RU2045599C1 - Insulating fibrous foam material and method of its manufacture - Google Patents
Insulating fibrous foam material and method of its manufacture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2045599C1 RU2045599C1 RU93046680A RU93046680A RU2045599C1 RU 2045599 C1 RU2045599 C1 RU 2045599C1 RU 93046680 A RU93046680 A RU 93046680A RU 93046680 A RU93046680 A RU 93046680A RU 2045599 C1 RU2045599 C1 RU 2045599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- density
- binder
- foam
- dehydration
- manufacture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Building Environments (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству волокнистого материала, обладающего хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами и предназначенного для использования в строительстве, судостроении, авиационной технике, в легкой и мебельной промышленности и других отраслях народного хозяйства. The invention relates to the production of fibrous material with good heat and sound insulation properties and intended for use in construction, shipbuilding, aircraft, in the light and furniture industries and other sectors of the economy.
Известен изоляционный материал плотностью до 100-200 кг/м3, выполненный из стекловолокна путем напыления связующего на сформованный холст [1]
Стеклохолст, обладая относительно низкой плотностью, эластичностью, малой теплопроводностью и хорошими эвкоизоляционными свойствами, имеет ограниченную область применения из-за своей токсичности (вызывает раздражение кожи) и недостаточной прочности.Known insulation material with a density of up to 100-200 kg / m 3 made of fiberglass by spraying a binder on a molded canvas [1]
Fiberglass, having a relatively low density, elasticity, low heat conductivity and good euko-insulating properties, has a limited scope because of its toxicity (causes skin irritation) and insufficient strength.
Известен изоляционный материал, обладающий высокими прочностными характеристиками и представляющий собой стеклохолст, покрытый с обеих сторон обкладками [2]
Однако материал, покрытый с одной или обеих сторон облицовочными листами (бумагой, нетканым материалом), не только упрочняется, но и становится тяжелее, что объясняется высокой плотностью облицовочных листов. Кроме того, традиционная технология изготовления стеклохолста практически исключает возможность введения в его композицию некоторых химических добавок, способных придать стеклохолсту специфические свойства, так как они (добавки) плохо удерживаются в материале, изготовленном сухим способом.Known insulating material with high strength characteristics and representing a fiberglass coated on both sides with linings [2]
However, the material coated on one or both sides with facing sheets (paper, non-woven material), not only hardens, but also becomes heavier, due to the high density of the facing sheets. In addition, the traditional technology for the manufacture of fiberglass virtually eliminates the possibility of introducing into its composition some chemical additives capable of imparting specific properties to fiberglass, since they (additives) are poorly retained in the material made by the dry method.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения является материал, состоящий из пористого сердечника, сформованного из вспененной волокнистой суспензии и содержащего переплетенные минеральные и химические волокна, частицы вспученного перлита, связующее и поверхностно-активное вещество, и по меньшей мере один покровный слой. Покровный слой выполнен из тонкого пористого материала, например бумаги, нетканого материала и т.п. Плотность покровного слоя выше плотности сердечника и плотности материала в целом. Выполнение материала с неравномерной плотностью по толщине, а именно, когда поверхностные слои (слой) имеет более высокую плотностью, чем сердечник или материал в целом, обеспечивают ему (материалу) необходимую прочность и конструкционные свойства, например каркасность. The closest analogue of the present invention is a material consisting of a porous core formed from a foamed fiber suspension and containing interwoven mineral and chemical fibers, expanded perlite particles, a binder and a surfactant, and at least one coating layer. The coating layer is made of thin porous material, for example paper, non-woven material, etc. The density of the coating layer is higher than the density of the core and the density of the material as a whole. The implementation of a material with an uneven density in thickness, namely, when the surface layers (layer) has a higher density than the core or the material as a whole, provide it (the material) with the necessary strength and structural properties, for example, wireframe.
Способ изготовления этого материала заключается в следующем. A method of manufacturing this material is as follows.
