DE202022102705U1

DE202022102705U1 - Wärmedämmendes 3D-Erzeugnis aus Basaltfaser

Info

Publication number: DE202022102705U1
Application number: DE202022102705.6U
Authority: DE
Original assignee: Cbg Composites GmbH
Current assignee: Cbg Composites GmbH
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2032-05-18

Abstract

Wärmedämmendes 3D-Erzeugnis, hergestellt hauptsächlich aus Basaltstapelfasern, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Fasern, die hauptsächlich aus Basalt bestehen, ein Bindemittel aus wässrigen Lösungen von mineralischen Bindemitteln oder siliziumorganischen Bindemitteln oder deren Kombinationen, mit einer Gesamtdicke nach dem Trocknen von mindestens 5 µm und höchstens 50 |jm, schichtweise auf den Fasern aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich des Schiffbaus, Industrie- und Zivilbaus und kann auch zur Herstellung von feuerfesten Elementen von Gebäuden oder architektonischen Strukturen mit einer Feuerwiderstandsdauer von bis zu 120 Minuten verwendet werden.
An Wärmedämmstoffe sind hohe Anforderungen gestellt. Vor allem sollen sie über hohe Wärmedämm- und Festigkeitseigenschaften verfügen. Außerdem sollen diese Materialien hohe Brandschutzeigenschaften aufweisen, im Brandfall keine gesundheitsschädlichen Stoffe freisetzen, den Auswirkungen atmosphärischer Niederschläge standhalten und bei Verwendung im Schiffbau seewasserbeständig und leicht zu entsorgen sein. Zusätzlich zu all diesen Bedingungen sollen die Produkte umweltschonend und gesundheitsfreundlich sein.
Die Verwendung von Produkten mit erhöhter Beständigkeit gegen aggressive Medien, einschließlich flüssiger und gasförmiger Medien, sowie die Verwendung von Produkten mit hohen Wärmedämmeigenschaften bei geringer Dichte und hoher mechanischer Festigkeit in den oben genannten Bereichen sind Aufgaben, die durch den Einsatz der vorgeschlagenen technischen Lösung gelöst werden.
Hochtemperatur-Wärmeschutzprodukte, die aus Basaltfasern oder mikroporösem Kalziumsilikat oder keramischen Alumosilikatfasern hergestellt werden, sind zum Beispiel aus den folgenden Patenten bekannt: DE4302683A1 , DE19528130B4 , DE000003915170 , RU0002651718 , EP2257503A1 .
Alle aufgezählten Erzeugnisse haben entweder eine unzureichende mechanische Festigkeit oder eine geringe Beständigkeit gegen Seewasser oder eine unzureichende Wärmedämmleistung im Temperaturbereich von - 50 bis +1050°C.
Das engste Analogon der beanspruchten Lösung ist das Patent DE202021105451 , in dem zur Erhöhung der Festigkeit und der thermischen Isolationseigenschaften Keramikfasern mit nanoskaligen abwechselnden Schichten aus kohlenstoffhaltigen und siliziumhaltigen Flüssigkomponenten beschichtet werden, die nach Aushärtung und Wärmebehandlung Schichten bilden, in denen starke sauerstofffreie Verbindungen mit mikro- und nanoporöser Struktur dominieren. Die Anzahl der Schichten sollte nicht weniger als drei und nicht mehr als zehn betragen. Diese Struktur ermöglicht es, den Widerstand gegen Gas- und Luftströme zu erhöhen und die Wärmeleitfähigkeit des Produkts bei Temperaturen über 1400°C zu verringern.
Der größte Nachteil dieses Wärmeschutzprodukts aus Keramikfasern besteht darin, dass es bei Wärmekonvektion keinen ausreichenden Wärmeschutz bei Temperaturen zwischen - 50°C und +900°C bietet.
Das beanspruchte Gebrauchsmuster zielt auf die Erhöhung der Wärmedämmleistung im Bereich von - 50 bis +1050°C und die Erhöhung der Seewasserbeständigkeit sowie auf die Umweltfreundlichkeit des Herstellungsprozesses des Produkts, seines späteren Betriebs und seiner Entsorgung ab.
Das technische Ergebnis beruht darauf, dass in diesem Erzeugnis aus keramischen Fasern (hauptsächlich aus Basalt bestehend), das durch Vakuumformen hergestellt wird, als Bindemittel eine wässrige Lösung von mineralischen oder siliziumorganischen Bindemitteln oder Kombination dieser Bindemittel gelten. Diese Bindemittel sollen keine Phenolverbindungen, Alkali- oder Erdalkalioxide enthalten, und die Gesamtdicke der aufgetragenen Bindemittelschichten soll nach dem Trocknen im Bereich von 5 bis 50 µm liegen. Um das Produkt seewasser-, säure- und laugenbeständig zu machen, müssen mindestens zwei der aufgetragenen Schichten aus einer wässrigen Lösung von Kieselsäure bestehen.
Diese Struktur trägt zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Erzeugnisses gegen Seewasser und aggressive flüssige und gasförmige Medien, insbesondere gegen Säuren und Laugen, sowie zur Erhöhung des Wärmeschutzes bei Temperaturen von - 50 bis +900°C bei.
