EA020286B1 - Способ производства аэрогельсодержащего композита и композит, полученный данным способом - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу производства изоляционного композита, содержащего минеральные волокна, аэрогель и связующее. Данный способ заключает в себе стадию суспендирования волокнистой ткани и аэрозоля в потоке воздуха, посредством чего распутывая волокнистую ткань и перемешивая волокна, аэрозоль и, в конечном счете, связующее гомогенно. Описанное устройство объединяет формование волокон, сбор их в виде ткани, распутывание волокнистой ткани в суспендированном воздухе, смешивание волокон с аэрогелем и связывающим веществом, также как прессование и отверждение данной смеси до затвердевшего продукта плотностью от 150 до 800 кг/м.

Description

(57) Настоящее изобретение относится к способу производства изоляционного композита, содержащего минеральные волокна, аэрогель и связующее. Данный способ заключает в себе стадию суспендирования волокнистой ткани и аэрозоля в потоке воздуха, посредством чего распутывая волокнистую ткань и перемешивая волокна, аэрозоль и, в конечном счете, связующее гомогенно. Описанное устройство объединяет формование волокон, сбор их в виде ткани, распутывание волокнистой ткани в суспендированном воздухе, смешивание волокон с аэрогелем и связывающим веществом, также как прессование и отверждение данной смеси до затвердевшего продукта плотностью от 150 до 800 кг/м³.

020286 Β1

Настоящее изобретение относится к способу производства аэрогельсодержащего композита и к новому аэрогельсодержащему композиту, полученному данным способом. Настоящее изобретение также относится к устройству для осуществления способа настоящего изобретения.

Ранее была сделана попытка создания аэрогельсодержащего композита для использования в качестве изолирующего материала. Например, АО 97/10187 А1 относится к композитному аэрогельному материалу и к способу производства аэрогельсодержащего композита, включающему стадии обеспечения волокон в количестве от 0,1 до 40 об.%, обеспечения материала из частиц аэрогеля, имеющих средний диаметр частиц менее чем 0,5 мм в количестве от 5 до 97 об.%, обеспечения связующего на основе смолы, смешивания ингредиентов и уплотнения ингредиентов путем подвергания данного материала горячему прессованию. Данный документ предшествующего уровня техники относится в основном к аэрогельным композитам для электроники, обладая преимуществом низкой проводимости и низкой диэлектрической постоянной аэрогеля. Для данного особого применения необходимы тонкие слои, такие как от 0,01 до 2 мм, которые означают, что размер частиц аэрогеля будет влиять на механические свойства композита, поэтому фокусом данного предшествующего уровня техники является использование материала из частиц аэрогеля, имеющих очень малый диаметр. Нет информации в спецификации касательно способа, использованного для смешивания различных компонентов данного композита, и о том, как это влияет на свойства конечного продукта. В частности, специалист не в состоянии добиться гомогенного композита, исходя из раскрытой информации.

Другой пример может быть обнаружен в И8 2003/0077438 А1, которая также относится к композитному аэрогельному материалу и к способу обеспечения композитного аэрогельного материала, включающему стадии обеспечения волокон в количестве от 0,1 до 40 об.%, обеспечения материала из частиц аэрогеля, имеющих средний диаметр частиц по меньшей мере 0,5 мм в количестве от 5 до 97 об.%, обеспечения связующего на основе смолы, смешивания ингредиентов и уплотнения ингредиентов путем подвергания данного материала горячему прессованию. Утверждают, что образовавшийся в результате композит обладает хорошей теплоизоляцией и хорошей изоляцией против передающегося по воздуху звука. Однако данный документ не предоставляет никакой информации касательно способа, использованного для смешивания компонентов данного композита, и о том, как это влияет на свойства данного композита. Он не обучает специалиста, как достигнуть высокого уровня гомогенности данного композита.

Одной из главных проблем предшествующих аэрогельсодержащих композитов и способов их производства является недостаток когезии и механической прочности композитов.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание аэрогельсодержащего композита, имеющего высокую механическую прочность, и способа производства данного композита.

В соответствии с настоящим изобретением данная задача достигается способом производства аэрогельсодержащего композита, включающим стадии, на которых обеспечивают минеральные волокна в количестве от 24 до 80 мас.% от общей массы исходных материалов, обеспечивают материал из частиц аэрогеля в количестве от 10 до 75 мас.% от общей массы исходных материалов, обеспечивают связующее в количестве от 1 до 30 мас.% от общей массы исходных материалов, суспендируют волокна в основном потоке воздуха и суспендируют материал из частиц аэрогеля в основном потоке воздуха, таким образом перемешивая суспендированный материал из частиц аэрогеля с суспендированными волокнами, смешивают связующее с минеральными волокнами и/или материалом из частиц аэрогеля, до, в процессе или после смешивания волокон с материалом из частиц аэрогеля, собирают смесь из минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего и прессования и отверждают данную смесь для обеспечения затвердевшего композита с плотностью от 120 до 800 кг/м³, такой как от 150 до 800 кг/м³.

Данный способ может быть использован для получения нового аэрогельсодержащего композита. Предпочтительно композит включает волокна в количестве от 24 до 80 мас.% от общей массы исходных материалов, материал из частиц аэрогеля в количестве от 10 до 75 мас.% от общей массы исходных материалов, связующее в количестве от 1 до 30 мас.% от общей массы исходных материалов, в котором данный композит является практически гомогенным и отверждается и прессуется до плотности между 120 и 800 кг/м³, такой как между 150 и 800 кг/м³.

Упомянутые проценты базируются на сухой массе исходных материалов.

Способом в соответствии с настоящим изобретением, как определено выше, достигается очень гибкий и эффективный по затратам способ производства аэрогельсодержащего композита. Широкий диапазон свойств в терминах, например, механической прочности, способности к термоизоляции и т.д., может быть получен путем изменения количества каждого компонента. Это означает, что тем же самым способом может быть получено множество различных композитов, которые специально сделаны для конкретных целей.

Более того, было обнаружено, что смешивание волокон и материала из частиц аэрогеля в виде суспензии в потоке воздуха обеспечивает удивительно гомогенный композит, особенно принимая во внима

- 1 020286 ние значительные отличия в аэродинамических свойствах данных материалов. Такой высокий уровень гомогенности в композите приводит, как правило, к увеличенному уровню механической прочности относительно композитов предшествующего уровня техники для данной комбинации количеств компонентов.

Увеличенная гомогенность данного продукта также имеет другие преимущества, такие как эстетическая привлекательность и постоянство свойств по всему отдельному продукту.

Очевидно, что в результате смешивания материала из частиц аэрогеля с минеральными волокнами при суспендировании в потоке воздуха, как в настоящем изобретении, материал из частиц аэрогеля способен проникать в пучки волокон, которые имеют место. В противоположность, когда процесс смешивания включает физический контакт, например, мешалки с волокнами, волокна имеют тенденцию образовывать компактные шары, в которые материал из частиц аэрогеля не может легко проникать. В результате этого может быть, что в случаях, где процесс смешивания включает физический контакт, конечный продукт содержит области, в которых аэрогель и волокна явно разделены в различных зонах.

Также было обнаружено, что композиты по настоящему изобретению в результате их гомогенности могут быть способны к обработке на станках подобно дереву. Под способностью к обработке на станках следует понимать, что композит может быть обработан в обычной деревообрабатывающей машине, такой как пилы и поперечно-строгальные станки, например, пазовальные станки, фрезы для обработки поверхностей и т.д.

Изделия, производимые способом по настоящему изобретению, имеют множество применений, преимущественно в качестве строительных элементов. В частности, данные изделия могут быть выполнены в форме панелей. В основном, данные изделия используют в применениях, где механическая прочность и гладкая фактура, также как и изолирующие свойства, являются важными. В некоторых применениях данные панели могут быть использованы в качестве звукопоглощающего потолка или стеновых панелей. В других применениях данные панели могут быть использованы в качестве изолирующей внешней обшивки для зданий.

Предпочтительно, данный композит существует в форме панели. Предпочтительно, толщина данной панели составляет от 4 до 25 мм. В некоторых вариантах осуществления, особенно где панель используют в качестве обшивки для здания, толщина данной панели составляет предпочтительно от 4 до 12 мм, более предпочтительно от 5 до 10 мм и наиболее предпочтительно от 6 до 8 мм. В альтернативных вариантах осуществления, особенно где панель используют в качестве изолирующей панели для стены из обшивки, толщина панели составляет предпочтительно от 12 до 25 мм, более предпочтительно от 15 до 23 мм и наиболее предпочтительно от 18 до 21 мм.

