ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ТЕПЛОЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ
HIGH-TEMPERATURE HEAT-PROTECTIVE COATING

Изобретение относится к производству теплозащитных покрытий, предназначенных для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и агрессивных сред, и может быть использовано в строительстве, машиностроении, химической промышленности, транспорте, авиационной, космической и других отраслях промышленности.
Известны теплозащитные покрытия, содержащие полые керамические или стеклянные микросферы, связующие в виде дисперсий, эмульсий органорастворимых кремнийорганической смолы, акриловых сополимеров, полиуретанов, которые используются в качестве теплоизоляционного материала для наружных и внутренних поверхностей ограждающих строительных конструкций и сооружений, трубопроводов и различного технологического оборудования, например краска-покрытие по патенту RU №2310670 С9, 20.11.2007. Однако указанное известное покрытие не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 200°С).
3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплозащитное покрытие, содержащее в качестве наполнителя вакуумированные (полые) керамические или корундовые микросферы с диаметром частиц от 3 до 100 мкм и насыпной плотностью 300-400 кг/м, в качестве связующего смолы кремнийорганические, полиэфирэпоксидные или акриловые дисперсии и в качестве добавок отражатель - алюминиевую пудру и пигмент при следующем соотношении компонентов, мас.%: микросферы 55-70, связующее 30-35, отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0, пигмент 0,1-0,6 (по патенту RU №2245350 С1, 27.01.2005).
Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении известного состава, однородно по составу и имеет достаточно высокую прочность сцепления с защищаемой поверхностью, однако оно не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 250°С) и обладает недостаточно высокими теплофизическими свойствами (теплопроводностью, тепловосприятием и теплоотдачей).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение теплозащитных и теплофизических свойств покрытия, устойчивости его к воздействию высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, расширение области рабочих температур покрытия при обеспечении низкой теплопроводности и высокой однородности и прочности сцепления покрытия с основой.
Указанный технический результат достигается тем, что теплозащитное покрытие, включающее полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду, в качестве связующего содержит одно из группы, включающей алюмоборфосфат, алюмохромфосфат, полититанат калия или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полые керамические или корундовые микросферы
67-85
алюмоборфосфат, или алюмохромфосфат, или полититанат
калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия
10-30
вода
остальное.
В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит алюмосиликатные микросферы золы-уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм.
В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм.
В качестве полых корундовых микросфер теплозащитное покрытие содержит микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.
Составы с минимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при высоких рабочих температурах.
Составы с максимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при повышенных вибрациях и механических нагрузках.
В предлагаемом составе для теплозащитного покрытия в качестве наполнителя используются полые алюмосиликатные микросферы золы-уноса ТЭС или стеклокерамические или корундовые микросферы в заявляемых пределах диаметров и толщин стенок, полученные вакуумированием (вспениванием) измельченных стеклокерамических или корундовых материалов.
Материалы микросфер выбраны с учетом обеспечения высоких рабочих температур эксплуатации покрытия. Для диапазона рабочих температур до 600°С используются стеклокерамические микросферы, до 1400°С - алюмосиликатные микросферы, до 2000°С - корундовые микросферы.
Диаметр микросфер выбран в диапазоне 3-150 мкм, соразмерным с длиной волны теплового инфракрасного излучения для обеспечения условий его максимального поглощения микросферами. Толщина стенок микросфер в диапазоне 0.3-6 мкм выбрана с учетом обеспечения требуемой прочности материала.
Выбор материалов и размеров микросфер произведен на основе экспериментальных данных, определяющих их оптимальные соотношения, достаточные для обеспечения требуемых вязкости состава, плотности, температурной стойкости и прочности готового покрытия.
Форма микросфер, их размеры и подобранное распределение микросфер по дисперсности позволяют изменять вязкость композиции в зависимости от ее назначения с получением теплозащитного покрытия, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.
Приготовление состава теплозащитного покрытия осуществляется перемешиванием исходного состава в диспергаторе.