Die Seewasserbeständigkeit wurde mittels Bestimmung des Masseverlustes des Erzeugnisses nach Einwirkung der entsprechenden Flüssigkeit auf das Erzeugnis innerhalb von 72 Stunden und 240 Stunden sowie als Bestimmung der Änderung der geometrischen Abmessungen während der Prüfzeit ermittelt. Die tatsächlichen Werte wurden als Masseverlust über einen bestimmten Zeitraum und als Änderung der geometrischen Abmessungen bestimmt.
Das beanspruchte Gebrauchsmuster wies unter diesen Bedingungen einen Masseverlust von weniger als 0,5 % auf, während das Vergleichsmodell einen Masseverlust von etwa 2 % aufwies.
Die geometrischen Abmessungen des beanspruchten Gebrauchsmusters betrugen +0,2 %, die des Vergleichsmodells +2,5 %.
Im Praxishandbuch «Feuerfeste Werkstoffe», Vulkan-Verlag, auf den Seiten 224, 235, 326-333, sind bestimmte Wärmedämmeigenschaften von Materialien beschrieben, die sich je nach Temperaturbereich ändern.
Die Wärmeübertragung durch Strahlung dominiert in feuerfesten und wärmeisolierenden Materialien bereits bei Temperaturen über 800°C. Dämpfer der Wärmeübertragung durch Strahlung sind fein dispergierte, hauptsächlich nanodisperse Additive, die die Fasern verstärken und einen hohen Wärmeschutz bei Temperaturen über 1400°C gewährleisten.
Bei Temperaturen unter 800°C überwiegt Wärmeübertragung durch Konvektion. Um hohe Wärmedämmeigenschaften in diesem Temperaturbereich zu erreichen, müssen daher Bedingungen geschaffen werden, die die Konvektionswärmeübertragung verringern, was in der beanspruchten technischen Lösung vorgeschlagen wird.
Um die gewünschte Struktur zu bilden, muss die Gesamtdicke der auf die Basaltfasern des Produkts aufgetragenen Bindemittelschichten nach dem Trocknen im Bereich von 5 bis 50 µm liegen.
Um die Basaltfasern seewasserbeständig zu machen, sollen die Bindemittel keine Alkali- und Erdalkalioxide enthalten und mindestens zwei der aufgetragenen Schichten sollen aus einer wässrigen Lösung von Kieselsäure bestehen.
Aus Umweltschutzgründen soll das Bindemittel keine Phenolverbindungen enthalten.
Die Gesamtschichtdicke sollte nicht weniger als 5 µm betragen, um die Basaltfasern vor der Auswirkung von Seewasser zu schützen. Unterhalb dieses Wertes wird die Beschichtung erodiert, so dass die Basaltfasern durch Seewasser zerstört werden können. Eine Gesamtschichtdicke von mehr als 50 µm verringert das Porenvolumen und erhöht somit die Wärmeübertragung durch Konvektion, was die Wärmedämmeigenschaften des Erzeugnisses verringert.
Eine Kieselsäurelösung in der Beschichtung führt zur Bildung von Filmen aus Siliziumoxid auf der Oberfläche der Fasern, die eine Resistenz gegen aggressive Medien, insbesondere gegen Meerwasser, verleihen.
Wenn die Anzahl der Filme aus Siliziumoxid weniger als zwei beträgt, steigt die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung solcher Filme durch mechanische Einwirkung auf das Erzeugnis und die Basaltfasern werden somit einem direkten Kontakt mit einer aggressiven Umgebung ausgesetzt.
Die Kombination der oben genannten Merkmale ermöglicht es, ein hitzebeständiges Erzeugnis aus keramischen Fasern, hauptsächlich aus Basalt, mit hoher Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, insbesondere Meerwasser, zu erhalten und die Wärmedämmleistung im Temperaturbereich von - 50 bis +1050 °C zu erhöhen.
Das wärmedämmende 3D-Erzeugnis wird aus keramischen Fasern, die überwiegend aus Basalt bestehen, durch Vakuumformen hergestellt. Als Bindemittel kann eine oder mehrere wässrige(n) Lösung(en) von mineralischen oder siliziumorganischen Bindemitteln oder Kombination dieser Bindemittel, die in Schichten aufgetragen werden bereitgestellt sein. Diese Bindemittel dürfen vorzugsweise weder Phenolverbindungen noch Alkali- oder Erdalkalioxide enthalten. Die Gesamtdicke des auf die Fasern aufgetragenen Bindemittels oder der Kombination der Bindemittel soll vorzugsweise nach dem Trocknen im Bereich von 5 bis 50 µm liegen. Um das Produkt seewasser-, säure- und laugenbeständig zu machen, sollten mindestens zwei der aufgetragenen Schichten aus einer wässrigen Lösung von Kieselsäure bestehen. Nach dem Trocknen erhält das Produkt eine ausreichende mechanische Festigkeit und seine Struktur ermöglicht es, Wärmeverluste bei Temperaturen von -50 bis + 1050°C zu reduzieren.
Das technische Ergebnis: höhere Beständigkeit der Basaltfaserprodukte gegenüber aggressiven Umgebungen, insbesondere Süß- und Meerwasser, sauren und alkalischen Lösungen und Wasserdampf, Erhöhung der thermischen Beständigkeit sowie Verringerung der Wärmeleitfähigkeit bei Temperaturen von - 50 bis +1050°C und zunehmende Umweltfreundlichkeit.
Die technische Lösung wird mittels , und veranschaulicht:

Gesamtansicht der vorliegenden Erfindung: a - Teil, der geschützt wird; b - wärmegedämmtes 3D-Erzeugnis.
Querschnitt einer Keramikfaser mit aufgetragenen Schichten: c - Mineralfaser; d - aufgetragene Bindemittelschichten.
Mögliche Varianten der dekorativen Gestaltung eines wärmedämmendes 3D-Erzeugnisses.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4302683 A1 [0004]
DE 19528130 B4 [0004]
DE 000003915170 [0004]
RU 0002651718 [0004]
EP 2257503 A1 [0004]
DE 202021105451 [0006]

Claims

Wärmedämmendes 3D-Erzeugnis, hergestellt hauptsächlich aus Basaltstapelfasern, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Fasern, die hauptsächlich aus Basalt bestehen, ein Bindemittel aus wässrigen Lösungen von mineralischen Bindemitteln oder siliziumorganischen Bindemitteln oder deren Kombinationen, mit einer Gesamtdicke nach dem Trocknen von mindestens 5 µm und höchstens 50 |jm, schichtweise auf den Fasern aufweisen.
Wärmedämmendes 3D-Erzeugnis, dadurch gekennzeichnet, dass, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei der aufgetragenen Schichten aus einer wässrigen Lösung von Kieselsäure entspringen.
Wärmedämmendes 3D-Erzeugnis nach einem der Ansprüch1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mineralischen oder siliziumorganischen Bindemittel keine Phenolverbindungen sowie Oxide von Alkali- und Erdalkalimaterialien enthalten.
Wärmedämmendes 3D-Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einstückig gebildet ist.