ВКЛАДЫШ ДЛЯ ВАННЫ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к оборудованию для электролитического рафинирования цветных металлов, химической и электрохимической обработки изделий, и может быть использована в металлургической промышленности при осаждении металлов, а также для обработки мелких и крупногабаритных изделий и для другого гальванического производства, использующего электролиты при рабочих температурах до 80-90°C.
Уровень развития области техники
Известны вкладыши ванн для гальванических производств, содержащие металлический корпус и внутреннее защитное покрытие - вкладыш, выполненный из термопласта, например пластиката или винипласта SU №№ 983153, 1416530, 147788, RU №№ 55780, 2642782, 2404295,  2496926.
Также известны ванны для гальванических производств с вкладышем из инертного материала (RU  № 2165480).
Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по технической сущности является вкладыш ванны для гальванических производств и способ её изготовления. Такая ванна включает многослойный корпус с вкладышем - внутренним защитным покрытием, выполненным из раствора термопластов или полиуретана холодного отверждения, или химически стойкого компаунда, армированного углетканью, и герметизирующего слоя из эпоксиперхлорвинилового связующего, модифицированного фторполимерами  (RU  № 2252278,   прототип).
2
Недостатки известных устройств обусловлены тем, что они не позволяют обеспечить термо- и химической стойкости и долговечности  при изготовлении такого покрытия. Вкладыш из углеткани, пропитанный связующим из эпоксиперхлорвиниловых смол и фторополимеров, устанавливается в вакуумный мешок и отверждается при комнатной температуре под вакуумом (Р = 0,9 кг/см), всё  это очень усложняет и удорожает процесс изготовления гальванической ванны. При такой схеме изготовления покрытия затруднено или невозможно изготовление ванн без швов и/или складок.
Техническая проблема,  разрешаемая в соответствии с настоящей полезной моделью – создание технологичного, термо- и химически стойкого бесшовного вкладыша для  ванны, расширение арсенала   вкладышей ванн, используемых  для гальванизации металлических объектов.
°
12
Технический результат, позволяющий решить поставленную проблему, заключается в повышении долговечности и надёжности вкладыша ванны при эксплуатации,  хранении и транспортировании, преимущественно за счёт обеспечения высокой термохимической стойкости вкладыша: рабочая температура до 120С, стойкость до 99,9% к различным кислотам, 50% к серной кислоте, низкое влагопоглощение 0,05%, допустимая ударная нагрузка при свободном падении до 600 кГ, электрическая прочность 10,5 кВт мм, удельное поверхностное сопротивление 3х10 Ом, а также упрощение технологии, экологичность её изготовления и снижение себестоимости.
Сущность полезной модели
Сущность полезной модели состоит в том, что вкладыш для ванны электролизёра представляет собой ёмкость из инертного материала, он выполнен литьевым способом из полимерного материала  полидициклопентадиена, являющегося  продуктом каталитической метатезисной полимеризации  дициклопентадиена   с  помощью  рутениевого  катализатора  Граббса.
Предпочтительно, полимерный материал  может содержать в качестве наполнителя кварцевую муку.
Предпочтительно,  полимерный материал  содержит добавку-загуститель BYK-410 (до 1%) для получения однородной массы.
Предпочтительно,  полимерный материал  содержит модифицирующие добавки из группы: антиоксиданты, пигменты, пеногасители, растворители, неорганические наполнители, пластификаторы.
Предпочтительно, вкладыш выполнен из полимерного материала методом литья в форму с последующим отверждением и  механической обработкой готового изделия.
Характеристика полезной модели

Термо- и химически стойкий  вкладыш представляет собой монолитную внутреннюю вставку-покрытие толщиной 10-20 мм (толщина может быть другой) из термо- и химически стойкого полимерного композиционного материала Рутепол и служит для защиты оборудования, ёмкостей, электролизных ванн от воздействия агрессивной среды. Форма вкладыша повторяет форму объекта, для защиты которого он изготавливается.

Вкладыши изготавливаются по чертежам литьевым методом на основе двухкомпонентной композиции Рутепол ТУ 2257-002-34485552-2016 (литье в форму с последующим отверждением полимерного изделия).

