СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УПРОЧНЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, УПРОЧНЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ, А ТАКЖЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИЗДЕЛИЯ, СОЗДАННЫЕ ТАКИМ СПОСОБОМ, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2014 года по МПК C04B28/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к смеси для получения упрочненного композиционного материала, основанной на цементной матрице, материал на основе этой смеси обладает улучшенным электрическим сопротивлением и электроизолирующей способностью, а также теплоизолирующими свойствами, при этом сохраняет хорошие механические свойства, а также к заготовкам и промышленным изделиям, при изготовлении которых в процессах формования на основе силиконовых форм применяют указанный упрочненный композиционный материал, способный подвергаться обработке.

Уровень техники

За несколько лет были разработаны композиционные материалы на основе цемента, содержащие в качестве оснований элементы жесткости, изготовленные из стекловолоконных ровингов, при том, что упомянутые элементы жесткости собирают механически и опускают в цементную смесь при ее схватывании, причем массовое процентное отношение упомянутых композиционных материалов и упомянутых элементов жесткости составляет по меньшей мере 5% по массе на единичную площадь 850 г/м² (USP 4,898,769, Заявка на патент Великобритании GB 2218670 А).

Упомянутые материалы обладают хорошей электроизолирующей способностью, но они не подходили с точки зрения механических свойств, особенно, если их применяли для обработки при получении законченных промышленных изделий, обладающих желаемыми профилями. В частности, данные материалы, характеризуемые упомянутыми ровингами, изготовленными из стекловолоконной материи, расположенными параллельно в нескольких миллиметрах один от другого, испытывают значительное ухудшение своих механических свойств, при необходимости подвергать их, с целью получения промышленных изделий или готовых изделий, обладающих приемлемой для применения формой, видам обработки, типа механических, таким как фрезерование, тем не менее, характеризовались очень низкой механической прочностью. Действительно, поскольку такие обработки уничтожают или в значительной степени ослабляют кружала перекрывающихся ровингов, они настолько понижают механические свойства, что это приводит, также и в течение обработок, к очень значительным количествам отколов и дефектов, которые иногда являются неприемлемыми, если профили, которые намечено получить, являются сложными. Более того, такие механические обработки очень высокозатратны, они также приводят к образованию огромного количества пыли, поэтому, с целью охраны здоровья и окружающей среды, требуются громоздкие устройства, препятствующие загрязнению.

Таким образом, появилась необходимость получения композиционных материалов на основе упрочненного цемента, способных удовлетворительно сочетать механические, электрические и термические свойства, избегая при этом вышеупомянутых серьезных недостатков, типичных для материалов на предыдущем уровне техники.

Раскрытие изобретения

Заявитель в процессе исследования в представленной области техники, к которой относится изобретение, с удивлением и неожиданно для себя получил новую смесь для получения упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, а также заготовку или готовое изделие, изготовленное из огнеупорного материала, или заготовку или готовое изделие, изготовленное из тепло/электрического изоляционного материала на основе упомянутого упрочненного композиционного материала.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является способ приготовления упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, а также процесс изготовления заготовки или готового изделия, изготовленного из огнеупорного материала, или заготовки или готового изделия, изготовленного из электро/теплоизолятора на основе упомянутого упрочненного композиционного материала.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является применение в качестве: плит для дугогасящих камер, в особенности дугогасящих камер для высоковольтных контакторов, высокотемпературных и устойчивых к электрическому напряжению изоляционных плит, ребристых изоляторов, держателей для электрических сопротивлений, а также покрытий для высокотемпературных печей и труб для теплообменников, заготовок или промышленных изделий, изготовленных из огнеупорного материала или электро/теплоизоляторов, как описано выше, причем последние являются дополнительной задачей настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Соответственно задачей настоящего изобретения является смесь для получения упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, содержит:

- высокоглиноземистый цемент с содержанием Al₂O₃ не менее 70%,

- пластинчатый глинозем или корунд,

- стекловолокно на основе оксида кремния и циркона,

- силиконовую смолу,

- полиакриловый электролит, и

воду в качестве гидравлического вяжущего.

Более конкретно, стекловолокно на основе оксида кремния и циркона имеет длину волокон 5-10 мм, более предпочтительно 6-9 мм.

Более конкретно высокоглиноземистый цемент, по настоящему изобретению, предпочтительно представляет собой цемент со свойствами высокоогнеупорного материала, то есть глиноземистый цемент с термостойкостью или огнеупорностью выше 1700°С.

