КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к теплоизоляционным материалам, применяемым в термохимических источниках энергоснабжения систем наведения управляемых снарядов и ракет, радиоизотопных генераторах, кардиостимуляторах и т.п. обладающих теплопроводностью, близкой или меньшей теплопроводности "спокойного воздуха".

Известны композиции тепловых изоляторов на основе высокодисперсных порошков окиси кремния с добавками, обладающие в виде прессованных блоков теплопроводностью 0,025-0,050 Вт/мК при температурах 100-600^oC.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является теплоизоляционная композиция, включающая окись кремния с удельной поверхностью более 250 м²/г (т.н. аэросилы или аэрогели), экранирующие добавки, упрочняющие волокна и связующие при следующем соотношении компонентов мас.

Окись кремния с удельной поверхностью более 250м²/г 84-45
Экранирующие добавки Si, Cr₂O₃, TiO₂ и т.п. 10-25
Связующие 3-15
Упрочняющие волокна 3-15
(патент США кл. 252/62, N 2808338).

Недостатком прототипа является негибкость и хрупкость материалов на его основе даже в виде тонких слоев, что затрудняет изготовление тепловой изоляции малогабаритных изделий.

Целью изобретения является получение материала, обладающего гибкостью с теплопроводностью, близкой к теплопроводности прототипа.

Цель достигается тем, что теплоизоляционная композиция, включающая высокодисперсную окись кремния с удельной поверхностью более 250 м²/г, окись хрома, супертонкое кремнеземное волокно, дополнительно содержит химически распушенный асбест при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокодисперсная окись кремния 45-78
Окись хрома 15-25
Супертонкое кремнеземное волокно 5-20
Химически распушенный асбест 2-10
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав теплоизоляционной композиции отличается от известного введением химически распушенного асбеста и соотношением компонентов.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Анализ известных составов теплоизоляционных композиций показал, что некоторые введенные в ее состав компоненты известны, например высокодисперсная окись кремния, супертонкие волокна, окись хрома.

Однако их применение в сочетании с другими компонентами не обеспечивает теплоизоляционным композициям свойств, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно: возможность формирования гибких картонов с теплопроводностью на уровне теплопроводности "спокойного" воздуха (0,03-0,07 Вт/мК при температурах 100-600^oC).

Таким образом данный состав придает композиции новые свойства. В известных технических решениях предложенная композиция не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Цель изобретения гибкость высокоэффективной теплоизоляционной композиции достигается путем связывания подвижных частичек высокодисперсных порошков окисей кремния и хрома гибкой пространственной структурой из волокон химически распушенного асбеста до волокон диаметром 0,004-0,020 мкм асбеста.

Величина межволоконных пор, определяемая по формуле

где D_пор размер пор (мкм);
d_cp средний диаметр волокон (мкм);
γ_тт,γ_м- плотность вещества волокон и волокнистой структуры
составляет 0,012-0,06 мкм, что препятствует выделению из материала агломератов частиц окиси кремния, а также образованию микротрещин порошковой фазы, увеличивающих теплопроводность листов.

Компоненты предлагаемой композиции смешивают до получения гомогенной смеси.

Применение химически распушенного асбеста делает возможным смешение компонентов производить в водной пульпе, что исключает пылевыделение на стадии приготовления смеси и формирования листов.

Для получения пульпы требуемой консистенции данная смесь готовится в 1-2 л воды на 100 г сухих компонентов.

Перемешивание пульпы осуществляется в лопастном смесителе с частотой вращения мешалки 300-1000 об/мин. Время перемешивания составляет 1-10 мин.

Химическая распушка асбеста производится перед смешением компонентов в отдельном смесителе с частотой вращения рабочего органа приблизительно 10 об/мин при содержании в 1 л воды 50 г асбеста и 50-100 г поверхностноактивного вещества смачивателя марки CB-102 (ТУ 6-14-935-80) (натриевой соли ди-2-этилгексилового эфира сульфоянтарной кислоты).

Продолжительность обработки асбеста смачивателем CB-102 при комнатной температуре и постоянном перемешивании составляет приблизительно 24 ч.

Формирование листов производится с помощью устройства для удаления излишка воды: вакуумформовочных установок, центрифуг, выпаривателей и т.п. После формовки листы подвергаются сушке при температуре не более 90^oC до полного удаления воды.

В предлагаемой композиции содержание химически распушенного асбеста не может быть менее 2% так как при этом невозможно получить листы, обладающие достаточной гибкостью, и, кроме того, их теплопроводность получается на уровне материалов из супертонких волокон. Содержание асбеста более 10% приводит к увеличению плотности и, как следствие, повышению теплопроводности листов; содержание высокодисперсной окиси кремния (Аэросил А-380) более 78% приводит к уменьшению гибкости, а менее 45% к увеличению теплопроводности композиции. Оптимальное содержание окиси хрома 15-25% уменьшение и увеличение приводит к увеличению теплопроводности. Содержание кремнеземных волокон менее 5% приводит к охрупчиванию, а более 10% к увеличению теплопроводности. Примеры предлагаемой композиции в сравнении с прототипом приведены в таблице.

По данным таблицы видно, что листы, изготовленные в соответствии с данным изобретением, незначительно уступают прототипу по теплоизолирующей эффективности, значительно превосходя материалы на основе супертонких волокон, и к тому же обладают гибкостью. Оптимальной рецептурой предлагаемой композиции является следующая, мас.

Высокодисперсная окись кремния (Аэросил А-380) 62
Окись хрома 20
Волокно кремнеземное СТВК-11 10
Химически распушенный асбест 8
Кроме того, в процессе изготовления гибких листов на основе данной композиции исключается выделение пыли на стадии смешения компонентов и формирования листов.

Использование: в радиопротонных генераторах, тепловых батареях, кардиостимуляторах. Сущность изобретения: композиция включает, мас.%: высокодисперсный диоксид кремния 45-78; оксид хрома 15-25; супертонкое кремнеземистое волокно 5-20; химически распушенный асбест 2-10. Характеристика: теплопроводность при t_cp=100-600^oC 0,035-0,08 Вт/мК. 1 табл.

Композиция для получения теплоизоляционного материала, содержащая высокодисперсный диоксид кремния с удельной поверхностью частиц более 250 м²/г, оксид хрома и супертонкое кремнеземное волокно, отличающаяся тем, что, с целью получения материала, обладающего гибкостью, она дополнительно содержит химически распушенный асбест при следующем соотношении компонентов, мас.

Высокодисперсный диоксид кремния 45 78
Оксид хрома 15 25
Супертонкое кремнеземное волокно 5 20
Химически распушенный асбест 210