СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕГОРЮЧЕГО НЕТОКСИЧНОГО ТЕПЛОЗВУКОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ТОНКОДИСПЕРСНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ПЕНЫ
CRUDE MIXTURE FOR PRODUCING NON-COMBUSTIBLE, NONTOXIC HEAT- AND SOUND-INSULATING MATERIAL BASED ON FINE MINERAL FOAM

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в судостроении, строительстве, вагоностроении, аэрокосмической промышленности в качестве сверхлегкого негорючего теплозвукоизоляционного материала для тепловой изоляции корпусных конструкций различного назначения, а также трубопроводов, воздуховодов и энергетических установок и систем в объектах гражданского назначения.
Известен теплоизоляционный материал (патент РФ №2151115 C1, C04B 26/02, C04B 14/38, C04B 38/02, опубл. 20.06.2000 г.), включающий базальтовое супертонкое волокно, поливинилацетатную дисперсию, гидрофобизирующую добавку - кремнийорганическую жидкость ГКЖ-10, кремнезоль и сульфанол при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Поливинилацетатная дисперсия - 2,0÷2,5
Кремнезоль - 3,3÷3,8
Сульфанол - 0,05÷0,1
Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-10 - 01÷0,3
Базальтовое супертонкое волокно диаметром 0,2-3,0 мкм - остальное.
Материал с таким составом и характеристиками эффективен для использования при температурах, не превышающих ~250°C, т.к. в своем составе он содержит органические компоненты (поливинилацетатную дисперсию и др.), которые при более высокой температуре либо выгорают, либо теряют свои функциональные свойства.
Кроме того, этот материал имеет плотность в 2,5-3,0 раза, превышающую плотность материала предлагаемого изобретения, что неприемлемо для конструкций, масса которых строго ограничена (например, на судах с динамическими принципами поддержания и в авиации).
Известна сырьевая смесь для изготовления теплозвукоизоляционного материала (ISSIV0373-0247, Российский химический журнал. Том LIII, вып.4, 2009 г. С.54-61 «Отечественные теплозвукоизоляционного материалы для судостроения», Н.Г. Сударева и др.), включающая, масс.%:
асбест
64,5
смачиватель СВ-102
25,8
гидрофобизирующая жидкость
9,7
Данная сырьевая смесь не содержит в своем составе связующего компонента, структура материала определяется силами естественного сцепления между волокнами, в связи с чем материал имеет низкую механическую прочность. Кроме того, сырьевая смесь в готовом материале практически на 100% состоит из асбеста, оказывающего фиброгенное и канцерогенное воздействие на организм человека.
Известен огнестойкий теплозвукоизоляционный материал (патент РФ №2344109 C1, C04B 38/10, опубл. 20.01.2009 г.), изготовленный из сырьевой смеси, содержащей волокнистый материал, тонкомолотый неорганический наполнитель, поверхностно-активное вещество, гидрофобизирующий и связующий компонент и жидкую дисперсионную среду. В качестве волокнистого материала сырьевая смесь содержит асбест, или асбест и кремнеземное волокно, или базальтовое волокно, или угленовое волокно при их соотношении 1:1, или базальтовое волокно и полиарамидное волокно, диспергированные до получения волокон диаметром не более 0,01 мкм и длиной менее 2 мм, в качестве тонкомолотого наполнителя - графит, или волластонит, или слюду в виде чешуек крупностью менее 5 мкм, в качестве поверхностно-активного вещества - смачиватель СВ-102, в качестве гидрофобизатора и связующего - ГКЖ-94, в качестве жидкой дисперсионной среды - воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанный волокнистый материал
2,5-2,8
Указанный тонкомолотый неорганический наполнитель
0,3
Смачиватель СВ-102
0,5
ГКЖ-94
0,4
Вода
96,3-96,7
Приведенный состав сырьевой смеси является наиболее близким по составу, технической сущности и достигнутому результату и принят в качестве прототипа.
Механическую прочность всех приведенных вариантов сырьевых смесей обеспечивают в основном минеральные волокна, которые и формируют пористую структуру материала, удерживаемую силами собственного сцепления.
Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик: повышение механической прочности и экологической безопасности при сохранении негорючести.
