СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ И КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MANUFACTURING OF HEAT INSULATION COATING AND COMPOSITE MATERIAL FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области высокотемпературной техники, в частности к покрытиям, нуждающимся в тепловой изоляции элементов машин.
Известен способ изготовления теплоизолирующего покрытия трубы, заключающийся в размещении концентрично трубе с зазором тонкостенной оболочки, снабженной ребрами жесткости, и заполнении кольцевой полости между трубой и оболочкой теплоизолирующим материалом (патент RU №2200897, кл. F16L 59/00, опубл. 20.03.2003). Известный способ обеспечивает теплоизоляцию труб, предназначенных для подземной прокладки. Способ не может быть использован для изделий более сложной геометрической формы, а также в области высокотемпературной техники, так как при наличии вибрационных нагрузок не обеспечивает достаточной прочности получаемого покрытия.
Наиболее близким к заявленному является известный способ заполнения теплоизолирующим материалом полости в изделии, образованной поверхностями составляющих изделие элементов, заключающийся в нанесении композиционного материала на поверхность по меньшей мере одного элемента. В качестве композиционного материала используют суспензию теплоизолирующего наполнителя в органическом водосодержащем связующем, в частности суспензию фрагментов холста базальтового в водном геле (заявка RU №2005131747, кл. С04В 38/08, по которой принято Решение о выдаче патента РФ, опубл. 20.04.2007). В этом способе нанесенный композиционный материал после сборки изделия ограничен поверхностями его элементов, при этом не требуется обеспечения адгезионного сцепления материала с поверхностью и механической прочности покрытия. Для изготовления теплоизолирующего покрытия на открытых поверхностях элементов изделий этот способ непригоден.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание способа, обеспечивающего возможность изготовления высокоэффективного и прочного теплоизолирующего покрытия элементов изделия, в том числе крупногабаритных, с вертикальными и обращенными вниз открытыми поверхностями без дополнительного крепежа этого покрытия.
Технический результат достигается в способе изготовления теплоизолирующего покрытия элемента изделия, заключающемся в нанесении на поверхность элемента композиционного материала в виде суспензии фрагментов холста базальтового в водном геле и термообработке нанесенного материала, в качестве композиционного материала используют суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фрагменты холста базальтового
10,7-11,7
водный гель
88,3-89,3,
при этом водный гель включает воду пресную, гуаровую смолу и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гуаровая смола
0,490-0,492
поверхностно-активное
вещество
0,047-0,049
вода
остальное
Для получения суспензии могут вначале смешивать фрагменты холста базальтового с частью водного геля в количестве от 0,7 до 0,75 мас.% водного геля, после чего полученную массу разбавлять оставшейся частью водного геля, что повышает однородность суспензии.
Композиционный материал могут наносить послойно и после нанесения каждого слоя производить сушку, что повышает прочность покрытия при увеличении его суммарной толщины.
Сушку могут осуществлять при ступенчатом нагреве до температуры, не превышающей 300°С, что повышает прочность покрытия.
На поверхность покрытия могут наносить дополнительный слой стеклопластика на основе полимерного клея, что обеспечивает защиту от внешних механических повреждений.
Существенным является наличие в суспензии (композиционном материале) базальтового холста в заявляемых количествах, а размер холста может быть различным зависящим от конфигурации поверхности изделия и масштабного фактора изделия, а в готовой суспензии зависящим от времени и параметров перемешивания, что также определяется конфигурацией изделия. Однако оптимальный результат достигается в случае, когда используют однородную смесь фрагментов базальтового холста и водного геля.
Известен теплоизолирующий материал, представляющий собой базальтовый материал и/или вермикулит (заявка RU №2001127628, кл. Е21В 17/00, опубл. 27.07.2003). Высокая температура и вибрация исключают использование органических теплоизолирующих материалов с низкой теплостойкостью и хрупких теплостойких керамических материалов, также как и дисперсных, подвергающихся утруске при вибрации. Остаются теплоизолирующие материалы из минеральных волокон - вата, холст, мат. Использование их в исходном состоянии (с низкой плотностью) вызывает много осложнений, связанных с изготовлением выкроек, их уплотнением, фиксацией на поверхности и изготовлением защитного покрытия.
