Способ получения материала на основе наполнителя и жидкого фосфатного связующего

(54) СПО ОСНОВ ФОСФА (57) Изо изеодст ской ке древеси ных пли товлени прессов несвяза ред прес СОБ ПОЛУЧЕНИЯ Е НАПОЛНИТЕЛ ТНОГО СВЯЗУЮ бретение относитс ва керамики, в част рамике, к произво ны, например др т, Позволяет сокра я материала и сниз ения смеси путем нной воды связую сованием смеси. 1 МАТЕРИАЛА НА Я И ЖИДКОГО ЩЕГОя к области проности к техничедству иэделий из евеснс-стружечтить время иэгоить температуру удаления части щего (1-997 ь) пез.п, ф-лы 2 табл, ОсудА 1 с 1 Ве нвИ кОмитетГО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТГРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство СССРч. 510547, кл. С 04 В 39/08, 1974. Изобретение относится к области производства керамики, е частности к техническои керамике, к пооиэводству иэделий из древесины, например древесно-стружечных плит.Целью изобретения является сокращение времени изготовления материала и снижение температуры прессования смеси.Способ осуществляется следующим образом.В способе получения материала на основе наполнителя и жидкого фосфатного связующего, включающем смешение наполнителя со связующим и прессование, перед прессованием иэ смеси удаляют 1-997 ь несвязанной воды связующего. Известно, что жидкое фосфатное связующее представляет собой раствор фосфатной соли е воде. Количество воды в связующем может достигать 50% от его общего веса, причем эта вода частично входит в состав самой соли и представляет собой связанную воду и час.ично входит в состав растворителя и представляет собой несвязанную воду. Присутствие в составе жидкого фосфатного связующего несвязанной воды играет важную роль при смешивании связующего и наполнителя. Вязкость связующего благодаря несвязанной воде низка, поэтому связующее легко распределить в наполнителе, создать однородную по консистенции смесь Несвязанная вода значительно упрощает и ускоряет процесс смешивания е смесительных агрегатах при массовой подготовке смесей, После помещения подготовленной смеси под пресс масса легко уплотняется под действием приложенного давления,Однако после уплотнения присутствие несвязанной воды удлиняет время горячего прессования, ухудшает прочностные характеристики отпрессованного материала; требуется достижение высоких температур для проведения процесса прессования. При горячем прессовании нагрееание прессуемой массы позволяет провесги химические реакции на границе раздела наполнитель - связующее и удалить несвязанную воду иэ прессуемой массы, Химические реакции протекают практически сразу вслед за достижением требуемого уровня температур и составляют приблизительно 60-130 С, е длЯтого, чтобы удалить несвязанную воду, необходимо досгинуть такои емпературы, когда несвязанная вода начнет интенсивно исггарягься Эта температура значительно превышает температуру кипения воды обычно составляет 170-270 С и значительно выше тех температур, когда идут химические реакции на границе раздела наполни- тель-связующее,Таким образом, работа пресса горячего прессования сводится к выполнению трех задач: уплотнение прессуемой смеси, получение прочного материала за счет прохождения химических реакций на границе раздела наполнитель-связующее и прогрев прессуемого матерала для удаления из него несвязанной воды Из этих трех задач удаление несвязанной воды является наиболее энергоемкой и длительной по времени задачейПродукты химического вэаимодеисгвия представляют собой новообразования, монолитизирующие прессуемую массу, равномерно распределяющиеся по мере прохождения реакции. Новообразования резко сокращают пористость в прессуемой материале, существенно уменьшают долю открытои порисгости Несвязанная вода равномерно распределена в начальныи момент прессования, а по мере прогревания происходит ее удаление из прессуемого материала Удаление воды протекает последо вательно сначала через торцы прессуемого материала, которые контактируют с окружающей атмосферой и образуют боковую поверхность прессовки, затем по мере прогревания начинает удаляться несвязанная вода из внутренних областей прессования, В условиях, когда материал,из которого удаляют несвязанную воду обжат, выход паров воды из внутренних областей материала оказывается затруднительным и возможен только через боковую поверхность последовательным перемещением воды обычно в виде пара из средней части прессовки к ее периферии Эти перемещения происходят внутри тонкого слоя, равного по высоте толщине боковой поверхности. Толщина боковой поверхности обычно на одиндва порядка меньше других линейных размеров прессовки и уже одно это обуславливает значительное количество времени, затрачиваемое на удаление несвязаннои воды, Удаление несвязанной воды дополнительно затрудняется величиной давления приложенного к прессуемои массе, и количеством новообразований, которые. упрочнив материал, значительно уменьшили долю открытои пористости и тем самым