RU2606440C2 - Микропористый теплоизоляционный материал - Google Patents

Микропористый теплоизоляционный материал Download PDF

Info

Publication number
RU2606440C2
RU2606440C2 RU2015102345A RU2015102345A RU2606440C2 RU 2606440 C2 RU2606440 C2 RU 2606440C2 RU 2015102345 A RU2015102345 A RU 2015102345A RU 2015102345 A RU2015102345 A RU 2015102345A RU 2606440 C2 RU2606440 C2 RU 2606440C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon dioxide
particles
insulating material
size
heat
Prior art date
Application number
RU2015102345A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015102345A (ru
Inventor
Андрей Васильевич Майоров
Галина Николаевна Бельских
Сергей Сергеевич Кошкин
Евгений Викторович Нуреев
Original Assignee
Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" filed Critical Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова"
Priority to RU2015102345A priority Critical patent/RU2606440C2/ru
Publication of RU2015102345A publication Critical patent/RU2015102345A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2606440C2 publication Critical patent/RU2606440C2/ru

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/02Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • F16L59/028Composition or method of fixing a thermally insulating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C04B35/803
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/78Heat insulating elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано в авиакосмической технике, в приборостроении, машиностроении, строительстве и других областях техники. Микропористый теплоизоляционный материал состоит из аморфных сферических частиц диоксида кремния размером 100 мкм и плоских частиц диоксида кремния с размерами до 20 нм, кремнеземных волокон диаметром 2-3 мкм, и минерального порошкового наполнителя пластинчатой формы с размером частиц 2-7 мкм, в следующем соотношении компонентов, мас.%: аморфный диоксид кремния сферические частицы 37,4-43,6; кремнеземное волокно 4,5-8,4; аморфный диоксид кремния плоские частицы 19,3-24,8; диоксид титана 27,3-33,2. Изобретение позволяет уменьшить коэффициент теплопроводности микропористого теплоизоляционного материала без существенных ухудшений его прочностных характеристик. 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к технологии производства теплоизоляционных материалов и может быть использовано в авиакосмической технике, в приборостроении, машиностроении, строительстве и других областях техники.
Известен микропористый теплоизоляционный материал (патент США №5122291, МПК С09С 1/28, С01В 33/154), включающий пигментсодержащий аэрогель из диоксида кремния.
Способ изготовления этого материала включает следующие операции:
- реакция водной дисперсии силиката натрия и пигмента с сильной кислотой с целью выделения пигментсодержащего гидрогеля, который рассеивает, поглощает или отражает инфракрасную энергию,
- очистка полученного пигментсодержащего гидрогеля из диоксида кремния промыванием его водой,
- вытеснение воды в гидрогеле путем использования низкокипящей жидкости, которая инертна по отношению к пигментсодержащему гелю из диоксида кремния,
- нагревание содержащего жидкость геля, полученного таким образом, при температуре и давлении выше критических значений,
- удаление жидкости из твердой фазы с помощью однократного испарения при сверхкритической температуре.
Недостатком известного материала является нестабильность его пористой структуры, так как первоначальные точечные контакты между частицами, возникающие при коагуляции гидрогеля, «заращиваются» путем отложения кремнезема по механизму изотермической переконденсации через водную фазу при промывании его водой. Формирование пористой структуры определяется в значительной степени агрегативной устойчивостью и кинетикой коагуляционных процессов на стадии гелеобразования. При вышеописанных технологических переходах получить материал со стабильной и устойчивой пористостью технологически сложно.
В качестве прототипа выбрано техническое решение, патент РФ №2396481 «Микропористый теплоизоляционный материал, способ и перемешивающее устройство для его изготовления», МПК F16L 59/00, С04В 35/14, С04В 35/80, С04В 38/00, B01F 7/18, опубл. 10.08.2010. Микропористый теплоизоляционный материал изготовлен из пирогенного диоксида кремния, стекловолокна, порошкообразного глушителя, в качестве которого используют диоксид титана или карбид кремния, и дополнительно содержит спекающую добавку в виде аморфного бора, в следующем соотношении компонентов, мас. %: пирогенный диоксид кремния 45,0-60,0, стекловолокно 6,7-30,0, порошкообразный глушитель 15,0-35,0, аморфный бор 0,1-0,5.
