CZ20012210A3

CZ20012210A3 - Mikroporézní tepelně izolační těleso

Info

Publication number: CZ20012210A3
Application number: CZ20012210A
Authority: CZ
Inventors: Octavian Anton; Ann Opsommer
Original assignee: Redco N. V.
Priority date: 1998-12-19
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2002-07-17
Also published as: EP1140729A1; CA2356143A1; JP2002533286A; WO2000037389A1; CZ298998B6; DE59906802D1; US6936326B1; NO20013019D0; DE19859084C1; KR20010105315A; BR9916379B1; ES2207335T3; PL349445A1; PT1140729E; NO331414B1; ATE248137T1; BR9916379A; JP4616482B2; AU2432400A; DK1140729T3

Description

Mikropórézní tepelné izolační těleso

Oblast techniky

Vynález se týká tělesa, sestávajícího materiálu, obsahujícího mikropórézního tepelně izolačního ze od stlačeného do %

do 30 práškového oxidu kovu, od 0 do 10 % hmotnostních vláknitého tepelně izolačního hmotnostních jemného % hmotnostních kalidla, od materiálu a od 0 do 15 % hmotnostních anorganického pojivá.

Dosavadní stav techniky'

Tepelně izolační tělesa jsou popsána například v patentovém spise EP-A-0 618 399, přičemž však alespoň jedna povrchová plocha vytvořeného tělesa je opatřena kanálkovými póry, které mají plochu základny pórů o velikosti od 0,01 do 8 mm² a hloubku průniku od 5 do 100 % v závislosti na tloušťce vytvořeného kusu, přičemž povrchová plocha vytvořeného kusu obsahuje od 0,004 do 10 kanálkových pórů na 1 cm².

Uvedená tepelně izolační tělesa jsou vyrobena suchým stlačováním a následným slinováním při teplotách od 500 do 900 °C, přičemž kanálkové póry jsou vytvořeny vrtáním, prorážením nebo frézováním a s výhodou rovněž vytlačováním razníkem. V důsledku těchto opatření je možno odvádět páru, výbušně unikající během rychlého ohřívání, takže je možno zabránit rozpadu tepelně izolačního tělesa.

Nevýhody uvedeného tepelně izolačního tělesa spočívají ve velice složitém výrobním procesu a ve zhoršení tepelně izolačních vlastností v důsledku přivádění plynů do pórů.

Jiný způsob výroby mikropórézního tělesa byl popsán v patentovém spise EP-A-0 623 567, při kterém jsou oxidy, hydroxidy a uhlovodíky kovů z druhé hlavní skupiny periodické soustavy stlačeny dohromady společně s pyrogenicky vyrobeným SiO₂ a případně AI2O3 a dále s kalidlem a organickými vlákny, načež jsou slinovány při teplotách, přesahujících 700 °C. Tento způsob je nejenom velice složitý, ale trpí dále rovněž nedostatkem, který spočívá v tom, že opětovné ochlazení tohoto velmi dobře izolujícího materiálu zabírá velmi dlouhou dobu.

Tepelně izolační tělesa, vyrobená s pomocí vysoce žáruvzdorných lepidel a suspenze, a rovněž koloidního roztoku oxidu křemičitého a jílu, byla popsána v patentovém spise DE-C-40 20 771. V tomto patentovém spise je popsán rovněž další známý stav techniky, týkající se výroby a složení tepelně izolačních těles. Nedostatek všech tepelně izolačních těles, obsahujících organické složky a zejména organický vláknitý materiál, spočívá v tom, že uvedené organické složky shoří při velmi vysokých teplotách, což rovněž způsobuje nežádoucí vyvíjení plynů.

V patentovém spise DE 41 06 727 jsou popsána tepelně izolační tělesa, která jsou opatřena povlakem z plastikového materiálu, přičemž jsou použity zvláštní smrštitelné

I plastikové materiály. Rovněž tato tepelně izolační tělesa stále obsahují organický materiál, takže ztrácejí svou rozměrovou stabilitu, pokud jsou příliš a rychle ohřátá.

V patentovém spise DE-C-42 02 569 jsou popsány formy pro lisováni tepelně izolačních těles, určených zejména pro elektrické sálavé ohřívače, jako jsou například varné desky.

