Изоляционные материалы из базальтовых волокон, полученных индукционным способом 05. 23. 05 Строительные материалы и изделия



НазваниеИзоляционные материалы из базальтовых волокон, полученных индукционным способом 05. 23. 05 Строительные материалы и изделия
страница3/3
ТАТАРИНЦЕВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА
Дата15.07.2013
Размер0.57 Mb.
ТипАвтореферат
источник
1   2   3
^

Прочностные характеристики волокон и пластиков



Армирую-

щее волокно
^

Значение характеристики


Ровинг

Микропластик

Однонаправленный пластик


Р, Н

Ро, мН/текс

Р, Н

Ро, мН/текс

Ку

ρ, кг/м3

δр, МПа

Базальтовое

191,8

438,2

423,1

964,9

2,2

2250

1506,8

Стеклянное

235,4

560,5

423,9

1009,3

1,8

2060

1185,1

Примечание: Р,Р0 – разрывная и удельная разрывная нагрузки; Ку – коэффициент усиления; ρ – плотность; δр – прочность при растяжении


Коэффициент усиления при переходе от волокна к микропластику на базальтовом ровинге выше, чем на стеклянном, что в однонаправленном пластике приводит к увеличению прочности на 27 %.

Поскольку традиционно используемые для намоточных изделий связующие ЭДИ и ЭХДИ не могут обеспечить теплостойкость полимерных композитов выше 120 ºС, дальнейшие разработки проводили на созданном с использованием синтезированной азотосодержащей эпоксидной смолы теплостойком связующем ТС.

Таблица 6.2

Основные технические характеристики эпоксидных связующих

Марка связую-щего

Условная вязкость при температуре

τ ж, мин

Жизнеспособность при температуре

Тм,

°С

Прочность при растяжении, МПа

Относительное удлинение %

t, °С

μ, с

t, °С

τ, ч

ЭДИ

38

35

8

50

3,5

94

49,1±3,2

2,9±0,2

ЭХДИ

- " -

38

60

128

28

5

-

60

-

2,0

-

140

-

64,7±0,6

-

2,2±0,1

-

ТС

- " -

- " -

- " -

15

20

25

30

70

38

31

23

7,4

-

-

-

30

15

-

-

3,5

72,0

-

-

156

-

-

-

52,5±2,8

-

-

-

3,2±0,6

-

-

-

Примечание: τ ж – время желатинизации при 120 °С; Тм – теплостойкость по Мартенсу


Имея технологические свойства и прочностные характеристики на уровне ЭДИ и ЭХДИ (табл. 6.2), связующее ТС превосходит их по теплостойкости и условной вязкости (времени истечения через сопло вискозиметра ВЗ-1), необходимый уровень которой достигается при комнатной температуре, что позволяет снизить энергозатраты производства.


Методами ТГА и ДТА было показано, что разработанное связующее термически стабильно в интервале от 20 до 250 ºС и теплостойкость его сохраняется в полимерных композитах, армированных волокнами, что достаточно наглядно представлено диаграммой изменения модуля упругости образцов базальтопластика на сжатие от температуры (рис. 6.1).





Температура, °С




Рисунок 6.1 – Температурная зависимость модуля упругости базальтопластиковых труб при нагружении кольцевых образцов на сжатие




При этом установлено, что базальтопластик на связующем ТС менее подвержен воздействию влаги при повышенных температурах (рис. 6.2).


Время, сут.



Рисунок 6.2 – Кинетика влаго-

поглощения базальтопласти- ков на основе связующих ТС (1) и ЭХДИ (2) при 150 °С







Известно, что диффузия влаги в полимерных композиционных материалах на основе эпоксидных матриц даже в стационарных термовлажностных условиях не подчиняется второму закону Фика, то есть в процессе влагонасыщения сорбированная влага активирует процессы структурной релаксации и гидролиза. В то же время для многих ПКМ экспериментально доказано, что, если осуществлять сушку при той же температуре, что и увлажнение, десорбция влаги из уже увлажненных образцов хорошо подчиняется этому закону. Эта закономерность в полной мере и была подтверждена нами при совместном с учеными из Алтайского государственного университета исследовании процессов влагопереноса в базальтопластиках. Для оценки влияния поглощенной влаги на физико-механические свойства композита увлажненные до насыщения образцы были подвергнуты динамическому механическому анализу с помощью обратного крутильного маятника. Из представленных на рис. 6.3 данных видно, что температура стеклования БП, определенная по температурам минимумов соответствующих производных dG'/dT составляет 164 °С. После увлажнения образца происходит значительное снижение динамического модуля сдвига в области стеклообразного состояния связующего.




