DE1962625A1 - Verfahren zum Herstellen von faserigem Isoliermaterial - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von faserigem Isoliermaterial

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Description

DIPL.-ING. H. MARSCH DIPK-ING. K. SPARING
PATBNTANWiI-TB
4 DÜSSELDORF, 13.12.1969 LINDEMANNSTRASSE 81
ma»*β
Beschreibung
zum Patentgesuch
des Herrn
THOMAS GORDON McNISH, "Silverton",
27 Silver Street, Buckden,
Huntingdonshire, England
betreffend
"Verfahren zum Herstellen von faserigem Isoliermaterial"
Die Erfindung bezieht sich auf faserige Isoliermaterialien, wie sie zur Wärme- oder Schallisolation verwendet werden, und bei Wärmeisolationen insbesondere im
Zusammenhang mit Einrichtungen oder Apparaten, in welchen sehr hohe Temperaturen angetroffen werden.
Mannigfache Schwierigkeiten bestehen bei der Verwirklichung einer guten Wärnieisolation bei Apparaten, die
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sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind und in welchen ein hoher Durchsatz einer heißen Gasströmung stattfindet. Diese Bedingungen liegen zum Beispiel "bei einer Gasturbine vor, die zum Antrieb eines schweren Straßenfahrzeuges, wie z.B. einer lory verwendet wird, wo es erwünscht ist, ein Wärmeisolationsmittel an der leitung anzubringen, die von der Gasturbine kommt und durch die sehr heiße Gase mit einer hohen Temperatur strömen. Die Oberfläche des Isoliermittels, welches den heißen Gasen ausgesetzt ist, darf keiner oder nur einer geringfügigen Erosion ausgesetzt sein und das Isoliermittel muß auch derart beschaffen sein, daß es nicht herunterbrechen kann und dabei Staub bilden kann, welcher für das Arbeiten der Turbine schädlich wäre.
Der Gegenstand der Erfindung ist auf ein Isoliermaterial gerichtet, welches den oben beschriebenen Anforderungen entspricht und welches auf einfache Weise hergestellt werden kann, so daß es eine Großproduktion ermöglicht und welches eine sehr gute Isolationswirkung gewährleistet und dabei noch einen weiten Anwendungsbereich aufweist.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Verfahrensschritte der Verarbeitung einer Vielzahl von Paserfäden unter der Einwirkung eines Bindeoder Aussteifungsmittels auf, wonach ein Besprühen eines Teils oder der Gesamtheit der Oberfläche des Maierials mit einem anhaftenden Überzug oder einer Schicht eines Metalls oder eines Metalloxydes erfolgt. /
Vorzugsweise besteht das faserige Isoliermaterial aus Keramikfasern, und als Bindemittel wird ein Silikasol und als anhaftende oder anklebende Sehicht oder als Überzug wird Aluminiumoxyd bezw. Tonerde verwendet.
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f f t ι
* · ti
Bei Durchführung des Verfahrene nach der Erfindung wird das Metall oder Metalloxyd auf das Fasermaterial aufgebracht, welches derart vorgeformt sein kann, daß es jede gewünschte Gestalt annimmt, was beispielsweise durch Vakuumverformung, mit einem Sprühmittel geschehen kann, welches zum Beispiel in einer Spritzpistole oder dergleichen erzeugt werden kann.
Alternative Verfahren zur Herstellung eines Isoliermaterials gemäß der Erfindung werden nun im einzelnen an Beispielen beschrieben.
Faseriges Material, welches aus einer Vielzahl von Keramikfäden besteht, hat gute* Isolationsqualitäten, aber für die meisten Zwecke erfordert es irgendeine Art mechanische Abstützung oder Bindung, um es sicher zu befestigen. Das Material selbst kann zum Beispiel nicht als Wänneieolierleitung auf zum Beispiel der inneren Wandung eines Heißgaskanals in einer Grasturbinenmaschine verwendet werden. Erfolglose Versuche sind durchgeführt worden, um Metallfolie oder dünne Metallüberzüge dazu zu verwenden, als Umhüllung von Isoliermaterial, wie Abdeckungen aus Keramikfasern,zu dienen, um ein Verstauben oder eine Erosion der Oberfläche des Materials zu verhindern. Es ist ferner bekannt, faseriges Material mechanisch zu stabilisieren, dadurch daß es mit einem Binde- oder Aussteifungsmittel behandelt wird.
Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf keramische Fäden oder Pasern, die mit einem Bindemittel wie Silikaeol behandelt werden, wird eine Spritzpistole verwendet, um das Material mit einer Schicht von Metalloxyd, wie zum Beispiel Aluminiumoxyd oder Zirconia, zu überziehen. Die Stärke der auf diese Art erhaltenen Schicht hängt von den Erfordernissen ab. Aber gemäß dem
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allgemeinen Anwendungszweck der Erfindung kann daran gedacht werden, daß die Schichtstärke in einem Bereich zwischen 0,127 mm und 0*,635 mm (5/1000 und 25/1000 Zoll) schwankt. Der Körper der Keramikfäden oder Fasern kann abhängig von dem Verwendungszweck zu jeder gewünschten Gestalt vorgeformt sein, bevor das Metalloxyd aufgebracht wird. Zum Beispiel kann das Verfahren der Vakuumverformung verwendet werden, um die gewünschten Raumformen aus den Fäden in einer Aufschlemmung herzustellen. Die derart erzeugten Raumformen werden danach mit einem auserwählten Metall oder Metalloxyd besprüht.
In einem Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Fasern, die zum Beispiel aus Porzellanerde hergestellt sind, in die'Gestalt einer Abdeckung von 25,4 mm Stärke und mit einer Dichte von 128 kg/m* geformt, und das Ganze wird durch Sättigung mit einem Silikaaol koaguliert, der bis zu 35 Gewichtsprozent Festbestandteile hat, die in etwa 50 i» Wasser gelöst sind. Die derart hergestellten nassen Abdeckungen werden in eine Gießform geeigneter Gestalt eingebracht und langsam in einem Heißluftstrom getrocknet.
Nach dem Trocknungsvorgang wird die Oberfläche der nun ausgesteiften Abdeckungen erneut mit dem SiIikasol behandelt und schneller getrocknet, so daß eine höhere Konzentration von Silika auf der betreffenden Oberfläche der Abdeckung gebildet wird, weil nach der Anfangsbehandlung die Abdeckung nicht so viel von der Bindeflüssigkeit durch ihre ganze Stärke hindurch aufnimmt. Nach Beendigung der Trocknung wird die Oberfläche der Abdeckung mit einer Schicht von Aluminiumoxyd oder Metall durch einen Sprühprozeß überzogen, der mit einer üblichen Spritzpistole durchgeführt werden kann, wobei das Jluminiumoxyd oder das Metall die Formen eines Stabes, geschichteten Pulvers oder Pulvers je nach der Art der
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verwendeten Spritzpistole aufweisen kann. Wenn das Pulver in einer Schicht enthalten ist, dann "bilden Schicht und Pulver einen flexiblen Stab, der aus kompaktem pulverisierten Aluminiumoxyd besteht und sich in einem Rohr aus Plastikmaterial befindet. Das verwendete Plastikmaterial ist schmelzbar, so daß, wenn das Ende des Rohres einer Flamme ausgesetzt wird, das PIastikraaterial abbrennt und das Pulver schmilzt und eine Oberflächenschicht auf der Abdeckung bildet.
In einem alternativen Verfahren zur Durchführung der Erfindung wird eine Abdeckung oder eine andere Raumform dadurch erzeugt, daß geschnittenes Fasermaterial, welches beispielsweise aus Porzellanerde erstellt ist, mit einer minimalen Faserlänge von etwa 3»2 mm verwendet wird. Es sollte sorgfältig darauf geachtet werden, daß die Fasern nicht bis zu Staub verkleinert werden. Da
0,093 m einer Decke ungefähr 320 g wiegen, ist es möglich, das Gewicht des Fasermaterials auf etwa 25,4 mm Stärke der Faser in Gestalt der Abdeckung zu bestimmen. Das geschnittene Fasermaterial wird mit einer Lösung von kolloidaler Silika gesättigt und, wie bereits beschrieben, in eine Gießform eingegeben. Wahlweise können die geschnittenen Fasern mit einer größeren Menge von Silikasol gemischt werden, so daß sie einen Schlamm oder flüssigen Brei bilden, und dieser kann einer Vakuumformmaschine zugeführt werden, in der die gewünschte Raumform gebildet wird. Nach dem Trocknungsprozeß wird der ausgeformte Körper der Maschine entnommen,und seine Oberfläche wird mit Keramik oder Metall, wie zuvor beschrieben, besprüht.