Более конкретно, пластинчатый глинозем или корунд, по настоящему изобретению, предпочтительно представляет собой пластинчатый глинозем или корунд с разбросом по размеру зерен, не превышающим 0,4 мм, более предпочтительно пластинчатый глинозем или корунд с разбросом по размеру зерен, не превышающим 0,3 мм, более предпочтительно пластинчатый глинозем или корунд с разбросом по размеру зерен между 0,3 и 0,1 мм.

Более конкретно, в качестве дополнительного предпочтительного варианта осуществления композиционного материала по настоящему изобретению, пластинчатый глинозем или корунд имеет чистоту по меньшей мере 98,0%, предпочтительно по меньшей мере 99,5%.

В еще более предпочтительном варианте осуществления упрочненного композиционного материала, задачей настоящего изобретения является стекловолокно на основе оксида кремния и циркона, по настоящему изобретению, с волокнами, обладающими плотностью, заключающейся между 2,5 и 2,7 г/см³, и еще более конкретно, стекловолокно на основе оксида кремния и циркона представляется величиной, заключающейся между 0,1 и 0,15 г/см³, более предпочтительно между 0,11 и 0,12 г/см³ композиционного материала по настоящему изобретению, более конкретно, стекловолокна на основе оксида кремния и циркона в композиционном материале по настоящему изобретению присутствуют в количестве между 800 и 1200/см³, более предпочтительно между 900 и 1100/см³.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения упрочненный композиционный материал на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном задачей настоящего изобретения является высокоглиноземистый цемент в процентном отношении между 22 и 27% по массе, более предпочтительно между 24 и 26% по массе, пластинчатый глинозем в процентном отношении между 58 и 63% по массе, предпочтительно между 60 и 62% по массе, стекловолокно в процентном отношении между 3,9 и 4,5% по массе, предпочтительно между 4,1 и 4,4% по массе, силиконовая смола в процентном отношении между 0,14 и 0,18% по массе, более предпочтительно между 0,15 и 0,17% по массе, полиакриловый электролит в процентном отношении между 0,14 и 0,18% по массе, более предпочтительно между 0,15 и 0,17% по массе, при этом остальной частью является вода, установленная как гидравлическое вяжущее, при этом упомянутые процентные отношения рассчитаны на 100 частей по массе композиционного материала, задачи настоящего изобретения.

В особенно предпочтительном воплощении упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, упомянутый упрочненный композиционный материал получают/достигают при помощи процесса, содержащего следующие этапы:

а) смешивание в воде, при постоянном перемешивании, в присутствии силиконовой смолы и полиакрилового электролита, предварительного диспергированного, высокоглиноземистого цемента с содержанием Al₂O₃ не менее 70% и пластинчатого глинозема или корунда, с последующим добавлением, не останавливая перемешивание, стекловолокна на основе оксида кремния и циркона, с целью получения жидкого цементного теста;

b) разливка жидкого цементного теста, полученного на этапе а) в формы или контейнеры при вибрации;

c) "схватывание" или затвердевание жидкого цементного теста, полученного на этапе а) после разливки, с последующим высвобождением от формы и старением, посредством последовательных процессов: кондиционирования при контролируемой температуре и влажности, высушивания на воздухе и кондиционирования в печи с принудительной конвекцией.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является способ приготовления упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, задачей настоящего изобретения является упомянутый способ, содержащий вышеописанные этапы а), b) и с).

В предпочтительном воплощении упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, задачи настоящего изобретения, а также соответствующего ранее описанного способа приготовления, в течение этапа а) смешивания в воде, силиконовую смолу диспергируют в виде водной эмульсии, а полиакриловый электролит в виде водного раствора.

Согласно предпочтительному воплощению упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном задачи настоящего изобретения, а также соответствующего ранее описанного способа приготовления, на этапе а) смешивания в воде, высокоглиноземистый цемент содержится в процентном отношении между 23 и 27% по массе, более предпочтительно между 20 и 25% по массе, пластинчатый глинозем содержится в процентном отношении между 55 и 60% по массе, предпочтительно между 53 и 57% по массе, стекловолокно находится в процентном отношении между 3,5 и 4,5% по массе, предпочтительно между 4,0 и 4,5% по массе, силиконовая смола(активная порция) содержится в процентном отношении между 0,12 и 0,19% по массе, более предпочтительно между 0,14 и 0,17% по массе, полиакриловый электролит (активная порция) содержится в процентном отношении между 0,11 и 0,18% по массе, более предпочтительно между 0,13 и 0,16% по массе, при этом оставшаяся часть представляет собой воду, при этом упомянутые процентные отношения рассчитываются на 100 частей по массе полученного жидкого цементного теста.

