RU2139267C1

RU2139267C1 - Composition for preparing high-temperature electroinsulating glass textolite

Info

Publication number: RU2139267C1
Application number: RU97119881A
Authority: RU
Inventors: И.А. Захаров; З.Ф. Крылова
Original assignee: Акционерное общество открытого типа Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: use as electroinsulators. SUBSTANCE: composition based on fiber glass, alumophosphate binder, powder-like α-Al₂O₃ filler, heat treated ground cuttings or powder-like waste of the same glass textolite comprises, wt %; fiber glass 19-26; alumophosphate binder, 29-36; heat treated ground cuttings or powder-like waste of the same glass textolite, and powder-like α-Al₂O₃ filler, the balance. EFFECT: greater mechanical strength of material, lower cost price and smaller amounts of expendable raw components (aluminium oxide powder). 1 tbl

Description

Изобретение относится к электроизоляционным, конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электрических изоляторов в электротехнической промышленности, радиопрозрачных материалов в ракетно-космической технике, электрометаллургии и др. отраслях. The invention relates to electrical insulating, structural fiberglass and can be used as electrical insulators in the electrical industry, radio-transparent materials in rocket and space technology, electrometallurgy and other industries.

Известна композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционнго стеклотекстолита на основе стеклоткани, алюмофосфатного связующего и порошка оксида алюминия (см. H.M. Plat. R.T. Qirard and H.R. Wisely, Materials in Design Engeneering, V. 53, Aprel 1962, P. 14-16). A known composition for the manufacture of high-temperature insulating fiberglass based on fiberglass, aluminophosphate binder and alumina powder (see H.M. Plat. R.T. Qirard and H.R. Wisely, Materials in Design Engeneering, V. 53, Aprel 1962, P. 14-16).

Недостатком этого материала является длительный цикл отверждения: 7 суток при 80^oC, 3 суток - при 150^oC и 0,5 часа - при 300^oC. Такой длительный цикл термообработки для производственных условий малоприемлем, непроизводителен: происходит разрушение армирующего стекловолокна за счет действия кислого связующего, что не позволяет использовать в полной мере прочностные свойства стекловолокна.The disadvantage of this material is the long curing cycle: 7 days at 80 ^o C, 3 days at 150 ^o C and 0.5 hours at 300 ^o C. Such a long heat treatment cycle for production conditions is unacceptable, unproductive: the reinforcing fiberglass is destroyed due to action of an acid binder, which does not allow to fully use the strength properties of fiberglass.

Известна композиция для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, патент Р.Ф. 2076086, кл. C 04 B 35/80, включающая, мас. %: стеклоткань - 19 - 26, алюмофосфатное связующее - 29 - 36, порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃ - 38 - 57.Known composition for the manufacture of high-temperature insulating fiberglass, patent RF 2076086, class C 04 B 35/80, including, by weight. %: fiberglass - 19 - 26, aluminophosphate binder - 29 - 36, powdery filler alumina α-Al ₂ O ₃ - 38 - 57.

Технология изготовления этого стеклотекстолита сводится в основном к набору пакета из стеклоткани, с нанесенной на нее суспензией, состоящей из алюмофосфатного связующего и порошкообразного наполнителя электрокорунда, термообработке под давлением не менее 0,8 кгс/см² при температуре не ниже 270^oC.The manufacturing technology of this fiberglass is mainly reduced to the collection of a package of fiberglass, with a suspension deposited on it, consisting of an aluminophosphate binder and a powdered filler of electrocorundum, heat treatment under a pressure of at least 0.8 kgf / cm ² at a temperature of at least 270 ^o C.

Детали из стеклотекстолита получают механической обработкой алмазным или твердосплавным инструментом, при котором до 70% массы заготовки стеклотекстолита уходит в отходы в виде обрезков и стружки. Fiberglass parts are obtained by machining with a diamond or carbide tool, in which up to 70% of the mass of fiberglass blanks is wasted in the form of scraps and chips.

Сущность изобретения заключается в том, что в композицию для изготовления высокотемпературного электроизоляционного стеклотекстолита, включающую стеклоткань, алюмофосфатное связующее и порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃, введены в порошкообразный наполнитель термообработанные, измельченные обрезки или порошкообразные отходы при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:
Стеклоткань - 19 - 26
Алюмофосфатное связующее - 29 - 36
Термообработанные, измельченные обрезки и порошкообразные отходы, образующиеся при механической обработке того же стеклотекстолита - 11,4 - 19
Порошкообразный наполнитель оксид алюминия α-Al₂O₃ - Остальное
Опыты по измельчению обрезков стеклотекстолита показали, что они, обрезки, почти не поддаются помолу обычными технологическими приемами в шаровой и валковой мельнице, щековой дробилке и другом оборудовании, предназначенном для измельчения хрупких материалов.The essence of the invention lies in the fact that in the composition for the manufacture of high-temperature insulating fiberglass, including fiberglass, aluminophosphate binder and a powdery filler alumina α-Al ₂ O ₃ , heat-treated, ground scraps or powdery wastes are introduced into the powdered filler in the following ratio of these components, wt .%:
Fiberglass - 19 - 26
Aluminophosphate binder - 29 - 36
Heat-treated, shredded scraps and powdery waste generated during machining of the same fiberglass - 11.4 - 19
Α-Al ₂ O ₃ Alumina Powder - Other
The experiments on grinding scraps of fiberglass showed that they, scraps, are almost not milled by conventional technological methods in a ball and roller mill, jaw crusher and other equipment designed for grinding brittle materials.

