ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО

Полезная модель относится к области строительства, а именно к покрывным теплоизоляционным материалам и изделиям из них, которые могут быть использованы для тепловой изоляции технологического оборудования в сфере строительства, машиностроения, авиации, космоса, железнодорожного транспорта, в том числе трубопроводов, емкостей, стен домов, кровли, транспортных средств и др.
Известны теплоизоляционные материалы (ТМ) из минеральной ваты на основе базальтового волокна (каменной ваты) (ГОСТ 4640-93), которые используются для изоляции трубопроводов с высокотемпературным теплоносителем до 700°С. Недостатком известных ТМ в качестве теплоизоляции и изделий из него является ограниченный срок службы в режиме применения с максимально допустимой рабочей температурой, который составляет не более 15-20 месяцев.
При температурах теплоносителя свыше 700°С используются ТМ на основе перлита, вермикулита (ГОСТ 12865-67), муллито-кремнеземистого волокна (ГОСТ 23619-79). Гарантированный срок службы муллито-кремнеземистой теплоизоляции (каолиновая вата) при температурах теплоносителя 700-800°С составляет не менее 10 лет. Недостатком ТМ является его высокая стоимость - примерно в 4-7 раз выше по сравнению с минеральной ватой на основе базальтового волокна.
2
Известен рулонный теплоизоляционный материал, включающий теплоизоляционный слой из стекловолокна толщиной 0,1-0,3 мм и массой на единицу площади 62-400 г/м, выполненного из алюмоборсиликатного или щелочного стекла и покрывающий его металлизированный экранирующий слой толщиной 5-20 мкм, при этом теплоизоляционный слой выполнен в виде стеклоткани, образованной переплетением нитей основы и утка, а экранирующий слой - в виде или металлизированного лавсана, или алюминиевой фольги, покрытых со стороны присоединения экранирующего слоя к стеклоткани термосвариваемым слоем из полиэтилена толщиной от 40 до 60 мкм (RU16161 U1, 10.12.2000). Недостатком известного материала является низкие прочностные характеристики (прочность на разрыв не более 0,3 МПа), высокая теплопроводность более 0,3 Вт/м°С.
Наиболее близким решением к заявляемой полезной модели является комбинированный теплоизоляционный материал и изделие из него (RU92933 U1, 10.04.2010). Теплоизоляционный материал состоит из двух соединенных между собой слоев теплоизоляции, один из которых изготовлен на основе муллито-кремнеземистого волокна, а другой из минераловатного утеплителя, а теплоизоляционное изделие выполнено из теплоизоляционного материала и состоит из двух соединенных между собой слоев теплоизоляции, один из которых изготовлен на основе муллито-кремнеземистого волокна, а другой из минераловатного утеплителя.
Известная полезная модель - комбинированная теплоизоляция имеет два скрепленных между собой слоя: прилегающего к поверхности оборудования внутреннего слоя теплоизоляции на основе муллито-кремнеземистого волокна, предназначенного для теплоизоляции высокотемпературных теплоносителей (максимальная температура применения - до 1150°С.), и внешнего слоя (прилегающего к внешней поверхности внутреннего слоя) теплоизоляции на основе минераловатного утеплителя, предназначенного для изоляции трубопроводов с рабочей температурой теплоносителя до 700°С.
Толщина внутреннего слоя из муллито-кремнеземистой теплоизоляции для каждого случая применения предлагаемой комбинированной теплоизоляции рассчитывается таким образом, чтобы температура его внешней поверхности достигала не более 700°С, и, как правило, составляет не менее 20 мм и имеет долю в общей толщине КОМБИ от 20% до 80%.
Толщина внешнего слоя также рассчитывается, исходя из условий применения, и может составлять от 20 до 200 мм.
Слои теплоизоляции КОМБИ скрепляют между собой или с помощью высокотемпературных минеральных клеевых смесей (к примеру, минеральное жидкое стекло и т.п.) или с помощью механических фиксаторов в виде стальных проволочных скоб и скрепок.
