Термо- и химически стойкий листовой конструкционный элемент электролизёра

Область, 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.
Полезная модель представляет собой композитный защитный термо- и химически стойкий  листовой конструкционный элемент или листовой облицовочный материал, предназначенный для изготовления стенок ванн для гальванического производства, использующего агрессивные жидкости – электролиты при рабочих температурах до 80-90°C.
Уровень развития области техники
Известен листовой конструкционный элемент, содержащий слой битумного материала, а также клеевой монтажный слой,  представляющий собой эластичный полимерный слой  (RU №  136387).
Известен броневой лист, конструкционный элемент, представляющий собой облицовку для установки на боковых поверхностях боевой машины в качестве дополнительной защиты (RU №  173006).
Известен электролизер для разделения легкоплавких сплавов электролизом в расплаве солей, в котором ванна  образована  стенками из термостойкого электроизоляционного материала (RU № 2647059).
Известен  электролизер, стенки которого изготавливают из материала из группы: материал на основе карбида углерода или карбида кремния,  материал на основе карбида кремния, нитрида кремния, и карбида бора (RU №  2133302).
Известен двухслойный лист, включающий воздухо- и водонепроницаемый покровный лист из термопластичного полимерного материала, например из полиэтилена или полиэтилентерафталата, и расположенный под ним лист нетканого синтетического материала, причем между покровным листом и нетканым листом расположен слой из полимерного материала с температурой плавления меньшей, чем у покровного листа и нетканого листа, например из сэвилена   (RU №   77 935).
Известен лист полимерный, содержащий слой из термопластичного полимерного материала, предпочтительно полиэтилена, а также слой из нетканого синтетического материала или фильтрующего синтетического материала, который соединен по всей поверхности или дискретно со слоем из термопластичного материала  (RU №  101770)
Известен листовой облицовочный материал, выполненный в виде нескольких слоев, состоящих из неорганического связующего, представляющего собой жидкое стекло, и армирующего наполнителя на основе органических волокон (RU №  165369).
Известен листовой облицовочный материал, выполненный в виде листа, характеризующегося прочностью на изгиб не менее 95 Мпа, и состоящего из неорганического связующего, представляющего собой жидкое стекло и армирующий наполнитель на основе неорганических волокон. В качестве армирующего наполнителя на основе неорганических волокон используются базальтовые ткани, базальтовый войлок, углеродные ткани (RU №  170650, 2016, прототип).
Недостатки известных устройств известных устройств обусловлены тем, что они не позволяют обеспечить необходимой термо- и химической стойкости и долговечности  при изготовлении облицовки или покрытия для электролизных ванн.
Техническая проблема,  разрешаемая в соответствии с настоящей полезной моделью – создание технологичной, термо- и химически стойкого покрытия для электролизных ванн.

0
12
Технический результат, позволяющий решить поставленную проблему, заключается в повышении долговечности и надёжности покрытия при его эксплуатации, преимущественно за счёт обеспечения высокой термо- и химической стойкости слоя покрытия Рутепол: рабочая температура до 120С, стойкость до 99,9% к различным кислотам, к 50% 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 конструкционный листовой элемент покрытия для электролизных ванн  содержит соединенные между собой полимерные слои, причем первый слой выполнен из водо- и газонепроницаемого  эластомера, а второй - из материала  полидициклопентадиен,  представляющего собой продукт каталитической метатезисной полимеризации дициклопентадиена на рутениевом катализаторе Граббса.
Предпочтительно, первый слой выполнен толщиной  2,0 – 3,0 мм  из материала полиизобутилен, представляющего собой  водо- и газонепроницаемый синтетический  каучук.
Предпочтительно, второй слой выполнен из термо- и химически стойкого полимерного материала методом из группы: литья в форму с последующим отверждением при нормальной температуре,  толщиной  8 -15 мм.
Предпочтительно, второй слой выполнен из полимерного материала, который содержит модифицирующие добавки: из группы: антиоксиданты, пластификаторы, пигменты, неорганические наполнители.
Предпочтительно, второй слой  выполнен из полимерного материала, который может содержать пигменты или пигментные пасты.
Предпочтительно, первый и второй слои соединены между собой адгезией за счёт полимеризации второго слоя на предварительно установленном в форму первом слое.
Характеристика полезной модели
Термо- и химически стойкий листовой конструкционный элемент  содержит   соединённые между собой полимерные слои, причем  первый слой выполнен из водо- и газонепроницаемого синтетического эластомера, а второй – из материала полидициклопентадиен,  представляющего собой  продукт каталитической метатезисной полимеризации дициклопентадиена  с помощью рутениевого катализатора Граббса.
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.
Первый слой выполнен толщиной 2,0 – 3,3 мм из материала полиизобутилен, представляющего собой газонепроницаемый синтетический  каучук.

