RU2080257C1

RU2080257C1 - Method for shaping boards from mineral fibers

Info

Publication number: RU2080257C1
Application number: RU93034056A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Ефремов; В.Н. Шекуров; А.Д. Васенев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "ЭПАТ"
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1997-05-27

Abstract

FIELD: manufacture of building materials. SUBSTANCE: heat- insulation and noise-reduction boards applicable in building industry, chemical and mechanical engineering, and heat and power industry are shaped from mineral fibers in the following manner. Mineral raw material is supplemented with binder solution and resultant water-based mass is shaped into boards, which are finally dried. Shaping is effected by alternating pressure pulses transforming shaping system into oscillating circuit with perturbation action response frequency from 1/10 to 1/60 Hz, wherein duration of shaping pulse action does not exceed 1/3 oscillation period. EFFECT: increased heat-insulation quality due to improved strength and thermophysical characteristics when shaping in U-shaped apparatus.

Description

Изобретение относится к производству теплоизоляционных и шумопоглощающих материалов и может быть использовано в строительной, химической, машиностроительной и теплоэнергетической отраслях промышленности. The invention relates to the production of heat-insulating and noise-absorbing materials and can be used in the construction, chemical, engineering and heat power industries.

Известен способ получения плит из минеральной ваты [1] заключающийся в приготовлении гидромассы с содержанием связующего вещества (8 12) формовании из нее непрерывного минераловатного ковра отливкой и подпрессовкой с последующим отсосом излишков связующего вещества и тепловой обработкой. A known method of producing plates of mineral wool [1] is to prepare hydromass with a binder content (8 12) forming a continuous mineral wool carpet from it by casting and prepressing, followed by suction of excess binder and heat treatment.

Недостатком этого способа является значительное колебание плотности от 150 кг/см³ до 300 кг/м³ при формовании полотна по его длине и ширине, что приводит к снижению прочности и нестабильности теплоизоляционных свойств, ограничивающих применение плит для теплоизоляции сред с температурами, не превышающими 600^oC.The disadvantage of this method is a significant density fluctuation from 150 kg / cm ³ to 300 kg / m ³ when forming the sheet along its length and width, which leads to a decrease in the strength and instability of thermal insulation properties, limiting the use of plates for thermal insulation of media with temperatures not exceeding 600 ^o C.

Наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту является способ формования плит из волокон минерального сырья [2] включающий нанесение раствора связующего на ковер минеральной ваты с образованием гидромассы, разделение гидромассы на части, загрузку ее частей с помощью плиты толкателя в устройство переориентирования волокон гидромассы из горизонтального в вертикальное положение, последующее уплотнение и дальнейшую сушку плит. Closest to the invention, the achieved effect is a method of forming plates of mineral fibers [2] comprising applying a binder solution to a carpet of mineral wool to form hydromass, separating the hydromass into parts, loading its parts with a plunger plate into a device for reorienting the hydromass fibers from horizontal to vertical position, subsequent compaction and further drying of the plates.

Недостатком указанного способа формования является повышенная теплопроводность плит, объясняемая высокой частотой виброуплотнения (10 30) гц, приводящей к поломке волокон и уменьшению за счет этого ее пористости, а также низкая прочность плит, являющаяся следствием отсутствия переплетения волокон. The disadvantage of this molding method is the increased thermal conductivity of the plates, due to the high frequency of vibration compaction (10 30) Hz, which leads to breakage of the fibers and a decrease in its porosity, as well as the low strength of the plates, which is a consequence of the absence of interweaving of the fibers.

Технический результат изобретения повышение прочностных характеристик и снижение теплопроводности плит из волокон минерального сырья за счет равномерного распределения связующего раствора и волокон и их переплетения во всем объеме. The technical result of the invention is an increase in strength characteristics and a decrease in the thermal conductivity of plates made from fibers of mineral raw materials due to the uniform distribution of the binder solution and the fibers and their weaving in the entire volume.

Технический результат достигается путем формования плит знакопеременными импульсами давления, превращающими систему формования в колебательный контур с частотой отклика на возмущающее воздействие

Гц с продолжительностью воздействия формующего импульса не превышающей 1/3 периода колебаний.The technical result is achieved by forming plates with alternating pressure pulses that turn the molding system into an oscillating circuit with a response frequency to a disturbing effect

Hz with a duration of exposure to the forming pulse not exceeding 1/3 of the oscillation period.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. The proposed method is implemented as follows.

