RU2015948C1

RU2015948C1 - Process for preparing phosphate bonded construction material

Info

Publication number: RU2015948C1
Application number: SU4930451/33A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Арсланова; Ю.Г. Бушуев; А.Д. Камалов; В.Н. Кириллов; Б.Ф. Пронин; Х.К. Фургина; Н.П. Цыруль; ков А.М. Чист; А.М. Чистяков
Original assignee: Арсланова Наталья Ивановна; Бушуев Юрий Георгиевич; Кириллов Виктор Николаевич; Половников Станислав Петрович; Пронин Борис Федорович; Селиванов Николай Павлович
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: preparation of a phosphate bonded materials. SUBSTANCE: the process for preparing a phosphate bonded material comprising mixing 48-52 wt % phosphate binder with 41-42 wt % aluminium oxide and 6-11 wt % chromium oxide or magnesium oxide, combining 56-65 wt % of the resulting composition with 35-44 wt % glass fabric or glass cloth predressed with a 3-7 % Bakelite varnish solution in ethanol or acetone and solidifying at a specific pressure of 0.1-0.45 MPa, heating to 130-145 C at a temperature rise of 5-12 deg/hr. The materials prepared by the claimed process have a tensile elastic modilus of 29-32·10^-3 MPa and a bending strength of 125-130 MPa. EFFECT: improved properties of the phosphate bonded material. 2 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам и предназначено для изготовления материалов на фосфатном связующем для стройиндустрии, а также для материалов вагоно-, самолето- и судостроения. The invention relates to building materials and is intended for the manufacture of materials on a phosphate binder for the construction industry, as well as for materials of car, aircraft and shipbuilding.

Известен способ изготовления материала по авт. св. N 968002, С 04 B 28/34, 1978, принятый за аналог. Способ изготовления фосфатного материала заключается в смешении медьхромфосфатного связующего с молярным соотношением P₂O₅/(CuO + +Cr₂O₃), равным 2,5-2,8, в мас.% - 20-45, с каолином - 6-15 мас. % и серпентинитом - 4-10 мас.% и нанесении цементирующего состава на армирующий стекловолокнистый наполнитель. Материал изготавливается горячим прессованием при температуре 160^оС и давлении прессования 0,5-1,0 МПа. Недостатком этого материала и способа его изготовления является недостаточно высокая длительная температура эксплуатации (до 1000^оС), низкие прочностные свойства.A known method of manufacturing material according to ed. St. N 968002, C 04 B 28/34, 1978, adopted as an analogue. A method of manufacturing a phosphate material is to mix a copper-phosphate binder with a molar ratio of P ₂ O ₅ / (CuO + + Cr ₂ O ₃ ) equal to 2.5-2.8, in wt.% - 20-45, with kaolin - 6- 15 wt. % and serpentinite - 4-10 wt.% and applying a cementitious composition to a reinforcing fiberglass filler. The material is made by hot pressing at a temperature of 160 ^{° C} and pressing pressure of 0.5-1.0 MPa. The disadvantage of this material and the method of its manufacture is not a high enough long operating temperature (up to 1000 ^about C), low strength properties.

Известен способ получения фосфатного конструкционного материала (авт. св. N 1622335, кл. C 04 B 28/34, 1989), состоящий в смешении фосфатного связующего с гидроокисью алюминия - 1-3 мас.%, глинозема фракции 1-3 мкм - 9-11 мас. % , отходов катализатора производства синтетического каучука - 10-12 мас.% и нанесении цементирующего состава на стеклонаполнитель. Отверждение проводят при температуре 150^оС и удельном давлении 1,0-1,5 МПа. Недостатком этого способа изготовления материала являются низкие модуль упругости при растяжении и прочностные свойства пресс-материала.A known method of producing a phosphate structural material (ed. St. N 1622335, class C 04 B 28/34, 1989), consisting in mixing a phosphate binder with aluminum hydroxide - 1-3 wt.%, Alumina fraction 1-3 microns - 9 -11 wt. %, waste catalyst for the production of synthetic rubber - 10-12 wt.% and applying a cementitious composition to the glass filler. Curing is carried out at a temperature of 150 ^about C and a specific pressure of 1.0-1.5 MPa. The disadvantage of this method of manufacturing the material is the low tensile modulus and strength properties of the press material.

