DE3701511A1 - Waermeisolierende faserformkoerper, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung - Google Patents

Waermeisolierende faserformkoerper, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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Description

Verfahren zur Herstellung von wärmeisolierenden Formkörpern aus keramischen, feuerfesten oder feuerbeständigen Fasern sind an sich bekannt. Üblicherweise wird eine wässrige Dispersion der Fasern angesetzt und diese durch Entwässerung zu Formkörpern, z. B. Fasermatten, verformt, wobei diese Fasermatten dann gegebenenfalls als Rohformlinge in weiteren Verformungsvorgängen, beispielsweise Pressen, weiter verformt werden. Aus der DE-OS 34 44 397.5 sind feuerbeständige oder feuerfeste Faserformteile bekannt, welche neben feuerfesten und/oder feuerbeständigen Fasern noch feinkörnige und/oder feinteilige, feuerbeständige und/oder feuerfeste Materialien enthalten können. Weiterhin ist es bereits aus der DE-AS 19 47 904 bekannt, daß z. B. Siliziumdioxidsol und Stärke, d. h. ein anorganisches Bindemittel und ein temporäres Bindemittel, verwendet werden kann. Aus der OE-PS 3 79 365 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von nichtbrennbaren, asbestfreien Tafeln bekannt, bei welchem 3 bis 7 Gew.-% Fasern bei der Herstellung von nichtbrennbaren, asbestfreien Tafeln unter Verwendung von Stärke und ungebranntem plastischen Ton sowie glasartigen, anorganischen Fasern eingesetzt werden. Als organische Fasern sind hier insbesondere Cellulosefasern und aufgemahlene Cellulosefasern genannt.
Aufgabe der vorliegenden erfindung ist die Bereitstellung von wärmeisolierenden Formkörpern aus keramischen, feuerfesten oder feuerbeständigen Fasern und gegebenenfalls weiteren feuerfesten oder feuerbeständigen Substanzen und temporären und/oder dauernden Bindemitteln, wobei die Herstellung von Fasermatten-Formkörpern und aus diesen in einer zweiten Stufe die Herstellung von verdichteten endgültigen Formkörpern möglich ist, und diese Formkörper eine hohe Elastizität besitzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die wärmeisolierenden Formkörper der zuvor genannten Art, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie 5 bis 40 Gew.-% an Fibriden aus organischen Polymeren enthalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Formkörper 15 bis 30 Gew.-% Fibride.
Im allgemeinen sollte der Fibridgehalt nicht unterhalb 10 Gew.-% liegen, da je nach Abhängigkeit von der Verformung Risse in den Formkörpern auftreten können, insbesondere, wenn starke Verformungen durchgefürt werden, z. B. wenn bei der endgültigen Verformung der Fasermatten-Formkörper Formkörper mit kleinen Biegeradien hergestellt werden sollen.
Nach der weiteren Ausgestaltung können die Formkörper als weitere Substanzen Vermiculit im Verhältnis keramische Fasern zu Vermiculit wie 80:20 bis 30:70 enthalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in an sich bekannter Weise durchgeführt, wobei jedoch der Ausgangsdispersion 5 bis 40 Gew.-% Fibride und vorzugsweise 15 bis 30 Gew.-% Fibride zugesetzt werden, wobei sich diese Prozentangaben jeweils auf den fertigen, getrockneten Formkörper oder den getrockneten Rohformling, z. B. im Fall von Fasermatten, die später verformt werden sollen, beziehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fasermatten-Formkörper nach seiner Herstellung, d. h. der Entfernung des Wassers bei Temperaturen, bei denen sich das Polymere der Fibride verformen läßt, gepreßt. Diese Verformungstemperatur kann entweder über der Erweichungstemperatur der Polymere oder auch über dem Schmelzpunkt der Polymere liegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der endgültige wärmeisolierende Formkörper durch Formpressen des erwärmten Fasermatten-Formkörpers hergestellt. Hierbei kann der Fasermatten- Formkörper mit Heißluft oder zwischen Heizplatten erwärmt werden und anschließend in der kalten oder leicht erwärmten Form verformt werden, wodurch das Ankleben des Formkörpers in der Form vermieden und eine kurze Taktzeit der Formgebung erreicht werden kann.
Der endgültige Formkörper zeichnet sich in besonderer Weise durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aus, die insbesondere unter der Wärmeleitfähigkeit der Fasermatten-Formkörper mit der niedrigeren Rohdichte liegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vor dem Pressen nach der Herstellung des Rohformlings, z. B. einer Matte, ein Erhitzen auf 120 bis 180°C durchgeführt werden, damit eine temporäre Bindung der einzelnen Bestandteile der Matte erfolgt, entweder durch Aktivierung eines organischen Bindemittels, wie Stärke, oder durch Anschmelzen des Polymeren, aus welchem die Fibride bestehen.