Стеклотекстолиты на алюмофосфатном связующем отличаются высокой ударопрочностью (удельная ударная вязкость - не менее 45 кгс•см/см²).Glass-textolites with aluminophosphate binder are characterized by high impact resistance (specific impact strength - not less than 45 kgf • cm / cm ² ).

Нами установлено, что после термообработки обрезки стеклотекстолита становятся хрупкими и легко поддаются измельчению в обычной шаровой мельнице. We found that after heat treatment, fiberglass trimmings become brittle and are easy to grind in a conventional ball mill.

Отходы, образующиеся при механической обработке, представляют собой мелкодисперсный порошок с размером зерна менее 50 мкм и могут быть использованы для замены части порошкового наполнителя - оксида алюминия в суспензии, наносимой на стеклоткань. The waste generated during machining is a fine powder with a grain size of less than 50 microns and can be used to replace part of the powder filler - aluminum oxide in a suspension applied to fiberglass.

Применение термообработанных, измельченных обрезков или порошкообразных отходов, образующихся при механической обработке того же стеклотекстолита в указанном соотношении, обуславливает высокую ударопрочность полученного стеклотекстолита. (Удельная ударная вязкость в 2 - 2,7 раза выше, чем у прототипа, см. таблицу). Высокую ударопрочность можно объяснить дополнительным армированием матрицы большим количеством волокнистого наполнителя. Микроструктурный анализ измельченных обрезков и отходов показал, что они представляют собой дробленные в различной степени волокна с примесью мелкозернистого наполнителя - Al₂O₃.The use of heat-treated, shredded scraps or powdery waste generated during machining of the same fiberglass in the specified ratio, determines the high impact resistance of the obtained fiberglass. (Specific impact strength is 2 - 2.7 times higher than that of the prototype, see table). High impact resistance can be explained by the additional reinforcement of the matrix with a large amount of fibrous filler. Microstructural analysis of crushed scraps and waste showed that they are fibers of various degrees, crushed to an varying degree, with an admixture of a fine-grained filler - Al ₂ O ₃ .

Применение порошкообразных отходов свыше 50% от порошка оксида алюминия не обеспечивает повышения прочностных характеристик стеклотекстолита, так как в матрице в этом случае преобладают фосфаты кремния, прочность которых ниже, чем у фосфатов алюминия (см. Kingery Fundamental Study of Phosphat Bonding in Refractories, Part I-III Journ. Amer. Geram. Soc., 1950, vol. 33, N 8, 239 - 250). Увеличение количества отходов свыше 50% нежелательно еще и потому, что меняется состав материала, увеличивается количество SiO₂, что ведет к снижению рабочей температуры.The use of powdered waste over 50% of alumina powder does not increase the strength characteristics of fiberglass, since in this case silicon phosphates predominate in the matrix, whose strength is lower than that of aluminum phosphates (see Kingery Fundamental Study of Phosphat Bonding in Refractories, Part I -III Journ. Amer. Geram. Soc., 1950, vol. 33, No. 8, 239-250). An increase in the amount of waste over 50% is also undesirable because the composition of the material is changing, the amount of SiO _{2 is} increasing, which leads to a decrease in the operating temperature.

Использование отходов, кроме повышения механической прочности, снижает себестоимость материала, уменьшает расход сырьевых компонентов (порошка оксида алюминия), улучшает экологическую безопасность и повышает культуру производства. The use of waste, in addition to increasing mechanical strength, reduces the cost of the material, reduces the consumption of raw materials (aluminum oxide powder), improves environmental safety and increases the culture of production.

Пример 1. На стеклоткань КТ-11, взятую в количестве 19 весовых частей, предварительно пропитанную 15%-ным раствором кремнийорганической смолы КМ-9К, наносили шликер, состоящий из 29 весовых частей алюмофосфатного связующего, 19 весовых частей термообработанных при 600^oC в течение 20 мин и измельченных в фарфоровой шаровой мельнице фарфоровыми шарами в течение 1 часа обрезков стеклотекстолита, полученного в соответствии с прототипом или порошка того стеклотекстолита, образующегося при механической обработке, и порошок оксида алюминия α-Al₂O₃ - остальное.Example 1. On a fiberglass KT-11, taken in an amount of 19 parts by weight, previously impregnated with a 15% solution of KM-9K organosilicon resin, a slip was applied consisting of 29 parts by weight of an aluminophosphate binder, 19 parts by weight of heat treated at 600 ^° C. for for 20 minutes and milled in a porcelain ball mill with porcelain balls for 1 chasa scraps fiberglass, produced in accordance with the prototype of fiberglass or powder, formed by machining, and aluminum oxide powder α-Al ₂ O ₃ - ost Flax.