Целью изобретения является повышение прочностных свойств, модуля упругости при растяжении и температуры длительной эксплуатации. The aim of the invention is to increase the strength properties, tensile modulus and temperature of long-term operation.

Поставленная цель достигается тем, что при смешении 48-52 мас.% фосфатного связующего с 41-42 мас.% оксида алюминия дополнительно вводят 6-11 мас. % оксида хрома или магния, 56-65 мас.% полученной композиции совмещают с 35-44 мас.% предварительно аппретированной 3-7%-ным раствором бакелитового лака в этиловом спирте или ацетоне стеклоткани или стеклополотна, а отверждение осуществляют при удельном давлении 0,1-0,45 МПа, нагревании до 130-145^оС со скоростью подъема температуры 5-12 град/ч.This goal is achieved by the fact that when mixing 48-52 wt.% Phosphate binder with 41-42 wt.% Alumina, an additional 6-11 wt. % of chromium or magnesium oxide, 56-65 wt.% of the obtained composition is combined with 35-44 wt.% pre-dressed with a 3-7% solution of bakelite varnish in ethyl alcohol or acetone of fiberglass or fiberglass, and curing is carried out at a specific pressure of 0, 1-0,45 MPa, heated to ^about 130-145 C at a temperature elevation rate of 5.12 deg / hr.

В качестве фосфатного связующего используют алюмоборфосфатное (АБФС) или алюмохромфосфатное (АХФС) связующее (ТУ 113-07-11.061-90 и ТУ 6-18-166-83 соответственно) в смеси с порошковыми компонентами. В качестве стекловолокнистого наполнителя используют ткани марок Т-10-80 (ГОСТ 19170-73), Т-41-76 (ТУ 6-11-551-82), стеклополотно НПУ-0,5-76Н (ОСТ 6-19-523-86). Применяемый оксид алюминия соответствует ОСТ 2МТ-71-5-84, марка 24А, оксид хрома - ТУ 6-09-4272-76, оксид магния - ГОСТ 4526-75. Для аппретирования стеклонаполнителя применяют раствор бакелитового лака ЛБС-1, ЛБС-4 или ЛБС-29, соответствующие ГОСТ 901-78 в этиловом спирте ГОСТ 17-299-78 или ацетоне ТУ 6-09-3513-86. As a phosphate binder, aluminoborophosphate (ABFS) or alumochromophosphate (AHFS) binder (TU 113-07-11.061-90 and TU 6-18-166-83, respectively) in a mixture with powder components is used. As a fiberglass filler, fabrics of T-10-80 (GOST 19170-73), T-41-76 (TU 6-11-551-82), fiberglass NPU-0,5-76N (OST 6-19-523) are used -86). The aluminum oxide used corresponds to OST 2MT-71-5-84, grade 24A, chromium oxide - TU 6-09-4272-76, magnesium oxide - GOST 4526-75. For sizing glass filler, a solution of bakelite varnish LBS-1, LBS-4 or LBS-29 is used, corresponding to GOST 901-78 in ethyl alcohol GOST 17-299-78 or acetone TU 6-09-3513-86.