В дополнительном особенно предпочтительном воплощении упрочненного композиционного материала по настоящему изобретению, а также соответствующего ранее описанного способа приготовления, на этапе а) смешивания в воде, высокоглиноземистый цемент содержится в процентном отношении между 23 и 27% по массе, более предпочтительно между 20 и 25% по массе, пластинчатый глинозем содержится в процентном отношении между 55 и 60% по массе, предпочтительно между 53 и 57% по массе, стекловолокно содержится в процентном отношении между 3,5 и 4,5% по массе, предпочтительно между 4 и 4,5% по массе, силиконовая смола содержится в процентном отношении, в виде водной эмульсии, между 0,22 и 0,27%, более предпочтительно между 0,24 и 0,26% по массе, полиакриловый электролит присутствует в виде водного раствора, с процентным отношением упомянутого раствора, охватывающем от 0,38 до 0,44% по массе, более предпочтительно между 0,40 и 0,43% по массе, при этом остаток представляет собой воду, при том, что упомянутые процентные отношения рассчитываются на 100 частей по массе полученного жидкого цементного теста.

Стекловолокно на основе оксида кремния и циркона по настоящему изобретению представляет собой стекловолокно, хорошо известное специалистам в данной области техники, поскольку оно благодаря способу своего изготовления из циркония, присутствующего в виде диоксида циркония или оксида циркония, представляет собой стекловолокно, стойкое к воздействию щелочей, обычно является стекловолокном, содержащимся в процентном отношении по диоксиду циркония между 10-25%, предпочтительно 12-20%, более предпочтительно 13-15% по массе стекловолокна.

В упомянутом стекловолокне, кремниевый компонент SiO₂ является преобладающим, поскольку он может изменяться от 55% до 75%, от 60% до 70% по массе волокна, при наличии очень низкой доли, от силы 20% по массе волокна, летучих компонентов, таких как в основном оксид кальция и оксид натрия.

При совместном выражении упомянутых процентных отношений в отношении SiO₂ и циркона, то есть в виде силиката циркония Zr(SiO₄), такие процентные отношения могут быть выражены как: 14-36% ZrSiO₄ и 66-44% SiO₂, 17-29% ZrSiO₄ и 63-51% SiO₂, 18-22% ZrSiO₄ и 62-58% SiO₂, во всех этих примерах остаток составляют летучие компоненты.

Стекловолокно придает полученному композиционному материалу механическую прочность.

Более того, разрушение при изгибе происходит псевдопластично, этот термин означает, что после достижения пика нагрузки происходит выраженный переход размягчения, предотвращающий катастрофическое разрушение.

Действительно, образцы, изготовленные из композиционного материала по настоящему изобретению, во время теста на разрушение при изгибе, разрушаются псевдопластично, этот термин означает, что график нагрузка-сдвиг показывает после первоначального прямолинейного направления монотонный восходящий наклон с уменьшающейся производной (псевдозатвердевание) до максимальной нагрузки, тогда после максимальной нагрузки наступает нечто обозначаемое переход "размягчения", эта особенность предотвращает кардинальное разрушение готового изделия.

Полиакриловый электролит способствует улучшению структурной гомогенности, понижению пористости и поэтому улучшению эффективности с точки зрения механической прочности и дугостойкости.

Пластинчатый глинозем в сочетании с высокоглиноземистым цементом предоставляет весьма высокоогнеупорный материал, с высокой механической прочностью и превосходными диэлектрическими свойствами.

Силиконовая смола гомогенно растекается по композиционному материалу по настоящему изобретению и обеспечивает последнему оптимальные гидрофобные свойства и вследствие этого улучшение термической и электроизолирующей способности.

Вода как гидравлическое вяжущее выполняет функцию гидратационной воды, остающейся в упрочненном композиционном материале в конце выполнения способа приготовления и формования композиционного материала как такового.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является жидкое цементное тесто для получения упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, упомянутое жидкое цементное тесто, содержащее воду, высокоглиноземистый цемент, содержащий не менее 70% Al₂O₃:

- пластинчатый глинозем или корунд,

- стекловолокно на основе оксида кремния и циркона,

- силиконовую смолу,

- полиакриловый электролит.

