ВОЛОКНИСТЫЙ АЛЮМОСИЛИКАТНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2002 года по МПК C01B33/26 C03C13/06 

Изобретение относится к материаловедению и к области химической промышленности, в частности к получению неорганических волокон, которые можно использовать в различных отраслях хозяйственной деятельности, например в производстве стройматериалов, композиционных материалов для химической промышленности, энергетики, электроники и т.п.

Полученные материалы можно также использовать в качестве носителей катализаторов, сорбентов, фильтрующих материалов, используемых для чистки газовых и жидких сред.

Известен волокнистый материал, содержащий непрерывное волокно диаметром менее 4 мкм, полученные путем плавления минералов при 1705-2000^oС, вытягивания волокна и наматывания на нитесборник, при этом обеспечивается получение волокна, содержащего SiO₂ - 55-60 мас.%, Аl₂О₃ - 18-20 мас.% и FеО+Fe₂О₃ - 7,5-8 мас.% (RU 2118949, 1998).

Однако полученный материал не отличается высокой кислотостойкостью.

Известен также материал, содержащий волокна диаметром 3,9-45,7 мкм, полученные путем плавления андезитовой горной породы (RU 2118949, 1998).

Материал, полученный из андезитовой горной породы, обладает большей кислотостойкостью, чем материал, полученный тем же способом, но из базальтовой породы.

Известен волокнистый алюмосиликатный материал, полученный центрифугированием расплава минералов с повышенной температурой ликвидуса (>1200^oС) и вязкостью при температуре ликвидуса менее 3200 пуаз, при этом волокно содержит SiO₂ - 46-60 мас.%, Аl₂О₃ - 0,1-20 мас.%, содержание оксидов железа по меньшей мере 3 мас.% (RU 2096356, 1997).

Полученный материал обладает высокой термической и химической устойчивостью. Однако при получении качественных волокон существуют определенные трудности, связанные с созданием дополнительных условий в среде, окружающей машину для вытягивания волокон, что приводит к удорожанию целевого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому изобретению является волокнистый алюмосиликатный композиционный материал, содержащий слой дисперсного волокна, полученного путем раздува, перегретого расплава горной вулканической породы, содержащего SiO₂ не более 50%, высокотемпературным озвученным струйным энергоносителем, при этом материал содержит волокна двух размеров: 5-7 мкм и 0,5-3 мкм (RU 2128149, 1999).

Недостатком известного материала является высокая доля волокон с диаметром >5 мкм и недостаточная термо- и химическая стойкость материала.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение получения материала из высокомодульных горных пород с высоким выходом супертонких волокон, обладающего высокой термо- и химической стойкостью.

Поставленная задача решается описываемым волокнистым алюмосиликатным композиционным материалом, содержащим по крайней мере один слой полидисперсного алюмосиликатного волокна с диаметром 0,5-3,5 мкм, содержанием SiO₂ 55-75 мас%. и плотностью 35-250 кг/м³, при этом волокно получено путем раздува перегретого газонасыщенного расплава горной вулканической породы высокотемпературным озвученным струйным энергоносителем.

Предпочтительно использовать расплавы обсидиана, вулканического стекла, базальта, андезита.

Также материал дополнительно содержит по крайней мере один слой алюмосиликатного волокна, содержащего SiO₂ в количестве 35-55 мас.%
При этом материал может быть скреплен прошивкой, склейкой или нитепетлеванием.

Материал дополнительно может содержать обкладки.

Заявленный волокнистый алюмосиликатный композиционный материал имеет высокую термостойкость и может быть применен для изолирования горячих поверхностей с температурой 900^oС и выше.

Материал имеет кислотостойкость около 99% и щелочестойкость около 98%.

Сочетание высокой термо- и химостойкости с супертонкой структурой волокна позволяет использовать его в качестве эффективного фильтрующего материала для очистки горячих сред (расплавов, газов, паров).

Заявленная плотность материала в интервале 35-250 кг/м³ позволяет использовать его как тепло- и звукоизоляцию для различных строительных конструкций.