В минеральное волокнистое сырье вносится раствор связующего вещества. Образованная гидромасса подается непрерывно в систему формования, состоящую из U-образного аппарата и устройства формирования знакопеременных импульсов давления с источником постоянного перепада давления. В U-образном аппарате формования на гидромассу воздействуют знакопеременными импульсами давления сжатого газа. В результате этого воздействия происходит уплотнение волокон без их поломки, переплетение и транспортировка по каналу аппарата и равномерное распределение связующего. В целях получения наибольшей прочности плит из волокон минерального сырья содержание твердой волокнистой фазы должно быть не менее (80 90) остальное пространство заполняется водным раствором связующего вещества. A binder solution is introduced into the mineral fiber raw material. The formed hydromass is supplied continuously to the molding system, consisting of a U-shaped apparatus and a device for generating alternating pressure pulses with a source of constant pressure drop. In a U-shaped molding apparatus, the hydromass is affected by alternating pressure pulses of compressed gas. As a result of this effect, the fibers are compacted without breaking, weaving and transportation along the channel of the apparatus and uniform distribution of the binder. In order to obtain the greatest strength of the plates of mineral fibers, the content of the solid fibrous phase should be not less than (80 90) the rest of the space is filled with an aqueous solution of a binder.

Высокое содержание твердой фазы создает большое гидравлическое сопротивление движению связующего. В результате этого осуществление колебательного движения всей гидромассы под действием знакопеременного импульса давления возможно только с частотой не превышающей величину частоты собственных колебаний системы гидромасса U-образный аппарат. Для U-образного аппарата при концентрации волокнистой фазы равной 80 собственная частота колебаний соответствует 1/10 Гц. Для 90 концентрации 1/60 Гц. The high solids content creates a large hydraulic resistance to the movement of the binder. As a result of this, the implementation of the oscillatory motion of the entire hydromass under the action of an alternating pressure pulse is possible only with a frequency not exceeding the frequency of the natural oscillations of the hydromass system U-shaped apparatus. For a U-shaped apparatus with a concentration of the fibrous phase equal to 80, the natural vibration frequency corresponds to 1/10 Hz. For 90 concentration 1/60 Hz.

При подаче импульсов давления в пульсационную камеру U-образного аппарата с частотами

Гц продолжительность действия силы давления, необходимой для транспорта гидромассы не должна превышать 1/3 периода собственных колебаний. Возникающие при этом высокие пульсационные скорости жидкой среды способствуют выравниванию поля скоростей по сечению формующего аппарата и равномерному распределению связующего, уменьшению градиента скоростей. Одновременно уменьшается сила трения волокнистой массы о стенки аппарата за счет эффекта жидкого трения, что способствует прямоточному движению волокнистой и жидкой фаз. Приведенная в движение гидромасса перемещается на расстояние пропорциональное величине амплитуды колебания газовой подушки в пульсацуионной камере.When applying pressure pulses to the pulsating chamber of a U-shaped apparatus with frequencies

Hz the duration of the pressure force necessary for the transport of hydromass should not exceed 1/3 of the period of natural vibrations. The high pulsating velocities of the liquid medium arising at the same time contribute to the alignment of the velocity field along the cross section of the forming apparatus and the uniform distribution of the binder, and to a decrease in the velocity gradient. At the same time, the friction force of the pulp against the walls of the apparatus decreases due to the effect of liquid friction, which contributes to the direct-flow movement of the fibrous and liquid phases. The hydromass set in motion moves a distance proportional to the amplitude of the oscillation of the gas cushion in the pulsation chamber.

При стравливании давления в пульсационной камере, которое происходит в течение 2/3 периода собственных колебаний, скорости течения жидкой среды уменьшаются, поле скоростей становится неравномерным и приобретает явно выраженный параболический характер, возрастает градиент скоростей по сечению формующего аппарата, уменьшается поток раствора жидкого связующего между стенкой аппарата и волокнами гидромассы. Разность скоростей по сечению аппарата приводит к переплетению волокон в объеме друг с другом. По мере убывания скорости жидкости вся масса волокон останавливается, а раствор связующего вещества фильтруется сквозь волокнистую массу. При новом цикле знакопеременных пульсаций давления в пульсационной камере u-образного аппарата процесс формования структуры гидромассы повторяется, а сформованная масса в виде плиты, имеющей сечение соответствующее сечению аппарата непрерывно поступает в сушилку. When the pressure in the pulsation chamber is released during 2/3 of the period of natural oscillations, the flow rates of the liquid medium decrease, the velocity field becomes uneven and acquires a pronounced parabolic character, the velocity gradient along the cross section of the forming apparatus increases, the flow of the liquid binder solution between the wall decreases apparatus and hydromass fibers. The difference in speed over the cross section of the apparatus leads to the interweaving of fibers in the volume with each other. As the fluid velocity decreases, the entire mass of fibers stops, and the binder solution is filtered through the fibrous mass. With a new cycle of alternating pressure pulsations in the pulsating chamber of the u-shaped apparatus, the process of forming the hydromass structure is repeated, and the molded mass in the form of a plate having a section corresponding to the section of the apparatus continuously enters the dryer.

