DE1671186A1 - Verfahren zur Herstellung von Waermeisolierstoffen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von WaermeisolierstoffenInfo
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Description
Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen Postscheckkonten:
Köln 106931, Essen 20362 Bankkonten: Deutsche Bank AG.,
Postfach 325
67 089 Kü/ls 27. September 1967
United Kingdom Atomic Energy Authority, Patents Branch,
11 - 12, Charles II Street, London, S W 1, England
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen
Patentanmeldung Nr. 43668/66 vom 29. September i%6 beansprucht.
Verfahren zur Herstellung von /ärmeisolierstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf ^ärmeisoiierstoffe, die
eine geringe './armeleitfähigkeit im Vergleich zu derjenigen
der freien ruhigen Luft aufweisen, und betrifft in erster Linie, wenn auch nicht ausschließlich, ein Hochtemx>eratur-Wärmeisoliermaterial,
wobei sich die Erfindung ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials bezieht.
ORIGINAL
109836/0277
Es sind "bereits Vorschläge zur Herstellung von Wärmeisolierstoffen
gemacht worden, die auf Aerogel-^eilchen /aerogel ■oartides/ und einem Fasernetz, gegebenenfalls zusammen mit
einem L'rübungsmittel, basieren, wo Lei die fasern und/oder
Aerogel-'L'eilchen einen keramischen Anteil haben, derart,
daß bei Anwendung von Wärme bei einem gegossenen bzw. preßverformten Gemisch der Bestandteile eine keramische physikalische
Bindung erzielt wird. Ein solches Material hat den Nachteil, daß eine derartige physikalische keramische Bindung die Peststoff-Leitfähigkeit
/solid conduction/ durch das Material hindurch erleichtern muß, wodurch sich ein Material ergibt,
welches eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit in Vergleich zu derjenigen, die mit einem erfindungsgemäß hergestellten
Material erzielbar ist. Darüber hinaus erfordert die Herstellung solcher Stoffe den zusätzlichen Verfahrensschritt der Erwärmung,
um die keramische Ündung zu erzielen.
Ss ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte .Form eines
solchen Haterials zu schaffen, ·» elches in der herstellung weniger
kostS"oieli;T ist als ver^leior-oare öJoffe, die bisher erzeugt
wurden, sowie ein ve -.-oessertes Herstellungsverfahren zu sc.aaffen.
Ί-emäß einem :ferkmal der Erfindung wird ein V/ärmeisolierstoff
geschaffen, der Aerogel-i'eilchen und ein Fasernetz enthält,
109836/0277
BAD ORIGINAL
wobei die . teilchen lurch das ^pnze I Material hindurch innig bzw.
fein verteilt sind und durch Angreifen von benachbarten Teilchen und/oder durch direkte physikalische "B iräliruu«=-; mit dem tragenden
Pasernetzwerk gehalten und angeordnet bzw. orientiert sind.
Vorzugsweise sind die Aerogel-teilchen ein Siliciumoxyd-
bzw. Kieselerde-Aeroirel, und die !??.ser ist eine keramische
VerstMrkungsfaser.
Einern weiteren ''erlanal der Brfindun? zufolge wird ein '/erfahren
zur Herstellung eines '.V'ärineisoliermaterials geschaffen,
welches ein inni-ies Gemisch aus Aerosel-Teilchen und tragenden
fasern aufweist, wobei das Verfahren darin oesteht, daß das
Aeroscel-J'aterial und das fasrive Material in einen geschlossenen
Behälter eingebracht und die auf diese './eise eingeschlossenen
Materialien einer Verwirbelung unterworfen v/erden.
Im oesonderen wird durch die Erfindung ein Verfahren zur
"erstellung eines mikroporösen Wärineisoliermaterials geschaffen,
wo .-ei das Verfahren darin besteht, dai?. ein Aerosel-'.v-terial und
ein fasrices "atari?l in einen zylindrischen behälter einrebrac'it
werden, dali der -eaP.lter dich^ an einem odenelenient befestigt
wird, welches einen drehbaren Flügel tr;--?:t oder dem
ein solcher zugeordnet ist, dai dieser TTlizel in Drehun- versetzt
wird, um eine /ir^elun-T im nehüluer zu erzeugen, wodurch eine
inni-re bzw. feine Verteilung, Partikularisation und Bindung
des ?/ratyrials erzielt wird, und daiS danach dieses Material
109836/0 277
in einer Matrize oder einem ähnlichen Bauteil behandelt wird, um es in seine Abmessungen, zu Dringen und zu formen. '
Vorzugsweise enthält das Wärmeisoliermaterial ein Trübungsmittel — die besondere Art des Trübungsraittels hangt ab von
dem Zweck, für welchen das Material bestimmt ist —., und bei
Ausführung des Verfahrens zur Herstellung des Materials wird das
'Trübungsmittel mit dem Aerogel- und Fasermaterial Vor dem Vermischen zugegeben. .