Рисунок 6.3 Температурные зависимости G' и dG'/dT для исходных и увлажненных образцов базальтопластика на основе связующего ТС


Разработанный ПКМ обладает перед аналогичными на основе эпоксидных матриц двумя существенными преимуществами: низким предельным влагонасыщением и почти полным отсутствием потока влаги поперек стенок трубы. Следовательно, можно ожидать, что базальтопластиковые трубы, по которым течет вода, будут иметь пренебрежимо низкую проницаемость, если их торцы будут надежно защищены от контакта с влагой.

ВЫВОДЫ

1 Особенностями физико-химических свойств базальтовых расплавов, оказывающих влияние на процессы стекловарения и волокнообразования, являются высокий уровень поверхностного натяжения, резкая зависимость вязкости от температуры, повышенные кристаллизуемость и смачивание материала, из которого изготавливают промышленные сосуды и питатели для выработки волокон. С учетом этих особенностей, а также установленной связи свойств расплавов с минеральным и химическим составом горных пород выбраны критерии их пригодности для производства штапельных и непрерывных волокон, важнейшими из которых следует считать температуру верхнего предела кристаллизации, краевой угол смачивания и вязкость расплава. При этом показано, что температура верхнего предела кристаллизации определяет нижнюю границу интервала выработки волокон, а смачивание - нижнюю. Для производства штапельных волокон наиболее оптимальной в диапазоне температур 1400…1450 °С является вязкость расплава в диапазоне 3…10 Па·с, а непрерывные волокна стабильно формуются из расплавов с вязкостью 10…20 Па·с.

2 Полученная в результате математического моделирования с использованием массива экспериментальных данных по горным породам 27 месторождений аппроксимационная формула для расчета вязкости расплава по химическому составу сырья учитывает, в отличие от известных, не только вклад в значение вязкости отдельных расплавообразующих оксидов, но и их взаимное влияние, отраженное в модуле кислотности, и позволяет с достаточной точностью прогнозировать вязкость при заданной температуре.

3 Плавление горных пород токами высокой частоты значительно сокращает во времени процесс стекловарения путем подъема температуры до 1700…2100 °С. При этом за счет перегрева стекломассы снижается ее вязкость, усиливается конвективное движение и обеспечивается более полная гомогенизация расплава. Полученное по индукционной технологии базальтовое волокно имеет практически бездефектную поверхность и вследствие этого высокие прочностные свойства и химическую стойкость, что позволяет говорить о перспективах его применения как в строительной индустрии, так и в других отраслях народного хозяйства.

4 Разработанный и запатентованный способ изготовления минераловатного ковра, включает плавление горных пород токами высокой частоты в водоохлаждаемом тигле с последующим раздувом расплава сжатым воздухом в супертонкие волокна. В развитие этого способа обоснован и экспериментально подтвержден выбор прямоточной раздувочной головки, обеспечивающей получение минеральной ваты с диаметром элементарного волокна 1…3 мкм и содержанием неволокнистых включений до 5 % при низких входных давлениях энергоносителя, предложены пути повышения эффективности процесса плавления, основным из которых является работа с закрытым зеркалом расплава, обусловливающая минимальные потери излучением.

5 На основе предложенной физико-математической модели преобразования расплава в волокно в прямоточной раздувочной головке, отличительная особенность которой заключается в представлении механизма формирования волокон как последовательного сдвига вершин капиллярных волн, возникающих на поверхности расплава в результате воздействия на него сверхзвукового газодинамического потока и генерируемого им акустического поля, получены выражения для расчета параметров струи расплава и образующихся волокон в зависимости от массового расхода и вязкости расплава, давления энергоносителя и частоты генерированных колебаний. Расчетные значения этих параметров имеют высокую сходимость с экспериментальными данными, что свидетельствует о достоверности разработанной модели.

6 С использованием эффективных гидрофобизирующих веществ из класса кремнийорганических жидкостей и найденных функциональных зависимостей водопоглощения от их содержания в волокнистом материале созданы экологически чистые негорючие теплоизоляционные материалы, по основным характеристикам не уступающие, а по водо- и термостойкости в 1,5…2 раза превосходящие отечественные и зарубежные аналоги. Для реализации высоких прочностных свойств изделий в технологическую схему производства полужестких плит включен узел частичной переориентации супертонких волокон в вертикальное положение, а для формования минераловатных скорлуп предложен метод центрифугирования, позволяющий удалять максимум избыточной влаги из образца и, как следствие, за счет сокращения времени сушки снизить энергозатраты процесса.