Die bei den erfindungsgemäßen Faserformkörpern eingesetzten Fibride aus Polymeren sind handelsübliche Produkte, welche aus verschiedenen Polymeren hergestellt werden können. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Fibride aus Polyolefinen eingesetzt, z. B. Fibride aus Polyethylen mit einem Erweichungspunkt von 125 bis 135°C oder aus Polypropylen mit einem Erweichungspunkt von 155 bis 165°C.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als anorganisches Bindemittel für die Faserformkörper kolloidale Kieselsäure bei ihrer Herstellung eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in an sich bekannter Weise durchgeführt, d. h. außer den üblichen Ausgangsmaterialien in Form von Keramikfasern und gegebenenfalls weiteren, feuerfesten und/oder feuerbeständigen Substanzen, insbesondere feinteiligen Substanzen, wie sie gemäß der DE-OS 34 44 397 verwendet werden, enthält die zur Herstellung der Formkörper angesetzte, wässrige Dispersion noch die Fibride aus organischen Polymeren in solchen Mengen, daß der getrocknete Formkörper 5 bis 40 Gew.-% an solchen Fibriden enthält. Das Formen der Fasermatten-Formkörper kann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden, z. B. auf Siebformen oder auch durch Absetzenlassen der wässrigen Suspension.
Bei diesen Verformungsweisen werden üblicherweise Fasermatten- Formkörper mit unterschiedlicher Dicke erhalten, wobei diese Dicke von der Menge der auf das Sieb auflaufenden und abgesaugten Dispersion abhängig ist und hiermit eingestellt werden kann.
Diese Rohformlinge in Form von Matten können dann in an sich bekannter Weise getrocknet werden, z. B. bei Temperaturen bis zu 120°C. Anschließend kann die Verformung zu den endgültigen Formkörpern entweder direkt oder auch bei einem Weiterverarbeiter durchgeführt werden, wobei hierzu solche Matten auf Temperaturen erhitzt werden, bei denen sich das Polymere der Fibirde verformen läßt, z. B. im Fall der Verwendung von Fibriden aus Polyethylen mit einem Schmelzpunkt von etwa 135°C auf Temperaturen von 160 bis 180°C, wobei zweckmäßigerweise ein Druck von 3 bis 100 bar, vorteilhafterweise 5 bis 20 bar, angelegt wird. Das Erhitzen auf die erhöhte Temperatur zwischen 160 und 180°C muß im allgemeinen nur einige Minuten, z. B. 3 bis 20 min, betragen, wobei dies von der Dicke der zu verformenden, als Rohformlinge eingesetzten Matten abhängig ist.
Durch den Gehalt der Fibride in den Fasermatten-Formkörpern ist es ebenfalls möglich, Formkörper aus zwei Teilen der Rohformlinge herzustellen, wobei diese Rohformlinge an ihren Kontaktflächen durch das Pressen bei den erhöhten Temperaturen. z. B. 180°C während 3 min bei 80 bar, miteinander verschweißt werden. Bei dieser Ausführungsform wird besonders bevorzugt der Gehalt an Fibride auf 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf den getrockneten Formkörper, eingestellt.
Zweckmäßigerweise wird bei komplizierten Formkörpern das Abkühlen unter Anliegen der Form an den Formkörper durchgeführt, damit hierbei kein Verziehen des endgültigen Formkörpers auftritt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1
3 kg Keramikfasern mit einer Dicke von 1-3 µm und einer Länge von 1-5 mm mit einer Anwendungsgrenztemperatur von 1250°C, wurden in einem Behälter in 600 l Wasser mittels eines Rührwerks gleichmäßig verteilt. Dieser Dispersion wurde eine getrennt hergestellte, etwa 3%ige wässrige Dispersion von Fibriden aus Polyethylen mit einem Schmelzpunkt von etwa 135°C hinzugefügt. Unter Rühren wurden dann 900 g eines 40%igen wässrigen Kieselsäuresols sowie 150 g einer wässrigen Polyacrylatdispersion zugesetzt. Ferner wurde noch eine 0,2%ige kationische Stärkelösung solange zugegeben, bis sich eine gleichmäßige Ausflockung gebildet hatte und die vorher trübe Lösung klar geworden war. Der Gehalt an Fibriden betrug 30 Gew.-%, bezogen auf Feststoffe. Aus dieser Dispersion wurde durch Absaugen des Wassers der Dispersion auf einem Sieb unter Vakuum eine feuchte Matte mit einer Dicke von etwa 6 mm hergestellt.