Durch Erzielung eines innigen Gemisches und Verteilens dadurch, daß die Stoffe einer Verwirbelung unterworfen werden, wird.
nicht nur der Feststoff-Leitfaktor des Materials, · sondern auch,
der Gas-Leitfaktor auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Der-übrige Faktor, der die endgültige Wärmeleitfähigkeit
eines solchen Materials beeinträchtigt, nümlich die Strahlungsubertra^una;,
kann durch Verwendung eines entsprechenden Trübungsmittels auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, welches grund-
* sätzlich eines von drei unterschiedlichen-Typen oder eine
Kombination solcher Typen sein kann. Diese Grundtypen sind
a) der reflektierende Typ, wie beispielsweise metallische
Pulver, - -. ^4- . -
. b) der streuende Typ, wie beist>ielsweise Zirkonium,
c) der absorbierende typ, wie beispielsweise Ruß.
10 9836/0277
Die Auswahl des Faserstoffes hängt wiederum ab .von dem
besonderen Zweck, dem das Material dienen soll, jedoch muß e-ine solche Faser flexibel sein, um ein starkes bindendes
Netzwerk zu bilden, und muß auch die Klebeigenschaft /property
of stiction/ besitzen, so daß die Aerogel-teilchen an der Faser
haften, wenn sie während des Vermischens mit dieser in Berührung
gebracht werden, wobei sich dadurch ein stabiles, innig dispersiertes
Material ergibt. Eine geeignete Faser würde
Aluminiumsilikat sein oder — wenn das Material in einer inerten
Atmosphäre oder bei niedrigen Temperaturen in Luft zu verwenden (f
ist — aus Kohlenstoff bestehen.
Als Folge der Auflockerung des Gemisches während des Mischvorganges
wird das Volumen der anteiligen Stoffe erheblich vergrößert,
und es ist daher während des nachfolgenden Arbeitsganges der Form- und Maögebung notwendig, daß die überschüssige Luft
aus dem Material beseitigt wird, und zu diesem Zweck kann die Maß- und Formgebung in einem Matrizenhohlraum erfolgen, dessen
Wandung, oder von dem eine Wand, perforiert ist, um das Ent- λ
weichen der Luft zu ermöglichen, wenn das Material in der Matrize
druckbeaufschlagt wird.
Vorzugsweise ist der Grad bzw, das Ausmaß der Druckbeaufschlagung
so, daß nur die überschüssige Luft entfernt und
ein isolierender Block der gewünschten Dichte erzeugt wird, und
zwar im Bereich von 12 bis 24 Pfund/Fuß5 (etwa 0,2 - 0,4g/om5),
109836/0277
als e.aß irgendeine physikalische Zusammendrückung der Mikrostruktur
des Materials erzielt wird, da jegliches Zusammendrücken
einer solchen Struktur die Wärmeleitfähigkeit des Materials erhöhen muß, und zwar insofern, als es die mikroporöse Struktur
zu zerstören sucht, und -auch den Feststoff-Leitfaktor durch Vergrößerung der Gesamt-Berührungsflache zwischen den anteiligen
Teilchen der Isolation erhöhen muß.
Ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen
eines brauchbaren Materialblocks wird nunmehr im einzelnen beschrieben.
Eine Zusammensetzung wird durch grobes Vermischen von
70 Gew.jS eines Kieselerde-Aerogels, 20 Gew.^b kanalgradigen Rußes
/channel grade carbon black/ und 10 Gew.^ Aluminiumsilikatfaser
vorbereitet. Ein passendes Aerogel ist "Santocel A", welches von Montsanto hergestellt wird, und eine geeignete Faser ist
"Triton"-Fäser die von der Firma Morganite Ceramic Fibres Co. ™ Ltd., London, hergestellt wird*.
Eine Hasse im Gewicht von 2 Pfund (0,9 kg) der obigen Zusammensetzung wird dann einer schnellen Verwirbelung dadurch
unterworfen, daß sie in einen vertikal angeordneten zylindrischen Behälter mit einer Höhe von etwa 12" (etwa 30 cm) und einem
Durchmesser von 11" (etwa 28 cm) durch die Witte des Bodens
109836/0277
SAD
eingebracht wird, aus dem die Welle eines 1 PS-Elektromotors
vorragt. Am Ende der Welle ist etwa 2" (etwa 5 cm) oberhalb
des Bodens des Behälters ein zweischaufliger Stromlinien-Impeller
mit einem Durchmesser von 8" (etwa 20 cm) angebracht, den der Motor mit 5000 U/min antreibt., ' ff
Der Behälter wird nach der Beschickung geschlossen und
der Motor eine Minute lang eingeschaltet. Die Steigung des Impellers ist derart, daß er eine rapide Verwirbelung der Zusammensetzung
erzeugt,-die nahe der Wandung des Behälters nach oben und in der Mitte desselben nach hinten verläuft.