Несмотря на достаточно высокие эксплуатационные характеристики ТМ, он имеет следующие недостатки: большой расход ТМ, т.к. толщина его достигает до 200 мм, низкие теплоизоляционные свойства, ненадежность скрепления теплоизоляционных слоев. Ограниченные области использования изделий при низких температурах эксплуатации.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение теплоизоляционных, теплофизических характеристик материала (снижение его теплопроводности, тепловосприятия и теплоотдачи), при высокой прочности сцепления материала с основой покрываемого изделия, снижение температуры внешней поверхности покрываемой поверхности, например, трубопроводов до температуры 260°С. Использование материала при низких температурах, при этом температура внешней поверхности покрываемой поверхности может достигать до минус 60°С.
3
Технический результат достигается тем, что теплоизоляционный материал, включает слой основы пористой теплоизоляции из муллито-кремнеземистого волокна или из минеральной ваты на основе базальтового волокна и покрывающего основу металлизированный экранирующий слой, при этом указанные слои соединены между собой за счет пропитки пористой основы утепляющей краской «Теплос-Топ», содержащей в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450-750 кг/м, твердостью по Моосу 5,0-6,0, со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 30-60; диаметр (5-10 мкм) 15,0-20; диаметр (10-30 мкм) 5,0-30; диаметр (30-50 мкм) 5,0-30; диаметр (60-100 мкм) 8,0-10; диаметр (100-250 мкм) 5,0-10, и полимерное связующее, выбранное из группы, включающей: 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 60,0-80,0; вышеуказанное связующее 20,0-40,0. Дополнительно снизу пропитанный слой волокнистой основы материала может содержать клеевой слой и слой вощеной бумаги. Теплоизоляционный материал имеет либо рулонную, либо листовую форму.
3
Теплоизоляционное изделие, выполненное из пористого теплоизоляционного материала согласно п.п.1-3 формулы, состоит из муллито-кремнеземистого волокна или из минеральной ваты на основе базальтового волокна и покрывающего основу металлизированного экранирующего слоя, при этом указанные слои соединены между собой за счет пропитки пористой основы утепляющей краской «Теплос-Топ», содержащей в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450-750 кг/м, твердостью по Моосу 5,0-6,0, со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 30-60; диаметр (5-10 мкм) 15,0-20; диаметр (10-30 мкм) 5,0-30; диаметр (30-50 мкм) 5,0-30; диаметр (60-100 мкм) 8,0-10; диаметр (100-250 мкм) 5,0-10, и полимерное связующее, выбранное из группы, включающей: 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты; сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 60,0-80,0; вышеуказанное связующее 20,0-40,0.
В качестве основы пористой теплоизоляции используют муллито-кремнеземистый рулонный войлок МКРВ-200, ГОСТ 23619-79, или волокнистый материал из полого стеклянного волокна Т-15П-76; Т-45П-76; Т-3 ООП-76 или минеральную вату на основе базальтового волокна по ГОСТ 4640-93 «Вата минеральная супертонкая из базальтового сырья». Указанные материалы представляют собой прочный, гибкий и эластичный огнеупорный теплоизоляционный материал. Их легко кроят, режут ножом и вырезают необходимые формы.
Покрывающий основу металлизированный экранирующий слой состоит из алюминиевой фольги ГОСТ 618-73 «Фольга алюминиевая для технических целей ТУ», толщина фольги от 0,08 до 0,2 мм Настоящий стандарт распространяется на алюминиевую рулонную фольгу, применяемую для термо-, гидро- и звукоизоляции. Фольгу изготовляют из алюминия марок АД1, АДО, АД и АМц с химическим составом по ГОСТ 4784-97 и А7, А6, А5 и АО с химическим составом по ГОСТ 11069-74.
В данной полезной модели использовалась фольга толщиной 0,08, 0,12 и 0,2 мм.
В качестве металлизированного экранирующего слоя был также опробован фольгоизол, который представляет собой стеклоткань, склеенную полиэтиленовой пленкой, не имеющей механических и химических примесей (ГОСТ 16337-77) с гофрированной алюминиевой фольгой (ГОСТ618-73). Изготавливается методом прокатки алюминиевой фольги, стеклоткани с расплавом полиэтилена. Алюминиевая фольга толщиной СРФ-100 мкм, как составляющая материала фольгоизола, отражает до 97% теплового излучения, применяется в качестве защитного слоя для изоляции трубопроводов при температуре от минус 200°С до плюс 550°С и других изоляционных целей с обязательным последующим покрытием другими материалами.