Аэрогель, при использовании в более широком смысле, означает гель с воздухом в качестве дисперсионной среды. В границах такого широкого описания, однако, существуют три типа аэрогеля, которые классифицируются в соответствии с условиями, при которых они были высушены.

Известно, что данные материалы обладают превосходными изолирующими свойствами благодаря очень высоким площадям поверхности и высокой пористости. Их получают путем загустевания текучего золь-гель раствора и затем удаления жидкости из геля способом, который не разрушает поры данного геля.

При сушке влажного геля при температуре выше критической точки жидкости, не существует капиллярного давления и, следовательно, имеет место относительно небольшая усадка по мере удаления жидкости. Продукт такого процесса является очень высокопористым и известен как аэрогель, при использовании данного термина в узком смысле. С другой стороны, если гель сушат путем испарения при субкритических условиях, образовавшимся в результате продуктом является ксерогель. В производстве ксерогеля, материал обычно сохраняет очень высокую пористость и большую площадь поверхности в сочетании с очень малым размером пор. В широком смысле слова, аэрогели также заключают в себе продукты высушенных гелей, которые высушили процессом сушки с сублимацией. Данные продукты обычно называют криогели.

Термин аэрогель в его широком смысле гель, имеющий воздух в качестве дисперсионной среды заключает в себе каждый из аэрогелей в более узком смысле, ксерогели и криогели. При использовании здесь, термин аэрогель означает аэрогели в более широком смысле как гель, имеющий воздух в качестве дисперсионной среды.

Предпочтительно аэрогель, используемый в настоящем изобретении, был высушен при суперкритических условиях, т.е. аэрогель в узком смысле, как описано выше.

Аэрогель, используемый в настоящем изобретении, находится в форме частиц. В предпочтительном варианте осуществления частицы аэрогеля будут иметь средний диаметр от 0,2 до 5 мм. Более предпочтительно средний диаметр частиц материала из частиц аэрогеля будет составлять от 0,3 до 4 мм, и наиболее предпочтительно средний диаметр частиц материала из частиц аэрогеля будет составлять от 0,7 до 1,2 мм. Данные размеры частиц измеряются как средневзвешенные и относятся к размеру частиц исходного материала, а не к присутствующим в конечном композите.

В процессе способа по настоящему изобретению, в некоторых вариантах осуществления, средний размер частиц аэрогеля может быть уменьшен в результате использованных стадий способа.

- 2 020286

Материал из частиц аэрогеля может быть любым типом аэрогеля. В частности, аэрогель может быть органическим или неорганическим. С точки зрения огнестойких свойств, неорганические аэрогели обычно являются предпочтительными. Органические аэрогели включают углеродные аэрогели и полимерные аэрогели. Органические аэрогели обычно имеют более низкую стоимость и лучшие изолирующие свойства. Предпочтительные неорганические аэрогели базируются на металлических оксидах. Особенно предпочтительными материалами являются оксид кремния, карбиды и оксид алюминия. Аэрогели на основе оксида кремния, такие как №1поде1®· Бше Ратйс1е ЛсгодсГ' от Сайо! 1п1егпа1юпа1 являются наиболее предпочтительными.

Материалы из частиц аэрогеля имеют низкую плотность, типично от 0,01 до 0,3 г/см³. Теплопроводность материала из частиц аэрогеля составляет предпочтительно от 5 до 20 мВт/мК, более предпочтительно от 7 до 16 мВт/мК и наиболее предпочтительно от 9 до 12 мВт/мК.

Точное количество минеральных волокон, используемых в данном способе и присутствующих в композите по настоящему изобретению, выбирают так, чтобы поддерживать предусмотренную прочность и предусмотренную величину термоизоляции в зависимости от соответствующего применения, поскольку высокое количество волокон увеличивает прочность композита, но уменьшает величину термоизоляции. Это означает, что нижний предел, равный 24 мас.%, приводит к композиту, имеющему необычно хорошие теплоизолирующие свойства, и только достаточную прочность, которые могут быть преимущественными для некоторых композитов, где прочность менее важна. Если прочность композита особенно важна, количество волокон может быть увеличено до верхнего предела, равного 80 мас.%, однако это приведет к только достаточным теплоизолирующим свойствам. Для множества применений подходящая композиция будет включать количество волокон от 30 до 70 мас.% или от 40 до 70 мас.%. В большинстве случаев подходящее количество волокон будет составлять от 50 до 60 мас.%.

Подобным образом количество используемого материала из частиц аэрогеля выбирают так, чтобы обеспечить как предусмотренную прочность, так и предусмотренную величину термоизоляции, поскольку высокое количество материала из частиц аэрогеля уменьшает прочность композита, но увеличивает величину термоизоляции. Это означает, что нижний предел, равный 10 мас.% материала из частиц аэрогеля, приводит к композиту, имеющему превосходную прочность, но средние теплоизолирующие свойства, что может быть преимущественным для некоторых композитов, где прочность очень важна. Если величина термоизоляции композита важна, количество материала из частиц аэрогеля может быть увеличено до верхнего предела, равного 75 мас.%, однако это приведет к средней прочности. Для множества применений подходящая композиция будет включать количество материала из частиц аэрогеля от 30 до 60 мас.%, от 35 до 55 мас.% или наиболее типично от 40 до 50 мас.%.

Количество связующего также выбирают, исходя из желаемой прочности и стоимости, плюс свойства, такие как реакция на воздействие огня и величина термоизоляции. Нижний предел, равный 1 мас.%, приводит к композиту с более низкой прочностью, которая является, однако, достаточной для некоторых применений, и имеет преимущество относительно низкой стоимости и потенциал для хороших теплоизолирующих свойств. В применениях, где необходима высокая механическая прочность, следует использовать большее количество связующего, такое как вплоть до верхнего предела, равного 30 мас.%, однако это увеличит стоимость образовавшегося в результате продукта и, более того, реакция на воздействие огня часто будет менее благоприятной, в зависимости от выбора связующего.

Считается, что связующее не связано с частицами аэрогеля. Вместо этого, только волокна связываются связующим, и считается, что частицы аэрогеля захватываются между волокнами в композите после отверждения связующего. Преимущества непрямого, механического удерживания частиц аэрогеля заключают в себе то, что механические свойства образовавшегося в результате композита не будут подвергаться риску относительно хрупкими частицами аэрогеля. Более того, изолирующие свойства частиц аэрогеля не будут компрометироваться связующим, что будет происходить в случае, если связующее соединено с поверхностью частиц аэрогеля. Более того, малые частицы аэрогеля поглощали бы много связующего из-за большой площади поверхности. Связывание волокон с другими волокнами связующим, но не волокон с аэрогелем, особенно преобладает в вариантах осуществления, в которых частицы аэрогеля являются гидрофобными и высоко неполярными, и в которых используемое связующее является полярным, таким как сухое связующее новолак. В данных вариантах осуществления, главным образом, связующее будет связано с поверхностями волокон, но не будет связано с поверхностью материала из частиц аэрогеля.

Дальнейшее преимущество частиц аэрогеля, захваченных между волокнами в композите, состоит в том, что это позволяет склеивать композитные плиты. Чисто аэрогельные плиты очень трудно склеивать из-за гидрофобной и высоко неполярной природы аэрогеля. Обладая частицами аэрогеля, захваченными в структуре волокна, можно склевать композитные плиты, что, как полагают, обусловлено клеевой связью со структурой волокна.

Минеральные волокна (также известные как стекловидные искусственные волокна или ММУБ), используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут быть любыми минеральными волокнами, включая стекловолокно, керамические волокна или каменные волокна, но предпочтительно, используют каменное волокно. Волокна каменной ваты обычно имеют содержание оксида железа, равное по мень

- 3 020286 шей мере 3%, и щелочно-земельных металлов (оксида кальция и оксида магния), равное от 10 до 40%, наряду с другими обычными компонентами минеральной ваты. Ими являются оксид кремния; оксид алюминия; щелочные металлы (оксид натрия и оксид калия), которые обычно присутствуют в небольших количествах; они могут также включать оксид титана и другие второстепенные оксиды. Диаметр волокна часто находится в диапазоне от 3 до 20 мкм, в частности, от 5 до 10 мкм, как правило.