Sobald der Impeller anhält, wird die Charge entnommen,
und man stellt fest, daß sie aus einer lose gebundenen Masse von Aerogel- und i'rüüungsmittel-I'eilchen in einem Fasernetz
besteht, wobei die leuchen durch das ganze Material hindurch
innig dispersiert sind und durch Angreifen benachbarter leuchen
und/oder durch direkten physikalischen Kontakt niit dem tragenden
Faeernetz gehalten und orientiert sind. Die gebundene Hasee
wird dann In einer Gieß- bzw. Preßmatrize bei einem Druck von
200 psi (H kg/cm ) verpreßt, vas einen- brauchbaren Block einer
Wärmeisolation mit einer Dichte von 15 Pfund/Fuß (0,24 fe/cm )
und eine Wärmeleitfähigkeit von 2,2 χ 10 - .4 Watt/cm^ QC/ciu bei
einer mittleren !emperatur von 2QO0G ergibt.
1098367Ö277
Die Erfindung betrifftauch Abänderungen der im beiliegenden
Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und
bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale,
die im einzelnen oder in Kombination — in der gesamten
Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.
109836/0277
Claims (8)
1* Verfahren zur Herstellung eines .Hirmeisolierstoffes,
7/elcher in inniges Gemisch aus Aerogel-ΐeilchen und ^ragenden
fasern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Material und das fasrii?e Ha-terial in einen geschlossenen Behälter gegeben
werden und daß die auf diese Weise eingeschlossenen "'aterialien
einer Verwiroelung ausgesetzt werden.
2. Verfahren zur •ierstellun™ eines mikronorösen v/ärmeisolivemfeterials,
dadurch gekennzeichnet, daJ3 "das Aerogel-tl.terial
und das fasrisre aterial in. einen zylindrischen üehhlter ^e.g-eoen
werden, daß der -'ehülter dich"G an einem odenelemant befestigt
wird, welches einen dreiaoar&n Flüael tr^gt oder dem ein solcher
zugeordnet ist, und-ds ß dieser KLüs-el in jJrehung versetzt
wird," u;;« eine Verwirbelung im 3ehalter zu erzeugen, wodurch
eine innige Verteilung, Partikularisation und Qinduns des
Materials erzielt wirdo ■
1098 36/02 7 7
3. Verfahren nach Ansr^ueh 2, dadurch sek nnzeichnot, daß
■ * ■
ein ^rubungsmitt&i zusätzlich zu dem Aerocrel- und Faser-"
material in den Behälter eingebracht %'ird.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daii
die Aerogel-teilchen ein Kie-seierde-Aerogel .sind und dafc
die raser eine kölnische Verstärkunesfaser ist.
5. Verfahren nach Aner/cuch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß
ein "JriiDunismittel zusätzlich zu dem Eieselerde-Aeroirel und
der keramischen Paser in den Behälter eingebracht wird.
6. Verfahren nach Ansnruch. 5, dadurch ^ekennzei-clmet, caß
das gebundene Material in einer Matrize gepreßt wird, um einen geformten künstlichen G-eeenstaxid zu er^eu^en.
7. Verfahren nach AnsOruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Tlüarel ein zwei-schsuili-cer Stromlinien-Impeller ist, der in
der ji-; he des Bodens des zylindrischen ;.-ehälbers angeordnet und
um die Achse des Behälters drehbar gelagert ist.
8. Wärmeisolierstoff, weiche..? nach dem Verfahren nach
Anspruch. 1 hergestellt ist, dadurch -rekennzeichnirc,. daß er
Aerogel-^eilchen und ein T1asernetz aufweist und daii die teilchen
durch das vesamte ""atbrip.l hindurch innig bzw, fein verteilt
und durch ·./irkverbindung· benachbarter-Teilchen und/oder durch
direkte physikalische eerührun? mit dem tragenden Fasernetzwerk
gehalten und in ihrer Lasre fixiert sindo
10 9 8 3 6/0277 I^ BAD OfIlGiNAL
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Legal Events
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BGA | New person/name/address of the applicant | ||
8235 | Patent refused |