ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК E04B1/78 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при производстве теплоизоляционных материалов, применяемых для теплозащиты поверхностей тепловых агрегатов, трубопроводов, транспортирующих высоконагретые теплоносители в виде газообразных и жидких сред.

Известен рулонный теплоизоляционный элемент, включающий обшивку из стеклоткани или фольгоизола и изоляционный слой, соединенный с ней, выполненный в виде картона из супертонких волокон, с размещением обшивки с одной стороны изоляционного слоя. (а.с.СССР N 592941, кл. E 04 B 1/78, 1978).

Теплоизоляционный слой имеет одностороннюю теплоизоляцию, при производстве работ подвержен механическому эрозионному разрушению и осыпанию, активен к заполнению пор пылевидными частицами, проникновению влаги, деформации, что ухудшает его теплоизолирующие свойства.

Для увеличения механической прочности в минераловатной плите (а.с.СССР N 592940, кл. E 04 B 1/78, 1978), состоящей из соединенных между собой слоев волокон, волокна в одних слоях расположены горизонтально, в других по кривой, с размещением слоев во взаимно перпендикулярных направлениях. Производство таких минераловатных плит является сложным.

Известен также ряд рулонных изоляционных материалов, включающих теплоизоляционный слой с уложенными и закрепленными внутри него стержневыми элементами, установленными по ширине ленты с шагом, соединенным между собой тросами, расположенными вдоль ленты с огибанием стержневых элементов, а также соединением троса с теплоизоляционным слоем при помощи цепного тамбурного шва. (а.с.СССР N 592944, кл. E 04 D 1/08, 1978, а.с.СССР N 846692, кл. E 04 D 1/08, 1981, а.с.СССР N 570680, кл. E 04 D 5/02, 1977). К недостаткам указанных рулонных материалов следует отнести необходимость производства стержневых элементов, что увеличивает номенклатуру составляющих элементов. Между стержнями и теплоизоляцией отсутствует связь по длине стержней, прокладка троса вдоль ленты сложная, при укладке ленты на теплоизолируемую поверхность система тросов перекашивает ленту, концы тросов в ленте не имеют фиксированного положения, что ухудшает применимость таких материалов.

Известен теплоизоляционный мат из слоев стеклянной или минеральной ваты и синтетического связующего, выполненный гофрированным с примыканием гофр друг к другу.(а.с.СССР N 877211, кл. F 16 L 59/04, 1984).

Материал требует организации специального процесса гофрирования и соответствующего оборудования для его осуществления. Достоинства материала в том, что из изоляционного мата одной толщины посредством его петлевания можно получить изоляцию любой потребной толщины. При производстве такого материала возникают проблемы фиксации в заданном положении.

В известном теплоизоляционном материале (а.с.СССР N 1566167, кл.F 16 l 59/04, 1990), представляющем собой гофрированный мат из минеральных волокон, прошитый с армирующей тканью так, что ее нити с большей линейной плотностью расположены вдоль гофр. Материал сохраняет структуру при изоляции криволинейных поверхностей. Сложным в получении материала является процесс гофрирования мата и фиксации его гофр.

Известна также многослойная тепловая изоляция, выполненная в виде объемного пакета из основания и чередующих слоев дискретных теплоизоляционных элементов, упорядоченных в слое, прошитых с металлической фольгой (Патент РФ N 2016348, кл. F 16 L 59/00,1994).

Материал усовершенствован в отношении прошивки покровных слоев в пересекающихся направлениях и выполнения теплоизоляционных элементов из высокопористой керамики.

Общими недостатками перечисленных материалов, имеющих прямоугольную геометрическую форму, является отсутствие закрепления теплоизоляционных слоев по контуру, недостаточная жесткость пакета, деформирование и рассыпание теплоизоляционных слоев.

