SE450219B - Forfarande for bildande av en skyddande hinna pa ytan av ett block av mikroporost vermeisoleringsmaterial samt forfarande for framstellning av ett sadant block - Google Patents

Description

450 219 ett block av detta material kan exempelvis vara ca 240 kg/m3. Detta material har utmärkta isolerande egenskaper men har pulverkonsistens och användes följaktligen ofta med ett täckande skikt, t.ex. av fiber- glas för att skydda det mot skadegörelse under normalt handhavande.

För vissa ändamål kan materialet komprimeras i ett poröst hölje såsom beskrives i GB 1 247 674. Ett material med tillfredsställande egen- skaper för vissa tillämpningar kan bestå av blott kiselaerogelpartik- larna eller av dessa partiklar och antingen det opaktiserade ämnet eller armeringen. Uttrycket "kiselaerogelpartiklar" skall omfatta mik- roporösa, öppna nätkiselstrukturer med en partikelstorlek av i huvud- sak storleksordningen 100 nanometer eller mindre.

För många användningsområden är det inte möjligt att forma ett block, som är inneslutet i ett hölje, i synnerhet när den erfor- derliga formen är komplicerad, och även om plana ytor är lätta att be- lägga, medför kurvformiga eller bågformiga ytor vissa svårigheter.

Komplicerade former erfordras ibland för upptagande av ledningar eller elektriska förbindelser till och från det område, som skall isoleras.

Vidhäftande beläggningar kan användas eller remsor av material, som är vidhäftande på annat sätt, eftersom i många bindemedel ingår fukt och det närliggande isoleringsmaterialet kan brytas ned av denna fukt och bindningen avsevärt försvagas. Ett tillfredsställande påförande av sådana beläggningar är tidsödande och kostnadskrävande och det kompli- cerade förfarandet innebär, att små toleranser ej alltid kan uppfyllas och vissa former kan ej skyddas på rätt sätt.

Ett annat värmeisolerande material är känt, som har en sammansättning, vilken liknar den ovan angivna men vilken omfattar ett bindemedel för komponenterna i blandningen. Även om som följd härav konsistensen hos det formade blocket blir mindre pulverformig, efter- som mängden bindemedel alltid hålles vid ett minimum för att minska försämringen av de isolerande egenskaperna, uppkommer problem liknande dem som beskrivits i det föregående.

Det är känt att partiklarna av ett isolerande material av ovan angivet slag smälter vid temperaturer av storleksordningen 150Û°C och det har visat sig, att vid en användning av laser 450 219 material kan tillföras intensiv hetta, som är tillräcklig för att smälta blott ett tunt ytskikt av mikroporöst isoleringsmaterial för att bilda en skyddande hinna. Följaktligen har enligt uppfinningen åstadkommits ett förfarande för att bilda en skyddande hinna på ytan av blocket av mikroporöst isoleringsmaterial, och detta förfarande består i att en laserstråle får passera över ytan för att på så sätt alstra intensiv hetta vid ytan, vilken hetta är tillräcklig för att smälta kiselaerogelpartiklarna och därigenom bilda en tunn, i huvudsak sammanhängande skyddshinna.

En skyddande hinna kan formas i det mikroporösa materialet samtidigt med användningen av laserstrålen och utskärning av en profil i ett arbetsstycke. Sålunda har med uppfinningen åstadkommits även ett förfarande för formning av block av mikroporöst värmeisolerande material, varvid den önskade formen utskäres ur ett arbetsstycke under användning av en laserstråle.

Det har visat sig, att användning av en C02-laser vid förfarandet enligt uppfinningn ger en mycket tillfredsställande skyaashinna. Lämpiiga iasrar utgöres av zsow och sooN tog-gas- lasrar, som saluföres av Griesheim GmbH, D-6000 Frankfurt/Main 1, Förbundsrepubliken Tyskland, under benämningen GL250 och GL500. En skärande gas användes vanligen men är ej av väsentlig betydelse, eftersom vid smältning det mikroporösa materialet sammandras till ca - 15% av sin ursprungsvolym.

