CS208580B1 - Tepelně-izolační prvky z anorganických vláken, určené pro vysoké teploty - Google Patents

Description

Vynález se týká tepelně-izolačních prvků z anorganických vláken, určených pro vysokoteplotní aplikace.

Jak je známo, náleží hmoty na bázi anorganických vláken především k velmi dobrým tepelným izolantům vzhledem k velkému množství dutin a komůrek, existujících ve vláknitých strukturách, vyplněných vzduchem. Poměrně malé rozměry těchto komůrek zamezují proudění uzavřeného vzduchu a umožňují tak využít jeho vysokou izolační schopnost. Při vhodně zvolených objemových hmotnostech za účelem omezení rovněž množství tepla, šířícího se vedením, představují vláknité izolační hmoty vysoce efektivní materiál, při jehož aplikacích se s výhodou využívají další příznivé vlastnosti; náleží k nim nehořlavost, dobrá odolnost vůči řadě vnějších vlivů atd. Zvlášť příznivá je vysoká tepelná odolnost, daná anorganickým charakterem vláken. V oblasti teplot, blížících se mezní tepelné odolnosti daného typu anorganických vláken dochází však k řadě změn ve vlákně samotném a na jeho povrchu, majících dopad na vlastnosti vláken, zejména pevnost, objemové změny, pružnost atd. U přírodních vláken (osinek) dochází již při poměrně nízkých teplotách k vypuzování vázané vody; u vláken, připravovaných z taveniny, se opět projevuje počátek krystalizace a její důsledky na vnitřní pnutí vláken, aj. Pro použití jako vysokoteplotní izolace mají rozhodující praktický význam objemové změny — smrštění vláknitých izolací, které působí provozní potíže a může značně ovlivnit efektivnost až použi2 telnost izolace pro dané teploty vůbec. Proto bývá přípustná hodnota smrštění limitována; velikost smrštění jednotlivých typů vláknitých izolací při různých teplotách v porovnání k této limitní hodnotě, jež činí obvykle 3 %, pak určuje jejich praktickou teplotní odolnost. Pokud se týká samotných vláken, pak běžná skleněná vlákna je možno příkladně používat do teplot 350 až 400 °C, strusková vlákna do cca 600 °C, čedičová do cca 700 °C; pro ještě vyšší teploty slouží žárovzdorná hlinitokřemičitá vlákna s teplotní odolností do 1260 °C až 1450 °C podle použitého poměru základních složek, nověji pak vlákna na bázi čistých kysličníků (A1₂O₃, ZrO₂), odolná do 1600 °C. Tyto poslední typy vláken nahrazují úspěšně klasické žárovzdorné vyzdívky z těžkých materiálů u novodobých konstrukcí pecí. Vlákna se zpracovávají různými technologiemi, zejména s použitím mokrého procesu na různé výrobky, umožňující anebo usnadňující montáž vláknitých izolací. Pro potřebnou soudržnost a manipulační pevnosti se používá přísada pojiv.

Nevýhodou výrobků ze žárovzdorných vláken je obecně poměrně vysoká cena, jež značně převyšuje cenu výrobků z běžných minerálních struskových nebo čedičových vláken. Tato vysoká cena nepříznivě ovlivňuje náklady na instalaci vláknitých žárovzdorných vyzdívek a snižuje dosažitelný ekonomický efekt.

Výše uvedené nevýhody odstraňují vysokoteplotní, tepelně izolační prvky z anorganických vláken podle vynálezu, jehož podstata

208 580

208 580 je v tom, že sestávají z 99 až 42 hmotnostních % vláknité složky, obsahující 99,5 až 60 % hlinitokřemičitých vláken a 0,5 až 40 % minerální vlny s obsahem maximálně 50 % vysokopecní strusky, z 0,9 až 8 hmotnostních % organického pojivá a 0,1 až 50 hmotnostních % anorganických koloidních anebo jemně disperzních látek. Vedle uvedených zložek mohou prvky podle vynálezu obsahovat do 3 hmotnostních % celulózových vláken, pro zlepšení retence, do 10 hmotnostních % antimigračních prostředků a do 0,005 hmotnostních % polyakrylamidu jako flokulační přísadu, vztaženo na celkový obsah pevných složek.