Смесь АХФС или АБФС с порошковыми наполнителями, взятая при указанном соотношении компонентов, способствует образованию прочного, водостойкого продукта твердения. Введение добавки оксидов хрома или магния позволяет повысить прочностные свойства, модуль упругости при растяжении и температуру длительной эксплуатации, одновременно снижая конечную температуру отверждения с образованием водостойкого продукта. Дополнительное введение в сырьевую смесь оксидов хрома или магния приводит к образованию метафосфатов хрома или магния при взаимодействии с АХФС или АБФС, которые обладают свойствами полимеров, что позволяет целенаправленно проводить процесс полимеризации фосфатного связующего и получать конструкционный материал с заданными свойствами. Введение в состав оксида магния или хрома менее 6% не обеспечивает требуемых прочностных свойств материала из-за недостаточного количества образующихся метафосфатов. Увеличение содержания оксида магния или хрома свыше 11% значительно снижает жесткость (модуль упругости при растяжении). A mixture of AHPS or ABFS with powder fillers, taken at the indicated ratio of components, contributes to the formation of a durable, waterproof hardening product. The introduction of an additive of chromium or magnesium oxides makes it possible to increase the strength properties, the tensile modulus, and the temperature of long-term operation, while lowering the final curing temperature with the formation of a waterproof product. An additional introduction of chromium or magnesium oxides into the raw material mixture leads to the formation of chromium or magnesium metaphosphates when interacting with AHPS or ABFS, which have the properties of polymers, which makes it possible to purposefully carry out the polymerization of a phosphate binder and obtain a structural material with desired properties. The introduction of less than 6% of magnesium or chromium oxide does not provide the required strength properties of the material due to the insufficient amount of metaphosphates formed. An increase in the content of magnesium oxide or chromium over 11% significantly reduces stiffness (tensile modulus).

Аппретирование стекловолокнистого наполнителя 3-7%-ным раствором бакелитового лака в этиловом спирте или ацетоне применяется для защиты стекловолокна от корродирующего воздействия кислого фосфатного связующего. Меньшая концентрация (менее 3% ) не обеспечивает требуемых прочностных свойств материала (σ_и ≈ 60 МПа), большая (более 7%) снижает адгезионные свойства стеклонаполнителя (σ_и ≈ 55 МПа).The sizing of a fiberglass filler with a 3-7% solution of bakelite varnish in ethyl alcohol or acetone is used to protect the fiberglass from the corrosive effects of acid phosphate binder. A lower concentration (less than 3%) does not provide the required strength properties of the material (σ _and ≈ 60 MPa), a large concentration (more than 7%) reduces the adhesive properties of the glass filler (σ _and ≈ 55 MPa).

П р и м е р. Были изготовлены 6 составов (в мас.%), приведенных в табл. 1. Способ изготовления указанных составов заключается в аппретировании 3-7% -ным спиртовым (или ацетоновым) раствором бакелитового лака стекловолокнистого наполнителя; раскрое стекловолокнистого наполнителя на заготовки требуемых размеров; приготовлении цементирующего состава путем смешения АХФС (или АБФС) с оксидами алюминия и хрома (или магния); нанесения цементирующего состава на заготовки стекловолокнистого наполнителя и набор пакета; отверждения при удельном давлении 0,1-0,45 МПа до температуры 130-145^оС со скоростью подъема температуры 5-12 град/ч.PRI me R. Were made 6 compositions (in wt.%) Are given in table. 1. A method of manufacturing these formulations consists in sizing 3-7% alcohol (or acetone) solution of bakelite varnish fiberglass filler; cutting fiberglass filler into workpieces of the required size; the preparation of a cementitious composition by mixing AHFS (or ABFS) with oxides of aluminum and chromium (or magnesium); applying a cementitious composition to the fiberglass filler blanks and a set of packages; curing at a specific pressure of 0,1-0,45 MPa to a temperature ^of 130-145 C at a K / h temperature rise rate of 5-12.

