NO324624B1 - Fremgangsmate til fremstilling av skumglass ved bruk av en ekstruderingsapparatur - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av skumglass ved bruk av en ekstruderingsapparatur.

Fremstilling av skumglass ved en ekstrusjonsprosess vil gi fordeler i form av mindre maskinelt behov, mer kompakt produksjonsutstyr og færre arbeidsoperasjoner i forhold til dagens teknologi. Skumglass er i denne sammenheng glass som er ekspandert med gassfylte celler som hver for seg er tette hulrom. Skumglasset skal fortrinnsvis ha små celler av jevn størrelse og spesifikk egenvekt under 0,5 og optimalt for isolasjonsformål spesifikk egenvekt på mellom 0,08 og 0,2. Et slikt skumglass har mange anvendelser fordi det ikke opptar fuktighet, det har en meget god termisk isolasjonsevne, det er trykkfast og det er ikke brannfarlig. Disse egenskapene gir et stort anvendelsesområde som isolasjonsmateriale på oljebore-plattformer, skip, petrokjemisk industri, kabelgjennomføringer, brannskiller i bygninger, tunnelisolasjon og all annen isolasjon der krav til brannsikkerhet, trykkfasthet og lav eller ingen fuktopptak er viktig.

Et vesentlig potensiale for energibesparelse er tilstede når fremstillingen foregår ved ekstrusjon. Den lange utviklingstiden, som beskrevet i U.S. pat. 2,322,581, og det store arbeid som har vært lagt ned i ekstrusjonsteknologien for fremstilling av skumglass, viser imidlertid en rekke problemer. Arbeid som har vært gjort av oss bekrefter vanskelighetene, og det vises i denne forbindelse til norske patentsøknader 1997 4760 og 1999 4759.

Problemet med ekstremt stor friksjon av glasspulveret mot ekstrudervegg og den indre friksjon i glasspulver under trykk har vært hindrende for teknologien. Problemet med den høye friksjon i innfyllingsområdet ble delvis løst ved å gjøre innfyllingsrøret konet. Den store indre friksjon i glasspulveret ga imidlertid dårlig blanding i ekstruderrøret. Varmen som ble tilført gjennom ekstruderens yttervegg ble bare langsomt tilført den indre masse. Noen form for omrøring er vanskelig å utføre før en vesentlig del av pulveret er smeltet. Dette fører da til dårlig produksjonskapasitet i forhold til ekstruderrørets dimensjon.

En viss forbedring kan oppnås ved å sette inn statiske blandeelementer (static mixers) som da vil gi omrøring i det området som har smeltet masse. Dette er det tatt hensyn til i våre tidligere patentsøknader anført ovenfor. De høytemperatur-bestandige materialer med høyt nikkelinnhold (Inconel-lignende) har i tillegg dårlig varmeledningsevne.

Oppfinnelsen som beskrives her unngår innfyllings- og varmeoverføringsproblemene. Likeledes gjør den her beskrevne oppfinnelse at kravet til finoppmaling av glasset i kulemølle blir borte. Tidligere ble glasspulveret malt opp til partikler med diameter på mellom 0,02 og 0,05 mm. Glass som anvendes i den foreliggende fremgangsmåten er avfallsglass av vanlig alkalieglass fra bl.a. innsamlet flaskeglass og vindusglass.

Fremgangsmåten for fremstilling av skumglass ved bruk av en ekstruderingsapparatur er kjennetegnet ved de karakteristiske trekkene i krav 1.

Foretrukne alternative utførelser av fremgangsmåten ifølge krav 1 er beskrevet i de uselvstendige kravene 2-11.

Grovt knust glass fra innsamlet avfallglass tilsatt en eller flere oksiderende substanser som til eksempel natriumsulfat, mangandioksid (i form av billig brunsten), boraks eller lignende, smeltes trykkløst etter vanlig kjent teknologi. De her nevnte oksiderende substanser har vist seg hensiktsmessige fordi de er billige og egnet i praksis på grunn av riktig spaltningstemperatur. Andre metalloksider kan anvendes dersom de foreligger lett tilgjengelige som industriavfall. Metalloksidene må da ikke gi vesentlig dårligere alkaliefasthet for skumglasset og heller ikke gi giftig eluat fra skumglasset. Metalloksider kan foreligge i overskudd i de oksiderende substanser, noe som vil bevirke en mer fullstendig forbrenning og derved et lysere skumglass. En tilsetning på 2 vektprosent av glasset er tilstrekkelig til å oppnå dette.

