PL218302B1 - Sposób wytwarzania spienionych, amorficznych i niepalnych materiałów izolacyjnych - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania spienionych, amorficznych i niepalnych materiałów izolacyjnych charakteryzuje się tym, że spieniane zachodzi przez poddanie materiału działaniu prądu elektrycznego, w celu podniesienia temperatury materiału do poziomu wymaganego jego spienienia, zaś materiałem spienionym jest granulat na bazie koloidalnej krzemionki o rozmiarze ziarna 1-20 mm z dodatkiem czynnika spieniającego i wody.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest metoda wytwarzania spienionych, izolacyjnych, niepalnych i amorficznych materiałów izolacyjnych na bazie koloidalnej krzemionki i z użyciem czynnika spieniającego oraz urządzenie do przeprowadzenia procesu.

Znane są sposoby wytwarzania spienionych materiałów na bazie tlenków krzemu i odpadów poprzemysłowych i pyłów mineralnych, przy użyciu wysokich temperatur (zgłoszenie patentowe nr P. 388 764. Materiały mieszane były w stosunku od 3:5 do 1:1 (stosunek całkowitej masy pyłów do masy szklistych krzemianów sodowych), także z dodatkiem określonej ilości kwasu borowego. Po wysuszeniu materiał rozdrabniany był na mniejsze kawałki i wygrzewany w formie w temperaturze z zakresu 250-600°C. Wykorzystane w syntezie krzemionki to materiały takie jak: AEROSIL, T-30, odpady poprzemysłowe postaci pylistej to SILIMIC, a pyły mineralne to DIATOMIT. Celem powołanego wynalazku było obniżenie kosztów wytwarzania, poprzez wykorzystanie surowców odpadowych. W zależności od kształtu formy otrzymane bloki szkła piankowego przyjmują określony kształt (płyty, tarcze, walce, rury, sześciany, itp.). Aby osiągnąć pozytywny efekt autorzy powołanego opisu sugerują aby częściowo zastąpić płomieniowe krzemionki pyłami mineralnymi i poprzemysłowymi surowcami odpadowymi w postaci pylistej.

Znane są także metody spieniania materiałów na bazie tlenku krzemu przy użyciu promieniowania mikrofalowego. Przykładowo, metoda opisana w zgłoszeniu patentowym nr P. 392 889 polega na wytworzeniu jednorodnej zawiesiny w postaci zolu z koloidalnej krzemionki o małym rozmiarze ziarna 7 nm-350 μm i ze szkła wodnego sodowego w stosunku od 2 do 1 do 10 do 1. Następnie, po wysuszeniu zolu w temperaturze 80-90°C przez maksymalnie 2 godziny tak przygotowany materiał poddaje się granulacji na mniejsze kawałki. Etap suszenia może w zostać pominięty w procesie wytwarzania, ale zależy to od składu materiału. Materiał umieszcza się formie z tworzywa sztucznego, poddaje działaniu promieni mikrofalowych. W zależności od składu materiału stosuje się różne poziomy mocy oraz różne czasy podgrzewania. Można do tego celu stosować kuchenki mikrofalowe. Do formowania materiałów używa się plastyku o podwyższonej odporności temperaturowej oraz pojemników i rurek teflonowych. W efekcie uzyskuje się porowaty materiał piankowy o strukturze komórkowej.

_®

W syntezie wykorzystywane są krzemionki takie jak: AEROSIL^® OX-50, Evonik Degussa GmbH, Germany; AEROSIL^® A-380, Evonik Degussa GmbH, Germany; Arsil, Z. Ch. Rudniki S. A. W przykładowym procesie 690 g szkła wodnego sodowego, 200 g krzemionki koloidalnej Arsil miesza się za pomocą mieszadła mechanicznego, aż do uzyskania zolu. Następnie, materiał suszony jest w temperaturze 90°C przez 30 minut. Substancja poddawana jest promieniowaniu mikrofalowemu o mocy 650 W przez czas 10 minut w kuchni mikrofalowej. W efekcie otrzymuje się bloczek piankowego materiału.

