DE1671186A1

DE1671186A1 - Verfahren zur Herstellung von Waermeisolierstoffen

Info

Publication number: DE1671186A1
Application number: DE1967U0014270
Authority: DE
Inventors: Mcwilliams Joseph Anthony; Hughes John Thomas
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1971-09-02
Also published as: DE1671186B2; GB1205572A

Description

DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^Telefon:t°²⁷¹)³²⁴⁰⁹

Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten: Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

Abj.: Patentanwalt Dipl.-lng. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen υ. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

67 089 Kü/ls 27. September 1967

United Kingdom Atomic Energy Authority, Patents Branch, 11 - 12, Charles II Street, London, S W 1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 43668/66 vom 29. September i%6 beansprucht.

Verfahren zur Herstellung von /ärmeisolierstoffen

Background der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ^ärmeisoiierstoffe, die eine geringe './armeleitfähigkeit im Vergleich zu derjenigen der freien ruhigen Luft aufweisen, und betrifft in erster Linie, wenn auch nicht ausschließlich, ein Hochtemx>eratur-Wärmeisoliermaterial, wobei sich die Erfindung ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials bezieht.

ORIGINAL

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Beschreibung: des Standes der 'Technik

Es sind "bereits Vorschläge zur Herstellung von Wärmeisolierstoffen gemacht worden, die auf Aerogel-^eilchen /aerogel ■oartides/ und einem Fasernetz, gegebenenfalls zusammen mit einem L'rübungsmittel, basieren, wo Lei die fasern und/oder Aerogel-'L'eilchen einen keramischen Anteil haben, derart, daß bei Anwendung von Wärme bei einem gegossenen bzw. preßverformten Gemisch der Bestandteile eine keramische physikalische Bindung erzielt wird. Ein solches Material hat den Nachteil, daß eine derartige physikalische keramische Bindung die Peststoff-Leitfähigkeit /solid conduction/ durch das Material hindurch erleichtern muß, wodurch sich ein Material ergibt, welches eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit in Vergleich zu derjenigen, die mit einem erfindungsgemäß hergestellten Material erzielbar ist. Darüber hinaus erfordert die Herstellung solcher Stoffe den zusätzlichen Verfahrensschritt der Erwärmung, um die keramische Ündung zu erzielen.

Ss ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte .Form eines solchen Haterials zu schaffen, ·» elches in der herstellung weniger kostS"oieli;T ist als ver^leior-oare öJoffe, die bisher erzeugt wurden, sowie ein ve -.-oessertes Herstellungsverfahren zu sc.aaffen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ί-emäß einem :^ferkmal der Erfindung wird ein V/ärmeisolierstoff geschaffen, der Aerogel-i'eilchen und ein Fasernetz enthält,

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wobei die . teilchen lurch das ^pnze I Material hindurch innig bzw. fein verteilt sind und durch Angreifen von benachbarten Teilchen und/oder durch direkte physikalische "B iräliruu«=-; mit dem tragenden Pasernetzwerk gehalten und angeordnet bzw. orientiert sind.

Vorzugsweise sind die Aerogel-teilchen ein Siliciumoxyd- bzw. Kieselerde-Aeroirel, und die !??.ser ist eine keramische VerstMrkungsfaser.

Einern weiteren ''erlanal der Brfindun? zufolge wird ein '/erfahren zur Herstellung eines '.V'ärineisoliermaterials geschaffen, welches ein inni-ies Gemisch aus Aerosel-Teilchen und tragenden fasern aufweist, wobei das Verfahren darin oesteht, daß das Aeroscel-J'aterial und das fasrive Material in einen geschlossenen Behälter eingebracht und die auf diese './eise eingeschlossenen Materialien einer Verwirbelung unterworfen v/erden.

Im oesonderen wird durch die Erfindung ein Verfahren zur "erstellung eines mikroporösen Wärineisoliermaterials geschaffen, wo .-ei das Verfahren darin besteht, dai?. ein Aerosel-'.v-terial und ein fasrices "atari?l in einen zylindrischen behälter einrebrac'it werden, dali der -eaP.lter dich^ an einem odenelenient befestigt wird, welches einen drehbaren Flügel tr;--?:t oder dem ein solcher zugeordnet ist, dai dieser TTlizel in Drehun- versetzt wird, um eine /ir^elun-T im ⁿehüluer zu erzeugen, wodurch eine inni-re bzw. feine Verteilung, Partikularisation und Bindung des ^?/ratyrials erzielt wird, und daiS danach dieses Material

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in einer Matrize oder einem ähnlichen Bauteil behandelt wird, um es in seine Abmessungen, zu Dringen und zu formen. '

Vorzugsweise enthält das Wärmeisoliermaterial ein Trübungsmittel — die besondere Art des Trübungsraittels hangt ab von dem Zweck, für welchen das Material bestimmt ist —., und bei Ausführung des Verfahrens zur Herstellung des Materials wird das 'Trübungsmittel mit dem Aerogel- und Fasermaterial Vor dem Vermischen zugegeben. .