Итоговый композиционный материал, получаемый/достижимый по настоящему изобретению, содержит поэтому высокоглиноземистый цемент, содержащий не менее 70% Al₂O₃,

- пластинчатый глинозем или корунд,

- стекловолокно на основе оксида кремния и циркона,

- силиконовую смолу,

- полиакриловый электролит.

В еще более предпочтительных дополнительных воплощениях упрочненного композиционного материала по настоящему изобретению, а также соответствующего способа изготовления, как описано выше, на этапе а) смешивания в воде, если силиконовую смолу диспергируют в форме водной эмульсии, упомянутая силиконовая смола предпочтительно содержит между 50 и 70% по массе смолы, даже более предпочтительно 60% эмульсии по массе смолы и/или если полиакриловый электролит диспергируют в виде водного раствора, упомянутый полиакриловый электролит предпочтительно содержит между 25 и 45% по массе акрилового электролита, даже более предпочтительно 35% водного раствора по массе акрилового электролита и/или высокоглиноземистый цемент в процентном отношении не меньше 72% Аl2О3 и/или пластинчатый глинозем или корунд имеет не менее 98,0% чистоты, предпочтительно по меньшей мере 99,5% и/или упомянутый пластинчатый глинозем или корунд имеет разброс по размерам зерен, не превышающий 0,4 мм, предпочтительно не более чем 0,3 мм, даже более предпочтительно разброс по размерам зерен между 0,3 и 0,1 мм и/или волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона имеют длину 5-10 мм, предпочтительно между 6 и 9 мм.

В еще более предпочтительных дополнительных воплощениях упрочненного композиционного материала по настоящему изобретению, а также соответствующего ранее описанного соответствующего способа приготовления на этапе b) разливки, форма или контейнер постоянно или периодически вибрирует, предпочтительно с постоянной частотой, с целью способствовать гомогенному и анизотропному распределению волокон с частичным их выравниванием, а также удаления пузырей воздуха.

Формы или контейнеры на этапе b) изготавливают из металла, керамики дерева/целлюлозы, пластика, в особенности силикона и их комбинаций.

В еще более предпочтительных дополнительных воплощениях упрочненного композиционного материала, по настоящему изобретению, а также соответствующего ранее описанного соответствующего способа приготовления на этапе с) затвердевание или схватывание выполняют выдерживанием материала в неподвижности по меньшей мере в течение 24 часов и/или предпочтительно в помещении с контролируемой температурой при 20°С и контролируемой влажностью; на время старения, кондиционирование выполняют в отсеках/помещениях с контролируемой температурой при контролируемой влажности, предпочтительно при 95% влажности, предпочтительно в течение 5 суток и/или высушивание на воздухе выполняют в течение по меньшей мере 10 суток и/или кондиционирование в печи с принудительной конвекции выполняют, наращивая температуру до 105°С, предпочтительно циклами по 20-24 часов. Упрочненный композиционный материал, объект настоящего изобретения, сочетает, наряду с улучшенными свойствами, заключающимися в оптимальной стойкости по отношению к высоким напряжениям, высокой стойкости по отношению к термоударам, с хорошей механической прочностью, а также в отсутствии эффекта усадки при затвердевании или схватывании, равно как и со значительной химической инертностью.

Это позволяет применять формы с жесткими допусками, с высокой точностью, и поэтому получать промышленные изделия, изготовленные из упомянутого упрочненного композиционного материала, отвечающие очень высокому стандарту качества в отношении воспроизводимости размера, в то же время отвечающие требованиям по допускам и обладающие очень высокой плоскостностью.

Поэтому другой задачей настоящего изобретения является готовое изделие, изготовленное из упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном по настоящему изобретению, как описано ранее,

- способ изготовления готового изделия, изготовленного из композиционного упрочненного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, при этом упомянутый способ содержит этапы:

a) смешивание в воде при постоянном перемешивании, в присутствии силиконовой смолы и предварительно диспергированного полиакрилового электролита, цемента с высоким содержанием глинозема, не менее 70% по Al₂O₃, и пластинчатого глинозема или корунда, с последующим добавлением, все еще при перемешивании, стекловолокна на основе оксида кремния и циркона, с целью производства жидкого цементного теста;

b) разливка жидкого цементного теста, полученного на этапе а) в формы или контейнеры при вибрации;

c) "схватывание" или затвердевание жидкого цементного теста, полученного на этапе а) после разливки, с последующим снятием формы и старением в течение последовательных процессов: кондиционирования при контролируемой температуре и влажности, сушки на воздухе и кондиционирования в печи с принудительной конвекцией;