В одном варианте осуществления, минеральные волокна включают стекловолокно, предпочтительно в количестве вплоть до 20%, более предпочтительно вплоть до 15% и наиболее предпочтительно вплоть до 10% от общей массы исходных материалов. Остальные минеральные волокна являются предпочтительно каменным волокном. Стекловолокно предпочтительно имеет длину от 10 до 50 мм, более предпочтительно от 15 до 40 мм и наиболее предпочтительно от 20 до 30 мм. Данное стекловолокно служит для усиления композита.

Предпочтительно минеральные волокна и материал из частиц аэрогеля вместе образуют по меньшей мере 60%, более предпочтительно по меньшей мере 65% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 70% от общей массы исходных материалов.

Предпочтительно минеральные волокна, связующее и материал из частиц аэрогеля составляют по меньшей мере 80%, более предпочтительно по меньшей мере 90% и наиболее предпочтительно практически всю общую массу исходных материалов.

В одном варианте осуществления волокна обеспечиваются в форме собранной ткани, и способ далее включает подвергание волокон, собранных в ткань, процессу распутывания. Распутанные волокна впоследствии суспендируют в основном потоке воздуха.

При использовании здесь, термин собранная ткань вводится, чтобы включить любые минеральные волокна, которые были собраны вместе на поверхности, т.е. они больше не захвачены воздухом, например, гранулы, пучки или повторно используемые отходы ткани.

Собранная ткань может быть первичной тканью, которая образовалась путем собирания волокон на ленте конвейера, и предоставлена в качестве исходного материала, не будучи подвергнута преобразованию прочеса или иным образом объединена. Альтернативно, собранная ткань может быть вторичной тканью, которая образовалась путем преобразования прочеса или иным образом объединения первичной ткани. Предпочтительно, собранная ткань является первичной тканью.

Механизм подачи может быть предназначен для подачи ткани. Механизм подачи может включать набор приводных подающих валиков. Например, ткань может захватываться между подающих валиков, чтобы приводиться в движение подающими валиками для контролируемого продвижения ткани к процессу распутывания.

В одном варианте осуществления процесс распутывания включает подачу ткани из минеральных волокон из трубопровода с относительно низким потоком воздуха в трубопровод с относительно более высоким потоком воздуха. В данном варианте осуществления полагают, что распутывание происходит, поскольку волокна, которые входят в трубопровод с относительно более высоким потоком воздуха первыми, вытягиваются из последующих волокон в ткани. Такой тип распутывания является особенно эффективным для получения открытых пучков волокон, в которые может проникнуть материал из частиц аэрогеля.

Предпочтительно скорость относительно более высокого потока воздуха составляет от 20 до 150 м/с или от 30 до 120 м/с. Более предпочтительно она составляет от 40 до 80 м/с и наиболее предпочтительно от 50 до 70 м/с. Относительно более высокий поток воздуха может быть отделен от основного потока воздуха, но обычно, его подают в основной поток воздуха.

Предпочтительно разница в скорости между относительно более низким и относительно более высоким потоком воздуха составляет по меньшей мере 20 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 40 м/с и наиболее предпочтительно по меньшей мере 50 м/с.

При использовании здесь, термин поток воздуха следует понимать широко для того, чтобы включить не только поток из содержащих воздух газов в пропорциях, присутствующих в атмосфере земли, но также поток из любого подходящего газа или газов в любых подходящих пропорциях.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления, процесс распутывания включает подачу собранной ткани по меньшей мере к одному валику, который вращается вокруг своей продольной оси и имеет шипы, выступающие из его периферической поверхности. В данном варианте осуществления вращающийся валик обычно также вносит вклад, по меньшей мере частично, в относительно более высокий поток воздуха. Часто вращение валика является единственным источником относительно более высокого потока воздуха.

В некоторых вариантах осуществления существуют по меньшей мере два валика. Данные валики могут работать в тандеме или последовательно.

Данный валик может быть любого подходящего размера, но в предпочтительном варианте осуществления валик имеет диаметр, основанный на наиболее удаленных точках шипов, составляющий от 20 до 80 см или, более предпочтительно от 30 до 70 см. Еще более предпочтительно диаметр составляет от 40 до 60 см, и наиболее предпочтительно от 45 до 55 см.

Валик может вращаться при любой подходящей скорости. Для большинства вариантов осуществле

- 4 020286 ния подходящая скорость вращения для валика составляет от 500 до 5000 об/мин, предпочтительно от 1000 до 4000 об/мин, более предпочтительно от 1500 до 3500 об/мин, наиболее предпочтительно от 2000 до 3000 об/мин.

Размеры и скорость вращения валика могут быть выбраны, чтобы обеспечить заданную скорость на окружности валика. В общем, высокая скорость будет приводить к более эффективному процессу распутывания, хотя это будет зависеть от типа используемой ткани из минерального волокна и точной формы валика. В большинстве вариантов осуществления будет удобно для наиболее удаленных точек шипов валика двигаться со скоростью от 20 до 150 м/с, предпочтительно от 30 до 120 м/с, более предпочтительно от 40 до 80 м/с и наиболее предпочтительно от 50 до 70 м/с.

Шипы могут быть постоянно зафиксированы на валике для оптимального сопротивления износу и разрыву. Например, шипы могут фиксироваться склеиванием или сваркой шипов в глухих отверстиях, расположенных на внешней периферии валика. Альтернативно шипы могут быть съемными. Это может достигаться, например, валиком, который является полым цилиндром со сквозными отверстиями в цилиндрической стенке. Шипы могут затем, например, иметь головку и вставляться через отверстия изнутри. Таким образом шипы могут заменяться, если они сломаны или изношены. Более того, имея съемные шипы можно менять модель шипов. Этим можно оптимизировать модель для различных типов распутываемых материалов, например, свободных волокон минеральной ваты или собранной ткани из волокон минеральной ваты, пропитанной жидким связующим.

Валик предпочтителъно расположен внутри по существу цилиндрической камеры. Данная камера будет иметь входной трубопровод, через который минеральные волокна и, необязательно, материал из частиц аэрогеля и связующее подают к валику. Камера также будет иметь выход, через который распутанные минеральные волокна и, необязательно, материал из частиц аэрогеля и связующее вытесняются. Предпочтительно они вытесняются в основной поток воздуха через выход.

В предпочтительных вариантах осуществления минеральные волокна и, необязательно, связующее и материал из частиц аэрогеля подают к валику сверху. Также предпочтительно, чтобы распутанные минеральные волокна и, необязательно, связующее и материал из частиц аэрогеля выбрасывались от валика в сторону от нижней части его окружности. В наиболее предпочтительных вариантах осуществления, минеральные волокна переносятся валиком примерно на 180° перед отбрасыванием.

Валик предпочтительно занимает основную часть камеры. Предпочтительно головки шипов находятся от изогнутой стенки практически цилиндрической камеры на расстоянии менее 10 см, более предпочтительно менее 7 см и наиболее предпочтительно менее 4 см. Это приводит к большему потоку воздуха, созданному валиком, и более полному распутыванию волокон потоком воздуха и самими шипами.

Предпочтительно, минеральные волокна подают к валику сверху.

Распутанные волокна обычно отбрасываются валиком в основной поток воздуха. В некоторых вариантах осуществления валик будет вносить вклад в основной поток воздуха. В других вариантах осуществления валик будет единственным источником основного потока воздуха.

Материал из частиц аэрогеля может переноситься в основной поток воздуха любым подходящим способом.

В одном варианте осуществления используется процесс распутывания, и материал из частиц аэрогеля добавляют к собранной ткани из минерального волокна перед процессом распутывания волокна, и суспендируют в основном потоке воздуха вместе с распутанными волокнами. Такой метод добавления материала из частиц аэрогеля обычно способствует наиболее эффективному смешиванию компонентов. В данном варианте осуществления материал из частиц аэрогеля может быть предварительно смешан с собранной тканью из минерального волокна и, необязательно, со связующим любым подходящим способом.

Альтернативно, материал из частиц аэрогеля может быть перенесен в основной поток воздуха суспендированным во второстепенном потоке воздуха. Второстепенный поток воздуха объединяют с основным потоком воздуха, таким образом смешивая материал из частиц аэрогеля с волокнами.