ограничили количество путей для удаления паров несвязанной воды. 1 аким образом, создав огносительноплотную и прочную макроструктуру прессовки, приходится начать разрушение этоймакроструктуры для удаления несвязанной5 воды Не удалять несвязанную воду нельзя,так как у материала резко ухудшается водостойкость, материал оказывается непригоден к эксплуатацииСуществуют три фактора, препятствую 10 щие удалению несвязаной воды: незначительная площадь боковой поверхности,через которую удаляется вода и котораязначительно меньше площади поверхностивсей прессовки, величина приложенного15 давления и количество новообразований,уменьшивших долю открытой пористости исоответственно увеличивающих долю закрытой пористости Эти факторы и вынуждают повышать температуру прессования20 до 170-270"С, причем температуру следуетподнимать тем выше, чем более качественной макроструктуры удастся достигнугь доудаления водьь Каждая закрытая пора, содержащая пары несвязанной воды при тем 25 пературе 170-270 С, оказываетсяминиатюрным паровым котлом, в которомпары водь создаюг давление порядка 5-10атм Как только энергия пара оказываетсядостаточнои, чтобы вырваться из такой по 30 ры происходит разрушение стенок порыобычно в местах, составленных новообразованиями, Одновременно увеличиваютсяразмеры пор пористой структуры. Вместосозданной на первом этапе замкнутой пори 35 стости начинает резко возрастать доля от.крытои пористости в материале,уменьшается доля новообразований, давших вклад в прочностные характеристикиматериала Голи же уменьшить температуру40 удаления несвязаннои воды процедурапрессования значительно удлиняется, получение материала оказывается экономически невыгодным.При прессовании в закрытой пресс-фор 45 ме удаление несвязанной воды из смеси непроисходит. Поэтому приходится дополнигельно досушивать отпрессованный материал до постоянного веса в сушильном шкафу втечение 5-50 ч при 100-200 С, Удаление не 50 связэннои воды вызывает появление пористой структуры, ранее заполнявшейся этойводойУказанных недостатков можно избежать, частично удаляя несвязанную воду из55 смеси перед прессованием например высушиванием,Прессование таой смеси происходитследующим образомПри прогревании смеси под давлениемнепосредственно между плитами прессаили в замкнутой пресс-форме начинает возрастать подвижность связанной гидратной воды, Молекулы гидратной воды обеспечивают прохождение гидролиза фосфатной соли, образование ортофосфорной кислоты, Прослойки кислоты, возникшие в обьеме смеси при нагревании под давлением вместе с сохранившейся частью несвязаной воды, обеспечивают ее уплотнение, компенсируя в этой роли удаленную часть несвязанной воды, Толщина прослоек связующего уменьшается. Благодаря этому то же самое количество новообразований, возникших в результате прохождения химических реакций, оказывается распределенным в меньшем объеме, т.е, плотность новобразований возрастает. Это ведет к повышению прочности прессуемого материала, увеличению доли замкнутой пористости, 1 оличество несвязанной воды, подлежащей удалению из прессуемого материала, уменьшается, следовательно, уменьшается температура, при которой следует прессовать смесь, помещенную между платами пресса, и время, в течение которого пресс горячего прессования должен прогревать прессовку, Меньшим количеством воды в меньшей степени на рушается макроструктура отпрессованного материала сокращается вклад ее в образование открытой пористости прессовки при горячем и рессовании.Прессование в замкнутой пресс-форме отличается от условий прессования между плитами пресса горячего прессования. Давления которые прикладываются к прессуемой смеси в замкнутой пресс-Форме, обычно исчисляются десятками мегапэскаль, проводятся на прессах с плитами беэ обогрева. Такие плиты выполняются из цельной массивной металлической отливки, легко беэ последствий для работоспособности передают значительные давления через пуансоны замкнутой пресс-формы на прессуемую смесь,В случае пресса горячего прессования развить значительные давления невозможно, так как поверхности плит. обжимающих прессуемую смесь, выполняются из относительно тонкого листового материала. под которым смонтированы нагревающие элементы плиты. При значительных давлениях эти листы легко деформируются и пресс выходит из строя,Прессование в замкнутои пресс-форме возможно в двух вариантах: с подогревом и без подогрева. В случае прессования с подогревом смесь с частично удаленной несвязанной водой ведет себя так же, как и под прессом горячего прессования уже при относительно небольших давлениях. Такжеобразуются прослойки ортофосфорной кислоты и происходит уплотнение материала.