PL186939B1

PL186939B1 - Kształtka do izolacji cieplnej, sposób jej wytwarzania oraz zastosowanie kształtki

Info

Publication number: PL186939B1
Application number: PL97332967A
Authority: PL
Inventors: Thomas Eyhorn; Gunter Kratel; Johann Klaus; Robert Kicherer; Bernhard Mikschl; Eugen Wilde
Original assignee: Wacker Chemie Gmbh
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2004-04-30
Also published as: CA2269818A1; EP0934233B1; ES2148000T3; JP2000513693A; DE59701862D1; US6180927B1; DE19644282A1; CA2269818C; EP0934233A1; WO1998017596A1; JP3328295B2; ATE193698T1; PL332967A1

Abstract

1. Ksztaltka do izolacji cieplnej z materialu nieorganicznego i nieorganicznych wlókien wzmacniajacych, znamienna tym, ze posiada nastepujacy sklad wagowy: a) 30-70% porowatego wermikulitu b) 15-40% nieorganicznego srodka wiazacego c) 0-20% srodka rozpraszajacego promieniowanie podczerwone d) 15-50% mikroporowatego materialu e) 0,5 do 8% wlókien wzmacniajacych, zawierajacych co najwyzej 2% B2 O3 i co najwyzej 2% tlenków metali alkalicznych w przeliczeniu na mase wlókien wzmacniajacych. 3. Sposób wytwarzania ksztaltki do izolacji cieplnej z nieorganicznego materialu i nieorganicz- nych wlókien wzmacniajacych, znamienny tym, ze sposób prowadzony jest etapami o nastepuja- cej kolejnosci: a) mieszanie 30-70 czesci wagowych porowatego wermikulitu z 15-40 czesciami wagowymi nieorganicznego srodka wiazacego do postaci sypkiej przedmieszki; b) domieszanie 15-50 czesci wagowych mikroporowatego materialu, 0,5-8 czesci wagowych wlókien wzmacniajacych i ewentualnie do 20 czesci wagowych srodka rozpraszajacego promie- niowanie podczerwone do gotowej przedmieszki wytworzonej wedlug punktu a), przy czym wlók- na wzmacniajace, w przeliczeniu na swa mase zawieraja co najwyzej 2% B2 O3 i co najwyzej 2% tlenków metali alkalicznych, przez co uzyskuje sie mieszanine koncowa, w której czesci skladowe dopelniaja sie do 100 czesci wagowych, c) sprasowanie mieszaniny koncowej do postaci ksztaltki do izolacji cieplnej, i d) utwardzanie i wysuszenie ksztaltki w temperaturze do 1000°C. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kształtka do izolacji cieplnej z materiału nieorganicznego i nieorganicznych włókien wzmacniających oraz sposób wytwarzania kształtki oraz jej zastosowanie. Przedmiotem wynalazku jest w szczególności kształtka do izolacji cieplnej nadająca się jako element dystansowy w promiennikowych elementach grzejnych dla trzonów kuchennych i pieców piekarskich.

Tego typu elementom stawiane są szczególnie wysokie wymagania:

- muszą one być w wysokim stopniu trwałe mechanicznie a równocześnie wystarczająco elastyczne, aby wytrzymać bez uszkodzeń automatyczne wmontowywanie do promiennikowych elementów grzejnych i aby mogły być w sposób trwały dociskane do dolnej strony ceramicznej podpory kuchni;

- nie powinny wydzielać żadnych substancji szkodliwych dla zdrowia, takich jak przykładowo części włókniste, które mogłyby łatwo przedostawać się do płuc;

- nie powinny stanowić źródła materiałów, które obniżałyby działanie lub trwałość przedmiotów, przykładowo taśm grzewczych lub spiral grzewczych, o ile te przedmioty stykają się z tymi materiałami;

- muszą bardzo efektywnie tłumić przewodzenie ciepła, aby ciepło otrzymane z elementu grzejnego mogło być wykorzystywane do gotowania lub pieczenia bez większych strat;

- muszą być dobrymi izolatorami elektrycznymi;

- muszą zachowywać swoje własności mechaniczne i fizyczne w dużym zakresie temperatur.

W europejskim opisie patentowym EP-204 185 Al opisany jest promiennikowy element grzejny zawierający kształtkę, określaną jako obrzeże doniczkowe, stosowaną także jako element dystansowy. Obrzeże doniczkowe składa się głównie z materiału ziarnistego z prasowanej porowatej miki związanej środkiem wiążącym, takiego jak wermikulit. Ten materiał spełnia kryterium wystarczającej stabilności mechanicznej. Jednakże własności izolacji cieplnej, nie są wystarczające, przynajmniej w stosunku do obecnie stawianych wymagań.

