Способ получения конструкционно-теплоизоляционного материала



Способ получения конструкционно-теплоизоляционного материала
Способ получения конструкционно-теплоизоляционного материала

 


Владельцы патента RU 2636718:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области теплотехники и направлено на повышение эффективности теплоизоляционных характеристик и срока эксплуатации конструкционно-теплоизоляционного материала, используемого для обеспечения тепловой защиты передового энергетического оборудования. Cпособ получения конструкционно-теплоизоляционного материала включает подготовку формовочной смеси, формование, полимеризацию и термообработку, выдержку и остывание. При этом подготовку формовочной смеси проводят в три этапа. На первом этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер, алюмохромфосфатного связующего и катализатора отверждения. На втором этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер и карбамидфурановой смолы. На третьем этапе проводят гомогенизацию двух полученных смесей путем порционного добавления первой смеси ко второй, затем осуществляют формование путем кратковременной виброусадки и постепенного прессования смеси при давлении пуансона 1,5 МПа. Далее проводят полимеризацию при комнатной температуре в течение 12 ч, термообработку осуществляют в кислородной среде ступенчатым нагревом до 700°С в течение 16 ч при следующих температурных режимах: первые 4 ч - при температуре 100-150°С, следующие 4 ч - при температуре 250°С, последующие 4-5 ч - при температуре 400-500°С, оставшееся время - при температуре 700°С. Выдержку проводят при температуре 700°С в течение 4 ч и остывание в печи - в течение 4-5 ч. Причем оптимальное соотношение алюмохромфосфатного связующего и карбамидфурановой смолы по объему составляет 70:30, а соотношение объемов связующих и алюмосиликатных микросфер составляет 1:6. Технический результат – повышение эффективности теплоизоляционных характеристик и срока эксплуатации материала, а именно теплопроводность составляет 0,089 Вт/(м⋅К), прочность на сжатие – 0,75 МПа, плотность – 0,25 г/см3. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для получения легковесного огнеупорного теплоизоляционного материала с целью обеспечения тепловой защиты передового энергетического оборудования.

Известен способ изготовления конструктивно-теплоизоляционной строительной керамики (патент № RU 2379258, опубл. 20.01.2010, МПК С04В 35/16), включающий подготовку минеральной связующей добавки, увлажнение и пластификацию зольного компонента, смешивание связующей добавки с пластифицированным зольным компонентом, полусухое прессование изделий и обжиг. При этом пластифицирующую добавку готовят по шликерному способу совместным мокрым помолом цеолитовой породы с лингосульфонатом кальция в шаровой мельнице до остатка на сите 0088 не более 2-3%, осуществляют пластификацию смешиванием зольных микросфер с полученным цеолитлигносульфонатным шликером с последующим введением сухой минеральной связующей добавки в виде цеолитовой породы, высушенной при температуре 110-150°С и измельченной до размеров частиц менее 0,5 мм, формование изделий из полученной сырьевой смеси осуществляют полусухим прессованием под давлением 20-25 МПа, а обжиг проводят при температуре 980±20°С.

Недостатком настоящего изобретения является сложность изготовления конструктивно-теплоизоляционной керамики и высокая плотность материала, полученного настоящим способом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер (Патент №2455253, опубл. 10.07.2012, МПК С04В 28/26), включающий перемешивание алюмосиликатных микросфер и вяжущего - жидкого стекла, формование, термообработку, выдержку, остывание, где в качестве наполнителя используют жидкое стекло натриевое и/или калиевое, осуществляют формование с удельной нагрузкой 1,5-5 МПа, термообработку, включающую: I этап термоудара - путем повышения температуры до 100-130°С за 7-15 мин, выдержку - при 100-130°С 7-15 мин, II этап термоудара - путем подъема температуры до 300-550°С в течение 10-30 мин, выдержку - 40-80 мин и остывание в печи в течение 5-8 ч.