Известен композиционный материал для заполнения полости в изделии, содержащий смесь наполнителя и связующего в виде суспензии фрагментов холста базальтового в водном геле (заявка RU №2005131747, кл. С04В 38/08, по которой принято Решение о выдаче патента РФ, опубл. 20.04.2007). Этот материал предназначен для заполнения полостей и после сборки изделия ограничен поверхностями его элементов. В этом случае не требуется обеспечения адгезионного сцепления материала с поверхностью и механической прочности покрытия. Для изготовления теплоизолирующего покрытия на открытых вертикальных и обращенных вниз поверхностях элемента изделия этот материал непригоден.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание композиционного материала для изготовления высокоэффективного и прочного теплоизолирующего покрытия элементов изделия, в том числе крупногабаритных, с вертикальными и обращенными вниз открытыми поверхностями без дополнительного крепежа этого покрытия.
Технический результат достигается в композиционном материале для изготовления теплоизолирующего покрытия элемента изделия, содержащем смесь наполнителя и связующего в виде суспензии фрагментов холста базальтового в водном геле, при этом использована суспензия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фрагменты холста базальтового
10,7-11,7
водный гель
88,3-89,3,
при этом водный гель включает воду пресную, гуаровую смолу и поверхностно-активное вещество (ПАВ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гуаровая смола
0,490-0,492
поверхностно-активное
вещество
0,047-0,049
вода
остальное
В качестве ПАВ могут быть использованы любые классы ПАВ, которые применяются, например, при производстве моющих средств, нефте- и газодобывающей промышленности, текстильной, химической отраслях промышленности, строительстве и др. (сульфонол-П, кокамидопропилбетаин, моноэтаноламид, диэтаноламид, лаурилсульфат натрия и т.д.).
Сущность изобретения поясняется примерами осуществления способа, составами композиционного материала и фиг.1-4, где:
на фиг.1 показана пластина с теплоизолирующим покрытием;
на фиг.2 - вид сбоку на пластину;
на фиг.3 - модель патрубка;
на фиг.4 - вид сбоку на модель патрубка.
Изготавливают композиционный материал и само покрытие следующим образом.
В качестве композиционного материала используют суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фрагменты холста базальтового
10,7-11,7
водный гель
88,3-89,3,
при этом водный гель включает воду пресную, гуаровую смолу и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гуаровая смола
0,490-0,492
поверхностно-активное
вещество
0,047-0,049
вода
остальное
Для изготовления водного геля в емкость отбирают требуемое количество воды и при активном перемешивании воды рамно-винтовой мешалкой в емкость загружают методом рассеяния навеску гелеобразователя (гуаровой смолы). После перемешивания до получения однородного по консистенции геля выдерживают в течение от 30 мин до одного часа. При активном перемешивании геля постепенно добавляют в емкость поверхностно-активное вещество и продолжают перемешивать в течение от 3 до 10 минут.
Для изготовления суспензии от геля отбирают от 0,7 до 0,75 мас.% в отдельную емкость. В емкость с оставшейся частью водного геля порционно загружают фрагменты холста базальтового с последующим активным перемешиванием после каждой порции до получения однородной смеси. Каждая порция фрагментов холста базальтового составляет от 1/7 до 1/10 общего объема холста. После загрузки последней порции фрагментов холста перемешивание продолжают до получения однородной по консистенции плотной мелкозернистой (2-3 мм) массы. В подготовленную массу вводят отобранную часть водного геля с последующим перемешиванием до получения однородной по консистенции плотной пластичной массы - композиционного материала.
Покрытие изготавливают нанесением композиционного материала на поверхность элемента изделия послойно и после нанесения каждого слоя производят сушку, которую осуществляют при ступенчатом нагреве до температуры, не превышающей 300°С. На поверхность покрытия наносят дополнительный слой стеклопластика на основе полимерного клея.
Пример 1.