В некоторых вариантах осуществления нет необходимости использовать процесс распутывания волокна. В одном варианте осуществления минеральные волокна обеспечиваются в виде волокон, увлекаемых в воздух напрямую из процесса формования волокна. Это следует понимать так, что волокна, увлеченные в воздух в процессе формования (например, отбрасываемые от прядильной машины), не собирают на поверхности, а транспортируют как суспензию в воздухе в основной поток воздуха.

В данном варианте осуществления материал из частиц аэрогеля может подводиться прямо к основному потоку воздуха или переноситься к основному потоку воздуха суспендированным во второстепенном потоке воздуха. Второстепенный поток воздуха объединяют с основным потоком воздуха, смешивая материал из частиц аэрогеля с волокнами.

В случаях, когда второстепенный поток воздуха несет суспендированный материал из частиц аэрогеля в основной поток воздуха, скорость второстепенного потока воздуха обычно ниже чем скорость первичного потока воздуха. Типично, второстепенный поток воздуха имеет скорость от 1 до 20 м/с, предпочтительно от 1 до 13 м/с, более предпочтительно от 2 до 9 м/с и наиболее предпочтительно от 3 до 7 м/с.

- 5 020286

В соответствии с настоящим изобретением, волокна и материал из частиц аэрогеля суспендируют в основном потоке воздуха. Это позволяет компонентам тесно перемешаться. Преимущество смешивания в виде суспензии в потоке воздуха состоит в том, что нежелательные частицы или агломерации могут быть отделены. Такие частицы являются, например, крупинками волокон и агломерации являются, между прочим, тяжелыми кусками ваты, которые не являются должным образом доступными для волокон, такими, как так называемая жевательная резинка. В испытаниях смешивание в потоке воздуха выполняется удивительно хорошо, поскольку предполагалось, что очень различные физические и аэродинамические свойства частиц и волокон сделают данный тип смешивания невозможным. Поразительно, что превосходное смешивание имеет место, несмотря на различие в плотности и форме частиц и волокон. Плотность частиц аэрогеля составляет порядка 140 кг/м³, в то время как, например, волокна минеральной ваты имеют плотность порядка 2500 кг/м³. Можно было предположить, что это вызовет серьезные проблемы в процессе смешивания с использованием потока воздуха, но, удивительно, не вызвало проблем.

Основной поток воздуха обычно не свободен от турбулентности. В предпочтительных вариантах осуществления существует значительная турбулентность внутри основного потока воздуха, поскольку это способствует смешиванию материала из частиц аэрогеля с минеральными волокнами. В соответствии с настоящим изобретением, скорость основного потока воздуха в его источнике составляет предпочтительно от 20 до 150 м/с, более предпочтительно от 30 до 120 м/с, даже более предпочтительно от 40 до 80 м/с, и наиболее предпочтительно от 50 до 70 м/с.

Основной поток воздуха предпочтительно является обычно боковым потоком воздуха. В вариантах осуществления, где материал из частиц аэрогеля переносится к основному потоку воздуха суспендированным во второстепенном потоке воздуха, основной поток воздуха обычно является предпочтительно боковым, и второстепенный поток воздуха обычно является направленным вверх.

Основной поток воздуха предпочтительно поступает в смесительную камеру. В смесительной камере турбулентность внутри основного потока воздуха делает возможным более тесное смешивание компонентов.

Для того чтобы осуществить тщательное смешивание волокон и сыпучего материала, предпочтительно выполнить устройство так, чтобы среднее время пребывания материала из частиц аэрогеля и волокон внутри смесительной камеры составляло по меньшей мере 0,5 с, более предпочтительно по меньшей мере 2 с или даже по меньшей мере 3 с.

Однако благодаря эффективности смешивания материала из частиц аэрогеля и волокон, суспендированных в газе, обычно нет необходимости, чтобы среднее время пребывания сыпучего материала и волокон внутри смесительной камеры составляло более 10 с. Обычно среднее время пребывания составляет менее 7с, и наиболее часто среднее время пребывания составляет менее 5 с.

Температура окружающей среды внутри смесительной камеры при использовании составляет обычно от 20 до 100°С, более часто от 30 до 70°С. Данная температура может зависеть от температуры наружного воздуха, т.е. холодная зимой и горячая летом. Повышенные температуры вплоть до 100°С могут быть использованы для обеспечения предварительного отверждения связующего в смесительной камере.

В специфических вариантах осуществления связующее является материалом, который в определенных условиях сохнет, твердеет или становится отвержденным. В целях удобства, эти и подобные таким процессам здесь относят к отверждению. Предпочтительно эти процессы отверждения являются необратимыми и приводят к связанному композитному материалу.

Неорганические, также как и органические связующие могут применяться. Органические связующие являются предпочтительными. Более того, сухие связующие, также как и влажные связующие могут использоваться. Специфические примеры связующих материалов включают, не ограничиваясь, фенолформальдегидное связующее, карбомидформальдегидное связующее, фенолмочевиноформальдегидное связующее, меламинформальдегидное связующее, конденсационные смолы, акрилаты и другие латексные композиции, эпоксидные полимеры, силикат натрия, термоклеи из полиуретана, полиэтиленовые, полипропиленовые и политетрафторэтиленовые полимеры и т.д.

В одном варианте осуществления используют сухое связующее. Любое подходящее сухое связующее может быть использовано, но предпочтительно использовать фенолформальдегидное связующее, поскольку данный тип связующего является легко доступным и обладает доказанной эффективностью. Преимущество может заключаться в использовании сухого связующего, поскольку в некоторых случаях смешивание может быть легким, и, кроме того, необходимость в содержании оборудования является низкой. Кроме того, данное связующее является относительно стабильным и непортящимся.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления используют влажное связующее. Влажные связующие имеют преимущество низкой стоимости по сравнению с сухими связующими, и часто возможно сокращать количество связующего, используя влажное связующее по сравнению с сухими связующими. Сокращение количества связующего, кроме того, приводит к лучшей реакции композита по отношению к огню. Любое подходящее влажное связующее может быть использовано, но предпочтительно использовать фенолформальдегидное связующее, поскольку данный тип связующего является легко доступным и имеет доказанную эффективность.

- 6 020286

Связующее может быть смешано с минеральными волокнами и/или материалом из частиц аэрогеля до, в процессе или после смешивания минеральных волокон с материалом из частиц аэрогеля. В некоторых вариантах осуществления, особенно там, где связующее является влажным, предпочтительно смешивать связующее с волокнами до смешивания волокон с материалом из частиц аэрогеля. В частности, волокна могут быть в форме необработанной собранной ткани, содержащей влажное связующее.

Альтернативно, влажное связующее может распыляться на волокна, захваченные в воздух, по мере того как они переносятся к основному потоку воздуха прямо из процесса формования волокна.

При использовании сухого связующего, оно может, например, быть предварительно смешано с собранной тканью из минерального волокна и, необязательно, с материалом из частиц аэрогеля. Альтернативно оно может подаваться в основной поток воздуха отдельно и смешиваться в основном потоке воздуха.

Минеральные волокна, связующее и материал из частиц аэрогеля будучи суспендированными в основном потоке воздуха, в некоторых вариантах осуществления, подвергаются воздействию дополнительного потока воздуха в другом направлении относительно основного потока воздуха. Это помогает создавать дополнительную турбулентность в основном потоке воздуха, которая способствует дальнейшему смешиванию. Обычно основной поток воздуха является, как правило, боковым, и дополнительный поток воздуха является, как правило, направленным вверх. В некоторых вариантах осуществления предлагается множество дополнительных потоков воздуха.

Предпочтительно дополнительный поток воздуха имеет скорость от 1 до 20 м/с, более предпочтительно от 1 до 13 м/с, даже более предпочтительно от 2 до 9 м/с и наиболее предпочтительно от 3 до 7 м/с.

Смесь минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего собирают из основного потока воздуха любыми подходящими способами. В одном варианте осуществления основной поток воздуха направлен в верхнюю часть циклонной камеры, которая открыта в нижнем конце, и смесь собирают из нижнего конца циклонной камеры.

В альтернативном варианте осуществления основной поток воздуха направлен через перфорированную поверхность, которая захватывает смесь по мере прохождения потока воздуха.