в этом процессе этапы а), b) и с) обладают теми же отличительными признаками, как и этапы а), b) и с) способа приготовления упрочненного композиционного материала, предпочтительно на этапе а), смешивания в воде, силиконовую смолу диспергируют в водной эмульсии, а полиакриловые электролиты в водном растворе и/или, более предпочтительно, в форме или контейнере на этапе b), изготовленных из силиконового материала, стекловолокно на основе оксида кремния и циркона, применяемое на этапе а) имеет длину в диапазоне между 5-10 мм, предпочтительно между 6-9 мм, а разброс по размеру зерен пластинчатого глинозема или корунда, применяемого на этапе а) не более чем 0,4 мм, предпочтительно не более чем 0,3, и более предпочтительно между 0,1 и 0,3 мм.

Применение готового изделия, изготовленного из упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном по настоящему изобретению в плитах для дугогасящих камер, особенно дугогасящих камер для высоковольтных контакторов, дугостойких высокотемпературных и высокостойких по отношению к электрическому току плит, ребристых изоляторов, держателей для электрических сопротивлений, а также покрытий высокотемпературных печей и труб теплообменников.

Упрочненный композиционный материал и промышленные изделия, изготовленные из упомянутого композиционного материала, проявили улучшение электрического сопротивления и электроизолирующей способности, а также теплоизолирующих свойств и лучшие характеристики механической прочности по сравнению с материалами, доступными специалистам в данной области техники.

Поэтому дополнительной задачей настоящего изобретения является применение композиционного материала по настоящему изобретению в качестве огнеупорного материала и/или в качестве электро- и/или термоизолирующего материала.

В частности, упрочненный композиционный материал, задача настоящего изобретения, а также промышленные изделия, изготовленные из упомянутого материала, показывают: механическую прочность на изгиб (измеренную по стандарту UNI EN ISO 178) более чем 30±1,2 МПа, дугостойкость (измеренную по стандарту ASTM D495) более чем 450 с, диэлектрическую прочность (измеренную по стандарту IEC 60243) более 2,60 кВ/мм, а также дополнительное улучшение свойств по отношению к указанным характеристикам, при идентичных условиях измерений согласно приведенным стандартам, по сравнению с присутствующими в настоящее время на рынке материалами, такими как композиционный материал "Refraver" от TENMAT. Измеренное значение диэлектрической прочности для материала Refraver, при тех же условиях измерения, согласно стандарту IEC 60234, не превышает 1,7 кВ/мм.

Упомянутые дополнительные характерные свойства упрочненного композиционного материала по настоящему изобретению схематически изложены в нижеследующей таблице 1.

Таблица 1 ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНДАРТЫ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ ПРИ УДАРЕ UNI-EN-ISO-179-1 кДж/м² Более 14

ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ UNI-EN-ISO-178-2006 МПа Более 30 ПРОЧНОСТЬ НА СЖАТИЕ UNI-EN-ISO-178-2006 МПа Более 60 МОДУЛЬ ЭЛАСТИЧНОСТИ UNI 6556 ГПа Более 40 ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ CEI-EN 60672 кВ/мм Более 2,5 ДУГОСТОЙКОСТЬ CEI 15-9 §6.3.01 и CEI/IEC 61621   СООТВЕТСТВУЕТ СОПРОТИВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЮ, ПРИЛОЖЕННОМУ НА КОНЦАХ КОНТАКТНЫХ ШТЫРЕЙ CEI 15-9 §6.1.01   СООТВЕТСТВУЕТ

Упрочненный композиционный материал и промышленные изделия, изготовленные из данного материала, задача настоящего изобретения, показывают следующие очевидные преимущества: дугостойкость, превышающую стандартную, высокую ударную термостойкость, хорошую механическую прочность в сочетании с улучшенной ожидаемой работоспособностью, при этом последняя обусловлена структурными характеристиками упрочненного композиционного материала и вследствие применения способа его приготовления и приготовления промышленных изделий, изготовленных из упомянутого упрочненного композиционного материала. Действительно, одновременно с достижением вышеупомянутых улучшенных электрических, термических и механических свойств материала и промышленных изделий, изготовленных из них, имеет место упрощение производства промышленных изделий, изготовленных из упомянутого материала, промышленных изделий, отвечающих очень высоким стандартам качества в отношении воспроизводимости размера согласно допускам и превосходной чистотой поверхностей готового изделия, все это достигается в отсутствие эффекта усадки упрочненного композиционного материала по настоящему изобретению в формах или контейнерах на этапе схватывания или затвердевания; цементный компонент композиционного материала не атакует формы химически; немедленное высвобождение из форм композиционного материала и, следовательно, изготовленного из него готового изделия, после его затвердевания; возможность применения силиконовых форм.