Набранный пакет подвергали термообработке при конечной температуре 270^oC с выдержкой из расчета 10 - 12 мин на 1 мм толщины материала под давлением 10 кгс/см².The collected bag was subjected to heat treatment at a final temperature of 270 ^° C with an exposure of 10-12 min per 1 mm of material thickness under a pressure of 10 kgf / cm ² .

Полученный стеклотекстолит имел характеристики приведенные в таблице 1. The resulting fiberglass had the characteristics shown in table 1.

Пример 2. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 22,5, алюмофосфатное связующее - 32,5, термообработанные измельченные отходы - 30,4, порошок оксида алюминия - остальное. Example 2. The same as example 1, in contrast to which the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 22.5, aluminophosphate binder - 32.5, heat-treated ground waste - 30.4, aluminum oxide powder - the rest.

Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики, аналогичные примеру 1. The resulting fiberglass had strength characteristics similar to example 1.

Пример 3. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 26, алюмофосфатное связующее - 36, термообработанные измельченные отходы - 11,4, порошок оксида алюминия - остальное. Example 3. The same as example 1, in contrast to which the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 26, aluminophosphate binder - 36, heat-treated ground waste - 11.4, aluminum oxide powder - the rest.

Полученный стеклотекстолит имел характеристики, приведенные в таблице 1. The resulting fiberglass had the characteristics shown in table 1.

Пример 4. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 18, алюмофосфатное связующее - 28, термообработанные измельченные отходы - 18, порошок оксида алюминия - остальное. Example 4. The same as example 1, in contrast to which the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 18, aluminophosphate binder - 28, heat-treated ground waste - 18, aluminum oxide powder - the rest.

Полученный стеклотекстолит имел по сравнению с материалом примера 1 существенно ниже прочность при изгибе - 730 кгс/см².The obtained fiberglass had, compared with the material of example 1, a significantly lower bending strength of 730 kgf / cm ² .

Пример 5. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 27, алюмофосфатное связующее - 37, термообработанные измельченные отходы - 12,4, порошок оксида алюминия - остальное. Example 5. The same as example 1, in contrast to which the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 27, aluminophosphate binder - 37, heat-treated ground waste - 12.4, aluminum oxide powder - the rest.

Материал, полученный в этом примере, имел прочность при изгибе - 1090 кгс/см², прочность при сжатии параллельно слоям стеклоткани - 315 кгс/см². При механической обработке материал легко расслаивался.The material obtained in this example had a bending strength of 1090 kgf / cm ² , compressive strength parallel to the layers of fiberglass - 315 kgf / cm ² . During machining, the material was easily stratified.

Пример 6. То же, что и примере 1, в отличие от которого количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 19, алюмофосфатное связующее - 29, термообработанные измельченные отходы - 5,7, порошок оксида алюминия - остальное. Example 6. The same as example 1, in contrast to which the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 19, aluminophosphate binder - 29, heat-treated ground waste - 5.7, aluminum oxide powder - the rest.

Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики несколько ниже чем в примере 1. The obtained fiberglass had strength characteristics slightly lower than in example 1.

Пример 7. То же, что в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 19, алюмофосфатное связующее - 29, термообработанные измельченные отходы - 13, порошок оксида алюминия - остальное. Example 7. The same as in example 1, except that the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 19, aluminophosphate binder - 29, heat-treated ground waste - 13, aluminum oxide powder - the rest.

Пример 8. То же, что в примере 1, за исключением того, что количественное соотношение компонентов было следующее (мас.%): стеклоткань - 26, алюмофосфатное связующее - 36, термообработанные измельченные отходы - 19, порошок оксида алюминия - остальное. Example 8. The same as in example 1, except that the quantitative ratio of the components was as follows (wt.%): Fiberglass - 26, aluminophosphate binder - 36, heat-treated ground waste - 19, aluminum oxide powder - the rest.

Полученный стеклотекстолит имел прочностные характеристики ниже, чем в примерах 1 - 3, 6, 7. The obtained fiberglass had strength characteristics lower than in examples 1 - 3, 6, 7.

Таким образом, стеклотекстолит, полученный по разработанной нами рецептуре, имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом, что подтверждается приведенными данными таблицы 1. Thus, the fiberglass obtained according to our developed formulation has significant advantages compared to the prototype, which is confirmed by the data in table 1.

Claims

Composition for the manufacture of high-temperature insulating fiberglass, including fiberglass, aluminophosphate binder and a powdery filler of alumina α-Al ₂ O ₃ , characterized in that heat-treated, ground scraps or powdery wastes of the same fiberglass are introduced into the powdery filler in the following ratio of the specified fiberglass, the following components. %:
Fiberglass - 19-26
Aluminophosphate Binder - 29-36
Heat-treated, ground scraps or powdery wastes of the same fiberglass - 11.4-19
Α-Al ₂ O ₃ Alumina Powder - Other