DE1671186B2

DE1671186B2 - Verfahren zur Herstellung von Wärmeisoiiermaterial

Info

Publication number: DE1671186B2
Application number: DE1967U0014270
Authority: DE
Inventors: John Thomas Hughes; Joseph Anthony Mcwilliams
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-28
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE1671186A1; GB1205572A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeisoliermaterials, das ein inniges Gemisch aus Aerogel-Teilchen und anorganischen Fasern aufweist, unter Verformen des Gemisches.

Verfahren zur Herstellung von Wärmeisolierstoffen auf der Basis von Aerogel-Teilchen und einem Fasernetz, gegebenenfalls mit einem Gehalt an Trübungsmitteln sind bekannt Hierbei werden zur Bindung der Fasern und der Aerogel-Teilchen Bindemittel unterschiedlicher Art, z. B. anorganische oder organische Bindemittel, wie Phenol-Formaldehyd-Harze, verwendet Es ist auch bekannt, mittels aus den Aerogel-Teilchen gebildeten keramischen Anteilen unter Anwendung von Wärme bei einem gegossenen bzw. preßverformten Gemisch der Bestandteile eine keramische Bindung herzustellen oder in besonderer Weise aufbereitete und dadurch zur Bi'dung eines wäßrigen Gelbinders befähigte Aerogel-Teilchen unter Verwendung von Wasser, Wärme und Druck in situ in ein Bindemittel zu überführen (US-Patentschrift 28 08 338). Auch ist es bekannt, Mineralwolle-Abfälle zu zerfasern und durch Schleudern zusammen mit einem pulverisierten Bindemittel in einem Absetzgefäß am als Band ausgebildeten Boden ein Vlies abzulagern und dieses in einem Heizkanal auszuhärten (Deutsche Auslegeschrift 10 21 781). Solche Materialien hatten den Nachteil, daß die organische Bindung unzureichende thermische Stabilität aufweist bzw. die anorganisch-keramische Bindung die Feststoff-Leitfähigkeit durch das Material hindurch erleichtert. Das Material hat dann eine relativ ungünstige Wärmeleitfähigkeit Darüber hinaus erfordert verfahrenstechnisch die Herstellung solcher Stoffe den zusätzlichen Verfahrensschritt der Erwärmung.

Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes, von den vorerwähnten Nachteilen freies Wärmeisoliermaterial zu schaffen, dessen Herstellung zudem weniger kostspielig ist als die bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Stoffe. Erfindungsgemäß gelingt die Herstellung eines solchen Wärmeisoliermaterials unter Verformen eines Gemisches auf der Grundlage von Aerogel-Teilchen und anorganischen Fasern, indem man Siliciumdioxid- bzw. Kieselerde-Aerogel-Teilchen und keramische Aluminiumsilikat- oder Kohlenstoff-Fasern oder deren Gemische in einen Behälter einbringt, in dessen Bodenbereich ein Drehflügel angeordnet ist und daß man in dem geschlossenen Behälter eine Verwirbelung des eingebrachten Materials unter inniger Verteilung durch Drehen des Drehflügels bewirkt Die Teilchen sind durch das ganze Material hindurch innig bzw. fein verteilt und sind durch Ineinandergreifen von benachbarten Teilchen und/oder durch direkte physikalische Berührung mit dem tragenden Fasernetzwerk gehalten und angeordnet bzw. orientiert Das Material

ι ο besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu derjenigen der freien ruhigen Luft Insbesondere gelingt, wenn auch nicht ausschließlich, die Herstellung eines Hochtemperatur-Wärmeisoliermaterials.

Im besonderen wird durch die Erfindung ein

is Verfahren zur Herstellung eines mikroporösen Wärmeisoliermaterials geschaffen.

Die Aerogel-Teilchen und die Fasern werden insbesondere in einen zylindrischen Behälter eingebracht werden. Der Behälter wird dicht an einem Bodenelement befestigt, welches einen drehbaren Flügel trägt oder dem ein solcher zugeordnet ist Dieser Flügel wird dann in Drehung versetzt, um eine Wirbelung im Behälter zu erzeugen, wodurch eine innige bzw. feine Verteilung, Partikularisation und Bindung des Materials erzielt wird. Danach kann dieses Material in einer Matrize oder einem ähnlichen Bauteil behandelt werden, um es in die gewünschten Abmessungen zu bringen und zu formen.
Vorzugsweise enthält das Wärmeisoliermaterial ein Trübungsmittel, und bei der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung des Materials wird das Trübungsmittel mit dem Aerogel- und Fasermaterial vor dem Vermischen zugegeben. Die besondere Art des Trübungsmittels hängt ab von dem Zweck, für welchen das Material bestimmt ist So kann die Durchlässigkeit für Wärmestrahlung durch Verwendung eines entsprechenden Trübungsmittels auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Grundsätzlich kann das Trübungsmittel eines von drei unterschiedlichen Typen oder eine Kombination solcher Typen sein. Diese Grundtypen sind der reflektierende Typ, wie beispielsweise metallische

Pulver, der streuende Typ, wie beispielsweise Zirkon,

und der absorbierende Typ, wie beispielsweise Ruß.

