Способ получения углеродных теплоизоляционных изделий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсинхСоцивпистичесиихРеспублик и 861300(7 ) Заявите ЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ ЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 4) СПОСОБ П ТЕПЛОИЗО с добавкой углеродных ключающийся в мальдегиднуюатпти, причем в сосчльные пеки в комеси средне - и Изобретение относится к технологии получения углеродных материалов, в частности к способам получения углеродных теплоизоляционных изделий для высокотемпературных печейсопротивления,В промышленности и в научных исследовавиях для проведения лабораторных экспериментов н технологических процессов широко используются высокотемпературные печи сопротив.пения, Плохая теплоизоляция таких печей при 0водит к необоснованным высоким затратамэлектроэнергии, большим градиентам темпера.туры по объему печи и но ее отдельным эле. ментам, что вызывает снижение качества выпускаемой продукции нли проводимыхэксперимен.тйтов, и снижению стойкости нагревателей из-забольшой плотности тока,Известен способ получениятеплоизоляционных изделий, затом, что вспененную фенолфорсмолу подвергают карбонизтав смоли вводят каменноуголичестве 40 - 50 вес.% в виде с высокотемпературных пеков нитрильного каучука 11.Недостатками этого способа являются низкая прочность получаемых теплоизоляционных изде. лий, сложность и трудоемкость процесса полу. чения, высокая стоимость исходного сырья, а также его трудттодоступность,Наиболее близким к предлагаемому являет- . ся способ получения углеродистых теплоизоляционных изделий, заключающийся в том, что заготовки на основе картона, бумаги, древесно - стружечные нли древесно - волокнистые плиты подвергают сушке при 150 - 250 С пропитывают синтетической смолой, а затем карбонизуют прн температуре не менее 800 С без приложения давления (2. Недостатками способа являвтся сравнительновысокая теплопровадность полученных изделий,связанная с повьппением их плотности (0,620,81 г/см ) в результате пропитки смолой,недостаточно высокие прочность на изгиб(680 - 7 10 кгс/сма для древесно - волокнистыхплит) и выход годных изделий 81-85%,861300 Цель изобретения - снижение теплопровод-ноСти и повышение выхода годных изделий,Это достигается тем, что в способе, вклю.чающем карбонизацию заготовок из картона, бу.маги, древесно-волокнистых или древесностружечных заготовок при аемпературе выше800 С с последующим охлаждением, предварительно заготовки увлажняют до содержаниявлаги 4 - 15 вес,%, карбонизацию и охлаждениеведут под давлением 400 в 20 Па,10Исследования показали, что увлажнение досодержания влаги 4 - 15 вес.% облегчает образование и развитие пористой структуры (что вконечном итоге приводит к снижению теплопроводности материала изделий) за счет связывания 15продуктами диссоциации воды при повышенныхтемпературах периферийных атомов и радикалов, что облегчает их выход в качестве летучих. При содержании влаги ниже 4 вес.% пропитка водой не сказывается на свойствах готовогопродукта, а при содержании влажности более15% при длительном приложении нагрузки400 Па и выше до загрузки в печь вода начи.пает выжиматься иэ пор и полостей в исходном 25сырье, и добиться содержания воды, превышающего 12 - 15% (для различного исходного сырья)не удается,Установлено, что приложение нагрузки ме- ЗОнее 400 Па не влияет на процесс карбонизациии охлаждения полученных изделий, а при нагрузках более 2000 Па происходит нежелательное спрессовывание, которое сильно повышаеттеплопроводность. Приложение нагрузки 400 -2000 Па до начала нагрева дает возможностьдобиться хорошего контакта древесно - стружечных (древесно - волокнистых) плит, картона илибумаги с поверхностью, к которой прикладываютдавление, что исключает возможность прохож.