CS233133B1

CS233133B1 - Fibrous insulating elements

Info

Publication number: CS233133B1
Application number: CS523983A
Authority: CS
Inventors: Josef Pridal; Vladimir Franc; Milan Hlozek
Original assignee: Josef Pridal; Vladimir Franc; Milan Hlozek
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1985-02-14

Abstract

Vynález se týká izolačních prvků odolných vůči vysokým teplotám na bázi anorganických vláken jaké jsou mine- ■« rální a zejména hlinitokřomičitá vlákna. Účelem vynálezu je zvýšení pevnosti hotových prvků a snížení ztrát pojivá při výrobě papírenskou technologií. Tohoto účelu je podle vynálezu dosaženo anorganickým pojivovým systémem tvořeným koloidním roztokem oxidu křemičitého a zásaditým chloridem hlinitým.The invention relates to high-temperature insulating elements based on inorganic fibers such as mineral and especially aluminosilicate fibers. The purpose of the invention is to increase the strength of the finished elements and reduce binder losses during production by papermaking technology. This purpose is achieved according to the invention by an inorganic binder system consisting of a colloidal solution of silicon dioxide and basic aluminum chloride.

Description

Vynález se týká vláknitých izolačních prvků odolných vůči vysokým teplotám na bázi anorganických vláken, jako jsou mine- * rální a zejména hlinitokřemičitá vlákna.The invention relates to high temperature resistant fiber insulating elements based on inorganic fibers such as mineral and in particular aluminosilicate fibers.

¹ f ¹ f

Anorganická vlákna ve formě volné vlny, plstí, rohoží nebo tuhých desek se používají pro nejrůznější účely, při nichž je požadována vysoká tepelně izolační schopnost za vyšších teplot. Odolnost za teplot do 1 200 Ca výše umožňují hlinitokřemičitá vlákna, připravovaná rozvláknováním roztavených směsí oxidu křemičitého a hlinitého s případnými přísadami, anebo tavením křemičitanů hlinitých. Výrobky z těchto vláken se používají k obložení vnitřních prostor různých druhů pecí, spalovacích komor, reaktorů, jako progresivní izolační materiály v hutnictví a slóvárenství a pod. Nízká objemová hmotnost spolu s vysokou tepelně izolační schopností a dostatečnou odolností prvků v žáru umožnuje příkladně nový, netradiční přístup k řešení konstrukcí pecí , vzhledem k podstatnému snížení hmotnosti vyzdívek. Pro dosažení lepší soudržnosti a vyšších pevností výrobků, než-li může po’ skytnout prosté zplstění samotných vláken, případně zpevnění rouna vpichováním, jo třeba použít přísady pojiv. Homogenní, Inorganic fibers in the form of loose wool, felt, mats or rigid boards are used for a variety of purposes where high thermal insulation at higher temperatures is required. Resistance at temperatures up to 1,200 Ca and above is made possible by aluminosilicate fibers prepared by pulverizing molten mixtures of silica and alumina with possible additives, or by melting aluminum silicates. Products made of these fibers are used for lining the interior of various types of furnaces, combustion chambers, reactors, as progressive insulating materials in metallurgy and foundry industry and the like. The low bulk density, together with the high thermal insulating ability and sufficient heat resistance of the elements, allows, for example, a new, unconventional approach to furnace design, due to the significant reduction in lining weight. In order to achieve better coherence and higher product strengths than simple felting of the fibers themselves or stiffening of the web by needling, binder additives may be required. Homogeneous,

stejnoměrně propojené prvky, příkladně desky o rovnoměrné tloušťce a fyzikáli^ě-mechanických vlastnostech se připravují s výhodou tvářením za mokra z vodných suspenzí anorganických vláken a pov jiv, jež se odvodňují ve formách se sítovým dnem, za použití odsávaných sítových forem anebo na nekonečném sítovém pásuj vytvořený mokrý koberec se po případném přilisování vysouší.uniformly interconnected elements, for example boards of uniform thickness and physical properties, are preferably prepared by wet forming from aqueous suspensions of inorganic fibers and binders which are dewatered in sieve bottom molds, using aspirated sieve forms or on an endless sieve strip the wet carpet formed after drying if necessary.