V patentovém spise EP-A-686 732 jsou popsány za sucha lisované tepelně izolační desky, sestávající z různých vnitřních a vnějších materiálů, přičemž uvedené materiály mají stabilizační otvory, které uvnitř obsahují vnější materiály. Rovněž tyto desky mohou být vyráběny pouze velice složitým způsobem, přičemž ani jejich mechanická stabilita, ani jejich izolační vlastnosti nejsou optimální.

Shora uvedené tepelně izolační desky mají ještě další nevýhodu, která spočívá v tom, že je velice obtížné zabránit poškození vnějších vrstev během řezání a dalších zpracovatelských kroků, pokud nejsou používány velice nákladné nástroje, jako jsou například laserové řezné nástroje, přičemž však tyto řezné nástroje mohou způsobit zeskelnění čerstvě provedených řezných okrajů.

Jiný pokus o vyřešení problémů v oblasti výroby tepelně izolačních desek za účelem získání jejich optimálních vlastností byl popsán v patentovém spise EP 0 829 346, kde byly obtíže a nedostatky známého stavu techniky opět popsány.

Závažný problém při výrobě tepelně izolačních těles prostřednictvím suchého stlačování nebo lisování jednotlivých složek spočívá v tom, že tyto materiály mají snahu se • · • * to to *· • to smršťovat a opět expandovat po stlačení tak, že velice vysoké tlaky musejí být použity za účelem dosažení výsledků pro určité použití.

Přestože pevnost v ohybu u uvedených tepelně izolačních desek může být zlepšena prostřednictvím přidání vláknitého materiálu, tak vysoké množství vláken může způsobit štěpení materiálu na vrstvy a zhoršení soudržnosti stlačené či slisované směsi během kritického kroku vyjímání z formy.

V žádném případě však tepelně izolační desky nesmějí obsahovat organické nebo hořlavé či vznětlivé složky, které mohou vést k vyvíjení částečně rovněž toxických plynů během zahřívání na vysoké teploty. A konečně musí být možno zpracovávat hotová tepelně izolační tělesa velice snadno a bez jakýchkoliv problémů, takže musí být například možno tato tělesa řezat, štípat nebo vrtat bez jakýchkoliv problémů a bez vytváření nežádoucího prachu.

V mnoha případech je rovněž nutno, aby tepelně izolační tělesa byla dobrými elektrickými izolátory. Existují však i taková použití, kde je vyžadováno, aby alespoň jedna z povrchových ploch byla elektricky vodivá z důvodů možnosti rozptylovat elektrostatické náboje.

Podstata vynálezu

Veškeré shora uvedené problémy byly vyřešeny tím, že v souladu s předmětem tohoto vynálezu bylo vyvinuto mikropórézní tepelně izolační těleso, sestávající ze stlačeného tepelně izolačního materiálu, obsahujícího od 30 do 90 % hmotnostních jemného práškového oxidu kovu, od 0 do 30 % hmotnostních kalidla, od 0 do 10 % hmotnostních anorganického vláknitého materiálu a od do 15 % hmotnostních anorganického pojivá, obsahuje od 2 do 40 % hmotnostních, přičemž těleso dále s výhodou od 5 do 15 % hmotnostních xonotlitu.

Jedna nebo obě povrchové plochy jsou s výhodou opatřeny povlakem ze žáruvzdorného materiálu.

Povlaky jsou stejné nebo odlišné a sestávají z předem stlačeného xonotlitu, slídy nebo grafitu.

Povlak sestává s výhodou z předem vyrobeného plátku slídy na obou stranách.

Uvedené mikropórézní tepelně izolační těleso je s výhodou opatřeno povlakem ze žáruvzdorného materiálu, a to na jedné nebo na obou svých povrchových plochách. Obzvláště výhodné jsou povlaky, které jsou stejné nebo odlišné, a které sestávají z nahrubo stlačeného xonotlitu, slídy nebo grafitu.

S použitím povlaků z xonotlitu a/nebo ze slídy je možno vyrábět velmi dobré elektrické izolátory. S použitím grafitu je možno vyrábět takové povlaky, které mají vodivost, umožňující alespoň rozptylování elektrických nábojů. Takže pro určitá uplatnění může být výhodné vytvářet na jedné straně povlak z xonotlitu a/nebo ze slídy a na druhé straně povlak z grafitu.