По завершении всех операций технологического процесса плиты приобретают равномерную плотность по всему сечению, низкую теплопроводность, позволяющую использовать их в качестве теплоизоляционного материала для сред с температурой до 900^oC, и прочность.Upon completion of all operations of the technological process, the plates acquire uniform density over the entire cross section, low thermal conductivity, which allows them to be used as heat-insulating material for media with temperatures up to 900 ^o C, and strength.

Пример 1. Для формования плит по предлагаемому способу была приготовлена гидромасса, состоящая из 60 минеральной ваты и 40-ного водного раствора кремнийсодержащего связующего вещества. Гидромасса непрерывно подавалась в U-образный пульсационный формующий аппарат. На гидромассу воздействовали знакопеременными импульсами давления с постоянно убывающей частотой. По мере уплотнения массы и удаления излишков раствора связующего вещества гидромасса приобрела структуру соответствующую высоким прочностным свойствам за счет переплетения волокон минеральной ваты. При достижении 80% концентрации гидромасса приобрела поступательное движение в условиях прямотока с жидким связующим веществом. Этому состоянию соответствовала частота пульсации формующего давления равная 1/10 гц. Продолжение уплотнения гидромассы до концентрации 85 сопровождалась уменьшением собственной частоты колебательного контура, в который превратилось устройство формования с находящейся в его канале гидромассой, которая стала равной 1/35 Гц. Непрерывная подача гидромассы и воздействие пульсации позволили уплотнить структуру гидромассы до содержания минеральной ваты в ней до 90 от общего объема. При этом частота пульсации, при которой осуществлялось поступательное непрерывное движение гидромассы снизилось до 1/60 гц. Example 1. For the formation of plates according to the proposed method, a hydromass was prepared consisting of 60 mineral wool and a 40th aqueous solution of a silicon-containing binder. Hydromass was continuously fed into a U-shaped pulsating forming apparatus. The hydromass was affected by alternating pressure pulses with a constantly decreasing frequency. As the mass is compacted and excess binder solution is removed, the hydromass has acquired a structure corresponding to high strength properties due to the interweaving of mineral wool fibers. Upon reaching 80% concentration, the hydromass acquired translational motion in a direct flow with a liquid binder. This state corresponded to a frequency of pulsation of the forming pressure equal to 1/10 Hz. The continuation of the compaction of the hydromass to a concentration of 85 was accompanied by a decrease in the natural frequency of the oscillating circuit, into which the molding device with the hydromass located in its channel turned into, which became equal to 1/35 Hz. The continuous supply of hydromass and the effect of pulsation made it possible to condense the hydromass structure to the mineral wool content in it up to 90 of the total volume. In this case, the pulsation frequency, at which the continuous continuous movement of the hydromass was carried out, decreased to 1/60 Hz.

Во всех случаях непрерывного формования время воздействия импульса на гидромассу соответствовало 1/3 периода колебаний, с которыми подводилась энергия. Сформованная плита имела сечение, соответствующее сечению аппарата. Высушенные образцы имели 90% минеральной ваты, обладали структурой с переплетенными волокнами и равномерно распределенным связующим. Плотность образца соответствовала 190 220 кг/м³ с максимальным удельным давлением равным 1,5 2 кг/см². Теплопроводность образца соответствовала (0,1 0,3)•10³ кал/см, с•град. Все характеристики соответствовали лучшим теплоизоляционным материалам.In all cases of continuous molding, the exposure time of the pulse to the hydraulic mass corresponded to 1/3 of the oscillation period with which the energy was supplied. The formed plate had a section corresponding to that of the apparatus. The dried samples had 90% mineral wool, had a structure with interwoven fibers and a uniformly distributed binder. The density of the sample corresponded to 190 220 kg / m ³ with a maximum specific pressure of 1.5 2 kg / cm ² . The thermal conductivity of the sample corresponded to (0.1 0.3) • 10 ³ cal / cm, s • deg. All characteristics corresponded to the best thermal insulation materials.