Готовят вспененную волокнистую водную суспензию, содержащую кроме минерального волокна частицы вспученного перлита, крахмал, катионную гуаровую смолу, поверхностно-активное и диспергирующее средства. Затем насыщают ее воздухом до содержания последнего в образовавшейся пене 10-30%
После этого формуют пористый сердечник из вспененной волокнистой суспензии на пористом полотне, которое подается на сетку бумагоделательной машины и движется вместе с ней. Пористое полотно (бумага, нетканое полотно) образует облицовочный слой для пористого сердечника, образованного переплетенными между собой волокнами. Одновременно с формованием ведут обезвоживание пористого сердечника в процессе его формования путем воздействия вакуума и последующую сушку сформованного сердечника в потоке горячего воздуха, в случае необходимости, на сердечник с другой стороны наносят покровный слой [3]
Материал, полученный описанным способом, имеет плотность 50-160 кг/м3, толщину 0,6-5,0 см. Материал облицован с одной или с двух сторон обкладками, плотность которых порядка 400-700 кг/м3, толщина 30-60 мкм.A foamed fibrous aqueous suspension is prepared containing, in addition to mineral fiber, expanded perlite particles, starch, cationic guar gum, surface-active and dispersing agents. Then it is saturated with air until the content of the latter in the resulting foam is 10-30%
After that, a porous core is formed from a foamed fiber suspension on a porous web, which is fed to the mesh of the paper machine and moves with it. The porous fabric (paper, non-woven fabric) forms a facing layer for the porous core formed by interwoven fibers. Simultaneously with the molding, the porous core is dehydrated during its molding by applying vacuum and subsequent drying of the formed core in a stream of hot air, if necessary, a coating layer is applied to the core on the other side [3]
The material obtained by the described method has a density of 50-160 kg / m 3 , a thickness of 0.6-5.0 cm. The material is lined on one or both sides with plates whose density is of the order of 400-700 kg / m 3 , a thickness of 30- 60 microns.
Недостаток этого материала заключается прежде всего в его относительно высокой плотности. Это объясняется, во-первых, наличием поверхностных слоев (слоя), выполненных из материала более плотного, чем материал сердечника, что утяжеляет материал в целом, и, во-вторых, интенсивным обезвоживанием (под действием вакуума) сердечника в процессе его формования, которое способствует быстрому разрушению пузырьков пены, вследствие чего происходит уплотнение волокон между собой. Кроме того, облицовочные слои могут отслаиваться от сердечника, так как связь между ними чисто механическая и образуется только за счет сил сцепления, возникающих в процессе обезвоживания материала при формовании сердечника и прямо зависящих от величины вакуума. The disadvantage of this material lies primarily in its relatively high density. This is explained, firstly, by the presence of surface layers (layer) made of a material denser than the core material, which makes the whole material heavier, and, secondly, by intensive dehydration (under vacuum) of the core during its formation, which contributes to the rapid destruction of the foam bubbles, as a result of which the fibers are densified together. In addition, the facing layers can peel off from the core, since the connection between them is purely mechanical and is formed only due to the adhesion forces that arise during the dehydration of the material during core formation and directly depend on the size of the vacuum.
Способ изготовления этого материала достаточно энергоемок и технологически трудно осуществим, так как предусматривает обязательное использование подкладочного полотна, лежащего на сетке бумагоделательной машины и движущегося вместе с ней. The method of manufacturing this material is quite energy-intensive and technologically difficult to implement, since it provides for the mandatory use of a lining sheet lying on a grid of a paper machine and moving with it.
Задача настоящего изобретения состоит в создании очень легкого (до 10-50 кг/м3) конструкционного волокнистого пористого материала с хорошими тепло- и звукоизоляционными характеристиками, свободного от недостатков, присущих прототипу.The objective of the present invention is to create a very lightweight (up to 10-50 kg / m 3 ) structural fiber porous material with good heat and sound insulation characteristics, free from the disadvantages inherent in the prototype.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в соответствии с предлагаемым изобретением, изоляционный волокнистый пеноматериал с пористой структурой выполнен монолитным, т.е. в отличие от прототипа он не образован двумя или тремя отдельными структурами, связанными между собой, а представляет собой однородный по композиции расслаивающийся пористый материал из переплетенных между собой волокон плотностью до 10-50 кг/м3. Плотность материала у поверхности в 5-20 раз превосходит плотность материала в целом.The problem is solved due to the fact that in accordance with the invention, the insulating fibrous foam with a porous structure is made monolithic, i.e. unlike the prototype, it is not formed by two or three separate structures interconnected, but is a homogeneous composition of an exfoliating porous material from interwoven fibers with a density of up to 10-50 kg / m 3 . The density of the material at the surface is 5-20 times higher than the density of the material as a whole.
Это обеспечивает материалу хорошие конструкционные свойства при очень низкой общей плотности. Изготовление материала монолитным полностью исключает его расслаиваемость. This provides the material with good structural properties at a very low overall density. The manufacture of the material in one piece completely eliminates its delamination.