В вариантах осуществления, где есть процесс распутывания до того, как волокна суспендируются в основном потоке воздуха, смесь из минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего предпочтительно подвергают дополнительному процессу распутывания волокна после того, как смесь суспендируется в основном потоке воздуха, но перед тем, как смесь прессуется и отверждается.

Дополнительный процесс распутывания может иметь любые из предпочтительных особенностей процесса распутывания, описанного ранее.

В особенно предпочтительном способе, смесь из минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля удаляют из основного потока воздуха, предпочтительно в циклонной камере, и подают к вращающемуся валику, имеющему шипы, выступающие из его периферической поверхности. Валик средств дополнительного распутывания может иметь любые из особенностей, описанных выше, по отношению к валику, к которому собранная ткань может подаваться в начале.

Смесь минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего предпочтительно отбрасывается из процесса дополнительного распутывания в формующую камеру.

Подвергнувшись процессу дополнительного распутывания, смесь минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего собирается, прессуется и отверждается.

Предпочтительно данная смесь собирается на перфорированной ленте конвейера, имеющего средства всасывания, расположенные внизу его.

В предпочтительном способе по настоящему изобретению смесь материала из частиц аэрогеля, связующего и минеральных волокон, будучи собранной, отсеивается перед отверждением и прессованием.

Данный способ может быть осуществлен как периодический процесс, однако в соответствии с одним вариантом осуществления данный способ выполняется на линии производства минеральной ваты, подающей первичную или вторичную ткань из минеральной ваты в процесс разделения волокна, который обеспечивает особую эффективность затрат и гибкий способ для обеспечения композитов, имеющих благоприятные механические свойства и термоизоляционные свойства в широком диапазоне плотностей.

В соответствии со специальным вариантом осуществления способ выполняют как процесс в оперативном режиме в линии производства минеральной ваты.

Как только смесь минерального волокна, материала из частиц аэрогеля и связующего собрана, ее прессуют и отверждают, чтобы получить композит желаемой плотности.

Давление, температура и время пребывания для отверждения и прессования зависят, между прочим, от типа используемого связующего. Примеры температур и времени пребывания, использованные в предварительных испытаниях, отмечены ниже.

Один аспект настоящего изобретения относится к аэрогельсодержащему композиту, получаемому способом по настоящему изобретению.

Дополнительный аспект настоящего изобретения относится к аэрогельсодержащему композиту, включающему волокна в количестве от 24 до 80 мас.% от общей массы исходных материалов, материал

- 7 020286 из частиц аэрогеля в количестве от 10 до 75 мас.% от общей массы исходных материалов, связующее в количестве от 1 до 30 мас.% от общей массы исходных материалов, в котором композит является практически гомогенным и отверждается и прессуется до плотности между 120 и 800 кг/м³, такой как между 150 и 800 кг/м³.

Формулировку по существу гомогенный следует понимать так, что композит является гомогенным в миллиметровом масштабе, т.е. изображение в микроскопе заданной площади в миллиметровом масштабе является (по существу) идентичным другим образцам данной смеси. Это далее означает, что после смешивания материалы распределяются, по существу, равномерно внутри композита, т.е. что частицы аэрогеля присутствуют практически в том же самом количестве во всем композите.

Предпочтительно площадь миллиметрового масштаба составляет 1 мм². Однако если композит содержит отдельные частицы порядка 100 мкм и выше, по существу гомогенный может быть определен в отношении наибольшего отдельного компонента. Следовательно, следует понимать, что композит является визуально гомогенным в масштабе, относящемся к наибольшему отдельному компоненту, например, в 10 раз превосходящем размер наибольшей частицы. Для размера частицы, примерно 1 мм (наибольший размер) визуальное исследование площади, например, 100 мм², (по существу) идентично другим образцам смеси. Это далее означает, что после смешивания материалы распределены практически равномерно внутри композита, т.е. что частицы аэрогеля присутствуют, по существу, в том же самом количестве во всем композите без видимых скоплений.

Любое из предпочтительных особенностей конечного продукта, описанного в отношении данного способа, в равной степени относятся к композиту по настоящему изобретению, в случае если имеют отношение к делу.

Настоящее изобретение также относится к усовершенствованным устройствам, подходящим для выполнения способа по настоящему изобретению.

Первое усовершенствованное устройство содержит устройство для формования минерального волокна для осуществления подачи волокон, поступающих в воздух, средство подачи связующего для его подачи к волокнам, первый коллектор, выполненный с возможностью применения волокон из устройства для формирования, средство всасывания для обеспечения всасывания через коллектор и, посредством этого, сбора волокон на коллекторе в виде ткани, устройство для распутывания ткани и получения распутанного волокна, средство подачи ткани для ее подачи в устройство для распутывания, средство подачи материала из частиц аэрогеля, расположенное до или после устройства для распутывания, средство подачи воздуха для подачи основного потока воздуха, в котором суспендируют распутанные минеральные волокна, второй коллектор для сбора распутанных минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля, пресс для прессования собранных минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля.

Устройство для формования минерального волокна может быть любым устройством, подходящим для этого, например, каскадной прядильной машиной или центрифугальной прядильной машиной. В предпочтительных вариантах осуществления устройств, устройство для формования минерального волокна представляет собой каскадную прядильную машину. В каждом случае подается минеральный расплав и волокна производятся за счет эффекта центробежного действия устройства.

Средство подачи связующего подает связующее к минеральным волокнам. Оно может располагаться в любой точке перед вторым коллектором, но предпочтительно располагается между устройством для формования минерального волокна и первым коллектором. В другом варианте осуществления средство подачи связующего расположено между первым коллектором и вторым коллектором. В другом предпочтительном варианте осуществления средство подачи связующего расположено между первым коллектором и средством распутывания.

Средство подачи связующего может быть приспособлено для подачи влажного связующего или для подачи сухого связующего.

Первый коллектор выполнен предпочтительно в форме непрерывно действующей первой конвейерной ленты. Лента является воздухопроницаемой. Волокна образуют первичную ткань на ленте. Средства всасывания располагаются после первого коллектора, чтобы пропускать поток воздуха через коллектор.

Первое устройство может необязательно включать средства для обработки первичной ткани любым методом, известным специалисту в данной области техники. Например, устройство может включать качающуюся ленту для преобразования прочеса первичной ткани на дополнительной непрерывно действующей конвейерной ленте, чтобы получать вторичную ткань из минерального волокна.

- 8 020286

В предпочтительном варианте осуществления первый коллектор существует в форме конвейерной ленты, ведущей к входному трубопроводу. Вход может иметь транспортирующие валики на верхней кромке, чтобы способствовать движению минеральных волокон через входной трубопровод.

Между первым коллектором и устройством для распутывания в некоторых вариантах осуществления существует по существу вертикальный трубопровод. Часто по существу вертикальный трубопровод бывает более узким в нижнем конце, чем в верхнем конце.

Первое устройство включает устройство для распутывания первичной или вторичной ткани с образованием распутанных волокон. В одном варианте осуществления устройство для распутывания имеет первый трубопровод для переноса первичной или вторичной ткани, и второй трубопровод, присоединенный к первому трубопроводу. В таком варианте осуществления устройство для распутывания включает средство подачи потока воздуха во второй трубопровод с более высокой скоростью, чем существует в первом трубопроводе.

В частности, устройство для распутывания может быть выполнено в форме валика, как описано в отношении способа изобретения. Любое из предпочтительных или необязательных свойств валика, описанное в отношении данного способа, являются равно применимыми к первому усовершенствованному устройству настоящего изобретения.

Более того, первое устройство может включать цилиндрическую камеру, которая вмещает валик. Любое из особых свойств цилиндрической камеры, которые описаны в отношении способа по настоящему изобретению, является равно применимым к первому новому устройству настоящего изобретения.

Первое устройство настоящего изобретения также требует наличия средства подачи воздуха для подачи основного потока воздуха. Данные средства подачи воздуха могут быть выполнены как часть устройства для распутывания. Например, средства подачи потока воздуха во второй трубопровод с более высокой скоростью, чем существует в первом трубопроводе, могли бы также быть подачей основного потока воздуха.

Также возможно, чтобы валик сам действовал как средство генерирования основного потока воздуха, как он создает поток распутанных минеральных волокон, суспендированных в потоке воздуха.

