поверхности с температурами до 300°С, не останавливая работу эксплуатируемого оборудования.
Покрытие может наноситься на защищаемую поверхность любым используемым в технологии нанесения покрытий способом в виде одного слоя или нескольких слоев. Причем толщина слоя покрытия зависит от природы поверхности, условий температурного режима эксплуатации.
После нанесения на поверхность материала или изделия слоя или нескольких слоев покрытия и последующей сушки образуется высокотемпературное теплозащитное покрытие, прочно связанное с основой и обладающее высокими эксплуатационными характеристиками.
Получаемое покрытие сохраняет высокие эксплуатационные свойства при высоких рабочих температурах в диапазоне от 300 до 2000°С.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами выполнения, приведенными в таблицах 1-6. В таблице 1 приведены рекомендуемые комбинации связующего и микросфер при приготовлении теплозащитного покрытия в соответствии с предлагаемым изобретением. В таблицах 2, 3, 4, 5 приведены качественные и количественные составы примеров приготовления предлагаемого теплозащитного покрытия.
В таблице 6 приведены показатели свойств теплозащитного покрытия для составов, приведенных в таблицах 2-5.
| Таблица 1 | ||||
| № | Связующее | Микросферы стеклокерамические | Микросферы алюмосиликатные /зола- унос/ | Микросферы корундовые |
| 1 | Алюмоборфосфат | + | + | - |
| 2 | Алюмохромфосфат | + | + | - |
| 3 | Полититанат калия | + | + | + |
| 4 | Смесь алюмоборфосфата и полититаната калия | + | + | + |
| 5 | Смесь алюмохромфосфата и полититаната калия | + | + | - |
| Таблица 2 | ||||
| № | Компоненты | Состав №1 (мас.%) | Состав №2 (мас.%) | Состав №3 (мас.%) |
| 1 | Алюмоборфосфат | 18.0 | 12.5 | 14 |
| 2 | Микросферы | 68.0 | 75.5 | 75 |
| 3 | Вода | 12.0 | 10.0 | 11 |
| 4 | Пластификатор | 2.0 | 2.0 | 0 |
| Таблица 3 | |||
| № | Компоненты | Состав №4 (мас.%) | Состав №5 (мас.%) |
| 1 | Смесь алюмоборфосфата и полититаната калия | 17.5 | 20.0 |
| 2 | Микросферы алюмосиликатные /зола-унос/ | 71.5 | 72.0 |
| Вода | 11.0 | 8.0 |
| Таблица 4 | |||
| № | Компоненты | Состав №6 (мас.%) | Состав №7 (мас.%) |
| 1 | Смесь алюмохлорфосфата и полититаната калия | 21 | 23 |
| 2 | Микросферы алюмосиликатные /зола-унос/ | 74 | 75 |
| 3 | Вода | 5 | 2 |
| Таблица 5 | |||
| № | Компоненты | Состав №8 (мас.%) | Состав №9 (мас.%) |
| 1 | Алюмохромфосфат | 19 | 22 |
| 2 | Микросферы корундовые | 76 | 76 |
| 3 | Вода | 5 | 2 |
| Таблица 6 | |||
| Состав № | Диапазон рабочих температур, °С | Теплопроводность, Вт/м*град | Эксплуатационные характеристики |
| 1 | до 500 | 0,055 | Электроизоляционный |
| 2 | до 400 | 0,045 | Электроизоляционный |
| 3 | до 400 | 0,046 | Электроизоляционный |
| 4 | до 700 | 0,066 | Пластичный |
| 5 | до 1300 | 0,075 | Абразивостойкий |
| 6 | до 1350 | 0,085 | Высокоабразивостойкий |
| 7 | до 1400 | 0,10 | Вибростойкий |
| 8 | до 2000 | 0,09 | Химически стойкий |
| 9 | до 1900 | 0,095 | Химически стойкий |
Предлагаемое изобретение позволяет получать покрытия с высокой однородностью и прочностью сцепления, обладающие высокими теплозащитными и теплофизическими свойствами (низкой теплопроводностью, температурной стойкостью, химической стойкостью, вибростойкостью, абразивной стойкостью и электроизоляционной стойкостью в условиях высоких температур), что обуславливает возможность его широкого использования в строительстве, машиностроении, химической, авиационной и железнодорожной отраслях для обеспечения защиты конструкций, эксплуатируемых в условия высоких температур и агрессивных сред.
1. Теплозащитное покрытие, содержащее полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду, отличающееся тем, что в качестве связующего содержит одно из группы, включающей алюмоборфосфат, алюмохромфосфат, полититанат калия или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полые керамические или корундовые микросферы | 67-85 |
| алюмоборфосфат, или алюмохромфосфат, или полититанат | |
| калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия | 10-30 |
| вода | остальное |
2. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве полых керамических микросфер содержит алюмосиликатные микросферы золы уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм.
3. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве полых керамических микросфер содержит стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм.
4. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве полых корундовых микросфер содержит микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.