Den bildade hinnan ger ett betydande skydd, är ej lätt att dra av och ej heller spricker den. Dess tjocklek beror i huvudsak på uppehållstiden för laserstrålen mot ytan och följaktligen på rörelse- hastigheten hos laserstrålen över ytan på eller genom ett arbets- stycke. Framför allt, när strålen användes för skärning, skall det framhållas att tjockleken av arbetsstycket även är en faktor att beakta, eftersom hinnan blir tjockare nära ytan närmast laserkällan.

Det mikroporösa värmeisolerande materialet, som beskrivits här ovan, består i huvudsak av kiselaerogelpartiklar, med relativt små mängder (volym) av opakiserande ämne och fiberarmering. Ett lämpligt opakiserande ämne utgöres av titandioxid och en lämplig armering 450 219 utgöres av aluminiumsilikatfibrer. Exempel på blandningar framgår av nedanstående tabell, varvid de lämpligaste värdena anges inom paren- tes.

Viktsprocent Kiselaerogel 50 - 97 (60-73) Armeringsfiber 1 - 10 ( 2- 7) Opakiserande ämne 2 - 40 (25-40) En viss blandning innehöll 63 viktsprocent kiselaerogelpar- tiklar, 32 viktsprocent rutil (opakiserande ämne) och 5 viktsprocent keramiska fibrer.

Lämpliga erogelpartiklar saluföres av Degussa GmbH under varumärket AEROSIL samt under varumärket CAB0SIl.Û9 från Cabot Corporation eller under varumärket SANTOSEL<É)från Monsanto. De övriga komponenterna är likaledes lättillgängliga.

Vid förfarandet enligt uppfinningen kommer, när laserstrå- len skär genom arbetsstycket eller passerar över en frilagd yta på blocket, det alstrade värmet att smälta de närbelägna materialpartik- larna för bildandet av hinnan. Hinnan omfattar smälta kiselpartiklar p.g.a. deras förhärskande närvaro, med variationer i hinnans textur torde uppträda, eftersom värme från strålen,smälter varje komponent i dennas bana. När materialet omfattar blott aerogelpartiklar, kommer den enda variationen att bli i huvudsak enhetlig över tjockleken av arbetsstycket eller blocket av de ovan förklarade orsakerna. När andra komponenter ingår, kan spridningen av värmet från laserstrålen variera något, vilket resulterar i koncentrationer över ytan på hinnan. Emel- lertid blir graden av värmespridning alltid ringa p.g.a. den låga led- ningsförmågan hos det material, som behandlas.

Förfarandet enligt uppfinningen innebär en extra fördel, när arbetsstycket är försett med ett skyddande täckskikt, som även skall skäras eller åtminstone fastgöras nära den skyddande hinnan. Ett exempel på ett sådant täckskikt utgöres av en vävd fiberglasvävnad, som kan användas vid ett material, vilket är framställt i enlighet med GB l 247 674. När arbetsstycket har skurits, skäres även 450 219 täckskiktet eller höljet, vilket smälter med det mikroporösa materia- let. Sålunda förblir ett arbetsstycke, som ursprungligen var belagt med skyddande täckskikt, skyddat av en i huvudsak sammanhängande skyddshinna efter skärningen i enlighet med föreliggande uppfinning.

Rörelsen av laserstrålen genom ett arbetsstycke kan styras av ett förutbestämt program och inställas automatiskt. Härigenom möj- liggöres en massproduktion av identiska produkter med stor noggrann- het.

Formandet av block av mikroporöst isoleringsmaterial med en skyddande hinna enligt uppfinningen sänker avsevärt tillverkningskost- naderna och gör det möjligt att ekonomiskt framställa block med komp- licerade former genom massproduktion till ett avsevärt lägre pris. De goda egenskaperna hos ett mikroporöst isoleringsmaterial i förhållande till tidigare på enklare sätt framställda produkter gör det mycket intressant att använda materialet för vissa ändamål, när höga tempera- turer av storleksordningen ll0O°C skall uthärdas och utrymmet är begränsat. Genom föreliggande uppfinning skall mindre utrymmeskrav för mikroporöst värmeisolerande material till fullo utnyttjas.

Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till bifogade ritningar, varå fig. 1 är en schematisk perspektivvy av apparaten för genomförande av förfarandet enligt upp- finningen, och fig. 2 är en delvis skuren, schematisk perspektivvy av ' ett block av isolerande material med en hinna utformad kring dess om- krets enligt uppfinningen. Fig. 3 är en i kraftigt förstorad skala visad vy, som åskådliggör placerandet av laserstrålen genom ett arbetsstycke för formandet av blocket enligt fig. 2. Fig. 4 visar ett snitt längs linjen IV-IV i fig. 3, och fig. 5 visar en kurva, som åskådliggör den grad, med vilken laserstrålen förskjutes i förhållande till arbetsstycket och tjockleken hos arbetsstycket för uppnående av att en tillfredsställande hinna bildas. g Såsom visas i fig. 1 omfattar ett C02-gaslaserskärverktyg för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen en resonator 2, som uppbäres på en hävstång från en låda 4, samt ett skärhuvud 6.

Verktygets funktion kommer här icke att beskrivas i detalj, eftersom 450 219 en sådan apparat är känd. Emellertid skall i korthet omnämnas, att strålen alstras i resonatorn 2 och utsändes vertikalt nedåt från ett skärmunstycke 8, som är monterat på huvudet 6. Laserns komponenter styres från en panel 10, som är monterad nära resonatorn 2. Skärhuvu- det är upphängd över ett bord 12, som är rörligt monterat på ett block 14. Vid drift fastgöres ett arbetsstycke, som består av ett poröst, värmeisolerande material, vanligen i form av en bräda 16, på bordet 12, varefter lasern energimatas och bordet förskjutes för att föra arbetsstycket 6 genom den utsända strålen för skärning av den önskade formen, t.ex. längs linjen 18. Rörelsen av bordet styres lämpligen av en dator 20 för att följa en förutbestämd bana i ändamål att möjlig- göra framställningen av ett flertal identiska former hos ett eller flera arbetsstycken. Det kan ibland vara möjligt att fasthålla arbets- stycket stationärt och förskjuta laserskärhuvudet 6 medelst en styr- maskin, som är kopplad till resonatorn 2, eller förskjuta arbets- stycket i förhållande till bordet. Det beskrivna förfarandet är emel- lertid att föredra. Bordet uppvisar en bruten yta gentemot strålen och kan t.ex. ha bikakeform och bestå av metall. Ytans utformning är icke kritisk även om vid dess utformning man skall ha i åtanke en minskning av värmespridning och energiförluster.

När arbetsstycket förskjutes genom strålen, bildas den öns- kade formen och samtidigt bildas en hinna av smält isoleringsmaterial vid den skurna kanten. Detta åskådliggöres i fig. 2, 3 och 4. Det for- made blocket, som visas i fig. 2, har en hinna 22, som är tätare när- mast ovansidan såsom åskådliggöres genom annorlunda skuggning.

Detta beror såsom visas i fig. 3 och 4 på att de övre delarna av snittet utsättes för den nedre strålen 24 under längre tid än de nedre delarna. När strålen 24 förskjutes genom arbetsstycket, träffar den först de övre delarna och åstadkommer, att partiklarna i detta område smälter och krymper i förhållande till närbelägna, osmäl- ta delar. Strålen 24 intränger progressivt i de nedre delarna, där proportionellt mindre mängd energi blir tillgänglig från strålen, eftersom en viss del av energin absorberas i de redan smälta partik- larna. Därför är det viktigt att styra den relativa rörelsen av 450 219 strålen och arbetsstycket för tillförsäkran av att en tillfredsstäl- lande hinna bildas. Det kan ibland vara fördelaktigt att oscillera strålen eller arbetsstycket för att förbättra enhetligheten i hinnans densitet längs snittet eller ändra skärhuvudets 6 vinkel, men det har visat sig, att detta är onödigt för arbetsstycken med normal storlek, dvs. av storleksordningen 25 mm tjocklek. Alstrandet av en något kor- rugerad hinna medför emellertid bättre styrka och detta kan uppnås genom intermittent eller avbruten rörelse av strålen i förhållande till arbetsstycket. Sådan frivillig rörelse är icke alltid nödvändig, eftersom en viss grad av ojämnheter alltid har en tendens att bildas.