Второе усовершенствованное устройство содержит устройство для формования минерального волокна для обеспечения подачи волокон, суспендированных в основном потоке воздуха, средство подачи воздуха для подачи основного потока воздуха, средство подачи связующего для его подачи к волокнам, средство подачи материала из частиц аэрогеля для подачи материала из частиц аэрогеля в основной поток воздуха, коллектор для сбора минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля, пресс для прессования собранных минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля.

Устройство для формования минерального волокна второго устройства по настоящему изобретению, может также быть любым устройством, подходящим для этого, например, каскадной прядильной машиной или центрифугальной прядильной машиной. В предпочтительных вариантах осуществления устройства, устройство для формования минерального волокна представляет собой каскадную прядильную машину.

Во втором устройстве настоящего изобретения, средство подачи воздуха требуется для подачи основного потока воздуха. Оно может быть в форме подачи охлаждающего газа, направленного аксиально к вращающимся колесам каскадной прядильной машины, в которой волокна переносятся от прядильной машины, будучи отброшенными колесом.

Средство подачи связующего выполнено с возможностью подачи связующего, обычно в форме аэрозоля к волокнам, суспендированным в потоке воздуха.

В обоих устройствах по настоящему изобретению требуются средства подачи материала из частиц аэрогеля. Средства подачи материала из частиц аэрогеля могут включать бункер, содержащий материал из частиц аэрогеля. Дозированная подача материала из частиц аэрогеля может быть получена винтовым питателем, датчиком массы или любыми подходящими средствами для точного дозирования сыпучего материала.

В первом устройстве, хотя материал из частиц аэрогеля должен, в конце концов, подаваться в основной поток воздуха, нет необходимости, чтобы он подавался из средств подачи прямо в поток воздуха. Фактически предпочтительно устанавливать средства подачи материала из частиц аэрогеля, чтобы подавать материал из частиц аэрогеля к ткани из минеральных волокон, и подавать их вместе в устройство для распутывания. Если они установлены перед устройствами для распутывания, материал из частиц аэрогеля подается в основной поток воздуха вместе с распутанными волокнами.

Однако материал из частиц аэрогеля может также обеспечиваться после устройств для распутывания.

Во втором устройстве и, необязательно, в первом устройстве размещаются средства подачи материала из частиц аэрогеля, чтобы подавать материал из частиц аэрогеля в основной поток воздуха. Необя

- 9 020286 зательно могут размещаться средства подачи второстепенного потока воздуха, чтобы подавать второстепенный поток воздуха для переноса материала из частиц аэрогеля в основной поток воздуха.

В обоих устройствах могут присутствовать средства подачи дополнительного потока воздуха, чтобы подавать дополнительный поток воздуха к основному потоку воздуха.

Каждое из устройств по настоящему изобретению предпочтительно включает смесительную камеру, как описано в отношении способа по настоящему изобретению. Средства подачи второстепенного и/или дополнительного потока воздуха при их наличии предпочтительно расположены у нижнего конца смесительной камеры, и скомпонованы, чтобы подавать направленный вверх поток воздуха внутри смесительной камеры. Средства подачи основного потока воздуха предпочтительно располагаются на стороне смесительной камеры и скомпонованы, чтобы подавать поток воздуха сбоку поперек камеры.

При наличии, средства подачи дополнительного потока воздуха могут иметь металлическую сетку, расположенную поперек его отверстия для предотвращения попадания твердых материалов.

У нижнего конца смесительной камеры предпочтительно существует разгрузочное отверстие, в которое падают тяжелые гранулы или плотные волокна.

В предпочтительных вариантах осуществления минеральные волокна, материал из частиц аэрогеля и связующее поступают в смесительную камеру вместе с одной стороны, суспендированные в основном потоке воздуха. Данная смесь затем продувается вверх и далее смешивается средствами подачи дополнительного потока воздуха, расположенными у нижнего конца камеры. Данная смесь затем покидает смесительную камеру через трубопровод удаления у верхнего конца смесительной камеры.

Трубопровод удаления ведет, в конце концов, к коллектору. В первом устройстве по настоящему изобретению он является вторым коллектором. Данный коллектор может быть в форме перфорированной ленты, внизу которой располагаются средства всасывания.

Альтернативно, средства сбора могут включать циклонную камеру, способную выделять смесь минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля из основного потока воздуха. В данном варианте осуществления циклонная камера имеет отверстие в нижнем конце, через которое смесь выбрасывается, в то время как поток воздуха удаляется через трубопровод в верхнем конце. Циклонная камера имеет больший диаметр в верхнем конце, чем в нижнем конце.

В одном варианте осуществления смесь выбрасывается из циклонной камеры на ленту конвейера.

В первом устройстве по настоящему изобретению существует, предпочтительно, устройство дополнительного распутывания, организованное, чтобы получать смесь минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего. Устройство дополнительного распутывания может иметь любое из предпочтительных особых свойств, описанных в отношении устройства для распутывания собранной ткани из минеральных волокон.

Предпочтительно устройство для дополнительного распутывания выполняют с возможностью получения смеси минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего из отверстия в нижнем конце циклонной камеры.

Предпочтительно существует камера формования, выполненная с возможностью получения волокна из устройства для дополнительного распутывания. Предпочтительно камера формования включает перфорированную ленту конвейера для сбора смеси минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля.

В каждом из устройств по настоящему изобретению предпочтительно обеспечить средства отсеивания перед прессованием. Данное устройство может быть выполнено с возможностью возвращения в цикл отсеянный материал.

Каждое из устройств в соответствии с настоящим изобретением включает пресс для прессования и отверждения собранной смеси из минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля. Данный пресс подходит для прессования композита до плотности от 120 до 800 кг/м³, в частности от 150 до 800 кг/м³. Обычно пресс приспособлен для нагревания композита, чтобы отвердить связующее.

Любое из предпочтительных особых свойств, описанных в отношении способа настоящего изобретения, касается, в равной степени, устройства. Аналогично, любое из особых свойств данного устройства, раскрытое выше, касается, в равной степени, способа по настоящему изобретению.

Настоящее изобретение будет описано в виде примера и со ссылкой на чертежи, на которых фиг. 1 представляет собой схематическое изображение устройства для отделения волокна и смешивания сырья.

фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства для дополнительного распутывания, как описано выше.

фиг. 3 представляет собой фотографию композитной панели в соответствии с настоящим изобретением, изготовленную в опытной партии.

фиг. 4 представляет собой фотоснимок с помощью микроскопа образца аэрогельсодержащего композита в соответствии с настоящим изобретением.

фиг. 5 представляет собой фотоснимок с помощью микроскопа образца аэрогельсодержащего композита в соответствии с настоящим изобретением.

фиг. 6 представляет собой фотоснимок с помощью микроскопа образца аэрогельсодержащего ком

- 10 020286 позита в соответствии с настоящим изобретением.

фиг. 7 представляет собой фотографию композита, произведенного с использованием способа смешивания, отличного от способа по настоящему изобретению.

фиг. 8 представляет собой фотографию дальнейших композитов, произведенных с использованием способа смешивания, отличного от способа по настоящему изобретению.

Устройство, подходящее для использования в способе по настоящему изобретению, можно видеть на фиг. 1. В тех случаях, когда устройство для формования волокна и коллектор скомпонованы, чтобы переносить ткань из минерального волокна к входному трубопроводу 1, средства подачи связующего организуют, чтобы подавать связующее к минеральным волокнам, и средства подачи частиц аэрогеля организуют, чтобы подавать материал из частиц аэрогеля к входному трубопроводу, причем показанное устройство может также быть частью первого нового устройства по настоящему изобретению.

Данное устройство включает входной трубопровод 1 для исходных материалов, например, частиц аэрогеля, связующего и минеральных волокон, и для специфического сырья устройство может включать измельчитель (не показан) на входном трубопроводе 1, по меньшей мере, для частичного разрезания на куски большого материала. У нижнего края входного трубопровода находится конвейер 2, который переносит сырье через входной трубопровод 1. У верхнего края входного трубопровода конвейерные валики 3 помогают подводить исходные материалы через входной трубопровод 1. В конце входного трубопровода 1 первый набор взаимно расположенных удлиненных элементов 4 перекрывает конец входного трубопровода 1. Они служат для разбивания больших кусков исходных материалов, например, ткани из минерального волокна. В некоторых вариантах осуществления удлиненные элементы 4 находятся в форме вращающихся щеток, которые вытягивают исходные материалы между ними по мере вращения.