Durch Erzielung eines innigen Gemisches und Verteilens dadurch, daß die Stoffe einer Verwirbelung unterworfen werden, wird. nicht nur der Feststoff-Leitfaktor des Materials, · sondern auch, der Gas-Leitfaktor auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

Der-übrige Faktor, der die endgültige Wärmeleitfähigkeit eines solchen Materials beeinträchtigt, nümlich die Strahlungsubertra^una;, kann durch Verwendung eines entsprechenden Trübungsmittels auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, welches grund- * sätzlich eines von drei unterschiedlichen-Typen oder eine Kombination solcher Typen sein kann. Diese Grundtypen sind

a) der reflektierende Typ, wie beispielsweise metallische

Pulver, - -. ^₄- . -

. b) der streuende Typ, wie beist>ielsweise Zirkonium, c) der absorbierende typ, wie beispielsweise Ruß.

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Die Auswahl des Faserstoffes hängt wiederum ab .von dem besonderen Zweck, dem das Material dienen soll, jedoch muß e-ine solche Faser flexibel sein, um ein starkes bindendes Netzwerk zu bilden, und muß auch die Klebeigenschaft /property of stiction/ besitzen, so daß die Aerogel-teilchen an der Faser haften, wenn sie während des Vermischens mit dieser in Berührung gebracht werden, wobei sich dadurch ein stabiles, innig dispersiertes Material ergibt. Eine geeignete Faser würde Aluminiumsilikat sein oder — wenn das Material in einer inerten Atmosphäre oder bei niedrigen Temperaturen in Luft zu verwenden (f ist — aus Kohlenstoff bestehen.

Als Folge der Auflockerung des Gemisches während des Mischvorganges wird das Volumen der anteiligen Stoffe erheblich vergrößert, und es ist daher während des nachfolgenden Arbeitsganges der Form- und Maögebung notwendig, daß die überschüssige Luft aus dem Material beseitigt wird, und zu diesem Zweck kann die Maß- und Formgebung in einem Matrizenhohlraum erfolgen, dessen Wandung, oder von dem eine Wand, perforiert ist, um das Ent- λ weichen der Luft zu ermöglichen, wenn das Material in der Matrize druckbeaufschlagt wird.

Vorzugsweise ist der Grad bzw, das Ausmaß der Druckbeaufschlagung so, daß nur die überschüssige Luft entfernt und ein isolierender Block der gewünschten Dichte erzeugt wird, und

zwar im Bereich von 12 bis 24 Pfund/Fuß⁵ (etwa 0,2 - 0,4g/om⁵),

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als e.aß irgendeine physikalische Zusammendrückung der Mikrostruktur des Materials erzielt wird, da jegliches Zusammendrücken einer solchen Struktur die Wärmeleitfähigkeit des Materials erhöhen muß, und zwar insofern, als es die mikroporöse Struktur zu zerstören sucht, und -auch den Feststoff-Leitfaktor durch Vergrößerung der Gesamt-Berührungsflache zwischen den anteiligen Teilchen der Isolation erhöhen muß.

Beispiel

Ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines brauchbaren Materialblocks wird nunmehr im einzelnen beschrieben.

Eine Zusammensetzung wird durch grobes Vermischen von 70 Gew.jS eines Kieselerde-Aerogels, 20 Gew.^b kanalgradigen Rußes /channel grade carbon black/ und 10 Gew.^ Aluminiumsilikatfaser vorbereitet. Ein passendes Aerogel ist "Santocel A", welches von Montsanto hergestellt wird, und eine geeignete Faser ist "Triton"-Fäser die von der Firma Morganite Ceramic Fibres Co. ™ Ltd., London, hergestellt wird*.