W europejskim opisie patentowym EP-560 479 B1 opisano pierścieniową kształtkę do izolacji cieplnej i jej zastosowanie jako elementu dystansowego. Kształtka składa się z mieszaniny z materiału mikroporowatego i określonych, wzmacniających włókien szklanych, takich jak włókna szklane E. Te kształtki spełniają wymagania w szczególności w odniesieniu do izolacji cieplnej. Jednakże ich mechaniczna trwałość jest znacznie mniejsza niż porównywalnej kształtki z wermikulitu prasowanego ze środkiem wiążącym. Doświadczenia z kształtkami wzmacnianymi włóknem szklanym pokazały ponadto, że podczas ich stosowania obniża się trwałość taśm grzejnych stosowanych w promiennikach lub spiral grzejnych. Stwierdzono, że częściowo bardzo cienkie taśmy grzejne lub spirale grzejne stosunkowo szybko korodują i przepalają się w miejscach, w których zostały osłabione przez ścieranie pochodzące z kształtek. Tego rodzaju ścierania nie można uniknąć, ponieważ ono powstaje przykładowo przy zabudowie kształtki do systemu ogrzewania promiennikowego, podczas transportu układu grzejnego i podczas wiercenia otworów w układzie izolacji ogrzewania promiennikowego.

Przedmiotem wynalazku są kształtki, nadające się szczególnie w odniesieniu do wyżej wspomnianych wymagań.

Przedmiotem wynalazku jest kształtka do izolacji cieplnej z materiału nieorganicznego i nieorganicznych włókien wzmacniających, charakteryzująca się następującym składem, w stosunku wagowym:

a) 30-70% porowatego wermikulitu

b) 15-40% nieorganicznego środka wiążącego

c) 0-20% środka rozpraszającego promieniowanie podczerwone

d) 15-50% mikroporowatego materiału

186 939

e) 0,5-8% włókien wzmacniających, zawierających co najwyżej 2% B2O3 i co najwyżej 2% tlenków metali alkalicznych w przeliczeniu na masę włókien wzmacniających.

Korzystnie włókna wzmacniające wybrane są z grupy obejmującej włókna z krzemionki, szkła krzemianowego, włókna ze szkła o składzie w % wagowych:

SiO₂:

Al₂ O3: 15-30%

CaO: 99225%

MgO: 3-8-/

Na2O + K2O: 0-1 % (szkło R), włókna ze szkła o składzie w % wagowych:

SiO₂: 64-66%

AW 24-25%

CaO: <00.1%

MgO: 9.5-10%

Na2O + K2O: 0-0.02% (szkło S2®), włókna ze szkła o składzie w % wagowych:

SiO2: 54-62%

AW 9-155%

CaO: 11--5%

MgO: 0-0-/ZnO: 2-2-5

TiO2: 0-4%

Na₂O + K₂O: 0-2% (ECRGLAS®) i dowolnej mieszaniny tych włókien.

Kształtka spełnia wszystkie wymagania wymienione na wstępie w stopniu wyższym niż przeciętny. Nadaje się dlatego najlepiej do zastosowania jako element dystansowy w promiennikach kuchenek i pieców piekarskich.

Przedmiotem wynalazku jest w związku z powyższym również zastosowanie kształtki jako elementu dystansowego w promiennikach do trzonów kuchennych i pieców piekarskich. Szczególnie należy tu zaznaczyć jej doskonałą wytrzymałość mechaniczną i elastyczność oraz fakt, że jej części składowe nie naruszają trwałości taśm i spiral grzejnych. Ostatnio wymieniona własność związana jest w pierwszym rzędzie z wyborem włókien wzmacniających. Inaczej niż przykładowo dla włókien szklanych E, zastosowane włókna wzmacniające nie naruszają pracujących na gorąco taśm grzewczych lub spiral grzewczych. Szkło E zawiera według danych producenta następujące części składowe (dane w % wag.):

SiO2:52-56% A1₂O₃: 12-16% B₂O₃: 5-0 0%

CaO: 16-25% MgO: 0-5% ZnO: TiO2: 0-1,5% Na2O+K2O: 0-2%

Kształtka zawiera różne części składowe, stanowiące uzupełnienie do 100 części wagowych. 80-70 części wagowych stanowi spieniony wermikulit. Korzystnie stosuje się gatunki wermikulitu o uziarnieniu 0-2, tak, że średnica ziarenek wermikulitu w kształtce typowo wynosi 0,2 do 5 mm. Ewentualnie stosuje się ziarna wermikulitu, które przekraczają lub są mniejsze od określonych wielkości ziaren, lub z których przed wytwarzaniem kształtki oddziela się materiały obce przez przesiewanie lub sortowanie powietrzne. Magnetyczne materiały obce, przykładowo domieszki żelaza mogą być oddzielone w separatorze magnetycznym.