Второй слой выполнен из термохимически стойкого  полимерного материала (промышленное наименование – Рутепол),  методом из группы: литья в форму с последующим отверждением при комнатной температуре.
Второй слой выполнен из полимерного материала, который содержит модифицирующие добавки из группы: антиоксиданты, пластификаторы, пигменты, неорганические наполнители.
Второй слой  выполнен из полимерного материала, который содержит добавку-загуститель BYK-410. Первый и второй слои соединены между собой за счет полимеризации второго слоя на предварительно установленном в форму первом слое.
Заявляемое устройство характеризуют, в частности, признаки, представляющие собой  наличие  детали – конструкционного элемента, а также  материал, из которого выполнено устройство в целом.

Термо- и химически стойкий  конструкционный элемент  с использованием материала  Рутепол представляет собой изделие  из  указанного выше композиционного высококачественного полимерного материала.

Конструкционный элемент  изготавливаются по чертежам на основе двухкомпонентной  композиции   Рутепол ТУ 2257-002-34485552-2016 (литьё в форму с последующим отверждением полимерного изделия).
Конструкционный элемент  используются  для защиты технологического оборудования,  электролизных ванн,  ёмкостей от действия агрессивной среды.
Состав

полимер Рутепол ТУ2246-001-34485552-2015,
полиизбутилен ПСГ, 2,5 мм.

Краткая инструкция по изготовлению полимера Рутепол.

Рутепол поставляется в виде двухкомпонентной  композиции, причем один из компонентов 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 мелкодисперсный  порошок катализаторов Граббса (Компонент Б – катализатор, мелкодисперсный порошок розового цвета), который растворяют  в органическом растворителе, преимущественно в спирте  из группы: фенилэтиловый спирт, бензиловый спирт, перед смешиванием с компонентом.
2
Возможно добавление наполнителя в количестве до 50% от смеси компонентов А и Б, например, в виде кварцевой муки – маршалит. Маршалит (кварц пылевидный) – тонкодисперсный минеральный наполнитель, выпускаемый на основе природного сырья, содержит не менее 98% SiO.
о
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 идет при комнатной  температуре 18-20С, с последующим отверждением.

Основные характеристики полимера Рутепол указаны в таблице 1.
Область применения

Защита технологического оборудования, электролизных ванн, емкостей от действия агрессивной среды. Преимущества данного вида защиты – качество материала Рутепол обеспечивает повышенную надёжность и долговечность. Низкая теплопроводность и электропроводность сокращает теплопотери, снижает энегрозатраты, высокая ударная прочность материала предохраняет от механических повреждений, лёгкость конструкции снижает нагрузки на несущие элементы, облегчает монтаж. Листы могут использоваться для футеровки электролизных ванн, ёмкостей, и других объектов,  как самостоятельный элемент,  так и в сочетании с другими материалами и изделиями.
Краткая инструкция по изготовлению конструкционного элемента

На внутреннюю поверхность формы крепится герметиком заготовка полиизобутеленовой пластины ПСГ-2,5, раскроенная по размерам формы. Форма собирается герметично, швы обрабатываются герметиком.  Затем в полость формы заливается раствор, приготовленный при комнатной температуре из двухкомпонентной композиции  Рутепол ТУ 2257-002-34485552-2016.  При комнатной температуре начинается полимеризация, по завершении которой получается неразборный двухслойный лист, причем слои  прочно скреплены адгезией между собой.
Форма разбирается, изделие в виде листа двухслойного дополнительно механически обрабатывается по торцам.

Основные характеристики листа: длина 780 мм, ширина 450 мм, толщина 12,5 мм (2,5 мм слой полиизобутилен, 10 мм слой Рутепол, толщина второго слоя может варьироваться).
Пример 1.