7 Промышленные испытания разработанного на основе новых технологических и конструкторских решений комплекса по переработке минерального сырья в теплоизоляционные строительные материалы подтвердили правильность выбранного направления по созданию эффективных утеплителей с использованием индукционного способа плавления горных пород, акустического раздува расплава воздухом и диспергирования раствора связующего в камеру волокноосаждения с последующей сушкой обработанного связующим минераловатного ковра. Разработанный регламент технологического процесса получения минеральной ваты и плит на ее основе явился базовым для выпуска технологической документации для других вновь создаваемых производств.

8 Экологический мониторинг ряда производств базальтоволокнистых теплоизоляционных материалов, использующих индукционный способ плавления, позволил отнести их к самой низкой категории опасности – четвертой. При этом установлено отсутствие эффекта суммации токсичности выделяющихся при ведении технологического процесса вредных веществ, что является весьма важным для получения разрешения на организацию таких производств в непосредственной близости от жилой зоны.

9 Предложенные способы утилизации базальтовой пыли включают изготовление эффективного чистящего средства и шпатлевки с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами, а также использование пыли в качестве многофункционального минерального удобрения.

10 Расчетные значения сроков эксплуатации в зоне умеренно холодного климата теплоизоляционных изделий из базальтовых волокон, полученных методом индукционного плавления, согласно испытаниям, проведенным в соответствии с разработанной методикой определения долговечности волокнистых утеплителей, в основу которой положен способ циклического термостатирования образцов в ненапряженном состоянии в течение заданного периода времени с последующим изучением их свойств, достигают 50 лет.

11 Создание изоляционного конструкционного материала с высокой тепло- и водостойкостью возможно с применением в качестве наполнителя базальтовых непрерывных волокон, а полимерной матрицы – связующего на основе азотосодержащей эпоксидной смолы. Наличие на поверхности волокон силанольных и гидроксильныъ групп примесных металлов, являющихся активными адсорбционными центрами, способными вступать во взаимодействие с эпоксидными связующими, обусловливает высокую скорость пропитки, смачиваемость и большую глубину прохождения процесса отверждения.


^ СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Tatarintseva O.S., Vorozhtsov B.I., Tolkachev E.G. Basalt Superfine Fiber Production Using a Set-up Fitted With Induction Oven // the Scientific Conference on Use of Research Conversion Results in The Siberian Institutions of Higher Education for International Cooperation, Tomsk. – 1995. – Р. 55.

2 Свидетельство № 3127, зарег. в Гос. реестре полезных моделей 16.11.96. Дутьевая головка (полезная модель) / О.С.Татаринцева, Б.И. Ворожцов, Е.Г. Толкачев, Н.Н. Ходакова, Г.Б. Лапутина.

3 Пат. 2093534, зарег. в Гос. реестре изобр. 20.10.97. Шпатлевка / О.С. Татаринцева, Т.К. Углова, А.Д. Савкин, Т.П. Потапова.

4 Пат. 2100299, зарег. в Гос. реестре изобр.27.12.97. Способ получения минераловатного ковра из базальтового супертонкого волокна / О.С. Татаринцева, Г.В. Сакович, Е.Г. Толкачев, Н.Н. Ходакова.

5 Татаринцева О.С., Ковалев В.П., Углова Т.К. Негорючая экологически чистая изоляция для трубопроводов // Строительные материалы. – 1998. – № 5. – С. 23.

6 Татаринцева О.С., Ворожцов Б.И., Ходакова Н.Н., Углова Т.К. Перспективы использования отходов горных пород в товарах народного потребления // Горный журнал. – 1998. – № 7. – С. 40-41.

7 Татаринцева О.С., Толкачев Е.Г. Технология переработки горных пород с получением базальтовых супертонких волокон // ВСМ. – Сер.II. – Вып. 6 (442). – 1998. – С. 145-147.

8 Татаринцева О.С., Потапов М.Г., Ворожцов Б.И., Литвинов А.В. Переработка нерудных горных пород в теплоизоляционные строительные и промышленные материалы // Сб. докл. межд. семинара «Нетрадиционные технологии в строительстве», Томск. – 1999. – С. 148-150.

9 Ворожцов Б.И., Татаринцева О.С., Потапов М.Г. Экологически чистая переработка горных пород в теплоизоляционные материалы / Сб. докл. спец. сессии межд. Академии экологии и безопасности жизнедеятельности, Новосибирск. – 1999. – С. 16-19.

10 Пат. 2130001, зарег. в Гос. реестре изобр. 10.05.99. Способ изготовления волокнистых теплоизоляционных изделий / О.С. Татаринцева, Т.К. Углова, Б.И. Ворожцов, В.П. Ковалев.

11 Татаринцева О.С., Ворожцов Б.И. Переработка природного камня в теплоизоляционные материалы // Горный журнал. – 2000. – № 4. – С. 62-63.