Недостатком настоящего технического решения является высокая плотность и теплопроводность теплоизоляционного материала, полученного указанным способом, а также его низкая прочность.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение механической прочности и снижение теплопроводности конструкционно-теплоизоляционного материала.

Технический результат заключается в повышении эффективности теплоизоляционных характеристик и срока эксплуатации материала, полученного предлагаемым способом.

Это достигается тем, что в известном способе получения конструкционно-теплоизоляционного материала, включающем подготовку формовочной смеси, формование и термообработку, выдержку и остывание, дополнительно проводят полимеризацию, при этом подготовку формовочной смеси проводят в три этапа, на первом этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер, алюмохромфосфатного связующего и катализатора отверждения, на втором этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер и карбамидфурановой смолы, на третьем этапе проводят гомогенизацию двух полученных смесей путем порционного добавления первой смеси ко второй, затем осуществляют формование путем кратковременной виброусадки и постепенного прессования смеси при давлении пуансона 1,5 МПа, далее проводят полимеризацию при комнатной температуре в течение 12 часов, термообработку осуществляют в кислородной среде ступенчатым нагревом до 700°С в течение 16 часов, выдержку проводят при температуре 700°С в течение 4 часов и остывание в печи - в течение 4-5 часов, причем оптимальное соотношение алюмохромфосфатного связующего и карбамидфурановой смолы по объему составляет 70:30, а их общий объем по отношению к алюмосиликатным микросферам составляет 1:6.

Реализация предлагаемого способа получения конструкционно-теплоизоляционного материала осуществляется следующим образом.

На первом этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер, алюмохромфосфатного связующего и катализатора отверждения с помощью планетарного смесителя. Полученную смесь выгружают из смесителя и помещают в закрытую емкость, препятствующую поступлению воздуха для исключения высыхания смеси. На втором этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер и карбамидфурановой смолы. При этом на первом и втором этапах используется одинаковое количество микросфер. На третьем этапе проводят гомогенизацию двух полученных смесей путем порционного добавления первой смеси ко второй с постепенным увеличением скорости вращения смесителя.

Полученную формовочную смесь загружают в матрицу вибропресса и проводят ее виброусадку путем кратковременного включения вибромотора пресса. Далее проводят прессование смеси с вибрацией в течение 5-7 секунд при давлении пуансона 1,5 МПа. Это обеспечивает оптимальную плотность паковки микросферы в полимерной фазе. После прессования поднимают матрицу и пуансон и извлекают заготовку. Затем заготовку оставляют при комнатной температуре на 12 часов для прохождения процесса полимеризации карбамидфурановой смолы.

После этого заготовку помещают в камерную печь и проводят термообработку в кислородной среде со ступенчатым нагревом до 700°С в течение 16 часов. При этом в первые 4 часа при температуре 100-150°С происходит дополимеризация карбамидфурановой смолы с образованием пространственно-сшитого полимера, в следующие 4 часа при температуре 250°С происходит испарение воды и разложение кристаллогидратов в алюмохромфосфатном связующем. В последующие 4-5 часов при температуре 400-500°С начинается реакция термоотверждения алюмохромфосфатного связующего с образованием полифосфатов и оксидов металлов и окончательным удалением кристаллизационной воды, и при этой же температуре начинается карбонизация карбамидфурановой смолы. Оставшееся время идет на окончательную карбонизацию карбамидфурановой смолы с образованием углеродной структуры при температуре 700°С. При этом из алюмохромфосфатного связующего выделяются кристаллы пирофосфата алюминия.

Далее проводят выдержку заготовок при 700°С в течение 4 часов для окончательного удаления углерода из объема материала, который вступает в реакцию с кислородом и выделяется в виде углекислого газа. По окончании процесса термоотверждения печь выключают и оставляют в ней заготовки для плавного остывания в течение 4-5 часов во избежание раскола материала из-за резкого снижения температуры.