Предметом настоящего изобретения является также способ изготовления монолитного пористого волокнистого материала плотностью до 10-50 кг/м3, имеющего плотность у поверхности в 5-20 раз выше, чем плотность материала в целом.The subject of the present invention is also a method of manufacturing a monolithic porous fibrous material with a density of up to 10-50 kg / m 3 having a surface density of 5-20 times higher than the density of the material as a whole.
Предлагаемый способ включает приготовление водной суспензии из волокна, связующего и поверхностно-активного вещества, насыщение его вакуумом до содержания его в образующейся пене 60-80% формование материала с одновременным обезвоживанием, которое ведут под действием гравитационных сил не менее 5 мин, преимущественно 5-25 мин, и последующей сушкой. The proposed method involves the preparation of an aqueous suspension of fiber, a binder and a surfactant, saturating it with vacuum until it is contained in the resulting foam 60-80% molding material with simultaneous dehydration, which is carried out under the influence of gravitational forces for at least 5 minutes, mainly 5-25 min, and subsequent drying.
В отличие от прототипа волокнистая суспензия в момент начала обезвоживания содержит 60-80% воздуха (по прототипу 10-30%) и обезвоживание ведут под действием гравитационных сил, а не под вакуумом, как это делают в способе по прототипу. In contrast to the prototype, the fibrous suspension at the time of the start of dehydration contains 60-80% of air (according to the prototype 10-30%) and dehydration is carried out under the influence of gravitational forces, and not under vacuum, as is done in the method according to the prototype.
Совокупность признаков способа позволяет довольно простым техническим путем получить пористый волокнистый монолитный материал с исключительно низкой плотностью в целом и с разной плотностью по толщине: плотность материала у его поверхности в 5-20 раз превосходит плотность материала в целом. Это стало возможным как благодаря высокому содержанию воздуха в водной волокнистой суспензии в момент начала его обезвоживания (60-90%), так и вследствие того, что процесс обезвоживания на сетке, а следовательно и формование самого материала идет под действием гравитационных сил в течение 5-25 мин, но не менее. В способе исключено любое физическое воздействие на пену в стадии формования материала, тогда как в прототипе на пену воздействуют несколькими кратковременными перепадами давления, чтобы вызывать отток воды, вследствие чего происходит разрушение пузырьков пены. The set of features of the method allows a fairly simple technical way to obtain a porous fibrous monolithic material with an extremely low density in general and with different density in thickness: the density of the material at its surface is 5-20 times higher than the density of the material as a whole. This became possible both due to the high air content in the aqueous fiber suspension at the time of its dehydration (60-90%), and due to the fact that the dehydration process on the grid, and therefore the molding of the material itself, is under the influence of gravitational forces for 5- 25 minutes, but not less. The method excludes any physical effect on the foam in the molding stage of the material, whereas in the prototype, the foam is subjected to several short-term pressure drops to cause the outflow of water, resulting in the destruction of the foam bubbles.
Время обезвоживания вспененной волокнистой водной суспензии или время формования материала (листа, мата, панели) колеблется в широких пределах, но в любом случае это должно быть время, достаточное для завершения процесса формования структуры материала за счет переплетения волокон при одновременном отводе воды под действием гравитационных сил и для формирования поверхностного слоя материала за счет адсорбции молекул поверхностно-активного вещества, мелких волокон и частиц связующего на поверхности раздела материала и воздуха. The dewatering time of a foamed fibrous aqueous suspension or the formation time of a material (sheet, mat, panel) varies widely, but in any case it should be sufficient time to complete the process of forming the material structure by weaving the fibers while draining water under the influence of gravitational forces and for the formation of the surface layer of the material due to the adsorption of molecules of a surfactant, small fibers and binder particles at the interface of the material and air.
