ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ МАССА Российский патент 1997 года по МПК C04B26/00 B28B1/52 C04B26/00 C04B14/46 

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов, в частности к производству минераловатных и стекловолокнистых плит для промышленного, сельскохозяйственного и гражданского строительства.

Известны композиции для изготовления теплоизоляционного материала, включающие минеральную вату и органическое связующее. В качестве органического связующего в них используют фенолоспирты, карбамидные смолы, композиционные связующие и др.

Для теплоизоляционных плит с кажущейся плотностью 175 200 кг/м³ (плиты марки 200) содержание компонентов (мас.) составляет 85 15, (93:7) - (95:5). Теплоизоляционные плиты, изготовленные из таких композиций, обладают недостаточной прочностью. Так сухие плиты марки 200 имеют прочность при сжатии при 10% деформации 0,4 кгс/см², а прочность при сжатии при 10% деформации после сорбционного увлажнения 0,3 0,35 кгс/см².

Невысокая механическая прочность объясняется недостаточным количеством клеевых соединений минеральных волокон и связующего, так как при деформациях разрушение минераловатных изделий происходит, как правило, в местах склейки волокон.

Известна также теплоизоляционная масса, содержащая минеральную вату, фенолоспирты и концентрированный устойчивый водный золь кремниевой кислоты при следующем процентном соотношении содержания компонентов, мас.

Минеральная вата 56,8 74,4
Фенолоспирты 3,9 12,6
Концентрированный устойчивый водный золь кремниевой кислоты 13,0 - 39,2.

Такая композиция обеспечивает изготовляемым из нее теплоизоляционным изделиям несколько большую механическую прочность, которая составляет 0,5 - 0,53 кгс/см². Увеличение прочности достигается за счет дополнительных склеенных контактов, приходящихся на одно волокно, так как мицеллы золя кремниевой кислоты оседают в местах соприкосновения волокон между собой. Однако увеличение прочности незначительно, что обусловлено использованием концентрированного золя кремниевой кислоты, имеющего большой размер мицелл, а следовательно, небольшую удельную поверхность дисперсной фазы, что ограничивает количество склеенных контактов. Теплоизоляционные изделия, изготовленные из известной композиции, обладают также высокой влагостойкостью, что достигнуто за счет частичной замены щелочного золя кремниевой кислоты фенолоспирта.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к заявляемому изобретению является теплоизоляционная масса, содержащая фенолоспирты (1 15%), высокодисперсный золь кремниевой кислоты (2 10%) и минеральную вату. Применение высокодисперсного золя кремниевой кислоты обеспечивает большее количество коллоидных частиц в единице объема теплоизоляционной массы, что, в свою очередь, обеспечивает большее количество склеенных контактов между волокнами. Механическая прочность на сжатие изготовленных из теплоизоляционной массы изделий составляет 0,6 0,9 кгс/см². Такой теплоизоляционный материал сохраняет высокую механическую прочность при эксплуатации в условиях, обеспечивающих отсутствие сорбционного увлажнения. Однако механическая прочность материала существенно снижается при использовании его во влажной атмосфере, например, в мягкой кровле крыш, в тепловых ограждениях животноводческих помещений и т.д. Проведенные испытания специально изготовленных образцов теплоизоляционного материала показали, что прочность материала после шестисуточного выдерживания в атмосфере с относительной влажностью 98% снизилась до 0,40 0,60 кгс/см². Существенное снижение прочности объясняется высокой степенью сорбционного увлажнения материала из-за щелочного характера золя кремниевой кислоты. Таким образом, недостатком известной теплоизоляционной массы является невысокая влагостойкость получаемых из нее изделий. (Влагостойкость свойство теплоизоляционных материалов сохранять свою прочность при увлажнении).

Изобретение, излагаемое в настоящей заявке, предусматривает создание такой теплоизоляционной массы, которая обеспечивает теплоизоляционному материалу высокие показатели по влагостойкости при сохранении значений других теплофизических показателей.

Указанный общественно-полезный результат достигается тем, что теплоизоляционная масса, включающая минеральную вату, органическое связующее и упрочняющую добавку, содержит в качестве упрочняющей добавки обволоченное сухой пленкой органического связующего короткое минеральное волокно при следующем соотношении содержаний компонентов, мас.

органическое связующее (на сухое вещество) 6 12
покрытое сухой пленкой органического связующего измельченное минеральное волокно 2 8
минеральная вата остальное.

Анализ доступных источников информации показал, что предложенное техническое решение не известно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию "новизна".

Предложенная теплоизоляционная масса исключает недостатки известной композиции, принятой за прототип, а именно, в отличие от прототипа, она обеспечивает изготовленным из нее изделиям более высокую влагостойкость, определяющую долговечность как самой теплоизоляции, так и строительных конструкций на основе теплоизоляционного материала. Достигается это за счет введения в состав теплоизоляционной массы измельченных минеральных волокон, покрытых сухой пленкой органического связующего. В процессе подготовки гидромассы из предложенной теплоизоляционной массы сухая пленка неорганического связующего, обволакивающая измельченные (длиной 3 10 мм) минеральные волокна, желатинизируется и за счет своих клеящих свойств обеспечивает дополнительные мостиковые контактные связи между волокнами минеральной ваты. Это обуславливает упрочняющий эффект без использования щелочного компонента (золя кремниевой кислоты) в композиции, в результате чего повышается влагостойкость теплоизоляционного материала.