Опытным путем было доказано, что при использовании в качестве дисперсного наполнителя алюмосиликатных микросфер диаметром не ниже 100 мкм полученный материал обладает высокими прочностными характеристиками и в процессе обжига при высоких температурах не разрушается. Кроме того, материал имеет предел прочности при изостатическом сжатии 0,5 МПа, что важно в условиях получения материалов методом прессования, поскольку в случае использования более легкой и соответственно хрупкой микросферы велика вероятность разрушения большей ее части при проведении процесса прессования и, как следствие, резкое снижение прочностных и теплофизических параметров.

Полученный предлагаемым способом конструкционно-теплоизоляционный материал прост в изготовлении и обладает следующими характеристиками: теплопроводность составляет 0,089 Вт/(м⋅К), прочность на сжатие - 0,75 МПа, плотность - 0,25 г/см3.

В ходе экспериментов, результаты которых представлены в Таблице 1, было установлено, что с точки зрения соотношения прочностных характеристик и теплопроводности оптимальное соотношение алюмохромфосфатного связующего и карбамидфурановой смолы по объему составляет 70:30, а соотношение объемов связующих и алюмосиликатных микросфер - 1:6.

Конкретным примером реализации предлагаемого способа является создание теплоизоляционных изделий с замками типа шип-паз, применяемых для обмуровки энергетического оборудования. Пример поясняется чертежом, на котором изображено теплоизоляционное изделие 1 размером 200×300×70 мм, выполненное в форме прямоугольного параллелепипеда с замками типа шип 2, 4 - паз 3, 5. Такая форма изделия упрощает монтаж, снижает потери в области тепловых мостиков, а также повышает общую прочность материала. Данные изделия эксплуатируют в диапазоне температур от 0 до 700°С.

Использование изобретения позволяет обеспечить эффективную тепловую защиту оборудования при повышенных температурах за счет низкой теплопроводности материала, полученного предложенным способом, а также повысить срок эксплуатации конструкционно-теплоизоляционного материала.

Способ получения конструкционно-теплоизоляционного материала, включающий подготовку формовочной смеси, формование и термообработку, выдержку и остывание, отличающийся тем, что дополнительно проводят полимеризацию, при этом подготовку формовочной смеси проводят в три этапа, на первом этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер, алюмохромфосфатного связующего и катализатора отверждения, на втором этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер и карбамидфурановой смолы, на третьем этапе проводят гомогенизацию двух полученных смесей путем порционного добавления первой смеси ко второй, причем используют алюмосиликатные микросферы диаметром не ниже 100 мкм и при этом на первом и втором этапах подготовки формовочной смеси используют одинаковое количество микросфер, формование полученной смеси осуществляют в матрице вибропресса, где проводят ее виброусадку путем кратковременного включения вибромотора пресса и далее проводят прессование смеси с вибрацией в течение 5-7 с при давлении пуансона 1,5 МПа, проводят полимеризацию при комнатной температуре в течение 12 ч, термообработку осуществляют в кислородной среде ступенчатым нагревом до 700°С в течение 16 ч при следующих температурных режимах: первые 4 ч - при температуре 100-150°С, следующие 4 ч - при температуре 250°С, последующие 4-5 ч - при температуре 400-500°С, оставшееся время - при температуре 700°С, выдержку проводят при 700°С в течение 4 ч и остывание в печи - в течение 4-5 ч, причем оптимальное соотношение алюмохромфосфатного связующего и карбамидфурановой смолы по объему составляет 70:30, а соотношение объемов связующих и алюмосиликатных микросфер составляет 1:6.



 

Похожие патенты:

Изобретение раскрывает способ снижения вязкости конденсационной смолы, характеризующийся тем, что в основном прореагировавшую конденсационную смолу, построенную по меньшей мере из одной, предпочтительно ровно одной мочевины, формальдегида и по меньшей мере одного, предпочтительно ровно одного СН-кислого альдегида в мольном отношении 1:(2-15):(2:15), подвергают взаимодействию по меньшей мере с одним одноатомным спиртом в присутствии по меньшей мере одной кислоты Брэнстеда.