Når glassblandingen smeltes ved atmosfæretrykk, så gjøres det på samme måte som under smelting for produksjon av flasker, ampuller, pressglass og vindusglass i såkalte "Wannenofen". Denne smeltede glassmassen presses under trykk inn i ekstrudersylinderen eller fortrinnsvis inn i et lite blandekammer foran selve ekstrudersylinderen. Trykket i ekstrudersylinderen må fortrinnsvis være på over 20 bar for å oppnå et skumglass som ikke synker sammen i dyseåpningen.

En øvre grense for trykket er avhengig av de grenser som materialene for apparaturen setter. Ved høyere trykk oppnås en større ekspansjon uten at skumglasset faller sammen. Dette skjer på grunn av den avkjøling som finner sted ved gassutvidelsen.

Den smeltede glassmassen kan under høyt trykk presses inn i ekstrudersylinderen enten ved en kontinuerlig arbeidende snekke laget av et høytemperaturbestandig materiale eller så kan innføringen skje ved hjelp av et eller flere stempel. Det høytemperaturbestandige materiale kan være stål med høyt nikkelinnhold eller et keramisk materiale.

Ved innmating ved hjelp av et stempel er det viktig at trykket inne i ekstrudersylinderen ikke varierer i for stor grad. Dersom trykket pulserer vil det danne seg porer i massen som ikke absorberer igjen og dette danner da grunnlag for større porer under ekspansjonen utenfor dysen.

Erfaringer fra dannelse av gassceller i viskøse medier som til eksempel skumplast viser at pulserende trykkforandringer gir større og ujevne celler.

Ved en anordning med lite volum i den varierende matedel slik det er vist i fig. I vil volumvariasjonen i matefasen være liten og en enkel matesylinderenhet vil kunne nyttes. Ved svært høye krav til fin cellestruktur vil det være fordelaktig å nytte to alternerende matesylinderenheter eller å nytte en kontinuerlig arbeidende snekke.

For at gassdannelse skal skje ifølge den foreliggende fremgangsmåten, er det nødvendig å tilføre en sekundær glassmelte inneholdende en eller flere substanser som kan bevirke reaksjon og derved gassdannelse sammen med den omtalte oksiderende tilsetning i glassmelten. Det er en fordel at innføringen av den sekundære glassmelten inneholdende substansen som skal bevirke reaksjon innføres i blandekammeret med lite volum sammen med den omtalte glassmelten. Dette vil gi den hurtigste sammenblandingen.

Den reaktive substans som skal tilføres behøver bare å foreligge i en mengde av 0,2 til 5 vektprosent av den totale masse og foreligger som tilsetning til en sekundær glassmelte. Den reaktive substans kan være grafitt, silisiumkarbid, karbon i form av sot, eller en blanding derav, og fortrinnsvis en blanding av grafitt og silisiumkarbid.

Grafitt er tungt oksiderbart og avgir derved langsomt gass i smeiten. Det samme gjelder i enda høyere grad silisiumkarbid som i luft først spaltes i silisium og karbon over ca. 1600°C.

I den alkaliske glassmelten spaltes silisiumkarbid langsomt over ca. 800X. En blanding med grafitt er også viktig for å få en lav friksjonskoeffisient. Den sekundære masse kan ytterligere beskyttes mot oksidasjon ved at luften over massen erstattes helt eller delvis av inert gass som for eksempel nitrogen, eller at den eventuelt er tilsatt karbondioksid, over massen ved innføring i doseringsstempel eller mate-snekke. Også her vil en kontinuerlig innføring av karbonholdig glassmelte ved hjelp av en høytemperaturbestandig snekke være fordelaktig. Forsøk med glasspulver med tilsetning av SiC og Mn02 i lukkede rør i laboratorieovn indikerer at høyt trykk gir senere spalting og at dette skjer ved en høyere temperatur av SiC. Dette gir en ønsket langsommere avspaltning av drivgassen C02.