Tepelně izolační tělesa jsou vyráběna stlačováním za sucha, přičemž mechanické pěchování je zdokonaleno

	6	• · · • · · · · • · · · ·· · ·	• ♦ · ♦ · • · · · • · · · •« ···· · *
prostřednictvím přidání xonotlitu,	aniž by	bylo nutno
používat	slinování při vysokých	teplotách.	Přidávání
xonotlitu	kromě toho má za důsledek nižší pružnost po
stlačení.	Přidávání poměrně malého	množství	vláknitého
materiálu	pak výrazně zlepšuje pevno	st v ohybu	výsledných

tepelně izolačních těles, pokud je jejich složkou xonotlit.

Použiti xonotlitu v jádru má rovněž za důsledek zlepšení stejnorodosti suché směsi, a to jak během její přípravy, tak rovněž i v hotovém výrobku.

Zbytkové složky tepelně izolačního tělesa podle tohoto vynálezu mohou být zvoleny z materiálů, které jsou již známy pro tyto účely. Jako jemné práškové oxidy kovů mohou být použity pyrogenicky připravené kyseliny křemičité, a to včetně obloukové kyseliny křemičité, sražené nízkoalkalické kyseliny křemičité, aerogelů oxidu křemičitého, analogicky připravených oxidů hliníku a jejich směsí. Obzvláště výhodné a doporučované jsou pyrogenicky připravené kyseliny křemičité.

Jako kalidla mohou být použity oxid titanu, ilmenit, karbid křemíku, směs oxidů železa (II) a železa (III), oxid chromičitý, oxid zirkoničitý, oxid manganičitý, oxid železa, oxid křemičitý, oxid hlinitý, křemičitan zirkoničitý a jejich směsi. Uvedená kalidla jsou především využívána pro pohlcování a rozptyl infračerveného záření, v důsledku čehož poskytují dobrou izolaci pro tepelnému záření v rozmezí vyšších teplot.

Jako vláknité materiály jsou vhodné k použití skelná vlákna, minerální vlna, čedičová vlákna, strusková vlna,

ΦΦΦ · Φ 4 ♦4444

444·· 4 · Φ 4 ·Φ • 444 ··· · 44 ·· Φ· 44 Φ·44 ·· Φ·ΦΦ keramická vlákna a krystaly, stejně jako vláknité provazce, připravené například z taveniny hliníku a/nebo oxidů křemíku, a jejich směsi.

V případě zvláštních požadavků je možno používat rovněž další anorganická pojivá, jako je například vodní sklo, fosfáty hliníku, boridy hliníku, titan, zirkon, vápník, silicidy, jako je například silicid vápníku a silicid vápníku a hliníku, karbid boru a základní oxidy, jako je například oxid hořečnatý, oxid vápenatý nebo oxid barnatý.

Obecně však taková pojivá není nutno používat v případě použití xonotlitu. Některá z těchto pojiv mohou být rovněž použita jako suchá předběžná směs spolu s xonotlitem, neboť mohou být stejnorodým způsobem poměrně snadno zahrnuty do tohoto stavu.

Jako xonotlit je využíván synteticky vyrobený xonotlit, jelikož přírodní xonotlit není dostupný v dostatečném množství a za přijatelné ceny. Příprava syntetického xonotlitu byla popsána například v patentových spisech GB 1 193 172 a EP 0 231 460.

Uvedený synteticky připravený xonotlit je obecně získáván ve formě zrnek, sestávajících ze zplstěných jehliček. Avšak v souladu s předmětem tohoto vynálezu mohou být rovněž využívány nezplstěné nebo těžko zplstitelné jehličky, získané během přípravy, využívání a zpracování xonotlitu pro jiné účely, které mohou být smíchány s jinými složkami takových produktů.

• ♦ φ φ • · ϊ ϊ ί**· * Σ ί · · ί Σ * ·« ♦ · · ·. « * · ·· «· ·· ·»·· φ* ····

Při pokrývání jedné nebo obou povrchových ploch tepelně izolačních těles podle tohoto vynálezu žáruvzdorným materiálem je žádoucí používat komerční plátky slídy a grafitu. Kromě toho je možno vytvářet vrstvený materiál z předem stlačeného xonotlitu, který je vkládán na dno a na vrchní stranu formy pro zbytkovou suchou směs, a který je stlačován společně s uvedenou suchou směsí.