Теплоизоляционное изделие и материал, полученные согласно предлагаемой полезной модели имеют толщину от 1 до 10 мм.
На фиг представлен в разрезе фрагмент теплоизоляционного материала, где 1 - это пористая основа, 2 - полые керамические микросферы после пропитки основы краской «Теплос-Топ», 3 - металлизированный экранирующий слой.
Теплоизоляционный материал имеет прочность на разрыв 0,35-0,45 МПа, теплопроводность 0,01-0,03 Вт/м°С, обладает высокими огнестойкими свойствами. При его применении, например для покрытия трубопроводов, температура внешнего слоя снижается до 260°С, что в 2 раза ниже по сравнению с прототипом, при толщине теплоизоляционного материала на порядок ниже (1-10 мм по сравнению с 20-200 мм для прототипа).
Сущность заявленной полезной модели подтверждается примерами.
Пример 1
3
На лист алюминиевой фольги ГОСТ 618-73 толщиной 0,2 мм, длиной, 100 см и шириной 50 см наносят слой утепляющей краски Теплос-Топ толщиной 2,0 мм, затем на этот слой накладывают волокнистый материал, в качестве которого используют муллито-кремнеземистый рулонный войлок МКРВ-200, ГОСТ 23619-79, толщиной 6 мм, после чего наносят еще один слой утепляющей краски толщиной 2,0 мм, при этом указанные слои соединены между собой за счет пропитки пористой основы утепляющей краской «Теплос-Топ», содержащей в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 500 кг/м, твердостью по Моосу 5,0, со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 50; диаметр (5-10 мкм) 15,0; диаметр (10-30 мкм) 10,0; диаметр (30-50 мкм) 5,0; диаметр (60-100 мкм) 10,0; диаметр (100-250 мкм) 10,0 и полимерное связующее: сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 60,0; вышеуказанное связующее 40,0. После высушивания получается лист теплоизоляционного материала (ТМ) с теплопроводностью 0,03 Вт/м°С, при толщине около 10 мм имеет прочность на разрыв 0,45 МПа. Указанный ТМ с такими характеристиками предназначен для теплоизоляции газоходов: рабочая температура теплоносителя 1000°С.Для указанного ТМ максимальная температура применения до 1150°С.Технический результат заключается в снижении расхода ТМ: для прототипа толщина ТМ составляет 200 мм, для заявленного ТМ - около 10 мм.
В качестве металлизированного экранирующего слоя был также опробован фольгоизол, который представляет собой стеклоткань, склеенную полиэтиленовой пленкой с гофрированной алюминиевой фольгой (ГОСТ618-73). в качестве защитного слоя для изоляции трубопроводов при температуре от минус 200°С Пример 2
3
На лист фольгоизола ГОСТ 618-73 толщиной 0,2 мм, длиной, 120 см и шириной 60 см наносят клеевой слой (около 0,1 мм) и слой вощеной бумаги (0,1 мм), затем на бумагу наносят слой утепляющей краски Теплос-Топ толщиной 1,0 мм, затем на этот слой накладывают волокнистый материал, в качестве которого используют муллито-кремнеземистый рулонный войлок МКРВ-200, ГОСТ 23619-79, толщиной 4 мм, после чего наносят еще один слой утепляющей краски толщиной 1,0 мм, при этом указанные слои соединены между собой за счет пропитки пористой основы утепляющей краской «Теплос-Топ», содержащей в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 750 кг/м, твердостью по Моосу 6,0, со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 30,0; диаметр (5-10 мкм) 20,0; диаметр (10-30 мкм) 30,0; диаметр (30-50 мкм) 7,0; диаметр (60-100 мкм) 8,0; диаметр (100-250 мкм) 5,0 и полимерное связующее: сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 70,0; вышеуказанное связующее 30,0. После высушивания получается лист теплоизоляционного материала (ТМ) с теплопроводностью 0,03 Вт/м°С, при толщине около 6,0 мм имеет прочность на разрыв 0,35 МПа. Указанный ТМ с такими характеристиками предназначен для изоляции трубопроводов при температуре жидкого азота, например, в криогенной технике.