Для приготовления водной волокнистой суспензии используют следующие материалы и реактивы. В качестве волокна материал может содержать древесную целлюлозу, например сульфатную беленую (ГОСТ 14940-75), хризолитовый асбест (ГОСТ 12871-83), базальтовое волокно (РСТ Украины 1970-86), полиэфирное волокно (ТУ 6-06-0172-87), полиарамидное волокно (ТУ 6-06-0200-84), полимерное волокнисто-пленочное связующее полифенилен изофталимид (ТУ 6-06-И69-80). В качестве связующего рекомендуется латекс синтетического каучука "Неопол" (ТУ 38.103581-85), кремнийорганический лак марки КО-08 (ГОСТ 15081-78), КО-87 (ТУ 6-02-885-79), или поливинилацетатная дисперсия (ПВА) (ТУ 18992-80). В качестве поверхностно-активного средства в волокнистую суспензию можно вводить моющее вещество прогресс (ТУ 38-10719-77), сульфанол (СТУ 108-37-60) и другие ПАВ. The following materials and reagents are used to prepare the aqueous fiber suspension. As a fiber, the material may contain wood pulp, for example, bleached sulfate (GOST 14940-75), chrysolite asbestos (GOST 12871-83), basalt fiber (PCT of Ukraine 1970-86), polyester fiber (TU 6-06-0172-87) , polyaramide fiber (TU 6-06-0200-84), polymeric fiber-film binder polyphenylene isophthalimide (TU 6-06-I69-80). Synthetic rubber latex Neopol (TU 38.103581-85), silicone varnish of the KO-08 brand (GOST 15081-78), KO-87 (TU 6-02-885-79), or polyvinyl acetate dispersion (PVA) are recommended as a binder. (TU 18992-80). As a surface-active agent, progress detergent (TU 38-10719-77), sulfanol (STU 108-37-60) and other surfactants can be introduced into the fiber suspension.
В случае необходимости в волокнистую суспензию вводят другие функциональные и технологические добавки: красители, пигменты, антиоксиданты, биоциды, водоотталкивающие и огнестойкие вещества, стабилизаторы пены и т.д. If necessary, other functional and technological additives are introduced into the fiber suspension: dyes, pigments, antioxidants, biocides, water-repellent and fire-resistant substances, foam stabilizers, etc.
П р и м е р 1. 50 г сульфатной беленой целлюлозы диспергируют в гидроразбивателе до степени помола 19оШР, вводят 100 мл 50%-ного раствора поливинилацетатной дисперсии и перемешивают в течение 1 мин, затем загружают 180 г полиэфирного волокна и ведут диспергирование в течение 3 мин. В смесь вводят 100 мл поверхностно-активного вещества "Прогресс" и продолжают перемешивание состава до достижения содержания воздуха в нем 90% Для стабилизации пены вводят полиакриламид.EXAMPLE EXAMPLE 1 50 grams of bleached kraft pulp were dispersed in a pulper to a freeness of 19 SR are introduced 100 ml of a 50% solution of polyvinyl acetate dispersion and mixed for 1 minute, then charged with 180 g of a polyester fiber and lead to dispersion within 3 minutes 100 ml of the Progress surfactant is introduced into the mixture and the composition is continued to mix until the air content in it is 90%. Polyacrylamide is introduced to stabilize the foam.
Полученную водную волокнистую вспененную суспензию заливают в форму с сетчатым дном, в которой формуется и одновременно обезвоживается материал пористой структуры за счет удаления воды под действием гравитационных сил. Формование материала и его обезвоживание ведут в течение 15 мин, после чего его подвергают сушке в два этапа: сначала при температуре 90оС, затем при 130оС. Полученную отливку испытывают на теплопроводность по ГОСТ 17177-87. Для определения плотности материала у поверхности, от него отделяют (срезают) верхний слой толщиной 30-60 мкм, взвешивают и расчетным путем определяют плотность.The resulting aqueous fibrous foam suspension is poured into a mesh bottom mold in which a porous material is formed and simultaneously dehydrated by removing water under the action of gravitational forces. The molding material and the dehydration was conducted for 15 minutes, after which it is dried in two steps: first at 90 ° C, then at 130 ° C. The resulting casting was tested for thermal conductivity according to GOST 17177-87. To determine the density of the material near the surface, the upper layer 30-60 μm thick is separated (cut off) from it, weighed, and the density is determined by calculation.
В таблице представлены сводные данные, характеризующие качественный состав материала, технологические параметры процесса и свойства материала. The table provides summary data characterizing the qualitative composition of the material, process parameters and material properties.
Примеры 4,8,9,13,14 даны для сравнения и показывают, что в случае снижения содержания воздуха в суспензии до 30% (примеры 4,8,13) при одних и тех же композиционном составе, времени обезвоживания и режиме сушки теплопроводность материала возрастает до 0,054-0,065 Вт/м ˙ оС по сравнению с 0,042-0,048, а плотность материала в целом увеличивается с 8,6-11,2 кг/м3 до 47,3-71,3 кг/м3.Examples 4,8,9,13,14 are given for comparison and show that if the air content in the suspension is reduced to 30% (examples 4,8,13) with the same composition, dehydration time and drying mode, the thermal conductivity of the material increases to 0.054-0.065 W / m ˙ о С in comparison with 0.042-0.048, and the density of the material as a whole increases from 8.6-11.2 kg / m 3 to 47.3-71.3 kg / m 3 .