Недостатком микропористого теплоизоляционного материала является более высокий коэффициент теплопроводности по сравнению с коэффициентом теплопроводности вышеописанного материала (патент США №5122291, МПК С09С 1/28, С01В 33/154). Предлагаемым составом и способом перемешивания невозможно получить материал с равномерно распределенной открытой пористостью и добиться уменьшения размеров пор. Недостаточное межфазное взаимодействие порошков и стекловолокна, из-за большой дисперсности и шероховатости стекловолокна, приводит к невысоким техническим и эксплуатационным характеристикам.
Технической задачей изобретения является уменьшение коэффициента теплопроводности микропористого теплоизоляционного материала без существенных ухудшений его прочностных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что разработан микропористый теплоизоляционный материал, состоящий из аморфных сферических частиц диоксида кремния размером 100 мкм и плоских частиц диоксида кремния с размерами до 20 нм, кремнеземных волокон длиной не более 10 мм и диаметром 2-3 мкм, и минерального порошкового наполнителя пластинчатой формы с размером частиц 2-7 мкм, в следующем соотношении компонентов, мас. %:
амофный диоксид кремния 37,4-43,6
сферические частицы
кремнеземное волокно 4,5-8,4
амофный диоксид кремния 19,3-24,8
плоские частицы
диоксид титана 27,3-33,2
За счет оптимально подобранного состава и структуры составляющих компонентов и выбранного способа сухого формования порошково-волокнистой смеси удалось получить микропористый теплоизоляционный материал, обладающий минимальным значением произведения плотности и коэффициента теплопроводности.
Точечные контакты, образующиеся между частицами при формовании, сокращают до минимума прямую передачу тепла, а сверхтонкие поры почти исключают конвекционную теплопередачу, поскольку размер пор меньше длины свободного пробега молекулы газа, которая соударяется не с другой молекулой, а со стенками поры. Минеральный наполнитель, введенный в состав материала, дополнительно уменьшает абсорбционную теплопередачу за счет отражения ИК-излучения.
Сущность изобретения поясняется примерами.
Для получения сравнительных данных и обоснования сущности предлагаемого изобретения приведены примеры получения микропористого теплоизоляционного материала.
Пример 1
Провели подготовку исходных компонентов до требуемой дисперсии, так, например: частицы пористого аморфного диоксида кремния сращивались до размера - 100 мкм. Влажность компонентов порошково-волокнистой смеси была доведена до минимальной.
В перемешивающее устройство загрузили 48,6 г (40,2%) диоксид кремния с размерами сферических частиц до 100 мкм и 23,4 г (19,3%) плоских частиц с размерами до 20 нм, 10,2 г (8,4%) кремнеземное волокно, диаметром (2-3) мкм и длиной (7-10) мм, 38,8 г (32%) порошка диоксида титана с размерами частиц (2-7) мкм.
Компоненты перемешали в смесителе в течение (1-2) мин со скоростью вращения мешалки (500-700) об/мин. Полученную порошково-волокнистую смесь выгрузили в формообразующую оснастку и выдерживали смесь в оснастке не менее 24 часов. Полученная деталь имела плотность 280 кг/м3.
Пример 2
Операции проводили аналогично примеру 1, со следующим составом: 52,8 г (43,6%) диоксид кремния с размерами сферических частиц до 100 мкм и 28,1 г (23,2%) плоских частиц с размерами до 20 нм, 7,0 г (5,7%) кремнеземного волокна диаметром (2-3) мкм и длиной (7-10) мм, 33,1 г (27,3%) порошка диоксида титана размерами частиц (2-7) мкм. Полученную порошково-волокнистую выгрузили в формообразующую оснастку и выдерживали смесь в оснастке не менее 24 часов. Полученная деталь имела плотность 290 кг/м3
Пример 3
Операции проводили аналогично примеру 2 со следующим составом: 45,3 г (37.4%) диоксида кремния с размерами сферических частиц до 100 мкм и 30,0 г (24,8%) плоских частиц с размерами до 20 нм, 5,5 г (4,5%) кремнеземного волокна диаметром (2-3) мкм и длиной (7-10) мм, 40,2 г (33,2%) порошка диоксида титана с размерами частиц (2-7) мкм.
Полученную порошково-волокнистую смесь выгрузили в формообразующую оснастку и выдерживали смесь в оснастке не менее 24 часов. Полученная деталь имела плотность 300 кг/м3.
В результате получили улучшение термофизических свойств материала за счет оптимально подобранного состава и размеров частиц, диаметра и длины волокон, регулируемой плотности их упаковки, за счет увеличения адгезионного взаимодействия порошковых наполнителей с волокнистой кремнеземной матрицей.
В процессе формования материала в формообразующей оснастке происходит ориентация волокон и увеличение количества контактов между волокнами и уплотненными частицами неорганических оксидов кремния и титана, достигается достаточная для улучшения термофизических свойств изотропия композиции. Это позволяет получить пористую и стабильную корпускулярную структуру материала.
Сравнительные характеристики разработанного материала и прототипа приведены в таблице 1.
Figure 00000001

