ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ НА МИНЕРАЛЬНОМ СВЯЗУЮЩЕМ
MINERAL BINDER-BASED HEAT-INSULATING ITEM

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при производстве термостойкой конструкционной теплоизоляции на основе минеральных волокон.
Известен теплозащитный композитный материал-покрытие (патент РФ №2142596, МПК F16L 59/02, С09К 5/06, В32В 3/26, 1999), состоящий из пористой матрицы с открытыми порами и помещенного в эти поры гигроскопичного вещества. В качестве пористой матрицы в нем используются неорганические оксиды, углеродные сорбенты, полимеры, природные сорбенты, пористые металлы, пористые композиты или их смеси с открытыми порами размером 5-100 нм, а в качестве гигроскопичного вещества в поры помещаются неорганические соли, их смеси или их растворы с содержанием влаги более 6 молекул воды на каждый ион металла при температуре окружающей среды от -10 до +50°С, давлении 700-1500 кПа и влажности воздуха более 15%. В качестве неорганических солей используются галогениды, нитраты, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов.
Недостатком данного технического решения получения теплозащитного композита является его многокомпонентность и сравнительно низкая термостойкость.
Известен способ получения теплоизоляционного элемента (патент РФ №2167053, МПК В28В 1/52, F16L 59/02, 2001), заключающийся в формировании волокнистого ковра путем раздувки алюмосиликатного расплава с температурой 2000°С в волокнистую массу с помощью дутьевого волокнообразующего диспергатора и его последующее рулонирование и укреплении жаростойкой проволокой. Получаемый таким образом теплоизоляционный элемент обладает следующими физико-техническими показателями:
3
- средняя плотность, кг/м - 150-280;
- коэффициент теплопроводности при средней температуре 500°С, Вт/(м⋅К) - 0,14;
- гибкость при 800°С, мм - 20;
- эрозионная стойкость, м/с - 40;
- температура применения, °С - 1150.
Недостатком данного технического решения получения теплоизоляционного элемента является сложность технологического процесса и сравнительно высокий коэффициент теплопроводности.
Известна теплоизоляционная композиция (патент РФ №2414495, МПК C08L 75/04, С08К 7/18, Е04В 1/76, 2011), включающая жесткий пенополиуретан и наполнитель - зольные микросферы. В качестве наполнителя композиция содержит зольные микросферы, модифицированные сополимерами производных (мет)акриловой кислоты - натриевой соли, амида, метилового эфира различной молекулярной массы - или γ-аминопропилтриэтоксисиланом, обеспечивающими сродство с полимерной матрицей жесткого пенополиуретана, в количестве 5-40 мас. %. Теплоизоляционную композицию готовят следующим образом: предварительно на зольные микросферы наносят реагент, обеспечивающий сродство с полимерной матрицей жесткого пенополиуретана. Нанесение реагента на поверхность зольных микросфер осуществляют из водного раствора в случае сополимеров производных (мет)акриловой кислоты (натриевая соль, амид, метиловый эфир), в случае γ-аминопропилтриэтоксисилана (АГМ-9) используют раствор в ацетоне с последующим удалением растворителя. Получаемая таким образом теплоизоляционная композиция обладает следующими физико-техническими показателями:
- коэффициент теплопроводности, Вт//(м⋅К) - 0,029-0,32;
- прочность на изгиб, МПа - 9,15-12,80;
- напряжение сжатия при 10% деформации, МПа - 0,30-0,44.
Недостатком данного технического решения получения теплоизоляционной композиции является сложность технологического процесса, низкие термостойкость и безопасность композита для окружающей среды, так как в процессе эксплуатации состав выделяет токсичные вещества, а также сравнительно малая прочность на сжатие.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является минераловатный теплоизоляционный материал на минеральном связующем. [Дроздюк Т.А., Айзенштадт A.M., Тутыгин А.С., Фролова М.А. Неорганическое связующее для минеральной теплоизоляции. // Строительные материалы, 2015, №5, с. 86-89]. Минеральное связующее для минераловатных изделий представляет собой 10% водную суспензию сапонитсодержащего материала. Сапонитсодержащий материал получают путем осаждения твердой фазы из суспензии оборотной воды процесса обогащения кимберлитовых руд предприятия ОАО «Североалмаз». Образец теплоизоляционного материала получают путем послойного напыления 10% водной суспензии сапонитсодержащего материала на минеральную вату. Далее образец выдерживают в сушильном шкафу при температуре 200°С до полного удаления влаги. Получаемый таким образом теплоизоляционный материал является нетоксичным и пожаробезопасным.
Недостатком такого теплоизоляционного материала является отсутствие у него конструкционной прочности.
Задачей изобретения является получение теплоизоляционных изделий на минеральном связующем любой заданной формы, обладающих конструкционной прочностью.
Технический результат заключается в повышении качественных характеристик теплоизоляционного изделия (прочность на изгиб, прочность на сжатие, огнестойкость, экологичность) при сохранении низкой теплопроводности.
Указанный технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного изделия в качестве связующего содержит сапонитсодержащий материал (ССМ), в качестве волокнистого заполнителя - базальтовые волокна. Смешение проводят при следующем соотношении компонентов, мас. %: сапонитсодержащий материал 15-25%, базальтовые волокна 75-85%. Готовая смесь помещается в формы, термически модифицируется при температуре до 1200°С при временных и температурных режимах, применяющихся в производстве керамзита.
Изобретение реализуется следующим образом. Производят сухой помол безводного сапонитсодержащего материала до размера частиц порядка 1-2 мкм любым известным методом. Подготовленный таким образом сапонитсодержащий материал смешивается с водой для получения водной суспензии. Затем водная суспензия сапонит содержащего материала смешивается с базальтовыми волокнами со средним диаметром 3-7 мкм. Таким образом, сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного изделия на минеральном связующем в качестве связующего содержит водную суспензию сапонитсодержащего материала (ССМ), в качестве волокнистого заполнителя - базальтовые волокна. Смешение проводят при следующем соотношении компонентов, мас. %: сапонитсодержащий материал 15-25%, базальтовые волокна 75-85%. Готовая смесь помещается в формы, термически модифицируется при температуре до 1200°С любым известным способом, например в электропечи SNOL 67/1300.
Подтверждение повышения качественных характеристик теплоизоляционных изделий на минеральном связующем представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что оптимальным (с точки зрения повышения прочностных характеристик при сохранении низкого коэффициента теплопроводности) является состав 2.
Получаемые таким образом теплоизоляционные изделия обладают следующими теплофизическими и физико-механическими показателями:
3
- плотность, кг/м - 640-650;
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м⋅К)- 0,1239;
- прочность на изгиб, МПа - 1,8;
- прочность на сжатие, МПа - 2,9.
- верхний предел температуры применения, °С - 1150.
Таким образом, получаемое теплоизоляционное изделие на минеральном связующем любой заданной формы обладает конструкционной прочностью, а также нетоксично и пожаробезопасно.