Die Dichte des Endproduktes richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen und kann zwischen etwa 128 kg/m bis zu 320 kg/nr und mehr schwanken, wobei die Enddichte des Produktes vorteilhafterweise bei 224 kg/nr liegt.
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Die gewünschte Dichte erhält roan durch entsprechende Auswahl der Konzentration des Silikasola durch Auswahl der Menge an Flüssigkeit, die in der Mischung nach der Vakuumverformung "bleibt oder durch weitere Behandlung der ausgeformten Raumformen nach dem ersten Trocknungsvorgang mit weiterer Silika.
Wo nur eine einfache Raumform des Produktes hergestellt werden soll, dann kann sie, wie zuvor "beschrieben, vollständig ausgeformt werden. Jedoch Endprodukte von verwickelter Raumform werden vorzugsweise aus getrennten einfacheren Raumformen zusammengesetzt, die durch ein Klebemittel miteinander verbunden werden, wie zum Beispiel durch einen hitzebeständigen Lein. Wenn ein Isolator in der Leitung einer Gsturbine zum Beispiel hergestellt werden soll, dann werden getrennte Teile zusammengefügt, deren Stoßflächen einen Winkel von 45° aufweisen, wobei das Klebemittel auf diese Flächen aufgebracht wird. Die geneigten Stoßflächen sind in der Leitung so angeordnet, daß sie nach, rückwärts im Hinblick auf die Strömungsrichtung des heißen Gases gerichtet sind,und der Isolator, der aus den zusammengesetzten Teilen gebildet ist, kann in seiner Betriebslage mittels Leim gehalten werden, der auf der äußeren Fläche angebracht ist, die mit der Wandung der Leitung Berührung hat.
Materialien geeigneter Gestalt, die entweder mit Abdeckungen, die aus ungeschnittenen Fasern zusammengesetzt sind oder mit vakuumverformten geschnittenen Keramikfasern behandelt und, wie beschrieben, hergestellt worden sind, Bind mit Erfolg bei Temperaturen von und über 75O0C in Verbindung mit Gasströmungen von und über 150/ see. Geschwindigkeit geprüft worden. Die beschriebenen Materialien sind ferner mit Erfolg Vibrationen mit einer Kraft von 6g und einer Frequenz von 32 Schwingungen pro
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Minute für eine längere Zeit ausgesetzt worden. Die beschriebenen Materialien« die bereits ausgeformt waren, aber äquivalent einer Originalabdeckungsstärke von 25,4 mm waren, sind darauf erprobt worden, daß sie imstande sind, die Temperatur zwischen dem heißen Gas und der anderen Seite des Isoliermaterials von 7OO°O-195°C Eu vermindern·
Sie Erfindung kann auch auf andere Fasermaterialien als solche aus Keramikfasern oder Fäden angewendet werden. Zum Beispiel können Fasern aus Quarz, Mineral oder Sohlaokenwollfasern, Glasfasern, Kohlefasern oder Mischungen von ausgewählten Fasern Anwendung finden. Ferner können Asbestschichten.oder Raumformen, die aus Asbest gebildet sind,mit einer Schicht von Metall oder Metalloxyd, wie beschrieben, überzogen werden, wodurch ein Isoliermaterial für besondere Verwendungszwecke entsteht.
Sie Verwendung eines Metalloxydes erfordert einen zusätzlichen Wärmeschutz gegenüber dem, der bei Fasermaterial erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß inertes Metalloxyd einen besseren Erosions- und- Korrosionswiderstand aufweist und dann nützlich ist, wenn die Umstände dies erfordern.
Obgleich auf ein besonderes Fasermaterial, welches aus einer Vielzahl von Fasern zusammengesetzt ist, Bezug genommen wurde, ist die Erfindung auch anwendbar auf Wollfasern, insbesondere Silikafasem und wieder, während insbesondere auf Metalloxyde Bezug genommen wurde, versteht es eich, daß auch andere Überzüge verwendet werden können, abhängig von dem jeweiligen Verwendungszweck.