Kształtka zawiera dalej 15-40 części wagowych nieorganicznego środka wiążącego. Korzystne są szkła wodne, zole krzemionkowe, wodne fosforanowe środki wiążące i pokrewne. Szczególnie odpowiednie jest szkło wodne potasowe typu K28 firmy Silbermann, Gablingen, Niemcy.

Ewentualnie, kształtka może zawierać także do 20 części wagowych środka rozpraszającego promieniowanie podczerwone. Odpowiednimi środkami rozpraszającymi są ilmenit, rutyl, dwutlenek tytanu, węglik krzemu, mieszane tlenki żelaza (II) i żelaza (III), dwutlenek

186 939 chromu, tlenek cyrkonu, dwutlenek manganu, tlenek żelaza i krzemian cyrkonu jak również ich mieszaniny. Szczególnie korzystne jest zastosowanie ilmenitu, rutylu i krzemianu cyrkonu.

Kształtka zawiera następnie 15-50 części wagowych materiału mikroporowatego. Korzystne są tlenki o powierzchni właściwej BET korzystnie 50-700 m²/g, w szczególności otrzymane pirogenicznie kwasy krzemowe, włączając w to kwasy krzemowe otrzymane w łuku elektrycznym, strącane kwasy krzemowe o małej zawartości alkaliów, aerożele dwutlenku krzemu i tlenku glinu jak również mieszaniny wymienionych materiałów. Szczególnie korzystne sąpirogeniczne kwasy krzemowe, lub strącane kwasy krzemowe lub ich mieszaniny.

Kształtka zawiera także 0,5-8 części wagowych włókien wzmacniających, które w przeliczeniu na masę włókien, zawierają co najwyżej 2% B2O3 i co najwyżej 2% tlenków metali alkalicznych. Średnica włókien wynosi korzystnie 3-20 (im, a długość włókien korzystnie 1-25 mm. Wytwarzanie kształtki posiada szczególne znaczenie, ponieważ mikroporowaty materiał w kontakcie z wodą traci szybko swoje własności izolacji cieplnej.

Przedmiotem wynalazku jest dlatego także sposób wytwarzania kształtki do izolacji cieplnej z nieorganicznego materiału i nieorganicznych włókien wzmacniających, scharakteryzowany etapami postępowania w następującej kolejności:

a) mieszanie 30-70 części wagowych porowatego wermikulitu z 15-40 części wagowych nieorganicznego środka wiążącego do postaci sypkiej przedmieszki;

b) domieszanie 15-50 części wagowych mikroporowatego materiału, 0,5-8 części wagowych włókien wzmacniających i ewentualnie do 20 części wagowych środka rozpraszającego promieniowanie podczerwone do gotowej przedmieszki wytworzonej według punktu a), przy czym włókna wzmacniające, w przeliczeniu na swoją masę zawierają co najwyżej 2% B2O3 i co najwyżej 2%. tlenków metali alkalicznych, przez co uzyskuje się mieszaninę końcową, w której części składowe dopełniają się do 100 części wagowych,

c) sprasowanie mieszaniny końcowej do postaci kształtki do izolacji cieplnej, i

d) utwardzenie i wysuszenie kształtki w temperaturze do 1000°C.

Woda zawarta w nieorganicznym środku wiążącym jest w czasie wstępnego mieszania z wermikulitem pochłonięta przez niego tak, że przedmieszka pozostaje w dalszym ciągu sypka i zachowuje się jak sucha mieszanina. Mikroporowaty materiał wrażliwy na wodę, doprowadzany dopiero do przedmieszki, zachowuje swoje własności izolacji cieplnej. Podczas sprasowywania mieszaniny końcowej szkło wodne wydobywa się z ziarn wermikulitu i skleja ziarna wermikulitu w obrębie granic ziaren z innymi częściami składowymi mieszaniny końcowej. Także w tym etapie pozostaje prawie całkowicie zachowane działanie mikroporowatego materiału jako izolacji cieplnej.

Następujące przykłady/przykłady porównawcze uwypuklają korzyści według wynalazku.