Je rovněž možno vnášet roztok pojivá do rouna anorganických vláken prolivem. Jako pojivá je možno použít některé organické a anorganické látky, obvykle ve formě vodných roztoků, koloidních roztoků či disperzí. Druh pojivá se volí v závislosti na požadovaných vlastnostech výrobků, a to z hlediska manipulaceIt is also possible to introduce the binder solution into the web of inorganic fibers by pouring. Some organic and inorganic substances can be used as binders, usually in the form of aqueous solutions, colloidal solutions or dispersions. The type of binder is chosen depending on the desired properties of the products, in terms of handling

233 133 i chování v provozu při působení vysokých teplot, proudění plynů, vibrací apod., dále s ohledem na technologické požadavky, ekonomii aj. Pro udělení manipulačních či montážních pevností,výrobkům bez nároku na jejich zachování v žáru se používají jen organická pojivá, jako polymerové disperze, Škrob, případně vodné roztoky syntetických pryskyřic, jež po zabudování prvku při pracovních teplotách vyhoří. Tam, kde mají prvky z hlinitokřemičitýoh vláken vykazovat dostatečnou pevnost v žáru, je třeba používat pojivá, zaohovávajioí svoji pojivou schopnost i za vysokých teplot, jmenovitě vhodná anorganická pojivá. Pro tyto účely se osvědčily zejména koloidní roztoky některých oxidů jako oxidu křemičitého, oxidu hlinitého a pod. Obvykle aplikovaný koloidní oxid křemičitý se používá ve formě vodných solů o velikosti částic přibližně v rozmezí 10 - 100/um, stabilizovaných v alkalické nebo kyselé oblasti.233 133 also behavior in operation under the influence of high temperatures, gas flow, vibrations, etc., further with regard to technological requirements, economics, etc. Only organic binders, such as organic binders, are used for granting handling or assembly strengths polymer dispersions, starch, or aqueous solutions of synthetic resins, which, upon incorporation of the element, burn out at operating temperatures. Where aluminosilicate fiber elements are to exhibit sufficient heat resistance, it is necessary to use binders that maintain their binder capability even at high temperatures, namely, suitable inorganic binders. Colloidal solutions of some oxides such as silica, alumina and the like have proven particularly suitable for this purpose. Typically applied colloidal silica is used in the form of aqueous sols having a particle size in the range of about 10-100 µm, stabilized in an alkaline or acidic region.

Nevýhodou tváření prvků z anorganických vláken a výše uvedených anorganických pojiv, zejména koloidních roztoků oxidu křemičitého je, že při vysoušení mokrého koberce dochází k migraci pojivá do povrchových vrstev, takže získané prvky vykazují tuhé, zpevněné povrchy a měkké, snadno se rozpojující jádro. Migrace je podporována zvyšováním teploty a intenzity režimu sušeni. Důsledkem takového nerovnoměrného propojení je nestejnoměrnost vlastností výsledných prvků, jejich vysoká rozlupčivost, obtíže při manipulaci a montáži a pod. Proto se používají některé způsoby, jako fixace pojiv ve vláknité struktuře gelací sólu SiOg působením roztoků elektrolytů, jako síranu hlinitého, urychleni gelace působením kyselých nebo alkaliccých plynů, vyvolávajících změnu pH a destabilizací sólu a pod. Vedle určitýchA disadvantage of forming the inorganic fiber elements and the aforementioned inorganic binders, especially colloidal silicon dioxide solutions, is that when the wet carpet is dried, the binder migrates to the surface layers so that the obtained elements exhibit rigid, reinforced surfaces and a soft, easily detachable core. Migration is promoted by increasing the temperature and intensity of the drying mode. The result of such uneven interconnection is the unevenness of the properties of the resulting elements, their high fracture, difficulties in handling and assembly, and the like. Therefore, some methods are used, such as fixation of the binders in the fiber structure by gelation of the SiO2 sol by the action of electrolyte solutions such as aluminum sulphate, accelerating the gelation by acidic or alkaline gases causing pH change and destabilization of the sol and the like. Besides certain

V' technologických obtíží však tyto postupy zapříčiňují*vesměs sníženi pojivé mohutnosti a pokles pevností výsledných prvků.In technological difficulties, however, these processes generally result in a reduction in the bonding power and a decrease in the strength of the resulting elements.

Další nevýhodou při použití anorganickýoh pojiv je, že při tváření prvků z vodné suspenze složek bez úplné recirkulace podsítových vod, příkladně papírenskou technologií dochází ke ztrátám pojivá zhoršujícím ekonomii výroby.A further disadvantage with the use of inorganic binders is that when forming the elements from the aqueous suspension of the components without the complete recirculation of the underwater water, e.g.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u vláknitých izolačních prvků podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, žeThe aforementioned drawbacks are eliminated with the fiber insulating elements according to the invention, which is based on the fact that:

233 133 tyto prvky obsahují 75 až 97 hmotnostních % anorganických vláken, 2 až 20 hmotnostních % koloidního oxidu křemičitého a 0,8 až 7 hmotnostních % zásaditého chloridu hlinitého. Vedle uvedených složek mohou prvky podle vynálezu obsahovat ještě do 8 hmotnostních % organického pojivá, s výhodou polymerové disperze anebo Škrobu, do 10 hmotnostních $· anorganických jemně disperzních látek a dále pomocné prostředky, jako disperganty, povrchově aktiv- ní látky,flokulanty a pbd,.233 133 these elements contain 75 to 97% by weight of inorganic fibers, 2 to 20% by weight of colloidal silica and 0.8 to 7% by weight of basic aluminum chloride. In addition to the aforementioned components, the elements according to the invention may contain up to 8% by weight of organic binder, preferably polymer dispersion or starch, up to 10% by weight of inorganic fine dispersants and auxiliary agents such as dispersants, surfactants, flocculants and pbd. .