дения выделяющихся в процессе карбонизациилетучих по кратчайшему пути и поверхностииэделий с последующим просачиванием черезщели между давящей поверхностью и поверхностью изделий, и заставляет их проходить, более45длинный путь до торца изделия, и, тем самым,увеличивать пористость отдельных элементовструктуры (стружки, волокон и т, д.) и всегополучаемого изделия в целом,Приложение нагрузки при нагреве позволяетдобиться более высокой степени карбонизациипри той же температуре, что дает воэможностьизбежать повышенного выделения летучих иэполученного изделия, при работе в качестветеплоиэоляциониого элемента в печах сопротивления (в особенности в вакуумных), а такжеуменьшить возможное изменение формы такихэлементов по достижении температур, близкихк температуре карбоиизации. 4Приложение нагрузки в вышеуказанном диа. пазоне на этапе охлаждения позволяет избежать коробления полученных иэделий при остывании.На чертеже показана схема загрузки заготовок в обжиговой печи,Для карбонизации используют обжиговую печь с камерой 1, окруженную огневыми каналами 2 и закрываемую крышкой 3, Исходные сырьевые листовые изделия 4 размещены между плитами 5 из жаростойкого материала (например графита), осуществляющими давление на заготовки, и установлены в камере 1. П р и м е р 1. В качестве сырья для получения углеродного тенлоизоляционного материала используют древесно в волокнист пли. ты (ОРГАЛИТ) (бинг. 16 кг/см; д, = 0,96 г/см; А =0,07 ккал/м чС;- . 57,9%) ,толщиной 5 мм, которые увлажняют (пропиткой в воде) до содержания влаги 4 - 5 вес.% и помещают между двумя плитами из графита марки ГМЗ толщиной 20 мм. Размеры древес. но - волокнистых плит 300 х 300 мм, графитовых - 310 х 310 мм . Нагрузка на древесно - волокнистые плиты составляет 400 Па. Нагрев осуществляют в камере обжиговой печи со скоростью 10 С/ч до 1300 С, Разрежение в ка. мере 0,04 - 0,06 кг/см, После 10 ч выдержки при 1300 С проводят охлаждение со скоростью 100 С/ч под нагрузкой 400 Па, В результате получают углеродный теплоизоляционный материал с теплопроводностью= 2,5 - 2,6 ккддм,ч. Ч;" и пределом прочности на изгиб О = 750 -805 кгс/см . Плотность полученного материала(б,) составляет 0,82 - 0,86 г/см, что соответ.ствует пористости=61,4 - 63,%. Выход одного 98%,П р и м е р 2, В качестве сырья для получения углеродного теплоизоляционного мате. риала используют древесно - стружечные плиты ( Х= 0,05 ккал/м чС; бинг = 50 кгс/см; с 1, = 0,35 г/см при Е = 57,8%) толщиной 15 мми размерами 300 х 300 мм, которые помещают между семью грунтовыми плитами таких же, как в первом примере, размеров, После увлажнения содержание воды б - 8 вес.%. Нагрев осуществля.ют в тех ге условиях, что и в первом примере, Нагрузки на верхнюю древесно - стружечную плиту и иа последующие составляют соответственно 400, 800, 1000, 1400, 1600, 2000 Па.Полученный углеродный теплоизоляциоиный материал имеет теплопроводность Л= 1;2 -кко14 м. Он предел прочности при изгибе бг = 30 - 36 кгс/см Плотность полученного материала д 0,48-0,52 г/см, что соответствует пористости Я77,2 - 78,4%. Выход годного 96%,5 Яб 1300П р и м е р 3. Древесно-стружечные пли.ты с такими же свойствами, как в примере 2, толщиной 12 мм и размерами 300 х 300 мм2 помещают между пятью такими же графитовыми плитами, как в примере 1, После увлажнения 5 содержание воды составляет 12 - 15 вес,%, Нагрузки на верхнюю древесно - стружечную плиту и на последующие составляют соответственно 400, 800, 1000, 1400 Па. Нагрев осуществляют в камере обжиговой печи со скоростью 12 С/ч до 1250 С, Разрежение в камере 0,04 - 0,06 кгс/см, После б ч выдержки при 1250 С проводят охлаждение со скоростью 100 С/ч, Получен углеродный теплоизоляционный материал с теплопроводностью - 1,0 - 15 1,1 - ", пределом прочности при изгибе 6 иьг = 17;0 - 19,5 кгс/см . Плотность получен 2ного материала 0,42 - 0,45 г/смэ, что соответствует пористости 79,8 - 81,1%, Выход годного95,4%, га,б2,6 "й" вместо 2,9 - 31, " ) и более высоким выходом годного (98% вместо 85%).