Изготовление покрытия на плоской пластине 1 из стали на вертикальной и обращенной вниз поверхностях (фиг.1, 2). Использовали композиционный материал при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фрагменты холста базальтового
11,2
водный гель
88,8
Состав водного геля, мас.%:
вода пресная
99,461
гуаровая смола
0,491
моноэтаноламид
0,048
Для получения суспензии отбирали 0,7 мас.% водного геля, смешивали с фрагментами холста базальтового усредненный размер 25 мм × 25 мм × 25 мм и разбавляли оставшейся частью водного геля.
Композиционный материал наносили на поверхность пластины 1 на двух участках 2 и 3. Участок 2, где поверхность обезжирена, и участок 3, где поверхность покрыта лаком КО-814 для защиты от коррозии. Размер пластины 210×360 мм, ширина участков 2 и 3 - 90 мм. Толщина t нанесенного слоя 30 мм. В течение 60 минут выдержки слой удерживается на поверхности пластины как при вертикальном ее расположении, так и при обращенной вниз поверхности (на "потолочной" поверхности).
Сушку осуществляли, производя нагрев ступенчато до температуры 300°С. После сушки слой прочно удерживается на пластине.
Нанесли второй слой композиционного материала, при этом суммарная толщина t составила 50 мм. Слой удерживается на вертикальной и обращенной вниз поверхностях.
3
Осуществили сушку, производя ступенчатый нагрев до 250°С. Покрытие прочно скреплено со стальной пластиной 1. Плотность покрытия 0,13 г/см.
Пример 2.
Изготовление теплоизолирующего покрытия на модели патрубка (фиг.3, 4).
Модель - труба 4 из катаной черной стали без следов коррозии и окалины. Поверхность с низкой шероховатостью. Наружный диаметр 252,5 мм, длина 268 мм, толщина стенки 1,5 мм. На внешней поверхности пояс из лака КО-814 в один слой. Поверхность лакового покрытия гладкая.
Участок трубы, на поверхности которого изготавливали теплоизолирующее покрытие, ограничен двумя полихлорвиниловыми стенками 5 и 6 с отверстиями по центру, соответствующими размеру трубы. Для фиксации стенок 5 и 6 к трубе приварены кулачки-фиксаторы 7. Участок поверхности, ограниченный стенками 5 и 6, покрыт лаком КО-814. Теплоизолирующее покрытие 8 изготавливали, нанося два слоя композиционного материала.
Использовали композиционный материал при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фрагменты холста базальтового
11,2
водный гель
88,8
Состав водного геля, мас.%:
вода пресная
99,461
гуаровая смола
0,491
диэтаноламид
0,048
Размер фрагментов базальтового холста 50 мм × 50 мм × 50 мм. Толщина t каждого из слоев составляла 20-30 мм. Материал наносили вручную придавливанием первого слоя кусками к стальной поверхности, а второй - к поверхности сухого 1-го слоя. Сушку 1-го слоя осуществляли при ступенчатом нагреве до 250°С. Сушку осуществляли при убранных стенках 5 и 6 при вертикальном положении трубы 4. Второй слой формовали с круглыми стенками 5 и 6, обеспечивающими толщину покрытия 50 мм. Сушку второго слоя осуществляли при температуре 70°С до состояния, позволяющего убрать стенки, затем при ступенчатом нагреве до 200°С.
На поверхность покрытия 8 наносили дополнительный слой стеклопластика на основе полимерного клея. На поверхность покрытия 8 нанесли неорганический жидкостекольный клей «КС-Универсал», представляющий собой пастообразный клей (мастику), уложили стеклоткань марки Т-11 и дополнительно сверху нанесли клей «КС-Универсал». Получили твердое покрытие, выдерживающее умеренные внешние нагрузки.
Изобретение позволяет обеспечить эффективную теплоизоляцию элементов изделия, в том числе крупногабаритных, а также подверженных высокочастотным вибрационным нагрузкам.
Для достижения заявляемого технического результата может быть использован клей любого состава и химической природы, так как основная его задача пропитать ткань (базальтовый холст), что препятствует ее разрушению в процессе эксплуатации. Например, это могут быть следующие клеи, относящиеся к различным классам, - ВК-20 (на основе полиуретана), К-300, К-400, «Спрут», «88», «КС-Универсал», клей из крахмала и т.д.