Die Auswahl des Faserstoffes hängt wiederum ab von

dem besonderen Zweck, dem das Material dienen soll, jedoch muß eine solche Faser flexibel sein, um ein starkes bindendes Netzwerk zu bilden, und muß auch Hafteigenschaften besitzen, so daß die Aerogel-Teilchen an der Faser haften, wenn sie während des Vermischens mit dieser in Berührung gebracht werden. Dadurch ergibt sich ein stabiles, innig dispergiertes Material. Diesem Zweck dienen keramische, Aluminiumsilikat- oder Kohlenstoff-Fasern.
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 Maßgebung notwendig, daß die überschüssige Luft aus dem Material beseitigt wird. Zu diesem Zweck kann die

bo Maß- und Formgebung in einem Matrizenhohlraum erfolgen, dessen Wandung oder wenigstens eine Wand perforiert ist, um das Entweichen der Luft zu ermöglichen, wenn das Materia.) 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 etwa

0,2-0,4 g/cnA

Ein zu hohes Verpressen unter Zusammendrücken der MikroStruktur des Materials sollte vermieden werden, da jegliches weitere Zusammendrücken einer solchen Struktur die Wärmeleitfähigkeit des Materials erhöhen muß, und zwar insofern, als es die mikroporöse Struktur zu zerstören sucht und auch den Faserstoff-Leitfaktor durch Vergrößerung der Gesamt-Berührungsfläche zwischen den anteiligen Teilchen der Isolation erhöhen muß.

Beispiel

Ein Wärmeisoliermaterial wird durch grobes Vermischen von 70Gew.% eines Kieselerde-Aerogels, 20 Gew.% Kanal-Ruß und 10 Gew.% Aluminiumsilikatfaser vorbereitet

03 kg dieser Zusammensetzung werden dann einer schnellen Verwirbelung dadurch unterworfen, daß sie in einen vertikal angeordneten zylindrischen Behälter mit einer Höhe von etwa 30 cm und einem Durchmesser von etwa 28 cm eingebracht werden, aus dessen Boden die Welle eines 1 PS-Elektromotors vorragt Am Ende der Welle ist etwa 5 cm oberhalb des Bodens des Behälters ein zweischaufliger Stromlinien-Impeller mit einem Durchmesser von etwa 20 om angebracht den der Motor mit 5000 U/min antreibt Der Behälter wird nach der Beschickung geschlossen und der Motor eine Minute lang eingeschaltet Die Steigung des Impellers ist derart, daß er eine Verwirbelung der Zusammensetzung erzeugt, die nahe der Wandung des Behälters nach oben und in der Mitte desselben nach unten verläuft

Sobald der Impeller anhält, wird die Charge entnommen, und man stellt fest daß sie aus einer lose gebundenen Masse von Aerogel- und Trübungsmittel-Teilchen in einem Fasernetz besteht wobei die Teilchen durch das ganze Material hindurch innig dispergiert sind und durch Angreifen benachbarter Teilchen und/oder durch direkten physikalischen Kontakt mit dem tragenden Fasernetz gehalten und orientiert sind. Die gebundene Masse wird dann in einer Gieß- bzw. Preßmatrize bei einem Druck von etwa 1,4 N/mm² verpreßt, was einen Block mit einer Dichte von 03 g/cm³ und einer Wärmeleitfähigkeit von 2,2 χ 10-« Wcm/cm² ° C bei einer Temperatur von 200° C ergibt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeisoliermalerials unter Verformen eines Gemisches auf der Grundlage von Aerogel-Teilchen und anorganischen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß man Siliciumdioxid- bzw. Kieselerde-Aerogelteilchen und keramische, Aluminiumsilikat- oder Kohlenstoff-Fasern oder deren Gemische in einen Behälter einbringt, in dessen Bodenbereich ein Drehflügel angeordnet ist und daß man in dem geschlossenen Behälter eine Verwirbelung des eingebrachten Materials unter inniger Verteilung durch Drehen des Drehflügels bewirkt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trübungsmittel zusätzlich zu dem Aerogel- und Fasermaterial in den Behälter eingebracht wird.