Если время обезвоживания сократить до 30 с (пример 14) и образец сразу поместить в сушку, то вследствие большого содержания жидкости, которая вскипает, образец разрушается,
Увеличение времени обезвоживания образца сверх 25 мин (пример 9) существенного эффекта не дает.If the dehydration time is reduced to 30 s (Example 14) and the sample is immediately placed in the dryer, then due to the high content of liquid that boils, the sample is destroyed,
The increase in the time of dehydration of the sample in excess of 25 min (example 9) does not give a significant effect.
Предлагаемый материал обладает:
исключительно низкой плотностью (8-11 кг/м3);
хорошими конструкционными свойствами;
удовлетворительной теплопроводностью.The proposed material has:
extremely low density (8-11 kg / m 3 );
good structural properties;
satisfactory thermal conductivity.
Процесс характеризуется относительно простым аппаратурным оформлением. The process is characterized by a relatively simple hardware design.
Для изготовления материала может быть использована широкая гамма волокон и отходов их производства. For the manufacture of the material, a wide gamut of fibers and waste from their production can be used.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA93090897A UA10978C2 (en) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Insulation fiber foam material and method for making it |
| UA93090897 | 1993-02-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2045599C1 true RU2045599C1 (en) | 1995-10-10 |
| RU93046680A RU93046680A (en) | 1996-03-20 |
Family
ID=21688920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93046680A RU2045599C1 (en) | 1993-02-26 | 1993-10-13 | Insulating fibrous foam material and method of its manufacture |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2045599C1 (en) |
| UA (1) | UA10978C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2567570C9 (en) * | 2013-11-21 | 2016-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРРАБИЛДИНГ" | Mineral board |
-
1993
- 1993-02-26 UA UA93090897A patent/UA10978C2/en unknown
- 1993-10-13 RU RU93046680A patent/RU2045599C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1. Сборник рефератов НИР и ОКР. Химия. Химическая технология, 1990, N 6, с.44. * |
| 2. Заявка Японии N 58-144180, кл. D 06M 17/00, 1983. * |
| 3. Заявка РСТ N 88/05096, кл. D 21D 3/00, 1988. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| UA10978C2 (en) | 1996-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2634207A (en) | Building board | |
| US3749638A (en) | Formation of non-woven structures from fibrous glass dispersion | |
| US5013405A (en) | Method of making a low density frothed mineral wool | |
| AU783445B2 (en) | Durable acoustical panel and method of making the same | |
| RU2621113C2 (en) | Fiber web of paper or carton and its manufacture method | |
| US2634208A (en) | Building board | |
| US2626864A (en) | Building board of fiber and asphalt coated perlite | |
| US5071511A (en) | Acoustical mineral fiberboard | |
| US4153503A (en) | Method of wet-forming mineral fiberboard product having damage-resistant overlay | |
| US4247364A (en) | Method of making a smooth, dimensionally stable, mica-filled, glass fiber sheet | |
| EP1345864A2 (en) | A dual layer acoustical ceiling tile having an improved sound absorption value | |
| JP2778631B2 (en) | Rigid, self-supporting soundproof inorganic fiber board and method of manufacturing the same | |
| US3494824A (en) | Foamed water felted insulation and building product | |
| US1966458A (en) | Method of saturating fibrous stock | |
| US3243340A (en) | Sag-resistant fiberboard containing hydrophilic binder | |
| US1966069A (en) | Acoustic tile and method of manufacturing the same | |
| RU2045599C1 (en) | Insulating fibrous foam material and method of its manufacture | |
| AU2018316196A1 (en) | High noise reduction coefficient, low density acoustical tiles | |
| JPH02500453A (en) | How to make soft paper | |
| AU606132B2 (en) | Low density frothed mineral wool panel and method | |
| US1888409A (en) | Paper | |
| US2197822A (en) | Panelboard and method of making same | |
| US2332369A (en) | Method of making low density water resisting fibrous products | |
| US2121703A (en) | Cork treated paper pulp | |
| US2078272A (en) | Apparatus for manufacturing saturated sheeted fibrous structures |