Пример 3
3
На лист алюминиевой фольги ГОСТ 618-73 толщиной 0,08 мм, длиной, 100 см и шириной 50 см наносят слой утепляющей краски Теплос-Топ толщиной 1,0 мм, затем на этот слой накладывают волокнистый материал, в качестве которого используют муллито-кремнеземистый рулонный войлок МКРВ-200, ГОСТ 23619-79, толщиной 2 мм, после чего наносят еще один слой утепляющей краски толщиной 1,0 мм, при этом указанные слои соединены между собой за счет пропитки пористой основы утепляющей краской «Теплос-Топ», содержащей в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450 кг/м, твердостью по Моосу 5,0, со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 30,0; диаметр (5-10 мкм) 15,0; диаметр (10-30 мкм) 5,0; диаметр (30-50 мкм) 30,0; диаметр (60-100 мкм) 10,0; диаметр (100-250 мкм) 5,0, и полимерное связующее: 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 80,0; вышеуказанное связующее 20,0. После высушивания получается лист теплоизоляционного материала (ТМ) с теплопроводностью 0,01 Вт/м°С, при толщине около 4 мм имеет прочность на разрыв 0,35 МПа. Указанный материал использовался для теплоизоляции паропровода острого пара (рабочая температура теплоносителя 650°С). Технический результат заключается в снижении расхода ТМ: для прототипа толщина ТМ составляет 120 мм, для заявленного ТМ - около 4 мм.
Пример 4.
3
На лист алюминиевой фольги ГОСТ 618-73 толщиной 0,12 мм, длиной, 100 см и шириной 50 см наносят слой утепляющей краски Теплос-Топ толщиной 0,5 мм, затем на этот слой накладывают волокнистый материал, в качестве которого используют муллито-кремнеземистый рулонный войлок МКРВ-200, ГОСТ 23619-79, толщиной 2,5 мм, после чего наносят еще один слой утепляющей краски толщиной 0,5 мм, при этом указанные слои соединены между собой за счет пропитки пористой основы утепляющей краской «Теплос-Топ», содержащей в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450 кг/м, твердостью по Моосу 5,5, со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 60; диаметр (5-10 мкм) 15,0; диаметр (10-30 мкм) 5,0; диаметр (30-50 мкм) 7; диаметр (60-100 мкм) 8,0; диаметр (100-250 мкм) 5,0, и полимерное связующее: 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 70,0; вышеуказанное связующее 30,0. После высушивания получается лист теплоизоляционного материала с теплопроводностью 0,01 Вт/м°С, при толщине около 3,6 мм имеет прочность на разрыв 0,40 МПа. Полученный материал использовался для защиты стального трубопровода горячей воды, имеющего температуру внешнего слоя около 90°С. При использовании заявленного теплоизоляционного материала полностью отсутствовала теплопотеря и вода поступала по назначению при температуре подачи. Близкий эффект достигается в прототипе, но при толщине слоя 50 мм.
Материал, полученный согласно полезной модели может использоваться для тепловой изоляции технологического оборудования в сфере строительства, машиностроения, авиации, космоса, железнодорожного транспорта, в том числе трубопроводов, емкостей, стен домов, кровли, транспортных средств.
Сфера применения: трубопроводы, емкости, стены домов, кровли, транспорт, словом везде, где применяются традиционные утеплители.
Метод изготовления теплоизоляционных изделий традиционный: подготовка поверхности, затем нанесение теплоизоляционного материала.
Изделия из материала пропитанного краской «Теплое Топ» приобретают свойства гидрофобности и негорючести, обладая при этом низкой теплопроводностью и высокими огнестойкими и теплоизоляционными свойствами. Кроме того, срок службы изделий из предложенного ТМ составляет не менее 7 лет, сроки хранения ТМ, как в форме пластин, так и рулонной не ограничены.