Výhodou vláknitých izolačních prvků podle vynálezu je jejich rovnoměrná, stejnoměrně propojená struktura a dobrá pevnost a soudržnost za vyšších teplot až do úrovně teplotní odolnosti samotných použitých vláken. Další výhodou je potlačení ztrát pojivá s odcházejícími podsítovými vodami.The advantage of the fibrous insulating elements according to the invention is their uniform, uniformly interconnected structure and good strength and cohesion at higher temperatures up to the level of temperature resistance of the fibers themselves. Another advantage is the suppression of binder losses with outgoing underwater waters.

Anorganický pojivový systém, tvořený koloidním roztokem oxidu křemičitého a zásaditým chloridem hlinitým Α1λ(0Η)^01. óHgO se dobře zachycuje ve vláknité struktuře odvodňovaného mokrého vInorganic binder system consisting of colloidal silica solution and basic aluminum chloride Α1λ (0Η) ^ 01. HHgO is well retained in the fibrous structure of dewatered wet v

koberce a splňuje tak předpoklady pro použití při formování prvků za mokra v otevřeném okruhu, t.j. bez úplné recirkulace kapalné fáze, jako je tomu u papírenského způsobu. Přítomnost zásaditého chloridu hlinitého vyvolává gelaci koloidního SiO^ a potlačuje jeho migraci při sušení, avšak pojivá schopnost systému je v tomto případě vyšší, nežli při gelaci síranem hlinitým.and thus fulfills the requirements for use in wet forming in an open circuit, i.e. without complete liquid phase recirculation, as in the papermaking process. The presence of basic aluminum chloride induces gelation of the colloidal SiO2 and suppresses its migration during drying, but the bonding capacity of the system in this case is higher than that of aluminum sulfate gelation.

Anorganické, jemně disperzní látky působí jako plnivo a zlepšují retenoi při formování; s výhodou lze. použít úletový oxid křemičitý z metalurgických procesů. Pro další zvýšení zejména manipulačních pevností je možno použít přísadu organických pojiv, jmenovitě vodných polymerních disperzní či škrobu.Inorganic, finely dispersed substances act as fillers and improve retention in forming; preferably it can. use fumed silica from metallurgical processes. In order to further increase the handling strength, in particular, it is possible to use an additive of organic binders, namely aqueous polymer dispersions or starch.

Vláknité izolační prvky podle vynálezu se příkladně připravují tak, že anorganická vlákna se rozmíchají ve vodě obsahující případně přísadu vhodného smáčedla na suspenzi o koncentraci 0,5 až 5 hmotn.do níž se vnese koloidní roztok oxidu křemičitého v množství cca 0,5 až.10 ml na 100 ml suspenze, dále zásaditý chlorid hlinitý v množství cca 0,0^ až 0,5 g na 100 ml suspenze a vodný 0,1 >-ní roztok flokulantu. Případně se přidá ještě odpovídající množství škrobu anebo polymerové disperze, příkladně na bázi akrylátových kopolyméru a úletový SiOg. Rovnoměrně rozmíchaná suspenze se odvodní na přerušovaně pracujícím anebo kontinuálnímThe fibrous insulating elements according to the invention are prepared, for example, by mixing inorganic fibers in water, optionally containing a suitable wetting agent, to a suspension of 0.5 to 5% by weight in which a colloidal silica solution is added in an amount of about 0.5 to 10. ml per 100 ml of suspension, further basic aluminum chloride in an amount of about 0.0 to 0.5 g per 100 ml of suspension and an aqueous 0.1% flocculant solution. If appropriate, a corresponding amount of starch and / or polymer dispersion, for example based on acrylate copolymers and ground SiO2, is added. The uniformly stirred suspension is dewatered to intermittent or continuous

233 133 sítovém odvodnovacím zařízení a vytvořený koberec, se po případném přelisování suší.233 133 of the sieve dewatering device and the formed carpet are dried after pressing, if necessary.

Z anorganických vláken je vhodné pro přípravu prvků podle vynálezu použit minerální a zejména hlinitokřemičitá vlákna s teplotní odMností do 1 260 °C.Of the inorganic fibers, mineral and especially aluminosilicate fibers with a temperature range of up to 1260 ° C are suitable for the preparation of the elements according to the invention.