Пример 2. Для формования плит по предлагаемому способу приготовили гидромассу, состоящую из 50-ного базальтового волокна, имеющего диаметр 0,1 0,3 мм, и 50-ного водного раствора кремнийсодержащего связующего вещества. Гидромасса непрерывно подавалась в U-образный пульсационный формующий аппарат и на нее воздействовали знакопеременными импульсами давления с постоянно убывающей частотой. Вследствие уплотнения массы и пропорционального удаления при этом излишков раствора связующего вещества гидромасса приобрела структуру, соответствующую высоким прочностным свойствам, за счет переплетения волокон при воздействии газовой подушки благодаря их гибкости, а также за счет разности скоростей слоев волокон из-за неравномерности поля скоростей при стравливании давления из пульсационной камеры U-образного аппарата. При достижении 80 концентрации гидромасса приобрела поступательное движение в условиях прямотока с жидким связующим веществом. Этому состоянию, так же как и в примере 1, соответствовала частота пульсации формующего давления, равная 1/10 Гц. Уплотнение до 85 концентрации волокон в гидромассе сопровождалось уменьшением собственной частоты колебательного контура, образованного формующим аппаратом в сочетании с наполнявшей его гидромассой. В этом случае частота пульсации пропускаемой формующей системой соответствовала 1/35 Гц. При дальнейшем нагнетании массы, за счет увеличения ее подачи и доведения до концентрации волокнистого материала в объеме аппарата до 90 частота пульсации снижается до 1/60 Гц и остается постоянной. Example 2. For the formation of plates according to the proposed method, a hydromass was prepared consisting of a 50th basalt fiber having a diameter of 0.1-0.3 mm and a 50% aqueous solution of a silicon-containing binder. Hydromass was continuously fed into a U-shaped pulsating forming apparatus and was affected by alternating pressure pulses with a constantly decreasing frequency. Due to the mass compaction and the proportional removal of excess binder solution, the hydromass acquired a structure corresponding to high strength properties due to the interweaving of the fibers under the influence of a gas cushion due to their flexibility, and also due to the difference in the speeds of the fiber layers due to the non-uniformity of the velocity field during pressure relief from the pulsation chamber of the U-shaped apparatus. Upon reaching 80 concentration, the hydromass acquired a forward movement in the conditions of direct flow with a liquid binder. This state, as in example 1, corresponded to a pulsating frequency of the forming pressure equal to 1/10 Hz. Compaction to 85 fiber concentrations in the hydromass was accompanied by a decrease in the natural frequency of the oscillatory circuit formed by the forming apparatus in combination with the hydromass filling it. In this case, the pulsation frequency of the transmitted forming system corresponded to 1/35 Hz. With further injection of the mass, by increasing its supply and bringing the concentration of fibrous material in the volume of the apparatus to 90, the pulsation frequency decreases to 1/60 Hz and remains constant.

Во всех случаях изменения расходов гидромассы при доведении их до 90% наполнения волокнистым материалом объема формующего плиту аппарата время воздействия импульса соответствовало 1/3 периода колебаний формующих частот пульсаций. In all cases, changes in the flow rate of the hydromass when bringing them to 90% of the filling of the volume of the apparatus forming the plate with the fibrous material, the pulse exposure time corresponded to 1/3 of the oscillation period of the forming pulsation frequencies.

Высушенный образец имел высокие прочностные и теплоизоляционные свойства. Плотность образца соответствовала (200 210) кг/м³. Максимальное удельное давление равнялось (1,8 2,1) кг/см², теплопроводность составлдяла (0,09 0,12) кал/см•с•град.The dried sample had high strength and thermal insulation properties. The density of the sample corresponded to (200 210) kg / m ³ . The maximum specific pressure was (1.8 2.1) kg / cm ² , thermal conductivity was (0.09 0.12) cal / cm • s • deg.

Claims

A method of forming plates from fibers of mineral raw materials, including introducing a binder solution into mineral raw materials to form hydromass, molding and drying the finished plates, characterized in that the plates are formed by alternating pressure pulses that turn the molding system into an oscillating circuit with a response frequency to the disturbing effect (1 / 10 - 1/60) Hz, and the duration of the impact of the forming pulse does not exceed 1/3 of the oscillation period.