Теплоизоляционный материал Советский патент 1992 года по МПК C04B35/52 

Изобретение относится к материалам для высокотемпературной теплоизоляции, а именно к низкоплотным материалам на основе дискретных углеродных волокон, и может быть использовано в машиностроении, электротехнической и химической промышленности.

Известен низкоплотный углеродный теплоизоляционный материал, содержащий дискретные углеродные волокна длиной 250-750 мкм, кокс углеродсодержащего связующего и графитовые чешуйки, полученные путем размола природного графита, при соотношении от 1:0,5:1 до 1:0,7:0,5. Такой материал при плотности 0,18-0,20 г/см3 имеет коэффициент теплопроводности в вакууме 0,18-0,20 Вт/М°С при 1000°С и 0,6-0,8 Вт/М°С при 2200°С. Высокий коэффициент теплопроводности сдерживает широкое применение материала в качестве

СО

С

теплоизоляции в высокотемпературных установках.

Целью изобретения является уменьшение коэффициента теплопроводности материала. Для достижения указанной цели теплоизоляционный материал, включающий дискретные углеродные волокна, связанные коксом фенольной смолы, дополнительно содержит карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов длиной 30-100 мкм, а углеродные волокна длиной 150-800 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дискретные углеродные

волокна50-60

Карбонизованные

волокна на основе

хлопковых отходов15-25

Кокс фенольной смолы15-25

Отличительными особенностями предлагаемого технического решения является

v

8

ел

Јь

наличие в материале, включающем дискретные углеродные волокна, связанные коксом связующего, карбонизованных волокон на основе хлопковых отходов средней длины 30-100 мкм в количестве 15-35 мас.% при содержании углеродных волокон длиной 150-800 мкм в количестве 50-60 мас.%.

Цель изобретения достигается следующим образом.

Уменьшение коэффициента теплопроводности при низких температурах обеспечивается более низким коэффициентом теплопроводности карбонизованных волокон на основе хлопковых отходов, их преимущественной ориентацией в плоскости, перпендикулярной тепловому потоку, а также большему количеству контактных переходов вследствие их меньшей длины. Уменьшение коэффициента теплопроводности при высоких температурах достигается путем снижения доли теплопередачи излучением за счет наличия дополнительных тепловых микроэкранов, образуемых карбонизованными волокнами на основе хлопковых отходов.

Карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов, имея меньшую длину, располагаются в промежутках между более длинными углеродными волокнами, которые образуют основной силовой каркас материала. Это обеспечивает хорошие прочностные характеристики материала. Кроме того, использование карбонизованных волокон на основе хлопковых отходов позволяет уменьшить стоимость теплоизоляционного материала.

Технология получения теплоизоляционного материала заключается в следующем.

Готовят водную суспензию, включающую дискретные углеродные волокна на основе гидратцеллюлозы средней длиной 150-800 мкм, короткие карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов средней длиной 30-100 мкм и порошок феноль- ной смолы со средним размером частиц 5-10 мкм. Затем осуществляют гидровакуумное формование заготовки путем фильтрации приготовленной суспензии через фильтрующий элемент при разрежении 50- 300 мбар. Заготовку после окончания формования помещают в сушильную печь и сушат на воздухе при 70-130°С в течение 15-40 ч. Далее заготовку подвергают карбонизации в ретортной печи путем термообработки в инертной среде до 850°С со скоростью нагрева 1-5°С в час. После этого заготовку термообрабатывают при 1300- 2800°С в вакууме или инертной среде. Таким образом, были получены материалы с различными средней длиной волокон и соотношением компонентов. Состав и свойства полученных материалов представлены соответственно в табл.1 и 2.

Использование дискретных углеродных

волокон средней длиной 150-800 мкм объясняется следующим. При длине меньше 150 мкм не обеспечивается преимущественное расположение коротких карбонизованных волокон в промежутках между

0 углеродными, что приводит к увеличению коэффициента теплопроводности и снижению прочности. Использование же углеродных волокон средней длиной более 800 мкм усложняет процесс приготовления однород5 ной суспензии, что приводит к получению неоднородного по структуре и плотности материала, который характеризуется высоким коэффициентом теплопроводности при высоких температурах и низкой прочно0 стью.

Интервал средней длины карбонизованных волокон 30-100 мкм объясняется тем, что при этой длине обеспечивается их преимущественное расположение в проме5 жутках между длинными углеродными волокнами, что обеспечивает оптимальное сочетание прочностных и теплофизических характеристик. При использовании волокон средней длиной менее 30 мкм не обеспечи0 вается их преимущественная ориентация в плоскости плиты, что приводит к увеличению коэффициента теплопроводности в направлении теплового потока. Изобретение иллюстрируется примерами, приведенны5 ми в табл,1 и 2.

Анализ данных, приведенных в табл.1 и 2, показывает, что материалы, полученные в соответствии с изобретением, имеют коэффициент теплопроводности в 1,3-2 раза ни0 же по сравнению с известным материалом. По прочностным характеристикам предлагаемый материал не уступает известному теплоизоляционному материалу. Использование предложенного материала в злектро5 печах позволяет значительно сократить тепловые потери, или уменьшить толщину теплоизоляции.

Формула изобретения Теплоизоляционный материал, включа0 ющий дискретные углеродные волокна, связанные коксом фенольной смолы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения коэффициента теплопроводности материала, он дополнительно содержит карбонизо5 ванные волокна на основе хлопковых отходов длиной 30-100 мкм, а углеродные волокна длиной 150-800 мкм при следующем соотношении компонентов в материале, мас.%:

Указанные углеродные волокна 50-60

Карбонизованные волокна на основе хлопковых

отходов длиной 30-100 мкм 15-35 Кокс фенольной смолы15-25

Изобретение относится к материалам для высокотемпературной теплоизоляции, а именно к материалам низкой плотности на основе дискретных углеродных волокон, и может быть использовано в машиностроении, электротехнической и химической промышленности. Изобретение позволяет уменьшить коэффициент теплопроводности материала. Для этого используют теплоизоляционный материал, содержащий дискретные углеродные волокна длиной 150-800 мкм 50-60 мас.%, карбонизованные волокна на основе хлопковых отходов длиной 30- 100 мкм 15-35 мас.%, кокс фенольной смолы 15-25 мас.%. Теплоизоляционный материал имеет коэффициент теплопроводности 0,09-0,13 Вт/м.К при 1000°С и 0,44- 0,49 Вт/м.К при 2200°С. 2 табл.

Таблица 1