Claims (2)

  1. Микропористый теплоизоляционный материал, характеризующийся тем, что состоит из аморфных сферических частиц диоксида кремния размером 100 мкм и плоских частиц диоксида кремния с размерами до 20 нм, кремнеземных волокон диаметром 2-3 мкм, и минерального порошкового наполнителя пластинчатой формы с размером частиц 2-7 мкм, в следующем соотношении компонентов, мас.%:
  2. Аморфный диоксид кремния 37,4-43,6 сферические частицы Кремнеземное волокно 4,5-8,4 Аморфный диоксид кремния 19,3-24,8 плоские частицы Диоксид титана 27,3-33,2
RU2015102345A 2015-01-26 2015-01-26 Микропористый теплоизоляционный материал RU2606440C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102345A RU2606440C2 (ru) 2015-01-26 2015-01-26 Микропористый теплоизоляционный материал

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102345A RU2606440C2 (ru) 2015-01-26 2015-01-26 Микропористый теплоизоляционный материал

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015102345A RU2015102345A (ru) 2016-08-10
RU2606440C2 true RU2606440C2 (ru) 2017-01-10

Family

ID=56612698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015102345A RU2606440C2 (ru) 2015-01-26 2015-01-26 Микропористый теплоизоляционный материал

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2606440C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105044A (zh) * 2019-05-27 2019-08-09 南京紫阳新材料科技有限公司 一种轻质高强纳米级微孔隔热材料