Исходные материалы, которые проходят через конец входа, затем падают вниз в практически вертикальный трубопровод 5. В показанном варианте осуществления второй набор взаимно расположенных удлиненных элементов 6 перекрывает верхний конец трубопровода. Второй набор из удлиненных элементов обычно более тесно расположен, чем первый. В показанном варианте осуществления второй набор удлиненных элементов вращается с тем, чтобы позволить достаточно малым кускам ткани из минерального волокна пройти сквозь, но унести большие куски через трубопровод рециркуляции исходного вещества 7.

Вертикальный трубопровод 5 обычно становится более узким у своего нижнего конца. В показанном варианте осуществления нижний конец вертикального трубопровода образует вход 8, по существу, в цилиндрическую камеру 9. Как показано, вход 8 находится в верхней части по существу цилиндрической камеры 9. При использовании исходные материалы проходят через вертикальный трубопровод 5 и через вход 8 в цилиндрическую камеру 9.

Цилиндрическая камера 9 содержит валик 10, имеющий шипы 11, выступающие из его периферической поверхности 12. Валик 10, показанный на фиг. 1, вращается против часовой стрелки, как показано на чертеже, с тем, чтобы исходные материалы переносились из входа (8) около левой стороны валика 10, как показано, и выбрасывались сбоку в основной поток воздуха в смесительной камере 14. Цилиндрическая камера 9 и валик 10 вместе образуют средства распутывания. Средства распутывания вызывают распутывание волокон, означая, что волокна, которые могут быть предоставлены в виде ваты, запутанные как ткань или как пучок, будут обрабатываться, чтобы обеспечить более открытую вату или даже несвязанные волокна, таким образом, способствуя последующему смешиванию волокон с другими компонентами.

В показанном варианте осуществления основной поток воздуха создается вращением валика 10 внутри цилиндрической камеры 9, и, в частности, движением шипов 11 и исходного материала через пространство между периферической поверхностью валика и изогнутой стенкой 13 цилиндрической камеры 9.

Смесительная камера 14, показанная на фиг. 1, включает разгрузочное отверстие 16 и средства подачи дополнительного потока воздуха 15. Средства подачи дополнительного потока воздуха 15 включают отверстия, через которые подается дополнительный поток воздуха. Металлические сетки 17 расположены поперек отверстий средств подачи дополнительного потока воздуха 15. Эти металлические сетки позволяют дополнительному потоку воздуха проходить внутрь смесительной камеры 14, но они предназначены предотвращать попадание материалов в средства подачи. Средства подачи дополнительного потока воздуха 15 направляют дополнительный поток воздуха вверх в смесительную камеру 14.

Дополнительный поток воздуха встречает основной поток воздуха, содержащий распутанные волокна, в смесительной камере. Дополнительный поток воздуха имеет целью перенос смеси распутанных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля вверх внутри смесительной камеры 14. Некоторые более плотные волокна и зерна минерального материала не будут переноситься вверх в смесительную камеру, а будут падать в нижний конец и через разгрузочное отверстие 16.

Требуемая смесь из распутанных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего переносится в верхнюю часть смесительной камеры 14, где расположен выводящий трубопровод 18 для выпуска данной смеси из смесительной камеры 14. Первый трубопровод рециркуляции воздуха 19 примыкает к выводящему трубопроводу 18 и рециркулирует часть воздуха из выводящего трубопровода 18 назад к сред

- 11 020286 ствам подачи дополнительного воздуха 15.

Выводящий трубопровод ведет к циклонной камере 20. Циклонная камера 20 имеет второй трубопровод рециркуляции воздуха 22, идущий от ее верхнего конца к средствам подачи дополнительного воздуха 15. Фильтр 21 примыкает ко второму трубопроводу рециркуляции воздуха. При использовании фильтр 21 удаляет любые случайные минеральные волокна, материал из частиц аэрогеля и связующее из второго трубопровода рециркуляции воздуха 22. В то время как воздух удаляется из верхнего конца циклонной камеры 20, смесь распутанных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего выпадает через выход 23 циклонной камеры в нижнем конце циклонной камеры 20.

Коллектор 24 расположен ниже выхода 23 циклонной камеры. В показанном варианте осуществления коллектор 24 существует в форме конвейера, который переносит собранные волокна к прессовальному и отверждающему устройству (не показано).

Фиг. 2 показывает вариант осуществления устройства дополнительного распутывания, которое может необязательно быть использовано в данном способе. Устройство дополнительного распутывания может быть расположено вместо коллектора 24, как показано на фиг. 1. Показанное устройство дополнительного распутывания включает валик 25, который является таким же самым валиком 10 по структуре. Смесь компонентов подается к валику 25 сверху и выбрасывается в формующую камеру 26. У нижней стороны формующая камера 26 включает перфорированную конвейерную ленту 27, ниже которой расположены средства всасывания 28. Грубое сито 29 организовано для очистки верхней части смеси, чтобы обеспечить однородную поверхность. Отсеянный материал может быть затем рециркулирован.

Перфорированная конвейерная лента 27 переносит смесь к прессу (не показано).

Фотография на фиг. 3 изображает композитную панель, полученную в опытной партии на полномасштабном устройстве в соответствии с настоящим изобретением. Композитное сырье, поданное в данное устройство, представляло собой неотвержденную ткань из каменной ваты с влажным связующим и частицами аэрогеля. Показанный образец составляет приблизительно 20 смх20 см. Как видно, композитная панель является очень гомогенной. Невозможно увидеть частицы аэрогеля невооруженным глазом. Ткань из каменной ваты была расщеплена и раскрыта в устройстве, и только небольшие пучки волокон видны на поверхности, и существует случайный рисунок небольших пучков волокон, поэтому отсутствуют признаки скопления или вариации в распределении.

Фотография на фиг. 4, сделанная микроскопом, показывает образец аэрогельсодержащего композита, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, с использованием несвязанных волокон каменной ваты. Материал из частиц аэрогеля можно видеть как небольшие точки или зерна. Волокна также видны. Как можно видеть, материал из частиц аэрогеля и волокна практически гомогенно смешаны в масштабе 1 мм.

Фотография на фиг. 5, сделанная микроскопом, показывает смесь частиц аэрогеля и волокон в панели в соответствии с настоящим изобретением. Две самые большие частицы имеют размер 481 мкм и 302 мкм. Композиция проанализированной панели составляла примерно 51 мас.% частиц аэрогеля, 38 мас.% волокон минеральной ваты и 11 мас.% связующего.

Подобным образом фотография на фиг. 6, сделанная микроскопом, показывает смесь частиц аэрогеля и волокон в панели в соответствии с настоящим изобретением при большом увеличении. Нет никакого признака, что связующее прикреплено к частицам аэрогеля. Это считается высоко благоприятным, как отмечалось выше.

В испытании использовали сухое фенолформальдегидное полимерное связующее (порошок) из класса, продаваемого Иупса под торговой маркой РгсГсгс 94 8182И7. Содержание связующего в испытании составляло 12 мас.%, чтобы быть уверенным, что производимые плиты обладают достаточной прочностью. Время отверждения в начальных испытаниях начиналось с 7 мин и постепенно возрастало до 14 мин, чтобы быть уверенными в надежном отверждении.

Фиг. 7 и 8 представляют собой сравнительные примеры, показывающие композиты, не производимые в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 7 представляет собой фотографию, показывающую результат, достигнутый, когда компоненты композита смешивают способом не в соответствии с настоящим изобретением. В таком случае, компоненты смешивали смесителем. Из фиг. 7 ясно, что данный композит не является гомогенным, поскольку плотные клубки волокон и отдельные области аэрогеля, волокон и связующего видны невооруженным глазом. В отличие от гладкого и гомогенного внешнего вида композитов, произведенных в соответствии с настоящим изобретением, в частности, как показано на фиг. 3.

Аналогично, фиг. 8 является фотографией ряда композитов, включающих 10-31% материала из частиц аэрогеля, минеральных волокон и приблизительно 10% сухого связующего. Компоненты данного композита смешивали смесителем, используя способ не в соответствии с настоящим изобретением. Вновь, плотные клубки волокон и отдельные области из различных компонентов можно видеть в данных композитах, в отличие от гомогенного внешнего вида композитов, произведенных в соответствии с настоящим изобретением, в частности, как показано на фиг. 3.