Vlastnosti mikropórézních tepelně izolačních těles podle tohoto vynálezu se mohou měnit v závislosti na požadovaném účelu jejich uplatnění. Fyzikální vlastnosti konečného výrobku mohou být rovněž přizpůsobeny příslušnému účelu prostřednictvím přizpůsobení složení tepelně izolačních těles.

Příklady provedení vynálezu

Předmět tohoto vynálezu bude dále podrobněji objasněn na následujících příkladech a srovnávacích vzorcích.

Příklad 1

Směs 68 % hmotnostních % hmotnostních rutilu sloužícího jako kalidlo, a vláken o délce 6 mm byla v nuceném mixeru a poté obdélníkovité kovové formě, pyrogenní kyseliny křemičité, neboli oxidu titaničitého, 2 % hmotnostních silikátových intenzivně za sucha míchána za sucha stlačována v použitý tlak měl velikost přičemž

0,9 MPa. Byla tak získána deska, která měla hustotu

320 kg/m³. Po uvolnění tlaku a vyjmutí z formy došlo ke zvětšení tloušťky desky o tloušťce 15 mm od 3 až 4 % * · • · · « · · · · · · · • <·· · · · ·· · · • · · » «·· · · · «· «· ·· ···· «4 ···· v důsledku pružnosti a opětovného roztaženi. Mechanická stabilita tepelně izolačního tělesa je pouze nízká.

Příklad 2

Různá množství syntetického xonotlitu (Promaxon®, což je komerční výrobek firmy Promat company, Belgie) byla přidána do směsi podle příkladu 1, přičemž uvedené směsi byly stlačovány v souladu s postupem podle příkladu 1. Pružnost a opětovné roztažení výrazně vzrostlo spolu se vzrůstajícím množstvím xonotlitu. Výsledné údaje jsou uvedeny v následujících tabulkách a jsou znázorněny na obr. 1.

Xonotlit (%)	Pružnost (%)
0	3,5
10	1,8
20	0,9

V souladu s údaji, uvedenými v následující tabulce a znázorněnými na obr. 2 mělo přidání xonotlitu za následek zvýšení pevnosti v ohybu.

Xonotlit (%)	Pevnost v ohybu (MPa)
0	0,10
10	0, 17
20	0,20

♦ · φ ♦ Φ « · » · »♦ β · · « · · · · 9 9· • Φ · 9 9 · · · 9 9 99

9 9· 999999

ΦΦ Μ ···· «**«··

Z těchto údajů a z obr. 2 je možno odvodit, že přidání xonotlitu až do 20 % hmotnostních rovněž přispívá ke zvýšení pevnosti v ohybu.

ψν 9Λ>0/| - 1W0 • » « ·* · * 9 9 99

9 9·· · · · * ·· • · · ♦ · · « 9 ·· ·· *·*» · 9 · 9 99 • · · · «· « · « · · · ·« · ·

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Mikropórézni tepelně izolační těleso, sestávající ze stlačeného tepelně izolačního materiálu, obsahujícího od 30 do 90 % hmotnostních jemného práškového oxidu kovu, od 0 do 30 % hmotnostních kalidla, od 0 do 10 % hmotnostních anorganického vláknitého materiálu a od 0 do 15 % hmotnostních anorganického pojivá, vyznačující se tím, že těleso dále obsahuje od 2 do 40 % hmotnostních, s výhodou od 5 do 15 % hmotnostních xonotlitu.
2. Mikropórézni tepelně izolační těleso podle nároku 1, vyznačující se tím, že jedna nebo obě povrchové plochy jsou opatřeny povlakem ze žáruvzdorného materiálu.
3. Mikropórézni tepelně izolační těleso podle nároku 2, vyznačující se tím, že povlaky jsou stejné nebo odlišné a sestávají z předem stlačeného xonotlitu, slídy nebo grafitu.
4. Mikropórézni tepelně izolační těleso podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že povlak sestává z předem vyrobeného plátku slídy na obou stranách.