Вкладыш для электролизных ванн представляет собой объёмное полое изделие (ёмкость),  выполненное из полимерного материала (промышленное наименование Рутепол), представляющего собой  модифицированный полидициклопентадиен, являющийся продуктом каталитической метатезисной полимеризации дициклопентадиена  с помощью рутениевого катализатора Граббса,  с наполнителем – кварцевой мукой (маршаллит).
Метатезис олефинов - химическая реакция, в процессе которой при двойных связях алкенов, участвующих в реакции, происходит перераспределение заместителей.
Метатезисная полимеризация дициклопентадиена - дициклопентадиен с помощью катализаторов Граббса полимеризуется до полидициклопентадиена.
Вкладыш выполнен из полимерного материала методом литья в форму с последующим отверждением при комнатной температуре, и, при необходимости, механической обработкой готового твёрдого полимера с наполнителем
Вкладыш выполнен из полимерного материала, который содержит модифицирующие добавки из группы: антиоксиданты, пигменты, пеногасители, растворители, неорганические наполнители, пластификаторы.
Вкладыш выполнен из полимерного материала, который содержит добавку-загуститель BYK-410 (до 1%) для получения однородной мономерной массы.
Заявляемое устройство характеризуют, в частности, признаки, представляющие собой наличие детали - вкладыша, а также материал, из которого выполнено устройство в целом.
Состав

Полимер Рутепол  ТУ2246-001-34485552-2015.
Краткая технология изготовления

Изготовление вкладыша производится из двухкомпонентной композиции Рутепол ТУ 2257-002-34485552-2016 литьевым методом.
При необходимости производится подготовка поверхности объекта – выравнивание и гидроизоляция ванны электролизёра. Для такой ванны изготавливается опалубка необходимой формы, повторяющая контуры ёмкости с учётом требуемой толщины.

Один компонент двухкомпонентной  композиции Рутепол представляет собой модифицированный раствор на основе дициклопентадиена (Компонент А   -  жидкость бесцветная или желтоватого оттенка с характерным запахом. Основное вещество – дициклопентадиен, содержит добавки антиоксидантов, функциональные добавки, может содержать пигменты или пигментные пасты),  а второй  - представляет собой рутениевый катализатор Граббса (Компонент Б – катализатор, являющийся мелкодисперсным порошком розового цвета), который растворяют  в органическом растворителе, преимущественно в спирте  из группы: фенилэтиловый спирт, бензиловый спирт, перед смешиванием с компонентом А.

Оба компонента двухкомпонентного материала Рутепол смешиваются непосредственно перед формованием при комнатной температуре. Если требуется добавить наполнитель для получения дополнительных свойств материала, рабочий раствор Рутепол тщательно перемешивается с наполнителем, например, кварцевой мукой, в определённой пропорции (в количестве до 50% от смеси компонентов А и Б). Для недопущения расслоения данной смеси может использоваться  добавка-загуститель BYK-410 (реологическая добавка, представляющая собой мочевину в органическом растворителе - N-метилпирролидоне)  в количестве 0,3% массы от композиции Рутепол.
Полученная смесь заливается в специально приготовленную форму  (обработанную антиадгезивным составом и герметично собранную).
Через некоторое время происходит химическая реакция полимеризации с получением твёрдого бесшовного вкладыша,  благодаря адгезии, неразъёмно  связанного с электролизной ванной. После снятия опалубки через 24 часа и выдержки в течение 48 часов изделие готово к эксплуатации.
Основные характеристики указаны в таблице 1.
Технология существенно упрощается в связи с тем, что, в результате растворения катализатора Граббса в органическом растворителе, преимущественно,  спирте  из группы: фенилэтиловый спирт, бензиловый спирт, перед смешиванием с компонентом А, реакция компонентов А и Б идёт при комнатной температуре +18, +20°С, с последующим отверждением.
Область применения
Защита технологического оборудования,  электролизных ванн, ёмкостей от действия агрессивной среды. Преимущества данного вида защиты – монолитная конструкция вкладыша обеспечивает повышенную надёжность и долговечность, низкая теплопроводность и электропроводность сокращает теплопотери, снижает энегрозатраты, высокая ударная прочность материала предохраняет от механических повреждений, легкость конструкции снижает нагрузки на несущие элементы.
Примеры изготовления вкладыша как самостоятельного (отдельного)  изделия
Пример 1