Известны теплоизоляционные материалы, выполненные в виде объемных пакетов из слоев волокнистых матов и покровных слоев ткани из минеральных волокон типа базальтовых, скрепленных прошивными нитями (Технические условия Ивотского стекольного завода: ТУ 21-23-299-89 на "Изделия прошивные из штапельного волокна", ТУ 21-23-247-88 на "Маты и вату из базальтового штапельного супертонкого волокна", ТУ 21-5328983-05-92 на "Маты и вату из супертонкого стекловолокна без связующего".

В теплоизоляционном материале по ТУ 21-23-299-89 предусматривается наличие покровных материалов со всех сторон пакета. Однако, такие пакеты с покровным материалом в зонах торцев обладают также большой податливостью, деформируются, слои разрушаются.

Для повышения теплоизоляционных и прочностных свойств в многослойном материале, содержащем промежуточные слои из волокнистого холста, наружные слои выполняют из трикотажа на основе базальтовых волокон переплетением фант или полуфант (а. с.СССР N 1693143, кл.D 04 H 1/04, 1991), а также устанавливают определенное соотношение плотностей покровных и промежуточных слоев (Патент СССР N 1806232, кл.D 04 H 1/04,1993).

Указанные материалы обладают аналогичными недостатками. Наиболее близким по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является теплоизоляционный материал, выполненный в виде объемного пакета волокон типа базальтовых, скрепленных прошивными нитями по Техническим условиям Ивотского стекольного завода ТУ 21-23-299-89 на изделия прошивные из штапельного волокна.

Теплоизоляционный материал по прототипу обладает аналогичными недостатками, кромки покровных слоев, как правило, закрепляют на больших боковых поверхностях пакета с наложением кромок в нахлест. При изгибе пакета нахлесточные швы покровных слоев с наружной поверхностью пакета натягиваются и расходятся, со стороны, накладываемой на изолируемую радиусную теплозащищаемую поверхность, выпучиваются и сминаются, торцы пакета утягиваются и сминаются.

Основной задачей разработки является создание теплоизоляционного материала в таком исполнении, в котором исключались вышеперечисленные недостатки, материал не имел открытых швов покровных слоев на больших поверхностях теплоизоляционного пакета, торцы пакета обладали повышенной жесткостью и прочностью, получить наиболее эффективные по теплоизоляционным свойствам новые теплоизоляционные материалы различной номенклатуры на основе нового технического решения с учетом быстроменяющейся конъюктуры рынка.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения является максимальное использование прочностных свойств покровных слоев теплоизоляционного материала, повышение жесткости и прочности пакета, уменьшение расхода материалов, энергозатрат и производство, повышение качества и потребительских свойств теплоизоляционного материала.

Поставленная задача решена и технический результат достигнут за счет размещения швов кромок покровных слоев между слоями волокнистых матов, армирования швов, выполнения теплоизоляционного материала из минеральных волокон одной природы.

Для этого в теплоизоляционном материале, выполненном в виде объемного пакета из слоев волокнистых матов и покровных слоев ткани из минеральных волокон типа базальтовых, скрепленных прошивными нитями, покровные слои ткани снабжены встречно загнутыми кромками, соответственно охватывающими кромки слоев волокнистых матов, сомкнутых между собой с образованием внутреннего непрерывного нахлесточного шва, размещенного между слоями волокнистых матов, скрепленного с ними прошивными нитями. Непрерывный нахлесточный шов может быть выполнен со смещением одной загнутой кромки по отношению к другой при конгруэнтном охвате покровными слоями общей наружной поверхности слоев волокнистых матов. Как вариант слои волокнистых матов выполнены из супертонких базальтовых волокон с объемной плотностью 25-60 г/дм³, покровные слои ткани выполнены из нитей на основе базальтовых волокон поверхностной плотностью 50-300 г/м² и скреплены прошивными нитями в виде жгутов из базальтовых волокон линейной плотностью 100-2400 текс. При этом в нахлесточном шве может быть размещен между его сомкнутыми кромками слой сетчатого материала из нитей на основе базальтовых волокон или фольги, металлизированной пленки.