Изобретение относится к многоцелевой полимерной композиции для получения карбамидного пенопласта с расширенным диапазоном функционально-технологических возможностей, используемого для защиты от промерзания карьеров, сырьевых материалов, как противопожарные средство, а также при обработке и рекультивации пахотных земель.

Изобретение относится к смоляной системе, способу ее получения и к готовым изделиям, таким как композиционные древесные плиты. Смоляная система представляет собой смесь аминоформальдегидных смол.

Изобретение относится к гибридной смоле, подходящей, в частности, для импрегнирования бумажных полотнищ. .

Изобретение относится к технологии получения пенопласта на основе карбамидоформальдегидной смолы и может быть использовано для теплозащиты и звукоизоляции чердачных перекрытий, крыш и стен при возведении зданий.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к переработке отходов льнопроизводства, и касается составов для получения отделочных плит. .
Изобретение относится к способу получения полимерной композиции и материалам, пропитанным ей. .
Изобретение относится к тензочувствительному хрупкому покрытию для определения деформаций и напряжений в элементах нефтегазохимических аппаратов и трубопроводов.

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивных изделий. .
Изобретение относится к полимерным композициям для предохранения грунтов, карьеров сырьевых материалов, хранящихся на открытых складах, от сезонного промерзания. .

Изобретение относится к способам изготовления высокопористых керамических изделий и может быть использовано в машиностроении, химической промышленности и медицине для получения носителей катализаторов, фильтрующих элементов, биоимплантатов.

Изобретение относится к способу получения сегментированного гелевого композита, содержащего стадии обеспечения листа сегментированного волокном холста или листа сегментированного пенопласта с открытыми порами, объединения листа с предшественником геля, гелеобразования предшественника геля, гелеобразования объединения с получением композитного листа, свертывания в рулон композитного листа и сушки композитного листа с получением сегментированного, армированного гелевого композита.

Изобретения относятся к высокопористым материалам, в частности к получению высокопористого материала из нитрида кремния с волокнистой структурой, предназначенного для эксплуатации при повышенных температурах в агрессивных средах, например в фильтрах для очистки расплавов металлов, в носителях катализаторов, огнепреградителях.

Изобретение относится к способу получения пористого теплоизолирующего заполнителя для теплоизолирующих многослойных панелей и оболочек. Изобретение может быть использовано в авиа- и судостроении, а также в химическом машиностроении.

Изобретение относится к области получения безобжиговых теплоизоляционных огнеупорных изделий для металлургии и теплоэнергетики для футеровки тепловых агрегатов, металлоплавильных и металлоразливочных устройств, электролизеров в алюминиевом и других высокотемпературных производствах.

Изобретение относится к составу шихты для получения пеностекла. Шихта для получения пеностекла, включающая гидрат окиси натрия, углерод, перлит, отличающаяся тем, что дополнительно содержит листовое стекло и/или тарное стекло при следующем соотношении размолотых до остатка не более 10% на сите №008 компонентов, мас.

Изобретение относится к композициям для термостойких и высокопрочных пеноматериалов, которые могут быть использованы в качестве высокотемпературной теплоизоляции, работающей в окислительной среде.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок.

Изобретение относится к пористым керамическим телам, имеющим сложную форму, которая, в частности, подходит для применения в качестве носителя для каталитически активного вещества.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству пористых заполнителей на основе жидкого стекла, предназначенных для изготовления легких бетонов, а также теплоизоляционных засыпок.
Изобретение относится к способу изготовления герметичных изделий. Способ включает изготовление внутренней оболочки из композиционного материала (КМ), формирование на ней герметичного покрытия, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из КМ на основе того же типа армирующих волокон, что и КМ внутренней оболочки, при этом используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна.
Наверх