Берут две пластиковые ёмкости на 1л и на 500 мл. Ёмкость на 500 мл герметично приклеивают к центру крышки от ёмкости на 1л. К 500 г композиции Рутепол добавляют 100 мг рутениевого катализатора Граббса, растворенного в бензиловом спирте, перемешивают 1мин и выливают в 1л ёмкость. Ёмкость плотно закрывают крышкой с приклеенной снизу 500 мл ёмкостью. Таким образом, меньшая ёмкость вставлена в большую, а пространство между ними заполнено композицией Рутеполол. Полимеризация начинается при комнатной температуре. Через 30-40 минут смесь задымляется и полимеризуется. После остывания извлекают образец из пластиковых ёмкостей. Получают  твёрдый вкладыш в виде ёмкости.
Пример 2.

Внутрь алюминиевого куба размером 350х350х350мм помещают другой алюминиевый куб  300х300х300мм - так, чтобы между всеми стенками было одинаковое расстояние, и прочно закрепляют винтами сверху. Оба куба предварительно должны быть обработаны антиадгезивом. Берут 12 кг композиции Рутепол, добавляют 36 г сажи (0,3%) и перемешивают.  2,4 г растворенного рутениевого катализатора Граббса  (200 мг/1000 г) добавляют в смесь, перемешивают миксером 30-40 секунд и заливают между стенками кубов, пока жидкость не дойдет до винтов. Кубы закрывают сверху. Полимеризация начинается при комнатной температуре. Через 30-40 минут смесь задымляется и полимеризуется. После остывания полученный образец вытаскивают из алюминиевых кубов. Получают твёрдый черный куб из Рутепола без одной стороны с толщиной стенки около 25 мм.
Пример 3.

Небольшую пластиковую ёмкость переворачивают вверх дном и приклеивают снизу к платформе. С четырех сторон огораживают ёмкость опалубкой так, чтобы между стенками ёмкости и опалубкой было расстояние 8 мм. Стенки опалубки также должны быть выше ёмкости на 8-10 мм. Берут 150 г композиции Рутепол, добавляют 0,5 г добавки-загустителя BYK-410, перемешивают 30 секунд. Затем берут 30 мг растворённого рутениевого катализатора Граббса  (200мг/1000г) добавляя.n в смесь и также перемешивают 30-40 секунд. Сразу после этого берут 45 г кварцевой муки (30%), засыпают в смесь, перемешивают до получения полностью однородной массы и заливают между стенками ёмкости и опалубки до самого верха опалубки. При этом смесь должна полностью скрыть саму ёмкость. Опалубку закрывают. Полимеризация начинается при комнатной температуре. Через 30-40 минут смесь задымляется и полимеризуется. После остывания извлекают образец. Получают твердую серую ёмкость из Рутепола с толщиной стенок 8-10 мм.
Физико-технические характеристики рабочей среды при эксплуатации вкладыша в составе электролизных ванн в цехах электролиза меди приведены в таблице 2.
Поверхность вкладыша получается  гладкой без посторонних включений, расслоений и трещин.
Габаритные размеры и масса вкладыша должны соответствовать значениям, указанным в чертеже на изделие.

Материал вкладыша Рутепол обеспечивает изделию надлежащие эксплуатационные показатели  (прочность,  низкая тепло- и электропроводность,  стойкость в агрессивной среде,  долговечность,  низкая горючесть). Вкладыш изготовлен из термо-кислотостойкого материала с высокими физико-механическими свойствами, стойкого к воздействию агрессивной среды.
Кроме того, изделие можно изготавливать  в широкой цветовой гамме.
Вкладыш не представляет опасности для жизни, здоровья людей и окружающей среды как в процессе эксплуатации, так и после окончания срока эксплуатации и подлежит  утилизации обычным для бытовой продукции порядком.
Использование настоящей полезной модели позволяет обеспечить повышение долговечности и надёжности вкладыша ванны при её эксплуатации, хранении и транспортировке, а также упрощение технологии, экологичность её изготовления и снижение себестоимости.