Znana jest także metoda spieniania polistyrenu w polu wysokiej częstotliwości (US 3 341 638). Przed spienieniem materiału istotne jest nawilżenie polistyrenu za pomocą środka nawilżającego lub elektrolitu rozpuszczonego w wodzie, np. soli, aby stała się przewodząca. Proces nawilżania przeprowadzany jest w mieszalniku poprzez rozpylenie rozpuszczonego elektrolitu za pomocą dysz. Istotne jest wstępne nawilżenie cząstek przed spienieniem materiału. Materiały wytwarzane są w postaci płyt, w ciągłym procesie wstrzykiwania tego materiału tak, aby utworzyć kilka warstw materiału.

Ponadto, znane są metody spieniania materiałów plastycznych wykorzystujących pole elektryczne wysokiej częstotliwości (US 3 413 434). Wykorzystano spienianie materiału pod kontrolą pola elektrycznego o wysokiej częstotliwości, także do wytwarzania części dużych materiałów (np. elementy konstrukcyjne posiadające polistyrenowy rdzeń bądź warstwę środkową). Zaletą wynalazku jest to, że straty energii ograniczane są do minimum. Patent opisuje aparaturę do produkcji materiałów zawierających tworzywa sztuczne przy użyciu pola elektrycznego wysokiej częstotliwości. Rdzeń wytwarzanych materiałów ma postać plastikowej pianki, zewnętrzna elektroda jest złożona z dwóch części. Ekran metaliczny z dostarczanym prądem o wysokiej częstotliwości, połączony jest z elektrodą zewnętrzną. Elektryczne połączenie bocznych części urządzenia jest zrealizowane poprzez materiał dobrze przewodzący.

Znane są też inne sposoby wytwarzania porowatych materiałów, np. te zachodzące na bazie żużli w elektrycznym piecu łukowym (US 2007/0 133 651. Celem powołanego opisu jest przedstawienie metody zwiększającej efektywność funkcjonowania elektrycznego pieca łukowego (EAF) służącego do kontroli pienienia żużla. Autorzy przedstawiają ulepszony sposób stabilizacji łuku w piecu łukowym, za pomocą zautomatyzowanej metody, opartej na ocenie obiektywnego kryterium. Urządzenie dodaje środek pianotwórczy do żużla w sposób automatyczny, bądź ten środek dodawany jest ręcznie

PL 218 302 B1 w określonym czasie. Środek ten może zawierać węgiel, koks, proszek grafitowy, wapno, MgO lub ich kombinacje i może być dodawany tak, aby łuk był stabilny; tj. gdy wcześniej zadane kryterium stabilności nie jest spełnione - czynnik spieniający przestaje być podawany. Piec zawiera co najmniej jedną elektrodę w kolumnie. Metoda zakłada istnienie co najmniej jednej ruchomej elektrody wewnątrz i jednej na zewnętrz elektrycznego pieca oraz odpowiedniego zasilacza zapewniającego dostarczenie napięcia do elektrod tak, aby spowodować łuk elektryczny.

Znany jest także sposób spieniania materiałów termoplastycznych grzanych oporowo pod wysokim ciśnieniem (PCT W02008/112 813). W patencie ujawniono metody redukcji gęstości termoplastycznych materiałów i wyrobów do nich podobnych posiadających polepszone własności mechaniczne do ciał stałych lub materiałów nie komórkowych. Opis mówi także o polepszonej metodzie pienienia materiałów o strukturze komórkowej, wielkość komórki od 0,1-100 za pomocą łuku elektrycznego, a także o formowaniu kształtów materiałów. Metoda składa się z kilku kroków: wytworzenie termoplastycznego materiału impregnowanego gazem ciśnienie od 1 MPa do 5 MPa, umieszczenie materiału w prasie i poddanie go ciśnieniu, ogrzewanie prasy tak, aby uformowały się komórki oraz usuwanie gazu z materiału, aby materiał był wolny od wewnętrznych pęcherzy i deformacji powierzchni. Materiał termoplastyczny umieszczany w prasie ma grubość większą niż 3 mm. Aby wytworzyć strukturę komórkową wykonuje się następujące czynności: umieszcza się pierwszy termoplastyczny materiał nad drugim (powierzchnie materiałów pokrywają się), impregnuje się materiał gazem, podgrzewa się drugi z materiałów, aby spowodować spienianie w obszarach o wyższej koncentracji gazu w pierwszym i drugim materiale termoplastycznym.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest wytworzenie spienionych, amorficznych, niepalnych materiałów izolacyjnych w układzie otwartym. Cechą odróżniającą otrzymany produkt od podobnych materiałów jest to, że materiał wytwarzany jest z większą wydajnością ekonomiczną, ponieważ spienianie następuje w sposób ciągły, bez potrzeby stosowania wielkogabarytowych pieców grzewczych.

