[1]Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству легковесных огнеупорных теплоизоляционных изделий, и может быть использовано для обеспечения тепловой защиты передового энергетического оборудования.
[2]Известна композиция для получения теплоизоляционного материала (патент RU №2584538 опубл. 20.05.2016, МПК C08L61/10), содержащая фенольное связующее на основе фенолформальдегидных смол, минеральный наполнитель - золошлаковый отход, катализатор - вспенивающе-отверждающий агент кислотного типа ВАГ-3.
[3]Недостатком данного технического решения является низкая механическая прочность и низкая температура эксплуатации изделий, полученных на основе настоящей композиции.
[4]Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционных изделий (авторское свидетельство SU №753824, опубл. 07.08.1980, МПК С04В 29/02), содержащая фосфатное связующее, глиноземсодержащий компонент и легкий заполнитель в виде фосфатных микросфер.
[5]Недостатком настоящего технического решения является низкая механическая прочность изделий, полученных на основе данной смеси.
[6]Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в разработке композиции, обеспечивающей повышение прочности и снижение теплопроводности теплоизоляционных легковесных изделий, изготовленных на ее основе.
[7]Технический результат заключается в повышении механических свойств огнеупорных легковесных теплоизоляционных изделий и снижении тепловых потерь с теплоизолируемой поверхности.
[8]Это достигается тем, что известная композиция для получения теплоизоляционных изделий, включающая связующее и легкий заполнитель, дополнительно содержит карбамидофурановую смолу марок ФК и катализатор отверждения марок ОК в количестве 10% от массы смолы, при этом в качестве связующего выбрано алюмохромфосфатное связующее, а в качестве легкого заполнителя выбраны полые алюмосиликатные микросферы с размером частиц от 150 до 280 мкм при следующем соотношении компонентов маc, %: алюмохромфосфатное связующее 25-34, полые алюмосиликатные микросферы 55-69,5, катализатор отверждения марок ОК 0,5-1, карбамидофурановая смола марок ФК 5-10.
[9]Алюмохромфосфатное связующее представляет собой водный раствор ортофосфорной кислоты и оксидов хрома и алюминия согласно ТУ 6-18-166-83. В качестве легкого заполнителя выбраны полые алюмосиликатные микросферы с размером частиц от 150 до 280 мкм. Также возможно использование других видов полых микросфер из следующих групп: полые керамические микросферы, полые зольные микросферы диаметром от 150 до 280 мкм.
[10]Карбамидофурановая смола является продуктом поликонденсации карбамида, формальдегида и фурилового спирта в водной среде. Опытным путем было установлено, что при изготовлении композиции для получения теплоизоляционных изделий может быть использована любая карбамидофурановая смола марок ФК, которые отличаются между собой лишь содержанием азота и свободного формальдегида в своем составе, что никак не влияет на конечные характеристики композиции. В качестве катализатора отверждения данной смолы выбраны катализаторы марок ОК, отличающиеся только скоростью реакции отверждения, что также не влияет на свойства получаемого изделия.
[11]Композиция для получения теплоизоляционных изделий работает следующим образом.
[12]Алюмохромфосфатное связующее в составе композиции создает матрицу теплоизоляционного изделия, удерживающую в своей структуре полые алюмосиликатные микросферы (или полые керамические микросферы или полые зольные микросферы). В отличие от жаростойкого цемента или каолиновой глины, алюмохромфосфатное связующее имеет высокое объемное заполнение, а также низкую плотность. Это обеспечивает повышение теплоизолирующих и механических свойств теплоизоляционного изделия.
[13]Поскольку алюмохромфосфатное связующее также имеет в своем составе ортофосфорную кислоту, расход катализатора отверждения используется 10% от массы смолы. Таким образом, при отверждении композиции часть ортофосфорной кислоты, входящей в состав алюмохромфосфатного связующего, идет на каталитическую реакцию отверждения смолы, что приводит к постепенной полимеризации композиции. Карбамидофурановая смола совместно с катализатором отверждения придает теплоизоляционному изделию, полученному на основе предлагаемой композиции, повышенную стойкость к тепловым ударам и низкую скорость термодеструкции.
[14]Опытным путем было доказано, что при использовании легкого заполнителя в виде полых алюмосиликатных микросфер (или полых керамических микросфер или полых зольных микросфер) размером от 150 до 280 мкм, изделие, полученное на основе заявленной композиции, не разрушается и выдерживает термические нагрузки до 700°С. В случае использования микросферы размером менее 150 мкм, в изготавливаемом материале наблюдается более плотная упаковка микросфер, что при повышенных температурах термического отверждения может приводить к возникновению точек напряжения в структуре материала, вследствие чего возможно локальное разрушение материала.
[15]Данную композицию готовят следующим образом. Замешивают алюмосиликатные микросферы в количестве 60% от их общей массы, алюмохромфосфатное связующее и катализатор отверждения. Затем отдельно замешивают оставшиеся 40% алюмосиликатных микросфер и карбамидофурановую смолу. Далее проводят гомогенизацию двух смесей. Затем проводят виброусадку полученной формовочной смеси, после чего осуществляют прессование смеси с вибрацией в течение 5-7 секунд при давлении прессования 15 атм, что обеспечивает лучшую плотность упаковки микросфер в изделии. После этого заготовку помещают в сушильный шкаф для каталитической полимеризации карбамидофурановой смолы на 1 час при температуре 60°С. Далее заготовку помещают в камерную печь, изолированную от доступа воздуха, для проведения отверждения в бескислородной среде со ступенчатым нагревом: 200°С в течение 1 часа, далее 700°С в течение 5 часов. По окончании процесса термоотверждения печь выключают и оставляют в ней изделие для плавного охлаждения в течение 10 часов.
[16]В таблице 1 «Использование различных марок карбамидофурановой смолы с различными марками катализаторов отверждения при осуществлении предлагаемой композиции» приведены 12 примеров на основе экспериментально полученных данных, подтверждающих возможность осуществления предлагаемого изобретения с достижением указанного технического результата. В таблице 2 «Состав изделий, полученных на основе предложенной композиции» приведены составы изделий для указанных в таблице 1 примеров, полученных на основе предложенной композиции с разными марками карбамидофурановых смол и катализаторов отверждения. В таблице 3 «Теплоизоляционные характеристики полученного теплоизоляционного изделия на основе предлагаемой композиции» представлены определенные экспериментально коэффициент теплопроводности, прочность и плотность изделий для указанных в таблицах 1 и 2 примеров.
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]Изделия, полученные на основе предложенной композиции, обладают теплопроводностью не более 0,09 Вт/м*К, прочностью на сжатие - не менее 0,5 МПа и плотностью не менее 0,15 г/см3. Использование композиции позволяет повысить механические свойства огнеупорных легковесных теплоизоляционных изделий и снизить тепловые потери с теплоизолируемой поверхности энергетического оборудования.