Изделия, полученные иэ древесно-стружеч. ных плит предлагаемым способом по сравнению с прототипом обладают значительно болеек ксйл низкой теллолролодностью 11,2 - 1,4 -. вместо 2,7-2,8 " ), при снижении проч. ности на изгиб (30 - 36 кгс/смф вместо, 110 - 130 кгс/ем), и повышенным выходом годного (96% вместо 81%). Сравнение с прототипом для случая древесно - стружечных плит и изделий по примеру 3 показывает, что при более низкой прочности на изгиб (17,0 - 19,5 кгс/см вместо 110 - 130 кгс/см ) они обладают еще более низкой по сравнению с примером 2 теплопроводностыо (1,0 - 1,1 ф вместо 2,7 - 2,8 с, ) и достаточно высоким выходом годного (95,4% .вместо 81%)..акое 250508 м.ч 3, е, = 65,9%, (Киг определениюдля оберточной бумаги не подлежит) нарезают на заготовки размерами 300 х 300 мм, и увлажняют до соДержания влаги 9 - 10,5%, Размеры графитовых плит 310 х 310 мм, Нагрузка на бу 30мажные заготовки 1000 - 1500 Па, Нагрев осу.шествляют при тех же скоростях и выдержках, что и в первых примерах.Полученный метериел имеет аледующнеколанойстне: Х = 1,б - 1,8 ми.о, бича= 25 кгс/см, д = 0,53 - 0,56 г/см, Я = 755578,0%, Выход годного 92%.П р и м е р 5, Иэ картона (пресс - анан)зтолщиной 2 мм (д = 1,1 г/см, Л=0,096 йчо т Е = 51,8%, бмьг = 25 кгс/см )2нарезают заготовки размерами 300 х 300 мм, ииспользуют те же графитовые плиты, что и впримере 5, а также те же режимы термообработки. Нагрузка составляет 500 - 800. Па. 45Полученный материал имеет следующие свойства:й м 1,1-1,2оепбцьЕ 50-58 кгс/см,еок= 0,59 - 0,61 г/см, б = 73,3 - 74,1%. Выход годного 94,2%.50Как следует из приведенных примеров, гйриодинаковом сырье (например древесно-врлокй.нистых плитах) иэделия, изготовленные предлагаемым способом, обло,ают по сравйвиию55с прототипом более высокой прочностью иа иэ.гиб (750 - 805 кгс/ему вместо 680-710 кгс/см)более низкой теплопроводностью (2,5 - рПрименение изобретения позволяет:снизить теплопроводность получаемых углеродных теплоизоляционных изделий на 12% за счет исключения полного спрессовывания материала, за счет более интенсивного развития пористой структуры при проходе летучих во время карбонизации (оба этих фактора связаны с относительно малой величиной приложенной нагрузки, а также с повышением выделения летучих за счет полного удаления периферийных групп атомов, которое стимулируется присутствием воды );повысить прочность материала готовых изделий на 7 - 10% за счет более сильного спекания под нагрузкой при карбонизации и эа счет усиления действия этого механизма в присутствии воды;повысить выход готовой продукции на 15% за счет исключении разрушения сырья при нагружении, (плиты с нарушением формы изгибами, скрученные, и т. д, легче выправляются во влажном состоянии) при наличии увлажнения, а также эа счет исключения коробления при остыванин. о Р мул а:изобретения;Способ получения углеродных теплоизоляционных изделий, включающий карбонизацию заготовок из картона, бумаги, древесно - волокнистых или древесно - стружечных при темпера. туре выше 800 С с последующим охлаждением, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения теплопроводности, повышения выхода годных изделий, предварительно заготовки увлажняют до содержания влаги 4 - 15 вес.%,/2 Тираж 505ВИИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открьпий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 ива ППП "Патент", г. Ужгород 4 7.карбаиизацню и охлаждение ведут под давле.нием 400-2000 Па.Истощщки инФоРмации,принятые во внимание при экспертизеф 861300 81. Авторское свидетельство СССР Яф ЗЮ 778,кл. С 08 д 3/ОО, 1968.42. Патент Великобритании Нф 1346735,кл, С 1 А (С 01 В 31/ОО), 1974 (прототип).