Отличительными особенностями теплоизоляционного материала являются следующие признаки:
снабжение покровных слоев ткани встречно загнутыми кромками, соответственно охватывающими кромками слоев волокнистых матов;
сомкнутость загнутых кромок между собой с образованием внутреннего непрерывного нахлесточного шва;
размещение нахлесточного шва между слоями волокнистых матов;
скрепление нахлесточного шва со слоями волокнистых матов прошивными нитями;
выполнение непрерывного нахлесточного шва со смещением одной загнутой кромки по отношению к другой;
конгруэнтный охват покровных слоев общей наружной поверхности слоев волокнистых матов при смещенных кромках, образующих внутренний шов;
выполнение слоев волокнистых матов из супертонких базальтовых волокон с объемной плотностью 25-60 г/дм³, покровных слоев ткани из нитей на основе базальтовых волокон поверхностной плотностью 50-300 г/м² и их скрепление прошивными нитями в виде жгутов из базальтовых волокон, линейной плотностью 100-2400 текс;
размещение в нахлесточном шве между его образующими сомкнутыми кромками слоя сетчатого материала из нитей на основе базальтовых волокон или фольги, металлизированной пленки.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и в совокупности с остальными и общими известными направлены на решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата, исключение какого-либо из них не позволяет решить поставленную задачу. Так, например, исключение внутреннего нахлесточного шва, образованного сомкнутыми загнутыми кромками покровных слоев, из общей совокупности признаков возвращает к исходной постановке задачи, поиску других эффективных решений. Невыполнение непрерывного нахлесточного шва со смещением одной загнутой кромки по отношению к другой сужает номенклатуру теплоизоляционных материалов в части возможности получения стыка пакетов не только плоского, но и ступенчатого. Выполнение всего пакета теплоизоляционного материала, включая покровные слои, теплоизоляционные слои и прошивные нити, из базальтовых волокон позволяет создать структуру и наиболее эффективными теплоизоляционными свойствами, исключить коробление слоев и повысить использование материала с высокой надежностью.

Предложенное техническое решение позволяет дополнительно армировать теплоизоляционный материал слоями сетчатого материала, размещенного по плоскости смыкания загнутых кромок покровных слоев без ухудшения армировки пакета по наружной поверхности. Введение же фольги или металлизированной пленки в нахлесточный шов, выполненный в торцевых зонах пакетов, позволяет улучшить теплоизоляционные свойства стыков.

Использование отличительных существенных признаков в известном уровне техники, аналогах и прототипе, не обнаружено, что свидетельствует о их новизне и позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствием его критерию "Новизна".

Единая совокупность новых существенных с общими известными признаками позволяет решить поставленную задачу и достичь новый технический результат, выраженный в повышении жесткости и прочности пакета теплоизоляционного материла, организовать наиболее эффективную структуру, обеспечивающую повышение теплоизоляционные свойства с учетом оригинального размещения кромок покровных слоев, позволяет характеризовать предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа, является результатом опытно-конструкторской работы и творческого вклада. Новое техническое решение создано без использования рекомендаций руководящих стандартов и инструкций в этой части в данной области техники, характеризуется соответствием критерию "Изобретательский уровень".

На фиг.1 представлен общий вид теплоизоляционного материала; на фиг.2 - вид сверху; на фиг. 3 поперечное сечение теплоизоляционного материала; на фиг.4 нахлесточный шов сомкнутых кромок покровных слоев; на фиг.5 - нахлесточный шов со смещением одной сомкнутой загнутой кромки по отношению к другой; на фиг.6 вариант армирования нахлесточного шва слоем сетчатого материала; на фиг.7 вариант армирования нахлесточного шва слоем фольги или металлизированной пленки.