Przykład porównawczy 1)

Sporządzono mieszaninę z: 46% wag. porowatego wermikulitu o uziarnieniu „O” spezial, sprowadzanego z firmy Kramer Progetha, Duesseldorf, Niemcy; 24% wag. szkła wodnego „K28”, sprowadzanego z firmy Silbermann, Gablingen, Niemcy; 26% wag. pirogenicznego kwasu krzemowego „N25”, sprowadzanego z firmy Wacker-Chemie GmbH, Monachium, Niemcy i 4% wag. włókien wzmacniających ze szkła E (długość 6 mm) sprowadzanego z firmy STW, Schenkenzell, Niemcy jak to opisano w zastrzeżonym sposobie i sprasowano osiowo do postaci pierścienia o gęstości ok. 700 kg/m3 oraz wysuszono w temperaturze 500°C. Pierścień zmielono następnie do postaci drobnego proszku. Następnie niewielkie ilości proszku napylono na promiennik z cienką taśmą grzejną, który wykazywał czas żarzenia 3-6 sekund. Następnie poddano promiennik badaniu długotrwałemu i stwierdzono, że po około 800 h czasu użytkowania dały się rozpoznać pierwsze oznaki korozji na taśmie grzejnej, które po dalszym czasie 1000 h pracy doprowadziły do przepalenia taśmy grzejnej.

Przykład 2)

W dalszym doświadczeniu, do wytwarzania pierścieni dystansowych, jako włókna wzmacniające, zastosowano włókna ze szkła S2® (długość 6 mm), sprowadzane z firmy Owens Corning, Wiesbaden, Niemcy. Poza tym warunki doświadczenia w stosunku do przykładu porównawczego 1) nie zmieniły się. W tym przypadku nie można było jednak stwierdzić korozji na taśmie grzejnej promiennika.

186 939

Przykład porównawczy 3a)

Na promiennik (tego samego typu jak w przykładzie porównawczym 1) napylono włókna szklane typu E (również tego samego typu jakie zastosowano w przykładzie porównawczym 1)). Po czasie użytkowania 280 h taśma grzejna była tak silnie naruszona przez stopione, zwilżające szkło, że przepaliła się w miejscu zwilżonym przez szkło.

Przykład porównawczy 3b)

W tak samo przeprowadzonym doświadczeniu jak w przykładzie porównawczym 3a) napylanie szkła C, sprowadzanego z firmy Schuller, Wertheim, Niemcy prowadziło do zniszczenia taśmy grzejnej po 145 godz. czasu użytkowania.

Szkło C według danych producenta ma następujący skład (dane w % wag.):

SiO2: 64:68% CaO: 11-115%

TiO2: A1₂O₃ : 3-5% MgO: 2-4% Z.rO₂ : B₂O₃ : 4-6%

ZnO: Na₂O+K.2O: 7-10%

Przykład porównawczy 3c)

W doświadczeniu przeprowadzonym w ten sam sposób jak w przykładzie porównawczym 3a) taśma grzejna odpadła już po 35 godzinach użytkowania. Zamiast włókien szklanych ze szkła E z przykładu porównawczego 3 a) badano włókna ze szkła AR, sprowadzane z firmy STW, Schenkenzell, Niemcy pod nazwą handlową „Cemfill”.

Szkło Ar według danych producenta ma następujący skład (dane w % wag.):

SiO2: 55-75% CaO: 1-10% TiO2: 0-12%

A.l₂O₃: 0-5% MgO: ZrO₂: 1-18%

B2O3: 0-8%

ZnO: Na2O+K₂O: 11-21%

Przykład 4a)

W tak samo przeprowadzonym doświadczeniu jak w przykładzie porównawczym 3a) na promiennik napylano włókna ze szkła S2® (długość 6 mm), sprowadzane z firmy Owens Corning, Wiesbaden, Niemcy, w miejsce włókien szklanych E. Po 1500 h czasu użytkowania taśma grzejna nie była zwilżona szkłem ani nie skorodowała.

Przykład 4b)

W tak samo przeprowadzonym doświadczeniu jak w przykładzie porównawczym 3a) na promiennik napylano włókna ze szkła R (długość 6 mm), sprowadzane z firmy Vetrotex, Herzogenrath, Niemcy, w miejsce włókien szklanych E. Po 1500 h czasu użytkowania taśma grzejna nie była zwilżona szkłem ani nie skorodowała.

Przykład 4c)

W tak samo przeprowadzonym doświadczeniu jak w przykładzie porównawczym 3a) na promiennik napylano włókna ze szkła krzemionkowego (długość 6 mm), sprowadzane pod nazwą handlową „Asilfaser” z firmy Asglawo, Freiberg, Niemcy, w miejsce włókien szklanych E. Po 1500 h czasu użytkowania taśma grzejna nie była zwilżona szkłem ani nie skorodowała. Zastosowane włókna krzemionkowe składały się według danych producenta w 98% z SiO2.

