СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF MAKING HEAT INSULATING ARTICLES

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных материалов с заданной геометрической формой на основе вспученного вермикулита.
Известен состав сырьевой смеси и способ получения огнезащитного конструкционно-отделочного материала (Патент РФ 2169717, C04B 28/26, 27.06.2001). Известный состав содержит 58-77% вспученного вермикулита, 10-25% (на сухое вещество) растворимого силиката натрия, 2-10% триполифосфата щелочного металла и дополнительно каолин, мел и минеральное волокно. Основным недостатком этого состава является введение в состав смеси триполифосфата щелочного металла, каолина и мела, которые в процессе перемешивания компонентов, вступают в реакцию с жидким стеклом и разрушают его структуру, в результате чего его клеющая способность снижается. Кроме того, недостатком способа является необходимость нагрева формовочной смеси до температуры 160-190°C, сложность процессов смешения и горячего прессования плит и большая длительность процесса их сушки.
Известен также состав и способ изготовления плит из вспученного вермикулита (Н.А. Попов. Производство и применение вермикулита. - М.: 1964, с 117-129). Недостатком состава является использование кремнефтористого натрия, используемого в качестве отвердителя. При его взаимодействии с жидким стеклом образуется фторид натрия, который относится к химическим соединениям 1-го класса опасности. Недостатком способа также является использование прямого электрического нагрева при сушке плит (27-33 кВт), что связано с проблемой безопасности труда при осуществлении технологического процесса. Кроме того, вследствие низкой прочности плиты после прессования, возникает проблема ее извлечения из пресс-формы, а сушку прессованных плит необходимо проводить в течение 10 часов.
Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению является состав сырьевой смеси и способ изготовления теплоизоляцонных плит (Патент РФ 2126776, C04B 28/26, C04B 38/08, 27.02.1999). По прототипу сырьевая смесь содержит (мас.%): вспученный вермикулит 30-40, жидкое стекло 30-60, тонкомолотый доломит 10-30. Недостатком этого состава является введение в состав смеси доломита, который при его введении свыше 7-10% разрушает структуру исходного жидкого стекла и снижает его клеющую способность.
Основными недостатками этого способа являются необходимость нагрева всех компонентов смеси перед дозированием и смешением до температуры 40-70 C, формования плит на гидравлическом прессе и проведения тепловой сушки плит в течение 60 мин, СВЧ-сушки в течение 15 мин и последующего выдерживания плит в штабелях под пригрузом в течение 16 часов, что увеличивает длительность цикла изготовления изделий до 17,5 часов.
Задачей настоящего изобретения является упрощение технологии и сокращение длительности цикла получения теплоизоляционных изделий на основе вспученного вермикулита со свойствами, превышающими свойства изделий по прототипу.
3
сж
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления теплоизоляционных изделий, включающий дозирование и перемешивание вспученного вермикулита и жидкого стекла с плотностью 1360-1450 кг/м, последующее формообразование и термообработку, отличающийся тем, что используют жидкое стекло с модулем 2,83,2 а формование изделий проводят при термическом нагреве при температуре 500-550°C в течение 1 часа приготовленной сырьевой смеси, содержащей (% мас.): указанное жидкое стекло - 70-73, вспученный вермикулит - 27-30 и загруженной в разборные металлические формы, снабженные крышками с жесткими фиксаторами, и уплотненной с коэффициентом сжатия К равным 1,1-1,5 с заполнением всего внутреннего объема формы, после охлаждения до температуры 120-150°C, формы разбираются и из них извлекаются изделия с заданной формой и размерами.
Основным преимуществом предлагаемого состава смеси является пониженное содержание вспученного вермикулита, что позволяет регулировать, при заданном коэффициенте сжатия, свободное поровое (межчастичное) пространство при засыпке готовой смеси в формы. Повышенное содержание жидкого стекла в смеси обусловлено предлагаемым способом изготовления изделий, в котором при термическом нагреве смеси, заключенной в форме, происходит вспенивание жидкого стекла и заполнение этой пеной свободного перового пространства, в результате чего формируются конечные размеры и структура изделий.
3
Основным преимуществом предлагаемого способа изготовления изделий из вспученного вермикулита является исключение из технологического цикла операций прессования изделий и их последующей сушки, что позволяет сократить длительность процесса изготовления изделий в 10 и более раз. Это достигается за счет совмещения операций сушки и формообразования изделий в процессе их термообработки при 500-550°C в течение 1 часа. В этот период происходит сначала удаление свободной воды из жидкого стекла, а затем, в процессе удаления химически связанной воды происходит вспенивание жидкого стекла с существенным увеличением объема, в результате чего происходит заполнение свободного пространства между частицами вермикулита и возникает внутреннее избыточное давление, под действием которого происходит уплотнение пористой смеси в замкнутом объеме формы с образованием структуры изделий, получение которой не возможно при использовании традиционных способов получения изделий с использованием метода предварительного прессования исходных смесей и последующей сушки изделий. Отсутствие в предлагаемом способе операции прессования позволяет получать изделия с плотностью от 300 кг/м, чего нельзя достичь при использовании известных способов.
Пример исполнения.