о

На всю поверхность внутренней стенки вертикальной пресс-формы (внутренние размеры 780х450х12,5мм) плотно прикрепляют полиизобутиленовый лист (ПСГ). После этого герметично склеивают пресс-форму и оставляют на 1-2 часа до полного высыхания герметика. Затем взвешивают 5 кг смеси Рутепол, добавляют 15 г сажи (0,3%) и перемешивают миксером до равномерного окрашивания жидкости (30-60 секунд). После этого берут катализатор в соотношении 200мг/1000г, растворяют в растворителе и добавляют в композицию Рутепол. Перемешивают миксером в течение 2-3 минут и заливают в пресс-форму. Полимеризация начинается при комнатной температуре и протекает в основном за 30-40 минут. Через 2 часа прогревают дополнительно форму при температуре 120 С. После полного остывания получают двухслойный лист ПСГ- Рутепол со слоем Рутепол чёрного цвета.
Пример 2.

На дно горизонтальной формы 300х200х15мм плотно и герметично прикрепляют полиизобутиленовый лист ПСГ толщиной 2,5 мм. Берут 600 г композиции Рутепол, добавляют растворенный катализатор в соотношении 200мг/1000г (120 мг), перемешивают 2-3 минуты и заливают лист ПСГ в форме. Форму плотно закрывают крышкой. Полимеризация начинается при комнатной температуре и протекает в основном за 30-40 минут. Получают 2-слойный лист ПСГ- Рутепол с прозрачным слоем Рутепол толщиной 10,5мм (2,5мм ПСГ и 8 мм Рутепол).
Пример 3.

На дно горизонтальной формы 300х200х15мм плотно и герметично прикрепляют полиизобутиленовый лист ПСГ. Берут 500 г композиции Рутепол, добавляют 1,5 г добавки-загустителя BYK-410 (0,3%), перемешивают 1 минуту. Затем добавляют растворенный катализатор в соотношении 200мг/1000г, перемешивают 2-3 минуты, добавляем 200 г кварцевой муки (40% от веса смеси Рутепол), перемешивают 2-3 минуты до получения однородной массы и заливают лист ПСГ в форме. Форму плотно закрывают крышкой. Полимеризация начинается при комнатной температуре и протекает в основном за 30-40 минут. Получают двухслойный лист ПСГ- Рутепол со слоем Рутепол серого цвета толщиной 10,5 мм (2,5 мм ПСГ и 8 мм Рутепол с наполнителем).
Физико-технические характеристики рабочей среды при эксплуатации листового конструкционного элемента электролизёра приведены в таблице 2.
Поверхность листа получается  гладкой без посторонних включений, расслоений и трещин. Габаритные размеры и масса листа должны соответствовать значениям, указанным в чертеже на изделие

Материал слоя Рутепол обеспечивает изделию надлежащие эксплуатационные показатели  (прочность,  низкая тепло-  и электропроводность,  стойкость в агрессивной среде,  долговечность,  низкая горючесть). Наиболее стойкий  (второй) рабочий слой конструкционного элемента изготовлен из термо-кислотостойкого материала с высокими физико-механическими свойствами, стойкого к воздействию агрессивной среды.
Кроме того, изделие можно изготавливать  в широкой цветовой гамме.

Конструкционный элемент, как таковой, представляет собой листовой  двухслойный материал; один слой состоит из пластины полиизобутилена ПСГ толщиной 2,5 мм, на которую нанесен второй основной слой толщиной 10 мм – термохимически стойкий полимер марки Рутепол. Толщина второго слоя может варьироваться. Технология изготовления обеспечивает прочное соединение материалов между собой.

Полиизобутиленовая поверхность листа крепится к металлической или бетонной поверхности объекта эксплуатации при помощи клея  88-Н, 88-НП или 88-СА.  Стыки между листами заливаются смесью Рутепол с последующим отверждением в процессе полимеризации. Получаемая конструкция долговечна,  листы надежно и прочно склеены в единое целое, обладает низкой теплопроводностью (что снижает теплопотери),  низкой электропроводностью (что снижает энегрозатраты), высокая ударная вязкость материала предохраняет от механических повреждений.
Конструкционный элемент 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 покрытия поверхности ванны при её эксплуатации, хранении и транспортировке, а также упрощение технологии, экологичность её изготовления и снижение себестоимости.