Но поскольку пресс форма замкнута, окон 5 чательное удаление несвязанной воды иэнее невозможно, поэтому следует досушивать отпрессованный материал. Благодарятому, что несвязанная вода была предварительно частично удалена из смеси, время10 досушивания невелико и составляет 0,1-2мин на 1 мм высоты в зависимости от количества предварительно удаленной несвязанной воды,В случае прессования без подогрева,15 благодаря значительным давлениям, передаваемым на прессуемук смесь с предварительно удаленной несвязанной водой дажев количестве 99 по сравнению с исходнымее количеством, оставшегося в смеси одного20 процента несвязанной воды оказываетсядостаточно для качественного уплотнениясмеси, Тонкие прослойки несвязанной воды, оставшейся в смеси, позволяют зернамнаполнителя, контактирующим между со 25 бой, легко перемещаться относительно другдруга под действием приложенного давления Приложенным давлением выдавливаютнесвязанную воду иэ связующего и тем самым обеспечивается механизм уплотнения30 смеси. Досушивание отпрессг чаного таким образом материала составляет 3-10мин. При давлениях, исчисляемых единицами или долями мегапаскаль, этот механизмуплотнения оказывается неработоспособ 35 ным, уплотнить смесь с предварительноудаленной несвязанной водой до ее остаточного количества в смеси, равного одномупроценту, при температуре не ниже комнатнои не удается40 Таким образом, удаление несвязаннойводы уменьшает температуру прессования,сокращает время изготовления материалаиэ смеси наполнитель-жидкое фосфатноесвязующее,45 При удалении несвязанной воды из смеси в количестве меньше одного процентавремя прессования материала уменьшаетсянесущественно, температуру прессованияприходится поддерживать на высоком уров 50 неПри удалении несвязанной воды в количестве большем 99/ ее содержания в смесиобразуется комковатая масса, работа с которой оказывается ээтруднительной.55 Для получения материала по предлагаемому способу были выбраны медьхромофосфатная связка (МХФС), алюмохромофосфатнаясвязка (АХФС), хромфосфатная связка166816)1 Таронна) н ип пнс типппч 1 е Р)1 нр липни ч, ннн Кол-но у)ппепн и неонелнно 1 Т о и ,нег.т1 Р лн Ь 5 ОкгОл кричи 02ОкО) чр п ПО 120 Кпо ин 15Горл нгнн;т 20 Степинаог )О 21 Кпо ннСтеглокт г ),1 У ЧХ .; ИО 11 ХФС Лргрегпнст ртчк 40 12 200 10 с Оитх 1 КполнГерою н гСтекл,копет 11 4 ФС 110 1 2 ЛХФС Орепегные гтр;.кн 14 11 ИХ)С Орггегг т )о гиС, г Х тСтеклотгп. 520)О 40 Бнт тчКа,.ннСери т)п)те к поког т 14 ХФС ЬО 170 УО Лрдпегнне 40стртчк нСтекпокон г т) 15 АФС 40 КаплиСг 1.нколсп ) ) 1 Ь ЛХФСотип шамот, мертель, оксид хрома, битум, древесные стружки, стеклохолст, медь, Смесь из наполнителя и связки тщательно перемешивали и высушивали в сушильном шкафу до удаления частиц несвязанной воды. При получении материала в виде стеклопластика на стеклохолст наносили предварительно подготовленную смесь из жидкого фосфатного связующего и порошкообразного наполнителя. Стеклохолст размером 300 х 300 мм с нанесенной нэ него шпателем массой помещали в сушильный шкаф. После высушивания стойку из трех стеклохолстов прессовали между плитами пресса горячего прессования. Высушивэние образцов, отпрессованных в закрытой пресс-форме, проводили в сушильном шкафу,Данные по примерам конкретного выполнения способа приведены в табл 1 и 2.Применение предлагаемого способа получения материала позволит централизовать производство смесей наполнительжидкое фосфатное связующее с частично удаленной из смеси несязанной воды в пунктах промышленного производства жидких фосфатов, Это позволит также избежать перевозки транспортом несвязанной воды, которая удаляется у потребителя связки,одновременно сократится употребление дефицитной тары для перевозки. Увеличится время безремонтной эксплуатации оборудования благодаря снижению температуры 5 прессования, возрастет в 3-6 раз производительность работы на прессе из-зэ сокращения времени производства материалов, улучшатся условия труда в связи с уменьшением загрязненности фосфатами воздуха 10 производственных помещений. При получении материалов в замкнутой пресс-форме ускоряется их сушка, соответственно возрастает количество высушенных прессовок в сушильном шкафу в единицу времени.15Формула изобретения 1 Способ получения материала нэ основе наполнителя и жидкого фосфатного связующего, включающий смешение 20 наполнителя со связующим и прессование,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени изготовления материала и снижения температуры прессования смеси перед прессованием из смеси удаля ют част ь несвязанной воды связующего.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что удаляют 1-990) несвязанной воды связующего1668161 Таблиц2 Толюина отвлу плирессованнеами пресса Времявысушив остен Вре ессование в вакрытойе со-Форме Высота толеи а) об став суви Т, ВС Времяпрессопостоя ного в са, ми ате ние )Па навив,высоты, иии/кея 42 В 7090100 0,5 0,5 О,О,4 г 50 45 во 10 90 53 4 В 51 14 11 17 Прототип цы высувивались при температуре 12 Сна обраецов, солерващих стеклохолст (3 мм), павволи и. - об 99- торнн намерить тольк Составитель И.Кроткова дактор А,Шандор Техред М.Моргентал Корректор С.ШевкунПодписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СС