3
Дозированное количество товарного жидкого стекла по ГОСТ 13078-81 с модулем m=2,83,2 и плотностью при 20°C 1360-1450 кг/м перемешивалось с необходимым количеством вспученного вермикулита с размером зерен 2-5 мм в течение 5 минут. Полученная смесь засыпалась в разборную металлическую форму с внутренним объемом 2,15 л (24,5×11,7×7,5 см). Масса загружаемой смеси - 550-750 г/л. Внутренние стенки формы перед засыпкой смеси предварительно смазывались глино-меловой или мелоизвестковой суспензией для предотвращения прилипания изделий к стенкам формы при термообработке.
3
После засыпки смесь в форме уплотнялась до заполнения всего внутреннего объема формы, далее форма закрывалась верхней крышкой, которая жестко фиксировалась с помощью специальных устройств. Затем форма помещалась в печь, предварительно нагретую до температуры 500-550°C с выдержкой при этой температуре в течение 1 часа, после чего форма извлекалась из печи, и после охлаждения до 120-150°C форма разбиралась и из нее извлекалось изделие с заданной формой и геометрическими размерами. Изделия из составов 1-5 (табл.1) изготовлены с использованием товарного жидкого стекла с модулем равным 2,8-3,0 и плотностью 1360-1450 кг/м. Изделия из состава 8 изготовлены в соответствии с прототипом.
3
При изготовлении теплоизоляционных изделий также можно использовать жидкое стекло, получаемое методом прямого синтеза из микрокремнезема, гидроксида натрия и воды путем совместного перемешивания этих компонентов в течение 15-30 мин. В зависимости от величины модуля жидкого стекла расход исходных компонентов на получение 100 кг жидкого стекла с плотностью 1400-1450 кг/м составляет:(% мас.):
- при модуле m=2,8 микрокремнезем - 37,5; гидроксид натрия - 15,6; вода-46,9;
- при модуле m=3,0 - микрокремнезем - 38,7; гидроксид натрия - 15,1; вода - 46,2;
- при модуле m=3,2 - микрокремнезем - 39,5; гидроксид натрия - 14,3; вода - 46,2.
При необходимости получения жидкого стекла с меньшей плотностью синтезированное жидкое стекло разбавляют расчетным количеством воды.
Составы смесей, режимы обработки и показатели свойств изделий представлены в таблицах 1 и 2, из которых следует, что использование предлагаемых способа изготовления изделий и состава сырьевых смесей позволяет сократить время изготовления до 1-1,1 часа, то есть уменьшить время цикла изготовления изделий не менее чем в 10 раз по сравнению с известными способами. Способ изготовления изделий методом их формования при термическом вспучивании жидкого стекла в составе смеси обеспечивает получение изделий с низкой плотностью, теплопроводностью и повышенной прочностью. Повышение прочности изделий обусловлено образованием на поверхности изделий более плотного слоя толщиной 2-5 мм в процессе термического нагрева и вспучивания смеси. Эффект поверхностного уплотнения и упрочнения изделий не достижим при использовании всех известных способов изготовления изделий на основе вермикулита и жидкого стекла.
Таблица 1
Компоненты смеси и свойства изделий
Состав смеси (мас.%), режимы обработки и показатели свойств изделий
1
2
3
4
5
6
7
8 (прот.)
Вспученный вермикулит
27
28
30
27
30,0
27,0
30,0
35,0
Товарное жидкое стекло
73
72
70
73
70
73
70
40
Модуль/плотность жидкого стекла кг/м<sup>3</sup>
2,8/1360
2,8/1400
2,8/1450
3,0/1360
3,0/1400
3,2/1400
3,2/1450
3,0/1400
Доломит
-
-
-
-
-
-
-
25
Коэффициент сжатия
1,1
1,2
1,5
1,2
1,5
1,1
1,2
2,5
Температура сушки, °С
-
-
-
-
-
-
-
180
Время сушки, ч
-
-
-
-
-
-
-
12
Температура обжига, °С
500
550
500
550
500
550
500
-
Время обжига, ч
1
1
1
1
1
1
1
-
Плотность изделий, кг/м<sup>3</sup>
340
345
390
405
450
310
320
530
Прочность при сжатии, МПа
1,5
1,3
2,7
2,4
2,8
1,5
1,8
2,1
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·град
0,076
0,079
0,083
0,074
0,080
0,068
0,073
0,11
Таблица 2
Компоненты смеси и свойства изделий
Состав смеси (мас.%), режимы обработки и показатели свойств изделий
1
2
3
4
5
6
7
8
Вспученный вермикулит
27
28
30
27
30
27
30
30
Жидкое стекло на основе микрокремнезема и NaOH
73
72
70
73
70
73
70
70
Модуль/плотность жидкого стекла кг/м<sup>3</sup>
2,8/1360
2,8/1400
2,8/1450
3,0/1360
3,0/1400
3,2/1400
3,2/1450
3,0/1450
Коэффициент сжатия
1,1
1,2
1,5
1,2
1,5
1,1
1,2
1,5
Температура обжига, °С
500
550
500
550
500
550
500
500
Время обжига, ч
1
1
1
1
1
1
1
1
Плотность изделий, кг/м<sup>3</sup>
320
350
390
315
430
310
320
350
Прочность при сжатии, МПа
1,3
1,4
2,8
2,3
2,9
1,7
1,9
2,5
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·град
0,074
0,077
0,079
0,068
0,080
0,066
0,072
0,080