В испытаниях использовали материал из частиц аэрогеля типа Иаподс1® Ршс Рагйс1с АстодсГ от СаЬо11п(сгпа11опа1, он показал превосходные результаты.

- 12 020286

Испытания проводили с волокнами из каменной ваты, имеющими плотность приблизительно 2800 кг/м³.

Требование к композиту быть по существу гомогенным, в этом случае считается выполненным с максимальным отклонением в 5% (например, плотность) в Х-Υ плоскости, копланарной с главными плоскостями композитной панели. Большее отклонение допускается в Ζ-плоскости, т.е. толщине композитной панели.

Claims (26)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ производства аэрогельсодержащего композита, включающий стадии, на которых обеспечивают минеральные волокна в количестве от 24 до 80 мас.% от общей массы исходных материалов, обеспечивают материал из частиц аэрогеля в количестве от 10 до 75 мас.% от общей массы исходных материалов, обеспечивают связующее в количестве от 1 до 30 мас.% от общей массы исходных материалов, суспендируют волокна в основном потоке воздуха и суспендируют материал из частиц аэрогеля в основном потоке воздуха, тем самым перемешивая суспендированный материал из частиц аэрогеля с суспендированными волокнами, смешивают связующее с минеральными волокнами и/или материалом из частиц аэрогеля, до, в процессе или после смешивания волокон с материалом из частиц аэрогеля, собирают смесь из минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего, прессуют и отверждают данную смесь для обеспечения затвердевшего композита с плотностью от 120 до 800 кг/м³, такой как от 150 до 800 кг/м³.
2. 2. Способ по п.1, в котором минеральные волокна обеспечивают в форме собранной ткани, причем в способе также подвергают собранную ткань из волокон процессу распутывания.
3. 3. Способ по п.2, в котором в процессе распутывания осуществляют подачу ткани из трубопровода с относительно низким потоком воздуха в трубопровод с относительно более высоким потоком воздуха.
4. 4. Способ по п.3, в котором скорость относительно более высокого потока воздуха составляет от 20 до 150 м/с, предпочтительно от 30 до 120 м/с, более предпочтительно от 40 до 80 м/с, наиболее предпочтительно от 50 до 70 м/с.
5. 5. Способ по любому из пп.2-4, в котором процесс распутывания включает подачу собранной ткани по меньшей мере к одному валику, который вращается вокруг своей продольной оси и имеет шипы на периферической поверхности.
6. 6. Способ по п.5, в котором валик имеет диаметр, базирующийся на наиболее удаленных точках шипов, равный от 20 до 80 см, предпочтительно от 30 до 70 см, более предпочтительно от 40 до 60 см и наиболее предпочтительно от 45 до 55 см.
7. 7. Способ по п.5 или 6, в котором валик вращается со скоростью от 500 до 5000 об/мин, предпочтительно от 1000 до 4000 об/мин, более предпочтительно от 1500 до 3500 об/мин, наиболее предпочтительно от 2000 до 3000 об/мин.
8. 8. Способ по любому из пп.5-7, в котором наиболее удаленные точки шипов валика двигаются со скоростью от 20 до 150 м/с, предпочтительно от 30 до 120 м/с, более предпочтительно от 40 до 80 м/с, наиболее предпочтительно от 50 до 70 м/с.
9. 9. Способ по любому из пп.2-8, в котором материал из частиц аэрогеля добавляют к собранной ткани из минерального волокна перед процессом распутывания и суспендируют в основном потоке воздуха вместе с распутанными волокнами.
10. 10. Способ по любому из пп.2-9, в котором минеральные волокна находятся в форме необработанной ткани, содержащей влажное связующее.
11. 11. Способ по любому из пп.2-10, в котором способ выполняют на линии производства минеральной ваты, которая подает первичную или вторичную ткань из минеральной ваты в процесс распутывания волокна.
12. 12. Способ по любому из пп.2-11, в котором смесь минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля и связующего подвергают дополнительному процессу распутывания волокна после того, как данная смесь была суспендирована в основном потоке воздуха, но перед тем, как данную смесь прессуют и отверждают.
13. 13. Способ по п.1, в котором минеральные волокна обеспечивают в виде волокон, захваченных воздухом прямо из процесса формования волокна.
14. 14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере часть материала из частиц аэрогеля переносят в основной поток воздуха в виде материала из частиц аэрогеля, суспендированного во второстепенном потоке воздуха, при этом обеспечивают объединение второстепенного потока воздуха с основным потоком воздуха и посредством этого смешивание материала из частиц аэрогеля с волокнами.
15. 15. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором минеральные волокна, связующее и

    - 13 020286 материал из частиц аэрогеля, суспендированные в основном потоке воздуха, подвергают действию дополнительного потока воздуха в другом направлении по отношению к основному потоку воздуха.
16. 16. Способ по п.15, в котором основной поток воздуха направлен в сторону, при этом дополнительный поток воздуха направлен вверх.
17. 17. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором основной поток воздуха имеет начальную скорость от 20 до 150 м/с, предпочтительно от 30 до 120 м/с, более предпочтительно от 40 до 80 м/с, наиболее предпочтительно от 50 до 70 м/с.
18. 18. Способ по любому из пп.15-17, в котором дополнительный поток воздуха имеет скорость от 1 до 20 м/с, предпочтительно от 1 до 13 м/с, более предпочтительно от 2 до 9 м/с, наиболее предпочтительно от 3 до 7 м/с.
19. 19. Способ по любому из пп.1-9 или 11-18, в котором связующее обеспечивают в сухой форме.
20. 20. Способ по любому из пп.1-18, в котором связующее обеспечивают во влажной форме.
21. 21. Аэрогельсодержащий композит, полученный способом по любому из предшествующих пунктов и включающий волокна в количестве от 24 до 80 мас.% от общей массы исходных материалов, материал из частиц аэрогеля в количестве от 10 до 75 мас.% от общей массы исходных материалов, связующее в количестве от 1 до 30 мас.% от общей массы исходных материалов, в котором данный композит является, по существу, гомогенным и отвержденным и имеет плотность между 120 и 800 кг/м³, такой как между 150 и 800 кг/м³.
22. 22. Устройство для производства аэрогельсодержащего композита, включающее устройство для формования минерального волокна, для подачи волокон, поступающих в воздух, средство подачи связующего для его подачи к волокнам, первый коллектор, выполненный с возможностью приема волокон из устройства для формования волокна, средство всасывания для обеспечения всасывания через коллектор и, таким образом, сбора волокон на коллекторе в виде ткани, устройство для распутывания ткани и получения распутанных волокон, средство подачи ткани для ее поступления в устройство для распутывания, средство подачи материала из частиц аэрогеля, расположенное до или после устройства для распутывания, средство подачи воздуха для подачи основного потока воздуха, в котором суспендируют распутанные минеральные волокна, второй коллектор для сбора распутанных минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля, пресс для прессования собранных минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля.
23. 23. Устройство по п.22, также содержащее устройство дополнительного распутывания, выполненное с возможностью получения смеси из минеральных волокон, материала из частиц аэрогеля.
24. 24. Устройство для производства аэрогельсодержащего композита, содержащее устройство для формования минерального волокна для осуществления подачи волокон, суспендированных в основном потоке воздуха, средство подачи воздуха для подачи основного потока воздуха, средство подачи связующего для его подачи к волокнам, средство подачи материала из частиц аэрогеля для подачи материала из частиц аэрогеля в основной поток воздуха, коллектор для сбора минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля, пресс для прессования собранных минеральных волокон, связующего и материала из частиц аэрогеля.
25. 25. Устройство по любому из пп.22-24, также содержащее средства подачи второстепенного потока воздуха, выполненные с возможностью поставки второстепенного потока воздуха, чтобы переносить материал из частиц аэрогеля из средств подачи материала из частиц аэрогеля в основной поток воздуха.
26. 26. Устройство по любому из пп.22-25, также содержащее средства подачи дополнительного воздуха, выполненные с возможностью направления дополнительного потока воздуха к связующему, волокнам и материалу из частиц аэрогеля, суспендированным в основном потоке воздуха.