Нижеследующие не лимитирующие примеры иллюстрируют варианты воплощения изобретения.

ПРИМЕР ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

2000 г смеси, содержащей 30% (600 г) глиноземистого цемента, содержащего 70% Al₂O₃, и 70% (1400 г) пластинчатого глинозема с разбросом зерен по размеру между 0,1 и 0,3 мм, и 98,0% чистоты, смешивали с 100 г стекловолокна на основе оксида кремния и циркона с волокнами длиной 6 мм, в смеси с 300 г воды, в которой предварительно растворяют 6 г водной эмульсии 60% силиконовой смолы и 10 г диспергатора в виде водного раствора, 35% полиакрилата аммония в качестве активного вещества. После завершения этапа смешивания, текучий композиционный материал при вибрации разливают в силиконовую форму.

Форму и композиционный материал помещают в помещение с контролируемой температурой при 20°С и относительной влажности 95% в течение 24 часов.

Готовое изделие, вынутое из формы после старения: обработки в отсеке с контролируемой температурой кондиционирования при контролируемой влажности при 95%, сушки на воздухе и последующего кондиционирования в печи с принудительной конвекцией с линейным изменением температуры до 105°С за период 24 часа, подвергают испытаниям согласно принятым в настоящее время стандартам для определения его технических характеристик, которые суммированы в нижеследующей таблице 2.

Таблица 2 ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНДАРТЫ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ АБСОРБЦИЯ ВОДЫ UNI-EN-ISO-62-2001 % Менее 2 ОБЪЕМНАЯ ПЛОТНОСТЬ UNI-EN-ISO-1183-1-2005 г/см³ 2,30

ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ ПРИ УДАРЕ UNI-EN-ISO-179-1 кДж/м² Более 14 ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ UNI-EN-ISO-178-2006 МПа Более 30 ПРОЧНОСТЬ НА СЖАТИЕ UNI-EN-ISO-178-2006 МПа Более 60 МОДУЛЬ ЭЛАСТИЧНОСТИ UNI 6556 ГПа Более 40 ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ CEI-EN-60672 кВ/мм Более 2,5 ДУГОСТОЙКОСТЬ CEI 15-9 §6.3.01 и CEI/IEC 61621   СООТВЕТСТВУЕТ СОПРОТИВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЮ, ПРИЛОЖЕННОМУ НА КОНЦАХ КОНТАКТНЫХ ШТЫРЕЙ CEI 15-9 §6.1.01   СООТВЕТСТВУЕТ

Пример 2. Экспериментальные испытания механических характеристик

Следуя процедурам изготовления композиционного объекта изобретения, по примеру 1 были изготовлены пять образцов, обладающих следующими размерами: длина 80 мм, ширина 10 мм и толщина 4 мм.

Механические испытания механической прочности на изгиб ранее описанных образцов, проведенные в лаборатории CNR-ISTEC, Faenza, показывают для пяти образцов в согласии с механической прочностью на изгиб, измеренной согласно стандарту UNI EN ISO 178, среднее значение 30±1,2 МПа.

ПРИМЕР 3. Экспериментальные испытания электрических характеристик

Следуя процедурам изготовления композиционного объекта изобретения, по примеру 1 были изготовлены шесть квадратных плит со следующими размерами: сторона 100 мм, толщина 3 мм.

Испытания электрических характеристик ранее описанных плит, проведенные на факультете электротехники Университета Генуя, показали следующие результаты:

Испытания дугостойкости

Дугостойкость, измеренная согласно стандарту ASTM D495 и согласно стандарту CEI/IEC 61621, показывает средние значения, превышающие 450 с (плиты, после испытания, оставались еще не поврежденными);

Испытания диэлектрической прочности

Диэлектрическая прочность, измеренная согласно стандарту IEC 60243, показала значения, превышающие в среднем 2,60 кВ/мм.

Значения диэлектрической прочности материала Refraver, определенные при тех же условиях измерений согласно стандарту IEC 60234, не превысила 1,7 кВ/мм.