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997005080A1 (en) * 1995-08-02 1997-02-13 Schuller International, Inc. Extrudable microporous insulation
US6045718A (en) * 1995-08-02 2000-04-04 The Morgan Crucible Company Plc Microporous insulation for data recorders and the like
RU2396481C1 (ru) * 2009-03-11 2010-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Микропористый теплоизоляционный материал, способ и перемешивающее устройство для его изготовления
CN103936349A (zh) * 2014-03-26 2014-07-23 广州吉必盛科技实业有限公司 疏水型气相SiO2纳米孔绝热材料及其制备方法
RU2530048C2 (ru) * 2009-11-19 2014-10-10 Бсх Бош Унд Сименс Хаусгерете Гмбх ПОРИСТЫЙ КСЕРОГЕЛЬ SiO2 С ХАРАКТЕРНЫМ РАЗМЕРОМ ПОР, СТАБИЛЬНЫЕ ПРИ СУШКЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997005080A1 (en) * 1995-08-02 1997-02-13 Schuller International, Inc. Extrudable microporous insulation
US6045718A (en) * 1995-08-02 2000-04-04 The Morgan Crucible Company Plc Microporous insulation for data recorders and the like
RU2396481C1 (ru) * 2009-03-11 2010-08-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Микропористый теплоизоляционный материал, способ и перемешивающее устройство для его изготовления
RU2530048C2 (ru) * 2009-11-19 2014-10-10 Бсх Бош Унд Сименс Хаусгерете Гмбх ПОРИСТЫЙ КСЕРОГЕЛЬ SiO2 С ХАРАКТЕРНЫМ РАЗМЕРОМ ПОР, СТАБИЛЬНЫЕ ПРИ СУШКЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
CN103936349A (zh) * 2014-03-26 2014-07-23 广州吉必盛科技实业有限公司 疏水型气相SiO2纳米孔绝热材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WO 1997005080 A1;13.02.1997. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105044A (zh) * 2019-05-27 2019-08-09 南京紫阳新材料科技有限公司 一种轻质高强纳米级微孔隔热材料
CN110105044B (zh) * 2019-05-27 2022-02-11 南京紫阳新材料科技有限公司 一种轻质高强纳米级微孔隔热材料

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015102345A (ru) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qian et al. Octadecane/C-decorated diatomite composite phase change material with enhanced thermal conductivity as aggregate for developing structural–functional integrated cement for thermal energy storage
KR101015430B1 (ko) 실리카 에어로겔 분말의 제조방법
Lei et al. Fabrication of well-ordered macroporous active carbon with a microporous framework
CN104446306B (zh) 一种亚微米无机晶须气凝胶隔热复合材料及其制备方法
KR20120076997A (ko) 섬유 형태의 고분자/에어로겔을 포함하는 시트 및 그 제조방법
CN103204666A (zh) 一种水性条件下低成本制备气凝胶或气凝胶纤维复合材料的方法
CN102101769B (zh) 一种纳米二氧化硅微孔绝热体及其制备方法
CN101671158A (zh) 一种二氧化硅绝热体及其制备方法
US6620458B2 (en) Method to produce alumina aerogels having porosities greater than 80 percent
Gu et al. Novel high‐temperature‐resistant Y2SiO5 aerogel with ultralow thermal conductivity
US9903109B2 (en) Thermal and/or acoustic insulation materials shaped from silica
CN111362693B (zh) 一种二氧化锆多孔陶瓷材料的制备方法和应用
Ren et al. One-step fabrication of transparent hydrophobic silica aerogels via in situ surface modification in drying process
CA3118944A1 (en) Method for producing aerogels and aerogels obtained using said method
Zhang et al. Hierarchical boric acid/melamine aerogel based on reversible hydrogen bonds with robust fire resistance, thermal insulation and recycling properties
Hou et al. Synergistic effect of silica aerogels and hollow glass microspheres on microstructure and thermal properties of rigid polyurethane foam
Di Luigi et al. Manufacturing silica aerogel and cryogel through ambient pressure and freeze drying
Sun et al. High-strength and superamphiphobic chitosan-based aerogels for thermal insulation and flame retardant applications
JP6228115B2 (ja) 高性能断熱材
Rezaei et al. Thermal conductivities of silica aerogel composite insulating material
Xia et al. Synthesis of Al2O3-SiO2 aerogel from water glass with high thermal stability and low thermal conductivity
US9670664B2 (en) High performance thermal insulation products
Wu et al. SiO2 aerogel multiscale reinforced by glass fibers and SiC nanowhiskers for thermal insulation
RU2606440C2 (ru) Микропористый теплоизоляционный материал
Wu et al. A layered aerogel composite with silica fibers, SiC nanowires, and silica aerogels ternary networks for thermal insulation at high-temperature

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170205

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180625