Bylo zjištěno, že je možno určitý podíl hlinitokřemičitých vláken ve vláknité žárovzdorné izolaci nahradit minerálními, s výhodou čedičovými vlákny, anebo struskovými vlákny s obsahem čediče, aniž by došlo k podstatnějšímu ovlivnění hodnoty smrštění a tím limitu teplotní odolnosti dané izolace. Příkladně náhrada hlinitokřemičitých vláken s obsahem A1₂O₃ do cca 55 hmotnostních % vlákny minerálními v rozmezí do cca 40 hmotnostních %, vztaženo jen na vláknitou složku, nezvyšuje hodnotu smrštění výsledného prvku při pracovní teplotě 1100 °C nad hranici 3 %.

Jako organické koloidní, případně jemně disperzní přísady, zajišťující zlepšenou soudržnost a pevnost, jakož i odolnost vůči proudění plynů, zejména po vyhoření organického pojivá je výhodné použít úlet z výroby krystalického křemíku, případně sol SiO₂, hydratované soli hliníku nebo zirkonia či bentonit.

Použité organické pojivo zde slouží k zajištění soudržnosti, umožnění manipulace a usnadnění instalace prvků dle vynálezu. Je účelné použít latexy, splňující požadavky co do tuhosti příp. ohebnosti a tvarovatelnosti výsledné izolace, poskytující nezávadné a nekorozívní rozkladné produkty a vhodné pro technologii tváření za mokra. Vhodné jsou příkladně anionické disperze terpolymerů vinýlacetátu, esteru kyseliny akrylové a derivátu kyseliny maleinové, anionické disperze vinylacetát-akrylátových kopolymerů, disperze styrenbutadienové, případně měkčené typy těchto ter- a kopolymerů, dále polyvinylacetátové disperze aj., jež se srážejí síranem hlinitým a poskytují film o vyhovující tuhosti, případně ohebnosti. Je rovněž možno použít jako pojivo škrob, s výhodou bramborový škrob, případně škrobový maz, anebo kombinace škrobu a škrobového mazu. Pro zlepšení retence a čistoty podsítových vod je možno použít přísadu menšího množství hydratované celulózy; s výhodou je možné použít též přísadu flokulantů na bázi polyakrylamidu, vnášeného do suspenze těsně před nátokem formovacího stroje. Je účelné použít spolu s pojivý, jež mají sklon k migraci při sušení prvků, přísadu antimigračních prostředků.

Výhoda izolačních prvků z anorganických vláken dle vynálezu, určených pro vysokoteplotní aplikace spočívá především v tom, že umožňují zlevnění vláknitých izolačních vyzdívek pecních prostorů bez znatelnějšího ovlivnění vlastností a kvality izolace. Předností mokrého způsobu přípravy prvků dle vynálezu je jednoduchost homogenizace minerálních a hlinitokřemičitých vláken v důsledku jejich podobného chování v neutrálním vodném prostředí a snadnosti dispergace. Postupuje se příkladně tak, že se v míchacím zařízení např. typu hydropulper rozmíchá nejprve vláknitá složka, použitá v menším podílu, přidá se druhá vláknitá složka, použitá pojivá a případně další přísady. Latexy se vnášejí ve formě zředěné disperze, škrob může být přidáván v práškové formě, anebo jako škrobový maz. Po rozmíchání se provede případně srážení roztokem síranu hlinitého, suspenze o koncentraci 0,2 až 5,0 hmotnostních % se podrobí separaci granálií a přečerpá se do zásobní nádrže sítového stroje. Před nátokem je možno přidávat roztok flokulačního prostředku. Mokrý koberec, vytvořený v odvodňovací části sítového stroje se po úpravě tloušťky podrobuje sušení, formátování a případně další úpravě. Suspenzi vláken a pojiv je možno zpracovat rovněž vakuovým formováním za použití sítových forem na tvarované prvky.