Przykład porównawczy 5a)

W oparciu o europejski opis patentowy EP-204 185A1 wytworzono pierścień odległościowy przez sprasowanie 70% wagowych spienionego wermikulitu o uziarnieniu „1”, (firmy Kramer Progetha-D usseldorf) i 30% wag. szkła wodnego potasowego (firmy CFB Budenheim) i poddano badaniu jego wytrzymałość na zginanie i przewodnictwo cieplne.

Przykład porównawczy 5b)

W oparciu o opis patentowy EP-560 479 B1 wytworzono pierścień dystansowy przez sprasowanie 60% wag. wysokodyspersyjnego kwasu krzemowego o powierzchni właściwej 300 m2/g i własnościach hydrofitowych (HDK T30 firmy Wacker), 37% wag. krzemianu cyrkonu (firmy Kreutz w Haiger D) oraz 3% wag. włókien szklanych ze szkła E (6 mm, firmy PPG) i poddano badaniu jego wytrzymałość na zginanie i przewodnictwo cieplne.

Przykład 6)

Pierścienie dystansowe według wynalazku, których wytwarzanie opisano w przykładzie 2) poddano także badaniu wytrzymałości na zginanie i przewodnictwa cieplnego. Dalej zostały

186 939 zestawione wyniki badań według przykładów porównawczych 5a) i 5b) oraz przykładu 6) (BT oznacza wytrzymałość na zginanie, W-RT oznacza przewodnictwo cieplne w temperatu-

rze pokojowej):	BT (N/mm²)	W-RT (W/mk)
Przykład por. 5a)	ca. 2	Ca. Q,2
Przykład por. 5b)	ca. 0,2	Ca. 0,03
Przykład 6)	ca. 0,8	Ca. 0,06

186 939

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kształtka do izolacji cieplnej z materiału nieorganicznego i nieorganicznych włókien wzmacniających, znamienna tym, że posiada następujący skład wagowy:

a) 30-70% porowatego wermikulitu

b) 15-40% nieorganicznego środka wiążącego

c) 0-20% środka rozpraszającego promieniowanie podczerwone

d) 15-50% mikroporowatego materiału

e) 0,5 do 8% włókien wzmacniających, zawierających co najwyżej 2% B2O3 i co najwyżej 2% tlenków metali alkalicznych w przeliczeniu na masę włókien wzmacniających.
2. Kształtka według zastrz. 1, znamienna tym, że włókna wzmacniające wybrane są z grupy obejmującej włókna z krzemionki, szkła krzemianowego, włókna ze szkła o składzie w % wagowych:

SiO2: 55-65%

Al₂O( 15-30%

CaO: 9-22%

MgO: 3-8%

Na2O + K2O: 0-1%, włókna ze szkła o składzie w % wagowych:

SiO2: 64-66%

Al2O(: 24-25%

CaO: 0-0,1%

MgO: 9,5-10%

Na2O + KO: 0-0,02%, włókna ze szkła o składzie w % wagowych:

SiO2: 54-62%

Al₂Oc 9--55%

CaO: 11-25%

MgO: 0-0-4

ZnO: 2-5-4

TiO2: 0-0-4

Na2O + K2O: 0-2% i dowolnej mieszaniny tych włókien.
3. Sposób wytwarzania kształtki do izolacji cieplnej z nieorganicznego materiału i nieorganicznych włókien wzmacniających, znamienny tym, że sposób prowadzony jest etapami o następującej kolejności:

a) mieszanie 30-70 części wagowych porowatego wermikulitu z 15-40 częściami wagowymi nieorganicznego środka wiążącego do postaci sypkiej przedmieszki;

b) domieszanie 15-50 części wagowych mikroporowatego materiału, 0,5-8 części wagowych włókien wzmacniających i ewentualnie do 20 części wagowych środka rozpraszającego promieniowanie podczerwone do gotowej przedmieszki wytworzonej według punktu a), przy czym włókna wzmacniające, w przeliczeniu na swą masę zawierają co najwyżej 2% B2Ó( i co najwyżej 2% tlenków metali alkalicznych, przez co uzyskuje się mieszaninę końcową, w której części składowe dopełniają się do 100 części wagowych,

c) sprasowanie mieszaniny końcowej do postaci kształtki do izolacji cieplnej, i

d) utwardzanie i wysuszenie kształtki w temperaturze do 1000°C.

186 939
4. Zastosowanie kształtki określonej w zastrz. 1 albo zastrz. 2 jako elementu dystansowego w promiennikach do trzonów kuchennych i pieców piekarskich.