Według wynalazku sposób wytwarzania spienionych, amorficznych i niepalnych materiałów izolacyjnych charakteryzuje się tym, że spienianie zachodzi przez poddanie materiału działaniu przepływu prądu elektrycznego w celu podniesienia temperatury materiału do poziomu wymaganego jego spienienia, zaś materiałem spienianym jest granulat na bazie koloidalnej krzemionki o rozmiarze ziarna od 1-20 mm z dodatkiem czynnika spieniającego i wody. Materiał podawany jest przepływowi prądu elektrycznego w sposób ciągły lub impulsowo, przy czym proces zachodzi pod ciśnieniem z zakresu od 1,5 do 100 barów. Temperatura na wejściu układu zawiera się w przedziale od 20-90°C. Temperatura końcowa w trakcie procesu zawiera się w przedziale od 100-350°C. Materiał spieniany jest wypychany z reaktora pod wpływem zewnętrznej siły. Częstotliwość prądu zmiennego lub zmiennego wielofazowego zawiera się w zakresie od 10 Hz do 20 kHz.

P r z y k ł a d

Materiał surowca wykonany z bezpostaciowej krzemionki o rozmiarach ziaren poniżej 350 μm i środka spieniającego formowany jest w postać pastylki o wysokości 10 mm i średnicy 20 mm. Tabletka ta umieszczana jest w aparaturze spieniającej pomiędzy stalowymi tłokami, z których do jednego z nich lub obydwu przyłożona jest stała siła nacisku 1000 kg. Tłoki połączone są ze źródłem prądu zmiennego o maksymalnym natężeniu 6 A przy częstotliwości 50 Hz. W wyniku przepływu prądu następuje podgrzanie materiału spienianego do temperatury powyżej 300°C i jednoczesne jego gwałtowne spienienie materiału po upływie krótkiego czasu 2-10 s, w zależności od natężenia prądu. Materiał spieniony jest wypychany z reaktora przez siłę przyłożoną na tłoki przez odpowiednią dyszę wylotową. Wytworzony tym sposobem materiał ma postać pianki, która jest amorficzna o rozmiarach porów od 0,1 do 1 mm.

W przypadku, gdy materiał tłoczy się poprzez kanał o przekroju prostokątnym, można dwie przeciwległe ścianki tego kanału wykonać z metalu tak, aby stanowiły one dwie elektrody doprowadzające prąd elektryczny, zmienny o częstotliwości zawierającej się w zakresie od 10 Hz do 20 kHz, do materiału przepływającego przez kanał.

Claims (7)

1. Sposób wytwarzania spienionych, amorficznych i niepalnych materiałów izolacyjnych, znamienny tym, że spienianie zachodzi przez poddanie materiału działaniu przepływu prądu elektrycznego do temperatury wymaganej do jego spienienia, przy czym materiałem spienianym jest granulat

PL 218 302 B1 na bazie koloidalnej krzemionki o rozmiarze ziarna od 1-20 mm z dodatkiem czynnika spieniającego i wody.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał podawany jest przepływowi prądu elektrycznego w sposób ciągły lub impulsowo, przy czym proces zachodzi pod ciśnieniem z zakresu od 1,5 do 100 barów.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura na wejściu układu zawiera się w przedziale od 20-90°C.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura końcowa w trakcie procesu zawiera się w przedziale od 100-350°C.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał spieniany jest wypychany z reaktora pod wpływem zewnętrznej siły.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prąd elektryczny zastosowany do procesu spieniania jest prądem stałym lub stałym pulsującym, lub zmiennym, lub zmiennym wielofazowym.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że częstotliwość prądu zmiennego lub zmiennego wielofazowego zawiera się w zakresie od 10 Hz do 20 kHz.