Krympningen av isoleringsmaterialet, när detta smältes för att bilda hinnan, medför den fördelen, att ringa om ens någon rest bildas, som man behöver befria sig från. Vid smältningen sammandrages materialet till i huvudsak 10 - 15% av sin utgångsvolym och i prakti- ken har det visat sig, att hinnan bindes säkert vid det osmälta mate- rialet, som uppbär den. Den minskade värmeledningsförmågan hos mate- rialet och dess höga volym med hålrum tillförsäkrar, att den bildade hinnan är synnerligen tunn, eftersom blott material i den omedelbara närheten av strålen smälter och fyller hålrummet i den för övriga råa kant, som skulle erhållas, om arbetsstycket hade skurits med andra organ och bundits vid osmälta partiklar.

Det i fig. 2 visade blocket har utskurits från ett arbets- stycke, som framställts i enlighet med GB l 247 674 och har ett täck- skikt 26 av fiberglasvävnad. Huvudet på laserstrålen 24 tjänar även till att smälta vävnaden vid den skurna kanten och förena den med hinnan 22. Sålunda har ett block, som skurits i enlighet med uppfin- ningen från ett inkapslat arbetsstycke av detta slag, ett samman- hängande skyddande skikt över hela sin yta. Härigenom blir det möjligt att skära ett block vid ena kanten av ett sådant arbetsstycke eller från ett centralt område och i det senare fallet blir den smälta hin- nan kontinuerlig kring hela omkretsen.

Det skall påpekas, att den skyddande hinnan även kan utfor- mas enligt uppfinningen, genom att man låter laserstrålen passera kring omkretsen av ett redan skuret block. Detta kan ibland vara 450 219 lämpligt att för specifika tillämpningar, men i allmänhet är det mera praktiskt att skära blocket och forma hinnan samtidigt.

Fig. 5 visar kurvor för arbetsstyckets tjocklek uppritade mot skärhastigheten under användning av ett GL250w- och ett GL500w- -C03-gaslaserskärverktyg, som saluföres av Messer Griesheim GmbH.

Såsom synes kan en högre skärhastighet alltid uppnås under användning av en mera kraftfull laser (rad 26) även för tjockare arbetsstycken, varvid skillnaden är mindre uttalad. I procenttal blir emellertid skillnaden relativt konstant och en förbättring på 55 - 60% kan uppnås med ett mera kraftfullt verktyg. De försök, på vilka dessa kurvor är baserade, har genomförts under användning av skärgas, men eftersom någon förbränning ej äger rum, kommer blott marginella variationer att motsvara ett byte av gasen (Ng, 02 eller luft). Såsom framgår av fig. 4 blir den optimala skärhastigheten den vid vilken i huvudsak all energi i laserstrålen förbrukas under dennas passerande över eller genom arbetsstycket eller blocket.

Claims (3)

450 219 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för bildande av en skyddande hinna (22) på ytan av ett block (16) av mikroporöst värmeisoleringsmaterial, som be- står av kiselaerogelpartiklar, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att en laserstråle (24) får passera över ytan för att på så sätt alstra intensiv hetta vid ytan, vilken hetta är tillräcklig för att smälta kiselareogelpartiklarna och därigenom bilda en tunn, i huvudsak sammanhängande skyddshinna (22).

2. Förfarande för framställning av ett block (16) av mikro- poröst värmeisoleringsmaterial bestående av kiselaerogelpartiklar, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att den önskade formen utskäres ur ett arbetstycke (16) under användning av en laserstråle (24), att laserstrålen riktas mot arbetsstycket för att på så sätt skära arbets- stycket och smälta kiselareogelpartiklarna för att därigenom bilda en tunn, i huvudsak sammanhängande skyddshinna (22) vid den skurna kanten på det formade blocket.

3. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att arbetsstycket (16) förses med ett skyddande skikt (26) av material på sin yta nära det snitt, som skall läggas, kännetecknat därav, att laserstrålen (24) samtidigt smälter skikten (26) på hinnan (22), när hinnan bildas.