Fig. I viser en ekstruderingsapparatur. Det er lagt vekt på at oppbyggingen skal være så enkel som mulig og at mest mulig runde, dreiete og borete elementer er benyttet. Materialvalg gjøres med henblikk på den høye temperatur og høy alkalitet med tilsetning av oksiderende bestanddeler. Ved en anordning med lite volum i den volumvarierende mateenhet som vist i fig. I vil det pulserende volum være lite og derved kan et enkelt matesylindersystem benyttes.

Det følgende illustrerer oppfinnelsen uten å begrense dens ramme og anvendelse.

Ved svært høye krav til fin og jevn cellestruktur vil det være fordelaktig å benytte et dobbelt matesystem eller mating ved hjelp av snekke slik at innmatingen hele tiden blir helt jevn. Fig. I viser en ekstruderingsapparatur hvor 1 er selve ekstrudersylinderen, 2 er en ekstrusjonsdyse, og 3 er et lukkestempel for et blandekammer 4. Når lukkestempelet 3 trekkes tilbake, vil et doseringstempel 5 for oksiderende glassmelte 6 presse smeiten 6 med stor hastighet inn i blandekammeret 4. Samtidig vil et doseringsstempel 7, som kan være anordnet på diametralt motsatt side, presse ut en sekundær masse 8 i form av en glassmelte. Ved at den oksiderende glassmelten og den sekundære massen presses mot hverandre og må avbøyes i blandekammer 4 for deretter å strømme inn i ekstrudersylinderen 1, oppstår en turbulent strøm som fører til effektiv blanding. Fra andre viskøse media er det kjent at statiske blandeelementer gir god blanding, og i ekstruderkammeret 1 vil de statiske blandeelementene som kan være plassert her også sikre en jevn kontrollerbar temperatur i massen. Dette er også viktig fordi oksidasjonen er eksoterm. Når doseringstemplene er tømt, trekkes de tilbake til utgangspunktet og fylles gjennom åpninger på toppen med nye masser samtidig som lukkestemplet 3 opprettholder trykket i ekstruderkammeret 1 ved å stenge samtidig som doseringstemplene trekkes tilbake. Dersom man benytter en innmatningssnekke, eller innmatningssnekker, kan lukkestemplet 3 sløyfes.

Fig. II viser en utførelse hvor matestemplene er erstattet med kontinuerlig arbeidende snekker, 5 og 7. Blandekammeret 4 er nå åpent mot ekstrudersylinderen der materialtilførselen for åpningene 6 og 8 skjer kontinuerlig.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av skumglass ved bruk av en ekstruderingsapparatur, karakterisert ved at minst to glassubstanser i smeltet tilstand, og som hver er tilsatt en eller flere reaktive ingredienser, bringes sammen og danner en blanding av glassubstansene og gass dannes fra reaksjon mellom de reaktive ingrediensene i blandingen, og det derved dannede skumglass føres ut av ekstruderingsapparaturen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at en primær og en sekundær glassmelte mates inn i et blandekammer ved bruk av et stempel og/eller en snekke.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at et første doseringsstempel for den primære glassmelten, og et andre doseringsstempel for den sekundære glassmelten, presser de respektive glassmelter inn i et blandekammer ved at et lukkestempel trekkes tilbake, og at blandingen av glasssmelte deretter strømmer inn i en ekstrudersylinder ved hjelp av lukkestemplet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det anvendes en innmatningssnekke eller innmatningssnekker.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at en primær oksiderende glassmelte er tilsatt en oksiderende substans valgt fra mangandioksid, boraks, natriumsulfat, og kombinasjoner derav.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at den oksiderende substansen er mangandioksid.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5-6, karakterisert ved at en sekundær glassmelte er tilsatt grafitt, karbon, silisiumkarbid, eller en blanding derav.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at den sekundære glassmelten er tilsatt en blanding av grafitt og silisiumkarbid.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7-8, karakterisert ved at de reaktive ingredienser i den sekundære glassmelten er tilstede i en mengde av 0,2 - 5 vektprosent av den totale masse.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7-9, karakterisert ved at den ytterligere omfatter tilsetning av en inertgass av nitrogen, eller eventuelt karbondioksid, over den sekundære glassmelten.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-10, karakterisert ved at det anvendes glassubstanser som foreligger i form av smeltet glasspulver.