Příklad 1

Byla připravena serie desek rozmícháním vláknité složky a pojiv ve vodě na suspenzi, jež byla po homogenizaci odvodněna a mokrý koberec vysušen. Bylo použito vždy 400 g vláknité složky, obsahující v odstupňovaném poměru hlinitokřemičitá vlákna a minerální vlnu, připravenou ze vsázky 50 % čediče a 50 % vysokopecní strusky, jako pojivo byl použit latex na bázi akrylátového kopolymerů, srážený roztokem síranu hlinitého. Dále bylo přidáno 10 g dispergovaného úletu z výroby krystalického křemíku. Rozměr připravených desek činil 34X34 cm; jako kontrolní vzorky byly připraveny rovněž deska z čistých hlinitokřemičitých vláken a deska z čistých vláken minerální vlny. Desky byly rozřezány na menší vzorky, které byly vyhřívány po dobu 24 h při různých teplotách a byly měřeny dodatečně lineární změny. Desky s obsahem minerální vlny do 40 hmotnostních °/o, vztaženo na celkový obsah vláknité složky, vykazovaly hodnoty smrštění při 1100 °C pod 3 %.

Příklad 2

Byla připravena serie desek rozmícháním vláknité složky a pojiv ve vodě na suspenzi, jež byla po homogenizaci odvodněna jako v příkladě 1, mokrý koberec podroben pro208 580 paření a vysušení. Bylo použito opět vždy 400 g vláknité složky, obsahující v odstupňovaném poměru hllnítokřemičitá vlákna a minerální vlnu s obsahem 50 % čediče, jež byla rozmíchána v 15 1 vody; jako pojivo byla použita na každou desku kombinace škrobu a úletu z výroby krystalického křemíku. Dále byla použita přísada 0,0004 hmotnostních % polyakrylamidu. Z výsledných desek rozměru 34X34 cm byly připraveny menší vzorky, které byly vyhřívány po dobu 2 h při různých teplotách a byly měřeny dodatečné lineární změny. Vzorky z desek do obsahu 40 % minerální vlny ve vláknité složce vykazovaly při 1150 °C hodnotu dodatečného smrštění v poměrně úzkém rozmezí a pod hodnotou — 3,0 °/o.

Příklad 3

Byla připravena serie desek s odstuňovaným poměrem minerálních a hlinitokřemičitých vláken ve vláknité složce jako v příkladu 2 s použitím škrobu a koloidního roztoku kysličníku křemičitého jako pojivá a s přísadou hydroxyetylcelulozy jako antimigračního prostředku. Desky byly formovány ze suspenze vláken a škrobu v koloidním roztoku kysličníku křemičitého. Množství roztoku, zadrženého v mokrém koberci po odformování, činilo cca 1,5 1. Desky byly po vysušení rozřezány na vzorky a byly zjišťovány hodnoty dodatečného lineárního smrštění při různých teplotách. Výsledky byly obdobné, jako v příkladu 2.

Claims (8)

1. PŘEDMĚT

   1. Vysokoteplotní tepelně-izolační prvky z anorganických vláken, vyznačující se tím, že sestávají z 99 až 42 hmotnostních % vláknité složky, obsahující 99,5 až 60 % hlinitokremičitých vláken a 0,6 až 40% minerální vlny s obsahem maximálně 50 % vysokopecní strusky, z 0,9 až 8 hmotnostních % organického pojivá a 0,1 až 50 hmotnostních % anorganických koloidních anebo disperzních látek.
2. 2. Vysokoteplotní, tepelně izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 vyznačující se tím, že obsahují jako organické pojivo škrob, případně škrobový maz.
3. 3. Vysokoteplotní, tepelně Izolační prvky z anorganických vláken podle bodu 1 vyznačující se tím, že obsahují jako organické pojivo latex, srážený síranem hlinitým.
4. 4. Vysokoteplotní, tepelně izolační prvky podle bodu 1 až 3 vyznačující se tím, že obVYNÁLEZU sáhují jako disperzní anorganickou látku koloidní kysličník křemičitý.
5. 5. Vysokoteplotní, tepelně izolační prvky podle bodu 1 až 3 vyznačující se tím, že obsahují jako disperzní anorganickou látku úlet z výroby krystalického křemíku.
6. 6. Vysokoteplotní, tepelně izolační prvky z anorganických vláken podle bodů 1 až 5 vyznačující se tím, že obsahují přísadu do 3 hmotnostních % celulozových vláken pro zlepšení retence.
7. 7. Vysokoteplotní, tepelně izolační prvky z anorganických vláken podle bodů 1 až 6 vyznačující se tím, že obsahují do 0,005 hmotnostních % polyakrylamidu jako flokulační přísadu.
8. 8. Vysokoteplotní, tepelně izolační prvky podle bodu 1 vyznačující se tím, že obsahují přísadu do 10 hmotnostních % antimigračního prostředku.