Es ist augenscheinlich, daß Isoliermaterial, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden
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ist, in einem weiten Bereich angewendet werden kann, wie zum Beispiel bei Rauchgaskanälen, Gaserzeugungs- und Verteilungsanlagen und Wärmeaustauschern. Ferner ist Isoliermaterial, welches gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, sehr wirkungsvoll als guter Isolator, der sich besonders gut zur Schalldämmung beiJFlugzeugen, Kraftwagen oder Lorymaschinen eignet. Der harte Keramiküberzug des Materials ist unter Bedingungen von hohem Durchsatz einer Heißgasströmung erosionsbeständig. Das Ausmaß der Versteifung der Abdeckung mit Keramikfasern kann abhängig von den Anforderungen an mechanischer Festigkeit im Hinblick auf erforderliche Isolationswirkung oder Schalldämmung variiert werden.
Zur Schallisolationsprüfung ist ein überzug einer versteiften und besprühten Abdeckung von einer ähnlichen Dichte, wie zuvor beschrieben, bei einem im Handel erhältlichen Lory-Schalldämmer angewendet worden und hat zu ausgezeichneten Ergebnissen geführt.
Statt der Anwendung einer Spritzpistole, bei der eine Gasflamme zur Schmelzung des PuIverÜberzuges dient, kann eine Plasmakanone dann Anwendung finden, wenn Pulver mit einem sehr hohen Schmelzpunkt verwendet wird. Die Wärmequelle des elektrischen Lichtbogens in einer Plasmakanone sorgt für die erforderliche hohe Temperatur.
Obgleich vorstehend ganz bestimmte Metalloxyde erwähnt worden sind, können Metalle, wie nichtrostender Stahl, Kupferbronze, Nickel, Chrom oder Molybdän auf die Abdeckung oder den anderen betreffenden Gegenstand, der aus dem Fasermaterial erzeugt worden ist, gesprüht werden.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Vl.'1) Verfahren zur Herstellung eines faserigen IBoliermaterials, bei dem eine Vielzahl von Faserfäden mit einem Bindemittel behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß,nachdem die Vielzahl der Faserfäden durch Einwirkung eines Bindemittels behandelt worden ist, ein Teil" oder die gesamte Oberfläche des Materials mit einem haftenden Überzug oder einer Schicht aus Metall oder Metalloxyd übersprüht wird.
  2. 2.) Verfahren zur Herstellung eines faserigen Isoliermaterials, bei dem eine Vielzahl von Keramikfäden mit einem Bindemittel behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß,nachdem die Vielzahl der Keramikfäden durch Einwirkung des Bindemittels behandelt worden ist, ein Teil oder die gesamte Oberfläche des Materials mit einem haftenden Überzug von Aluminiumoxyd übersprüht wird.
  3. 3.) Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Bindemittel ein Silikasol ist.
  4. 4.) Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Metalloxyd Zirkon-" oxyd oder Zirkonia ist.
  5. 5.) Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Metall nichtrostender Stahl oder Kupfer oder Bronze oder Nickelchrom oder Molybdän ist.
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  6. 6.) Verfahren naoh Ansprüchen 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß der haftende Überzug oder die Schicht durch Besprühung mit einer Spritzpistole oder einer Plasmakanone erzeugt wird.
  7. 7.) Verfahren nach Ansprüchen 1, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aus Quarz, Mineralien oder Schlackenwollefasern, Glasfasern, Kohlefasern oder einer Mischung von irgendwelchen Pasern "besteht.
  8. 8.) Verfahren nach Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in die gewünschte Raumform geformt wird, bevor die anhaftende Schicht oder der Überzug angebracht wird, wobei die Raumform durch Anwendung der Vakuumverformung mit einer Suspension erzeugt wird, die eine Mischung von Pasern des faserigen Materials und einem Silikasol enthält.
  9. 9.) Verfahren nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in die gewünschte Raumform gebracht wird, bevor die anhaftende Schicht oder der Überzug aufgebracht wird und die Raumform dadurch erzeugt wird, daß das Material in eine Grießform gebracht wird, daß ferner die Materialmasse in einem Strom von Heißluft getrocknet wird, daß die getrocknete Oberfläche der Masse mit einer Silikasollösung behandelt wird und daß dann die derart behandelte Oberfläche schnell getrocknet wird.
  10. 10.) Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es naoh dem Verfahren nach Ansprüchen 1-9 erstellt worden ist.
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  11. 11.) Fasermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Wänneisolation verwendet wird.
    12·) Fasermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Schallisolation verwendet wird.
    13·) Raumform, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Fasermaterial besteht, welches gemäß der Ansprüche 1-8 erstellt wurde.
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