Теплоизоляционный материал выполнен в виде объемного пакета из слоев волокнистых матов 1 и покровных слоев ткани 2 из минеральных волокон, скрепленных прошивными нитями 3. Покровные слои ткани 2 снабжены встречно загнутыми кромками 4,5, соответственно охватывающими кромки 6,7 слоев волокнистых матов 1, сомкнутыми между собой с образованием внутреннего непрерывного нахлесточного шва 8, размещенного между слоями волокнистых матов 1, скрепленного с ними прошивными нитями 3. Непрерывный нахлесточный шов 8 может быть выполнен, как вариант, со смещением загнутой кромки 4 по отношению к другой кромке 5 при конгруэнтном охвате покровными слоями 2 общей наружной поверхности слоев волокнистых матов 1. Слои волокнистых матов 1 выполнены супертонких базальтовых волокон, объемной плотностью 25-60 г/дм³, покровные слои ткани 2 выполнены из нитей на основе базальтовых волокон, поверхностной плотностью 50-300 г/м² и скреплены прошивными нитями 3 в виде жгутов из базальтовых волокон, линейной плотностью 100-2400 текс. В нахлесточном шве 8 между его сомкнутыми кромками 4,5 размещен слой сетчатого материала 9 из нитей на основе базальтовых волокон или фольги, металлизированной пленки 10.

Теплоизоляционный материал изготавливают следующим образом. На гладкой опорной поверхности (не показано) раскладывают покровной слой 2 ткани из минеральных волокон, например из базальтовых волокон, на него укладывают стопкой слои волокнистых матов 1, стопку оборачивают (или накладывают на нее) покровным слоем 2 и загибают кромки 4,5 со встречным расположением их, смыканием с охватом кромок 6,7 слоев волокнистых матов 1 и образованием внутреннего непрерывного нахлесточного шва 8, который запасовывают между собой слоями волокнистых матов 1 и скрепляют с ними прошивными нитями 3. В целях усиления непрерывного нахлесточного шва 8 или повышения теплоизоляционных свойств стыка пакетов перед прошивкой между загнутыми сомкнутыми кромками 4,5 размещают соответственно слой сетчатого материала 9 или слой фольги, металлизированной пленки 10, который скрепляют с ними и слоями волокнистых матов 1 прошивными нитями 3.

Использование и работа теплоизоляционного материала заключается в накладывании и закреплении его пакетов на теплоизолируемой поверхности известными способами, обеспечении минимальной теплопередачи тепла от защищаемой поверхности. При транспортировках, монтаже торцы пакетов теплоизоляционного материала не повреждаются благодаря наличию в них усиливающих элементов в виде нахлесточных швов 8 из загнутых кромок 4,5 покровных слоев 2, размещенных и закрепленных между слоями 1. При наложении пакетов на криволинейные поверхности нахлесточный шов 8 обладает достаточной гибкостью как и покровные слои 2, при торцевом воздействии слои волокнистых матов 1 не сминаются.

Для уменьшения теплопотерь в стыках между пакетами теплоизоляционных материалов нахлесточный шов 8 выполнен со смещением загнутой кромки 4 относительно загнутой кромки 5, что позволяет выполнить стык не плоским, а ступенчатым, в результате повышается надежность и эффективность теплоизоляции.