Предлагаемое покрытие можно наносить на поверхность строительных конструкций из металла, бетона, кирпича, а также на оборудование химической, авиационной и железнодорожной отраслей, трубопроводы и воздуховоды, эксплуатируемые при температурах от минус 60°С до плюс 2000°С. Благодаря высоким теплотехническим свойствам предлагаемого покрытия его можно наносить на поверхности с температурами до 300°С, не останавливая работу эксплуатируемого оборудования.
Покрытие может наноситься на защищаемую поверхность любым используемым в технологии нанесения покрытий способом в виде одного слоя или нескольких слоев. Причем толщина слоя покрытия зависит от природы поверхности, условий температурного режима эксплуатации.
После нанесения на поверхность материала или изделия слоя или нескольких слоев покрытия и последующей сушки образуется высокотемпературное теплозащитное покрытие, прочно связанное с основой и обладающее высокими эксплуатационными характеристиками.
Получаемое покрытие сохраняет высокие эксплуатационные свойства при высоких рабочих температурах в диапазоне от 300 до 2000°С.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами выполнения, приведенными в таблицах 1-6. В таблице 1 приведены рекомендуемые комбинации связующего и микросфер при приготовлении теплозащитного покрытия в соответствии с предлагаемым изобретением. В таблицах 2, 3, 4, 5 приведены качественные и количественные составы примеров приготовления предлагаемого теплозащитного покрытия.
В таблице 6 приведены показатели свойств теплозащитного покрытия для составов, приведенных в таблицах 2-5.
Таблица 1
№
Связующее
Микросферы стеклокерамические
Микросферы алюмосиликатные /зола- унос/
Микросферы корундовые
1
Алюмоборфосфат
+
+
-
2
Алюмохромфосфат
+
+
-
3
Полититанат калия
+
+
+
4
Смесь алюмоборфосфата и полититаната калия
+
+
+
5
Смесь алюмохромфосфата и полититаната калия
+
+
-
Таблица 2
№
Компоненты
Состав №1 (мас.%)
Состав №2 (мас.%)
Состав №3 (мас.%)
1
Алюмоборфосфат
18.0
12.5
14
2
Микросферы
68.0
75.5
75
3
Вода
12.0
10.0
11
4
Пластификатор
2.0
2.0
0
Таблица 3
№
Компоненты
Состав №4 (мас.%)
Состав №5 (мас.%)
1
Смесь алюмоборфосфата и полититаната калия
17.5
20.0
2
Микросферы алюмосиликатные /зола-унос/
71.5
72.0
Вода
11.0
8.0
Таблица 4
№
Компоненты
Состав №6 (мас.%)
Состав №7 (мас.%)
1
Смесь алюмохлорфосфата и полититаната калия
21
23
2
Микросферы алюмосиликатные /зола-унос/
74
75
3
Вода
5
2
Таблица 5
№
Компоненты
Состав №8 (мас.%)
Состав №9 (мас.%)
1
Алюмохромфосфат
19
22
2
Микросферы корундовые
76
76
3
Вода
5
2
Таблица 6
Состав №
Диапазон рабочих температур, °С
Теплопроводность, Вт/м*град
Эксплуатационные характеристики
1
до 500
0,055
Электроизоляционный
2
до 400
0,045
Электроизоляционный
3
до 400
0,046
Электроизоляционный
4
до 700
0,066
Пластичный
5
до 1300
0,075
Абразивостойкий
6
до 1350
0,085
Высокоабразивостойкий
7
до 1400
0,10
Вибростойкий
8
до 2000
0,09
Химически стойкий
9
до 1900
0,095
Химически стойкий
Предлагаемое изобретение позволяет получать покрытия с высокой однородностью и прочностью сцепления, обладающие высокими теплозащитными и теплофизическими свойствами (низкой теплопроводностью, температурной стойкостью, химической стойкостью, вибростойкостью, абразивной стойкостью и электроизоляционной стойкостью в условиях высоких температур), что обуславливает возможность его широкого использования в строительстве, машиностроении, химической, авиационной и железнодорожной отраслях для обеспечения защиты конструкций, эксплуатируемых в условия высоких температур и агрессивных сред.