Diese Matte wude bei einer Temperatur von 110°C während 4 h getrocknet. Diese Fasermatte, welche als Rohformling bezeichnet werden kann, hat eine Rohdichte von 200 mg/m3 und eine Zugfestigkeit von 1 N/mm2 und mehr. Der Rohformling wurde dann in eine Plattenpresse eingelegt und bei 180°C während 3 min unter einem Druck von 20 bar gepreßt, anschließend wurde in der Presse auf 100°C abgekühlt und dann erst der endgültige Formkörper, d. h. die komprimierte Matte, aus der Form entnommen. Durch Abstandshalter wurde die Dicke des fertigen Formkörpers auf 2 mm eingestellt.
Dieser 2 mm dicke Formkörper war elastisch und konnte ohne Brechen und ohne Auftreten von Rissen gebogen werden.
Beispiel 2
Die in Beispiel 1 hergestellte Fasermatte, d. h. der Rohformling, wurde in einer Patrizen/Matrizen-Presse zu einer Tellerform unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen, jedoch bei einer Kontaktzeit von 5 min, gepreßt, wobei ein rißfreier Formkörper als Endprodukt erhalten wurde.
Beispiel 3
Zwei Matten des Rohformlings nach Beispiel 1 wurden in einer Presse aufeinandergelegt und bei den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen gepreßt, wobei durch Abstandshalter eine Dicke von 3,0 mm für den endgültigen Formkörper eingestellt wurde. Die verdichteten Matten waren nach dem Pressen und Abkühlen miteinander verschweißt und nicht mehr trennbar.
Beispiele 4 bis 6
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei die Prozentsätze der Fibride auf 5, 10, 25 und 40 Gew.-% eingestellt wurde.
Hinsichtlich der Formfähigkeit wurden gute Ergebnisse erhalten, wobei jedoch bei den Ansätzen mit 5 und 10 Gew.-% Fibriden bei Verformungen mit kleinen Biegeradien bereits leichte Risse an den Formkörpern auftraten.
Je höher der Gehalt an Fibriden lag, desto stärker war die Kompaktierfähigkeit des Materials beim Pressen bei hohen Temperaturen.
Beispiel 7
6 kg geblähter Vermiculit in der Körnung bis 2 mm und 4 kg Keramikfasern entsprechend denen von Beispiel 1 wurden mit 750 l Wasser angesetzt. Nach Hinzufügung von 4,1 kg einer 3%igen Dispersion von Fibriden und 300 g einer wässrigen Polyacrylatdispersion wurde die Dispersion durch Zugabe einer Polyacrylamidlösung ausgeflockt. Auf einem Sieb wurde durch Absaugen des Wassers und anschließendes Trocknen ein Fasermatten-Formkörper hergestellt.
Die wärmeisolierenden Formkörper nach der Erfindung können als isolierende Auflageschicht oder Umhüllung und als Einlage und Füllung in Fugen bei wärmetechnischen Geräten und Rohrleitungen verwendet werden. Die wärmeisolierenden Formkörper sind wegen ihrer Formstabilität und guten Passung bei gleichzeitiger Festigkeit und Elastizität für z. B. den Einbau und die Halterung von in Rohrleitungen eingesetzten keramischen Katalysatoren geeignet.

Claims (9)

1. Wärmeisolierende Formkörper aus keramischen, feuerfesten oder feuerbeständigen Fasern und gegebenenfalls weiteren feuerfesten oder feuerbeständigen Substanzen und temporären und/oder dauernden Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 40 Gew.-% an Fibriden aus organischen Polymeren enthalten.
2. Wänmeisolierende Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehalt an Fibriden 15 bis 30 Gew.-% beträgt.
3. Wärmeisolierende Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als weitere Substanz Vermiculit im Verhältnis keramische Fasern zu Vermiculit wie 80:20 bis 30:70 enthalten.
4. Verfahren zur Herstellung der Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Fasermatten- Formkörper aus einer wässrigen Suspension der Ausgangsmaterialien hergestellt wird, wobei in die Ausgangsdispersion 5 bis 40 Gew.-% Fibride aus organischen Polymeren, bezogen auf den fertigen getrockneten Fasermatten-Formkörper, zugesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasermatten-Formkörper nach seiner Herstellung und dem Trocknen bei Temperaturen, bei denen sich das Polymere der Fibride verformen läßt, zu dem endgültigen Formkörper gepreßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen der endgültigen Formkörper als Formpressen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Pressen ein Erhitzen auf 120 bis 180°C für eine Bindung des Rohformlings aus dem Fasermattenformkörper durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Fibride aus Polyolefinen eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Bindemittel kolloidale Kieselsäure eingesetzt wird.
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