Vynález bude dále objasněn na příkladech konkrétního lahotoveni takovýchto prvků.The invention will be further elucidated by means of specific embodiments of such elements.

Příklady:Examples:

1. Ve 3,6 1 vody bylo rozmícháno 110 g hlinitokřemiČitých vláken, 90 ml 30%-niho koloidního roztoku oxidu křemičitého a ml cca 40%-niho roztoku zásaditého chloridu hlinitého Alg(OH)^CJL. Po desetiminutovém míchání byl odsátím přes jemné sítko, vložené do Buchnerovy nálevky, připraven za přítlaku koláč, z něhož byly po vysušení vyříznuty dva trámečky a použity ke zkoušení. Průměrné hodnoty objemové hmotnosti činily 330 kg/m3, pcvnostzjár tahu za ohybu 0,29 MPa. Po vyžíháni 24 hod. při 1 100 °C činila pevnost v tahu ža ohybu 0,35 MPa, smrštění 2,4$.1. 110 g of aluminosilicate fibers, 90 ml of a 30% colloidal silica solution and ml of about 40% basic aluminum chloride solution Alg (OH) 4 CJL were mixed in 3.6 l of water. After stirring for 10 minutes, a cake was prepared by suction through a fine sieve placed in a Buchner funnel under pressure, from which two bars were cut out after drying and used for testing. The average density values were 330 kg / m 3, and the bending tensile strength was 0.29 MPa. After ignition for 24 hours at 1100 ° C, the bending tensile strength was 0.35 MPa, the shrinkage was 2.4 $.

2. Ve 3,6 l vody bylo rozmícháno 110 g hlinitokřemiČitých vláken, 75 ml 30%-niho koloidního roztoku oxidu křemičitého, ml 50/ž-ní vodné disperze styren- butylakrylátového kopolyméru, ml 4o 5°-níh.o roztoku Al^OHj^Ci a 3 ml 0,1 $-ního roztoku flokulantu na bázi polyakrylamidu. Zkušební vzorky byly připraveny jako v příkladu 1$ střední hodnoty objemové hmotnosti činily 362 kg/m3, pevnosti v tahu za ohybu 0,98 MPa. Po vyžíháni za podmínek jako v příkladu 1 činila pevnost v tahu za ohybu 0,27 MPa, smrštění 2,82. 110 g of aluminosilicate fibers, 75 ml of a 30% colloidal silica solution, ml of a 50% aqueous dispersion of styrene-butyl acrylate copolymer, ml of 50 DEG C. solution of Al2 O4 were stirred in 3.6 l of water. And 0.1 ml of a 0.1% polyacrylamide-based flocculant solution. Test specimens were prepared as in Example 1, the mean bulk density was 362 kg / m 3, and the flexural strength was 0.98 MPa. After annealing under conditions as in Example 1, the flexural tensile strength was 0.27 MPa, the shrinkage was 2.8

3. Ve 3,6 1 vody bylo rozmícháno 122 g hlinitokřemiČitých vláken, 10,0 g křemičitého úletu, 90 ml 30%-ního koloidního roztoku oxidu křemičitého, 8 ml 40%-niho roztoku AlgCOH^Cl a 3 ml 0,1 $-ního roztoku flokulantu na bázi polyakrylamidu.3. 122 g of aluminosilicate fibers, 10.0 g of silica fume, 90 ml of a 30% colloidal silica solution, 8 ml of a 40% AlgCOH ^ Cl solution and 3 ml of 0.1% water were mixed in 3.6 l of water. % polyacrylamide-based flocculant solution.

Zkušební vzorky, připravené jak popsáno v příkladu 1, vykazovaly střední hodnoty objemové hmotnosti 340 kg/m3, pevnosti v tahu za ohybu 0,34 MPaj po vyžíháni činila pevnost v tahu za ohybu 0,42 MPa, smrštění 2,1 %.The test specimens prepared as described in Example 1 showed a mean bulk density of 340 kg / m 3, a flexural tensile strength of 0.34 MPa after annealing, a flexural tensile strength of 0.42 MPa, a shrinkage of 2.1%.

Claims

1 " High-temperature fiber insulating elements based on inorganic fibers, such as mineral and in particular aluminosilicate fibers, characterized in that they contain 75 to 97% by weight of inorganic fibers, 2 to 20% by weight of colloidal silica and 0.8 to 7% by weight. weight% of basic aluminum chloride · *

2. Fiber insulating elements according to claim 1, characterized in that they contain up to 8% by weight of an organic binder, preferably a polymer dispersion or starch.

Fiber insulating elements according to Claim 1, characterized in that they contain up to 10% by weight of inorganic finely dispersed substances, preferably fumed silica or alumina.

Fiber insulating elements according to one of Claims 1 to 4, characterized in that they comprise from 0.002 to 0.1% by weight of a flocculating agent, preferably based on polyacrylamide.