Выбор величин давления, температуры отверждения и скорости подъема температуры определялся химической природой сырьевой смеси и получением конечного прочного водостойкого продукта. Отверждение смеси обусловлено дегидратацией фосфатного связующего при нагреве до 130-145^оС и удельном давлении 0,1-0,45 МПа. Использование удельного давления менее 0,1 МПа ведет к получению рыхлой структуры материала со слабыми межслоевыми связями и низкой прочностью (σ_и ≈ 50 МПа). Отверждение смеси при удельном давлении более 0,45 МПа приводит к разрушению армирующего стекловолокнистого наполнителя вследствие абразивного воздействия оксида алюминия (σ_и ≈ 30-40 МПа).The choice of pressure, curing temperature and rate of temperature rise was determined by the chemical nature of the raw material mixture and obtaining the final durable water-resistant product. Curing of the mixture caused by dehydration of phosphate binder when heated to ^about 130-145 C and a specific pressure of 0,1-0,45 MPa. The use of a specific pressure of less than 0.1 MPa leads to a loose structure of the material with weak interlayer bonds and low strength (σ _and ≈ 50 MPa). The curing of the mixture at a specific pressure of more than 0.45 MPa leads to the destruction of the reinforcing fiberglass filler due to the abrasive action of alumina (σ _and ≈ 30-40 MPa).

При отверждении материала при температуре ниже 130^оС не достигается конечная цель - получение прочного, с высоким модулем упругости при растяжении водостойкого продукта (σ_и < 60 МПа), а повышение температуры термообработки выше 145^оС нецелесообразно из соображений технологичности.Upon curing the material at a temperature below 130 ^{° C} the ultimate goal is not achieved - obtaining a durable, with high tensile modulus waterproof product (σ _and <60 MPa), and the heat treatment temperature increases above 145 ^C. impractical considerations of processability.

Проведение режима термообработки со скоростью подъема температуры 5-12 град/ч также обусловлено химической природой состава, отверждение которого происходит за счет выделения связанной воды. Подъем температуры со скоростью, большей 12 град/ч, ведет к получению низкопрочного материала (σ_и ≈ 50 МПа), а более медленный подъем температуры (менее 5 град/ч) нецелесообразен из соображений технологичности. Свойства полученных образцов, изготовленных по составам 1-6, приведены в табл.2.The heat treatment mode with a temperature rise rate of 5-12 deg / h is also due to the chemical nature of the composition, the curing of which occurs due to the release of bound water. Raising the temperature at a speed greater than 12 deg / h leads to the production of low-strength material (σ _and ≈ 50 MPa), and a slower rise in temperature (less than 5 deg / h) is impractical for reasons of manufacturability. The properties of the obtained samples made according to compositions 1-6 are shown in Table 2.

Как видно из табл.2, использование предлагаемого способа изготовления конструкционного фосфатного материала позволяет получить материал с прочностными характеристиками в ≈ 1,5-2,5 раза выше, чем у прототипа, с модулем упругости при растяжении ≈ 30000 МПа и повысить температуру длительной эксплуатации (1200^оС).As can be seen from table 2, the use of the proposed method of manufacturing structural phosphate material allows to obtain a material with strength characteristics ≈ 1.5-2.5 times higher than that of the prototype, with a tensile modulus ≈ 30,000 MPa and to increase the temperature of long-term operation ( 1200 ^about C).

Claims

METHOD FOR PRODUCING CONSTRUCTIONAL MATERIAL ON PHOSPHATE BINDING, including mixing aluminochromophosphate or alumina-borophosphate binder with alumina, combining the obtained composition with fiberglass filler and curing at elevated pressure and temperature, characterized in that, with an increase in tensile strength, in order to increase the tensile strength with increasing tensile strength material, when mixed 48 - 52 wt. % phosphate binder with 41 - 42 wt.% alumina is additionally introduced 6 - 11 wt.% chromium oxide or magnesium oxide, 56 - 65 wt.% the resulting composition is combined with 35 - 44 wt.% pre-dressed with 3 - 7% a solution of bakelite varnish in ethyl alcohol or acetone fiberglass or fiberglass, and curing is carried out at a specific pressure of 0.1 - 0.45 MPa, heating to 130 - 145 ^o With a speed of temperature rise of 5 - 12 deg / h.