Технический результат достигается тем, что в сырьевой смеси для получения негорючего нетоксичного теплозвукоизоляционного материала, содержащей асбест, поверхностно-активное вещество - смачиватель СВ-102 и гидрофобизирующую жидкость, дополнительно используется ультратонкое базальтовое волокно и коллоидный кремнезем при следующем соотношении компонентов, масс % (на сухое вещество минерального волокна):
- Асбест хризотиловый
13-20
- Базальтовое волокно
40-50
- Поверхностно-активное вещество
20-25
(смачиватель СВ-102)
- Гидрофобизирующая жидкость
6-13
(ГКЖ-10 или ГКЖ-11 или ГКЖ-94)
- Коллоидный кремнезем
10-15
Введение в сырьевую смесь базальтового ультратонкого волокна диаметром от 0,5 до 3,0 мкм позволяет формировать устойчивую тонкодисперсную минеральную пену, не разрушающуюся в процессе сушки. Количество базальтового волокна варьировалось от 50% до 100% замещения асбестового волокна. Наиболее оптимальным соотношением содержания в смеси асбестового и базальтового волокон оказалось: 75% базальтового и 25% асбестового. При 100% замене имелся выигрыш в части экологической чистоты, но снижались прочностные характеристики материала.
Введение коллоидного кремнезема (кремнезоль-КС), представляющего собой продукт ионной обработки жидкого стекла, в процессе отверждения обеспечивало упрочнение структуры материала. Количество его в смеси варьировалось от 5% до 20%: введение 5% практически не сказывалось на прочностных характеристиках, введение 20% и более приводило к увеличению плотности материала и увеличению доли несвязанного коллоидного кремнезема. Оптимальным содержанием этого компонента было принято от 10 до 15%.
В предлагаемой сырьевой смеси для получения теплозвукоизоляционного материала использовались следующие материалы
- асбест хризотиловый
ГОСТ 12871-67
- поверхностно-активное вещество
ТУ 6-14-935-80
(смачиватель СВ-102)
- гидрофобизирующая жидкость
(ГКЖ-10 или ГКЖ-11)
ТУ 6-02-696-76
(ГКЖ-94)
ГОСТ 10834-76
- ультратонкое базальтовое волокно
ТУ 5169-001-13062592-2000
- коллоидный кремнезем
(кремнезоль-КС)
ТУ 2145-002-76287984-09
Способ получения теплозвукоизоляционного материала заключается в следующем.
Необходимое количество воды и гидрофобизирующей жидкости последовательно загружают в реактор и перемешивают в течение 2-3 мин. Затем загружают хорошо размятую и предварительно замоченную в воде смесь асбеста и базальтового волокна, смачиватель СВ-102, добавляют расчетное количество коллоидного кремнезема. Полученную смесь тщательно перемешивают, перекачивают в пеногенератор и проводят вспенивание при кратности пены 2,5 в течение 40 мин.
Полученную пеномассу разливают на подложку транспортерной ленты, разравнивают, после чего пена поступает на сушку. Интервал между разливом пеномассы и началом ее сушки не должен превышать 45 мин.
Температура в сушильной камере должны поддерживаться в пределах: 60°C - при входе, 110°C - при выходе.
Высушенная пеномасса поступает в камеру для термической обработки. В процессе термической обработки происходит разложение и удаление органической добавки, смачивателя СВ-102 и полимеризация гидрофобизатора. Термическая обработка производится при температуре от 250°C до 260°C в течение 30-40 мин. до прекращения выделения газообразных продуктов. После термообработки материал приобретает эластичность и гидрофобные свойства.
Для экспериментальной проверки заявленного изобретения было изготовлено несколько вариантов составов сырьевой смеси (таблица 1), образцы которых в результате испытаний показали высокие эксплуатационные характеристики (таблица 2).
Таблица 1
Варианты составов сырьевой смеси
№ состава
Химический состав, масс.%
Асбест хризотиловый
Базальтовое волокно
Смачиватель СВ-102
Гидрофобизир. жидкость
Коллоидный кремнезем (кремнезоль-КС)
0,5 мкм
1,5 мкм
3,0 мкм
ГЛЖ-10
ГКЖ-11
ГКЖ-94
1
14
42
21
8
15
2
15
45
22
8
10
3
16
48
20
6
10
4
13
40
20
13
14
5
15
45
23
7
10
6
16
48
20
6
10
Таблица 2
Результаты испытаний сырьевой смеси
Номер состава
Показатели
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность на сжатие, МПа
Сорбционное увлажнение за 24 ч., %, не менее
1
35,0
0,038
2,9
2
39,0
0,042
3,4
3
40,0
0,045
4,0
4
37,0
0,043
3,0
5
38,0
0,043
3,3
6
40,0
0,045
3,3