Eine Hasse im Gewicht von 2 Pfund (0,9 kg) der obigen Zusammensetzung wird dann einer schnellen Verwirbelung dadurch unterworfen, daß sie in einen vertikal angeordneten zylindrischen Behälter mit einer Höhe von etwa 12" (etwa 30 cm) und einem Durchmesser von 11" (etwa 28 cm) durch die Witte des Bodens

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eingebracht wird, aus dem die Welle eines 1 PS-Elektromotors vorragt. Am Ende der Welle ist etwa 2" (etwa 5 cm) oberhalb des Bodens des Behälters ein zweischaufliger Stromlinien-Impeller mit einem Durchmesser von 8" (etwa 20 cm) angebracht, den der Motor mit 5000 U/min antreibt., ' ^ff

Der Behälter wird nach der Beschickung geschlossen und der Motor eine Minute lang eingeschaltet. Die Steigung des Impellers ist derart, daß er eine rapide Verwirbelung der Zusammensetzung erzeugt,-die nahe der Wandung des Behälters nach oben und in der Mitte desselben nach hinten verläuft.

Sobald der Impeller anhält, wird die Charge entnommen, und man stellt fest, daß sie aus einer lose gebundenen Masse von Aerogel- und i'rüüungsmittel-I'eilchen in einem Fasernetz besteht, wobei die leuchen durch das ganze Material hindurch innig dispersiert sind und durch Angreifen benachbarter leuchen und/oder durch direkten physikalischen Kontakt niit dem tragenden Faeernetz gehalten und orientiert sind. Die gebundene Hasee wird dann In einer Gieß- bzw. Preßmatrize bei einem Druck von 200 psi (H kg/cm ) verpreßt, vas einen- brauchbaren Block einer Wärmeisolation mit einer Dichte von 15 Pfund/Fuß (0,24 fe/cm ) und eine Wärmeleitfähigkeit von 2,2 χ 10 - .4 Watt/cm^ ^QC/ciu bei einer mittleren !emperatur von 2QO⁰G ergibt.

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Die Erfindung betrifftauch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale,

die im einzelnen oder in Kombination — in der gesamten

Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

1* Verfahren zur Herstellung eines .Hirmeisolierstoffes, 7/elcher in inniges Gemisch aus Aerogel-ΐeilchen und ^ragenden fasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Material und das fasrii?e Ha-terial in einen geschlossenen Behälter gegeben werden und daß die auf diese Weise eingeschlossenen "'aterialien einer Verwiroelung ausgesetzt werden.

2. Verfahren zur •ierstellun™ eines mikronorösen v/ärmeisolivemfeterials, dadurch gekennzeichnet, daJ3 "das Aerogel-tl.terial und das fasrisre aterial in. einen zylindrischen üehhlter ^e.g-eoen werden, daß der -'ehülter dich"G an einem odenelemant befestigt wird, welches einen dreiaoar&n Flüael tr^gt oder dem ein solcher zugeordnet ist, und-ds ß dieser KLüs-el in jJrehung versetzt wird," u;;« eine Verwirbelung im 3ehalter zu erzeugen, wodurch eine innige Verteilung, Partikularisation und Qinduns des Materials erzielt wird_o ■

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3. Verfahren nach Ansr^ueh 2, dadurch sek nnzeichnot, daß

■ * ■

ein ^rubungsmitt&i zusätzlich zu dem Aerocrel- und Faser-" material in den Behälter eingebracht %'ird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daii die Aerogel-teilchen ein Kie-seierde-Aerogel .sind und dafc die raser eine kölnische Verstärkunesfaser ist.

5. Verfahren nach Aner/cuch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß ein "JriiDunismittel zusätzlich zu dem Eieselerde-Aeroirel und der keramischen Paser in den Behälter eingebracht wird.

6. Verfahren nach Ansnruch. 5, dadurch ^ekennzei-clmet, caß das gebundene Material in einer Matrize gepreßt wird, um einen geformten künstlichen G-eeenstaxid zu er^eu^en.

7. Verfahren nach AnsOruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tlüarel ein zwei-schsuili-cer Stromlinien-Impeller ist, der in der ji-; he des Bodens des zylindrischen ;.-ehälbers angeordnet und um die Achse des Behälters drehbar gelagert ist.

8. Wärmeisolierstoff, weiche..? nach dem Verfahren nach Anspruch. 1 hergestellt ist, dadurch -rekennzeichnirc,. daß er Aerogel-^eilchen und ein ^T1asernetz aufweist und daii die teilchen durch das vesamte ""atbrip.l hindurch innig bzw, fein verteilt und durch ·./irkverbindung· benachbarter-Teilchen und/oder durch direkte physikalische eerührun? mit dem tragenden Fasernetzwerk gehalten und in ihrer Lasre fixiert sindo

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