Следует отметить, что при изготовлении теплоизоляционного материала из предложенной теплоизоляционной массы с использованием измельченных минеральных волокон, не покрытых сухой пленкой связующего, последние не удерживаются в материале. Короткие волокна вымываются из гидромассы на стадии ее приготовления в мешалке, а оставшаяся часть уносится потоками газа-теплоносителя из теплоизоляционной массы в процессе ее тепловой обработки на сетчатом транспортере конвейерной линии.

Таким образом, техническое решение, излагаемое в настоящей заявке, явным образом не следует из достигнутого уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение создает положительный эффект, который заключается в том, что повышается влагостойкость теплоизоляционного материала.

Приготовление предложенной теплоизоляционной массы и изготовление из нее теплоизоляционного материала осуществляются на существующем технологическом оборудовании. Изложенное свидетельствует о том, что изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение осуществляют следующим образом.

Для приготовления теплоизоляционной массы используют минеральную вату общепромышленного назначения со штапельными размерами волокон: длиной 30 50 мм, диаметром 7 12 мкм. В качестве органического связующего используют фенолоспирты, карбамидные смолы, фенолоформальдегидные смолы, другие синтетические связующие. Измельченное минеральное волокно готовят, например, в пропеллерном гидроразбивателе, диспергируя минеральную вату в рабочем растворе органического связующего в течение 2 3 мин. Полученную гидромассу отжимают и сушат до удаления влаги. В результате получают измельченное минеральное волокно длиной 3 10 мм, покрытое сухой пленкой органического связующего. Компоненты теплоизоляционной массы загружают в мешалку-смеситель, где происходит равномерное распределение по объему штапельных и коротких минеральных волокон. Одновременно происходит желатинизация сухой пленки органического связующего, покрывающей измельченное волокно, и покрытие их вторым слоем связующего, а также образование слоя связующего на штапельном минеральном волокне. За счет высоких клеящих свойств желатинизированного связующего уже на стадии смешивания компонентов происходит склеивание штапельных и коротких минеральных волокон, в результате чего короткие волокна не вымываются из гидромассы. Продолжительность операции смешивания составляет 0,5 1,0 мин, после чего гидромассу отливают на сетчатый транспортер конвейерной линии. Подпрессовка минерального ковра в процессе сушки и полимеризации связующего обеспечивает вдавливание штапельного волокна в желатинизированный слой на коротких волокнах в местах их контактов, чем обеспечивается увеличение площади контакта волокон с клеящим связующим. Термообработку минераловатного ковра осуществляют методом прососа горячего теплоносителя при температуре 200 250^oC в течение 15 20 мин. После полимеризации связующего на выходе конвейерной линии ковер разрезают на мерные длины и получают готовые изделия в виде теплоизоляционных плит.

Состав предлагаемой теплоизоляционной массы и свойства образцов теплоизоляционного материала приведены в таблице. Влагостойкость теплоизоляционного материала определялась как отношение прочности на сжатие при 10%-ной линейной деформации после сорбционного увлажнения к начальной прочности сухого материала.

Теплоизоляционный материал, изготовленный из предлагаемой массы, имеет мелкоячеистую структуру с каркасом из волокон штапельного размера, которые дополнительно связаны между собой перемычками из коротких минеральных волокон с увеличенной площадью контактов волокон с клеящим связующим в местах соприкосновения волокон между собой. Совокупность этих факторов обуславливает упрочняющий эффект использования коротких минеральных волокон, обволоченных сухой пленкой связующего. В отличие от известных упрочняющих добавок щелочных золей кремниевой кислоты, способствующих повышению сорбционного увлажнения теплоизоляционного материала, короткие минеральные волокна являются бесщелочным компонентом теплоизоляционной массы, в результате чего влагостойкость материала повышается, что подтверждается опытными данными из таблицы. Из таблицы также следует, что другие эксплуатационные показатели материала по численным значениям не уступают аналогичным показателям материала, изготовленного из композиции-прототипа.

Увеличение содержания коротких минеральных волокон более 8 мас. приводит к увеличению кажущейся плотности и теплопроводности из-за уменьшения количества воздушных пор в объеме материала. Уменьшение содержания коротких волокон минеральной ваты менее 2 мас. приводит к уменьшению предела прочности на сжатие практически до нижнего уровня значения этого показателя по прототипу из-за уменьшения количества дополнительных склеенных контактов между волокнами.

Изобретение относится к области производства теплоизоляционных материалов, используемых в промышленном, сельскохозяйственном и гражданском строительстве. Изобретение предусматривает повышение влагостойкости теплоизоляционного материала, изготовленного из предложенной теплоизоляционной массы. Теплоизоляционная масса содержит в качестве компонентов органическое связующее (6 - 12 мас.% на сухое вещество), измельченное (3 - 10 мм) минеральное волокно, покрытое сухой пленкой органического связующего, и остальное - минеральная вата. Новым в такой теплоизоляционной массе является использование в качестве прочностной добавки короткого минерального волокна, обволоченного пленкой органического связующего. 1 табл.

Теплоизоляционная масса, включающая минеральную вату, органическое связующее и упрочняющую добавку, отличающаяся тем, что в качестве упрочняющей добавки она содержит покрытое сухой пленкой органического связующего измельченное минеральное волокно при следующем соотношении компонентов, мас.

Органическое связующее (на сухое вещество) 6 12
Покрытое сухой пленкой органического связующего измельченное минеральное волокно 2 8
Минеральная вата Остальное5