Конкретное выполнение материала слоистой, изотропной или композиционной структуры, с обкладками или без них, с различным типом скрепления расширяет спектр его использования.

Ниже приведены примеры получения заявленного материала.

Пример 1.

Природные вулканические стекла месторождений Закавказья, содержащие, мас.%:
SiO₂ - 70,9-75,3
Аl₂О₃ - 112,1-15,0
Fe₂O₅ - 0,1-1,9
FeO - 0,1-1,1
MnO - 0,05-0,3
MgO - 0,2-1,3
CaO - 0,5-1,5
Na₂O - 1,8-4,7
К₂O - 2,6-4,7
п.п.п. - 0,1-0,8
Н₂O - 0,35
измельчают, расплавляют, перегревают расплав на 200^oС выше t_пл., газонасыщают и подают его на внутреннюю поверхность центрифуги. Далее производят газодинамическое утонение центрифугальных нитей с помощью высокотемпературного струйного энергоносителя (сжатого воздуха), в котором возбуждаются акустические колебания высокой интенсивности (звуковое давление до 200 дБ).

Озвучивание газонасыщенного расплава позволяет сформовать полидисперсное волокно диаметром 0,5-3,5 мкм из пород с высоким содержанием SiO₂ и небольшим количеством (менее 5%) неволокнистых включений.

Далее из волокон получают полотно прошивкой базальтовыми нитями до плотности 35-50 кг/м³.

Пример 2.

В другом варианте полученные волокна проклеивают минеральным связующим и обеспечивают получение минераловатного мата с объемной плотностью 240-250 кг/м³.

Полученный алюмосиликатный волокнистый композиционный материал далее можно перерабатывать по любой известной технологии.

Производство прошивного материала осуществляется на чесально-вязальных агрегатах марок МРО, МБШ.

Производство минераловатных плит осуществляется мокрым способом по бумажной технологии на холстовой машине марки МСХ.

Пример 3.

Возможно получение комбинированного материала. Один слой содержит материал, полученный из базальта с содержанием SiO₂ от 55 до 75 мас.% и имеет температуру эксплуатации до 800^oС, а второй слой из стекловолокна с содержанием SiO₂ до 55 мас.% и имеет температуру эксплуатации ~350^oС.

Применение второго слоя стеклополотна позволяет удешевить (снизить себестоимость) изделия, не изменяя основного назначения (теплоизоляции поверхности, имеющей 900^oС).

Таким образом, заявленный волокнистый алюмосиликатный композиционный материал из-за хорошей термической и химической устойчивости, прекрасных тепло- и звукоизоляционных свойств, высокой фильтрующей эффективности можно использовать в различных отраслях хозяйственной деятельности.

Изобретение относится к области материаловедения. Предложен волокнистый алюмосиликатный композиционный материал, содержащий по крайней мере один слой полидисперсного алюмосиликатного волокна, полученного путем раздува перегретого газонасыщенного расплава горной вулканической породы высокотемпературным озвученным струйным энергоносителем, при этом он содержит SiO₂ в количестве 55-75 мас. % и имеет плотность 35-250 кг/м³ и диаметр волокон 0,5-3,5 мкм. Материал может быть получен из горной породы, выбранной из ряда обсидиан, андезит, липарит, перлит, базальт. Изобретение обеспечивает получение супертонких волокон из высокомодульных горных пород. 4 з.п.ф-лы.

1. Волокнистый алюмосиликатный композиционный материал, содержащий по крайней мере один слой полидисперсного алюмосиликатного волокна, полученного путем раздува перегретого газонасыщенного расплава горной вулканической породы высокотемпературным озвученным струйным энергоносителем, отличающийся тем, что он содержит SiO₂ в количестве 55-75 мас. % и имеет плотность 35-250 кг/м³ и диаметр волокон 0,5-3,5 мкм. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он получен из горной породы, выбранной из ряда обсидиан, андезит, липарит, перлит, базальт. 3. Материал по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один слой алюмосиликатного волокна, содержащего SiО₂ в количестве 35-55 мас. %. 4. Материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он скреплен прошивкой, склейкой или нитепетлеванием. 5. Материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит обкладки.