Изобретение относится к композиции для получения упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, упрочненному композиционному материалу, способу его приготовления, его применению для приготовления готовых изделий, а также к промышленным изделиям, созданным данным способом и их применению. Смесь для получения упрочненного композиционного материала содержит следующие компоненты, мас.%: высокоглиноземистый цемент с не менее 70% Al₂O₃ 22-27; пластинчатый глинозем или корунд 58-63; стекловолокно на основе оксида кремния или циркона 3,9-4,5, силиконовая смола 0,14-0,18; полиакриловый электролит 0,14-0,18; воду. Готовое изделие может применяться в качестве плит для дугогасящих камер, в частности высоковольтных контакторов, изолирующих плит, ребристых изоляторов, покрытий высокотемпературных печей. Технический результат заключается в повышении дугостойкости, прочности, электрического сопротивления. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

1. Смесь для получения упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, причем упомянутый композиционный материал содержит:
- высокоглиноземистый цемент с не менее 70% Al₂O₃,
- пластинчатый глинозем или корунд,
- стекловолокно на основе оксида кремния и циркона,
- силиконовую смолу
- полиакриловый электролит, и
воду, как гидравлическое вяжущее, причем высокоглиноземистый цемент содержится в процентном отношении между 22 и 27% по массе, пластинчатый глинозем содержится в процентном отношении между 58 и 63% по массе, стекловолокно содержится в процентном отношении между 3,9 и 4,5% по массе, силиконовая смола содержится в процентном отношении между 0,14 и 0,18% по массе, полиакриловый электролит содержится в процентном отношении между 0,14 и 0,18% по массе, при этом остаток представляет собой воду, предназначенную как гидравлическое вяжущее, причем упомянутые процентные отношения рассчитаны на 100 частей по массе композиционного материала.

2. Смесь для получения композиционного материала по п.1, в которой высокоглиноземистый цемент содержится в процентном отношении между 24 и 26% по массе, пластинчатый глинозем содержится в процентном отношении между 60 и 62% по массе, стекловолокно содержится в процентном отношении между 4,1 и 4,4% по массе, силиконовая смола содержится в процентном отношении между 0,15 и 0,17% по массе, полиакриловый электролит содержится в процентном отношении между 0,15 и 0,17% по массе, при этом остаток представляет собой воду, предназначенную как гидравлическое вяжущее, упомянутые процентные отношения рассчитаны на 100 частей по массе композиционного материала.

3. Смесь для получения композиционного материала по п.1, в которой волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона имеют длину 5-10 мм.

4. Смесь для получения композиционного материала по п.3, в которой волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона имеют длину 6-9 мм.

5. Смесь для получения композиционного материала по п.1, в которой высокоглиноземистый цемент представляет собой цемент со свойствами высокоогнеупорного материала, то есть с термическим сопротивлением или огнеупорностью, превышающей 1700°C.

6. Смесь для получения композиционного материала по п.1, в которой пластинчатый глинозем или корунд представляет собой пластинчатый глинозем или корунд с разбросом зерен по размеру, не превышающим 0,4 мм.

7. Смесь для получения композиционного материала по п.6, в которой пластинчатый глинозем или корунд представляет собой пластинчатый глинозем или корунд с разбросом зерен по размеру, не превышающим 0,3 мм.

8. Смесь для получения композиционного материала по п.7, в которой пластинчатый глинозем или корунд представляет собой пластинчатый глинозем или корунд с разбросом зерен по размеру между 0,3 и 0,1 мм.

9. Упрочненный композиционный материал на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненный стекловолокном на основе оксида кремния и циркона, получаемый посредством процесса, содержащего следующие этапы:
a) смешивание в воде при постоянном перемешивании в присутствии силиконовой смолы и полиакрилового электролита, предварительно диспергированного, высокоглиноземистого цемента, содержащего не менее 70% Al₂O₃, и пластинчатого глинозема или корунда, с последующим добавлением, все еще при перемешивании, стекловолокна на основе оксида кремния и циркона с образованием жидкого цементного теста;
b) разливка жидкого цементного теста, полученного на этапе a) в формы или контейнеры при вибрации;
c) “схватывание” или затвердевание жидкого цементного теста, полученного на этапе b), после разливки, с последующим высвобождением от формы и старением посредством последовательных процессов: кондиционирования при контролируемой температуре и влажности, сушки на воздухе и кондиционирования в печи с принудительной конвекцией, причем на этапе а) смешивания в воде высокоглиноземистый цемент содержится в процентном отношении между 23 и 27% по массе, пластинчатый глинозем содержится в процентном отношении между 55 и 60% по массе, стекловолокно содержится в процентном отношении между 3,5 и 4,5% по массе, активная часть силиконовой смолы содержится в процентном отношении между 0,12 и 0,19% по массе, активная часть полиакрилового электролита содержится в процентном отношении между 0,11 и 0,18% по массе, при том, что остаток представляет собой воду, причем упомянутые процентные отношения рассчитаны на 100 частей по массе получаемого жидкого цементного теста.