Выполнение слоев волокнистых матов 1 из базальтовых волокон с объемной плотностью меньше 25 г/дм³ придает матам рыхлость и высокую податливость что приводит к искажению и деформации готового пакета в условиях эксплуатации, снижению надежности теплоизоляции. Другие предельные значения свойств слоев теплоизоляционного материала выбраны исходя из следующего. При объемной плотности 25 г/дм³ обеспечивается технологическая перерабатываемость теплоизоляционных матов в готовый пакетный материал. Выполнение слоев волокнистых матов 1 из базальтовых волокон с объемной плотностью выше 60 г/дм³ сказывается на увеличении теплопотерь, использование материала с плотностью превышающей указанную, становится неэффективным из-за перерасходования материалов. Применение покровного слоя ткани 2 с поверхностной плотностью меньше 50 г/м² увеличивает разреженность переплетенных нитей ткани, нити ослабляются, рвутся при прошивке, увеличиваются промины слоев. При плотности ткани покровного слоя 2 в 50 г/м² обеспечивается нормальная прошивка слоев матов 1 с минимальными допустимыми дефектами. Плотность покровной ткани 2 выше 300 г/м² нецелесообразна по технологическим соображениям невозможности прошивки без перерубания нитей покровного слоя 2 прошивными иглами, возможность застревания прошивной нити, остановки и простаивания оборудования до устранения дефектов, что снижает производительность. При плотности ткани 2 в 300 г/дм² таких дефектов не наблюдается. Применение жгутов с линейной плотностью меньше 100 текс приводит к частой обрывности и перезаправке нитей, при линейной плотности 100 текс жгуты не обрываются, обеспечивают качественную прошивку и надежное закрепление слоев 1 толщиной 20-120 мм. Жгуты с линейной плотностью свыше 2400 текс перерабатываются через иглы с большими повреждениями, при линейной плотности 2400 текс повреждения в прошивных жгутах практически отсутствуют. Производство теплоизоляционного материала в пределах выбранных плотностей слоев обеспечивает широкую номенклатуру и качество изготовляемых изделий.

Теплоизоляционный материал, изготовленный с использованием нового технического решения, прошел тепловые испытания и опробирование в условиях, имитирующих эксплуатационные, результаты испытаний положительные. Изготовление натурных и опытных образцов подтвердило эффективность, качество и целесообразность производства теплоизоляционного материала промышленным путем.

Таким образом, новое техническое решение соответствует и критерию "Промышленная применимость", т.е. уровню изобретения, на его создание и использование целесообразно обеспечение защиты исключительных прав патентом.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при производстве теплоизоляционных материалов, применяемых для теплозащиты агрегатов, трубопроводов, транспортирующих высоконагретые теплоносители в виде газообразных жидких сред. В теплоизоляционном материале покровные слои снабжены встречно загнутыми кромками, соответственно охватывающими кромки слоев волокнистых матов, сомкнутыми между собой с образованием внутреннего непрерывного нахлесточного шва, размещенного между слоями волокнистых матов, скрепленных с ними прошивными нитями. Кромки могут быть смещены одна относительно другой. Материал выполнен из базальтовых волокон, слои имеют объемную плотность 25-60 г/дм³, покровные слои ткани имеют поверхностную плотность 50-300 г/м², прошивные нити имеют линейную плотность 100-2400 текс. Нахлесточный шов может быть армирован слоем ткани из базальтовых волокон или слоем фольги или металлизированной пленки. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Теплоизоляционный материал, выполненный в виде объемного пакета из слоев волокнистых матов и покровных слоев ткани из минеральных волокон типа базальтовых, скрепленных прошивными нитями, отличающийся тем, что покровные слои ткани снабжены встречно загнутыми кромками, соответственно охватывающими кромки слоев волокнистых матов, сомкнутых между собой с образованием внутреннего непрерывного нахлесточного шва, размещенного между слоями волокнистых матов, скрепленного с ними прошивными нитями. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что непрерывный нахлесточный шов выполнен со смещением одной загнутой кромки по отношению к другой при конгруэнтном охвате покровными слоями общей наружной поверхности слоев волокнистых матов. 3. Материал по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что слои волокнистых матов выполнены из супертонких базальтовых волокон с объемной плотностью 25 60 Г/дм³, покровные слои ткани выполнены из нитей на основе базальтовых волокон поверхностной плотностью 50 300 Г/м² и скреплены прошивными нитями в виде жгутов из базальтовых волокон линейной плотностью 100 2400 текс. 4. Материал по пп. 1 3, отличающийся тем, что нахлесточный шов снабжен размещенными между его сомкнутыми кромками слоем сетчатого материала из нитей на основе базальтовых волокон. 5. Материал по пп. 1 3, отличающийся тем, что нахлесточный шов снабжен размещенным между его сомкнутыми кромками слоем фольги или металлизированной пленки.