10. Упрочненный композиционный материал по п.9, в котором на этапе a) смешивания в воде силиконовую смолу диспергируют в форме водной эмульсии между 50 и 70% по массе смолы, и/или полиакриловый электролит диспергируют в форме водного раствора между 25 и 45% по массе электролита, и/или высокоглиноземистый цемент содержит Al₂O₃ в процентном отношении не менее 72% и/или пластинчатый глинозем или корунд имеет чистоту по меньшей мере 98,0%, и/или упомянутый пластинчатый глинозем или корунд имеет разброс зерен по размеру, не превышающий 0,4 мм, и/или волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона имеют длину 5-10 мм.

11. Упрочненный композиционный материал по п.10, в котором на этапе a) смешивания в воде силиконовую смолу диспергируют в форме водной эмульсии 60% эмульсии по массе смолы, и/или полиакриловый электролит диспергируют в форме водного раствора 35% по массе электролита, и/или высокоглиноземистый цемент содержит Al₂O₃ в процентном отношении не менее 72% и/или пластинчатый глинозем или корунд имеет чистоту по меньшей мере 99,5%, и/или упомянутый пластинчатый глинозем или корунд имеет разброс зерен по размеру, не превышающий 0,3 мм, и/или волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона имеют длину 6-9 мм.

12. Способ приготовления упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, причем упомянутый способ содержит следующие этапы:
a) смешивание в воде при постоянном перемешивании в присутствии силиконовой смолы и полиакрилового электролита, предварительно диспергированного, высокоглиноземистого цемента, с содержанием Al₂O₃ не менее 70% и пластинчатого глинозема или корунда, с последующим добавлением, все еще при перемешивании, стекловолокна на основе оксида кремния и циркона с образованием жидкого цементного теста;
b) разливка жидкого цементного теста, полученного на этапе a), в формы или контейнеры при вибрации;
c) “схватывание” или затвердевание жидкого цементного теста, полученного на этапе b), после разливки, с последующим высвобождением от формы и старением, посредством последовательных процессов: кондиционирования при контролируемой температуре и влажности, сушки на воздухе и кондиционирования в печи с принудительной конвекцией, причем на этапе a) смешивания в воде высокоглиноземистый цемент содержится в процентном отношении между 23 и 27% по массе, пластинчатый глинозем содержится в процентном отношении между 55 и 60% по массе, стекловолокно содержится в процентном отношении между 3,5 и 4,5% по массе, активная часть силиконовой смолы содержится в процентном отношении между 0,12 и 0,19% по массе, активная часть полиакрилового электролита содержится в процентном отношении между 0,11 и 0,18% по массе, при том, что остаток представляет собой воду, причем упомянутые процентные отношения рассчитаны на 100 частей по массе получаемого жидкого цементного теста.

13. Способ по п.12, в котором форма или контейнер на этапе b) выполнен из силиконового материала, волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона, применяемого на этапе a), имеют длину 5-10 мм, и пластинчатый глинозем или корунд, применяемый на этапе a), имеет разброс зерен по размеру не более 0,4 мм.

14. Способ по п.13, в котором волокна стекловолокна на основе оксида кремния и циркона, применяемого на этапе a), имеют длину 6-9 мм, и пластинчатый глинозем или корунд, применяемый на этапе a), имеет разброс зерен по размеру не более 0,3 мм.

15. Готовое изделие, содержащее смесь для получения упрочненного композиционного материала на основе глиноземистого цемента и пластинчатого глинозема или корунда, упрочненного стекловолокном, по любому из пп.1-11.

16. Применение готового изделия, содержащего упрочненный композиционный материал, полученный способом по п.13, в качестве плит для дугогасящих камер, в частности плит для дугогасящих камер высоковольтных контакторов, изолирующих плит, устойчивых к дуговым разрядам, высоким температурам и токам большой силы, ребристых изоляторов, держателей сопротивлений, а также покрытий высокотемпературных печей и труб теплообменников.

17. Применение упрочненного композиционного материала по любому из пп.1-11 в качестве огнеупорного материала электростойкого и/или высокотемпературного типа и/или материала изолятора.