12 Пат. 2151115, зарег. в Гос. реестре изобр. 20.06.2000. Теплоизоляционный материал / О.С. Татаринцева, Е.Г. Толкачев, Н.Н. Ходакова, Т.К. Углова.

13 Татаринцева О.С., Потапов М.Г., Литвинов А.В. Технология получения экологически чистых теплоизоляционных материалов из горных пород // Материалы межд. науч.-практ. конф. «Siberia», Новосибирск. – № 7. – 2001. – С. 26.

14 Татаринцева О.С., Потапов М.Г., Петраков В.М. и др. Производство теплоизоляционных материалов из горных пород в ОАО «Новосибирскэнерго // Строительные материалы. – № 2. – 2001. – С. 14-15.

15 Ходакова Н.Н., Татаринцева О.С. Аппаратурно-методическое обеспечение исследований горных пород / Сб. докл. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2001. – С. 10-13.

16 Потапов М.Г., Литвинов А.В., Татаринцева О.С., Аполонский Н.Т. Опытно-промышленная установка по отработке технологии получения теплоизоляционных материалов из нерудных горных пород // Сб. докл. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2001. – С. 13-14.

17 Татаринцева О.С., Углова Т.К., Ковалев В.П. Технология получения теплоизоляции для трубопроводов // Сб. докл. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2001. – С. 34-36.

18 Татаринцева О.С., Потапов М.Г, Ходакова Н.Н. Перспективы использования горных пород Сибири и Дальнего Востока в производстве базальтовых волокон // Стены и фасады. – 2001. – № 3(12). – С. 17-20.

19 Олейников Б.Д, Тихомирова Т.В, Татаринцева О.С. Экологическая безопасность производств теплоизоляционных материалов из базальта // Сб. докл. II Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. – С. 9-10.

20 Татаринцева О.С., Самойленко В.В, Углова Т.К. Разработка технологии получения теплоизоляционных полужестких плит // Сб. докл. II Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. – С. 13.

21 Татаринцева О.С., Потапов М.Г., Хрусталев Ю.В., Литвинов А.В. Расчет продолжительности процесса сушки при получении теплоизоляционных плит из базальтовой ваты // Сб. докл. II Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2002. – С. 16-18.

22 Татаринцева О.С., Ходакова Н.Н. Влияние температуры получения базальтовых расплавов на их характеристики // Сб. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2003. – С. 18-21.

23 Татаринцева О.С., Бондарчук С.С. Прогнозирование вязкости расплавов по химическому составу сырья // Сб. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2003. – С. 21-22.

24 Архипов В.А., Бондарчук С.С., Татаринцева О.С., Матвиенко О.В. Структура турбулентной струи энергоносителя в вихревой раздувочной головке для формирования минеральных волокон // Сб. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2003. – С. 25-27.

25 Бессонов А.Ю., Литвинов А.В., Татаринцева О.С., Кожарский С.П. Влияние спектра звука раздувочных головок на параметры минеральной ваты // Сб. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2003. – С. 39-40.

26 Татаринцева О.С., Ходакова Н.Н. Сравнительная оценка волокнистых теплоизоляционных материалов // Сб. докл. III Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2003. – С. 53-57.

27 Татаринцева О.С., Ходакова Н.Н., Старцев О.В., Филистович Д.В. Процессы влагопереноса в базальтопластиках // Сб. тез. докл. XVII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Казань, 2003. – С. 408.

28 Фирсов В.В., Татаринцева О.С., Самойленко В.В. Непрерывная технологическая линия переработки минерального сырья в теплоизоляционные плиты // Межвузовский сб. «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях», Бийск: Изд-во АлтГТУ, 2003. – С. 192-196.

29 Татаринцева О.С., Углова Т.К. Повышение водостойкости теплоизоляционных материалов // Сб. докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2004. – С. 49-52.

30 Фирсов В.В., Татаринцева О.С., Самойленко В.В. Сравнительная оценка способов получения полужестких минераловатных плит // Сб. докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2004.–С. 47-49.

31 Архипов В.А., Бондарчук С.С., Татаринцева О.С., Ворожцов Б.И. Параметры истечения струи расплава при формировании базальтовых волокон // Сб. докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2004. – С. 70-74.

32 Ворожцов Б.И., Татаринцева О.С. Феноменологическое исследование преобразования расплава в волокно // Сб. докл. IV Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Бийск, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2004. – С. 74-78.

33 Татаринцева О.С., Потапов М.Г. Об объединении усилий отечественных производителей теплоизоляционных материалов // Проектирование и строительство в Сибири. – 2004. – №4(22). – С. 28-30.

34 Татаринцева О.С., Углова Т.К., Игонин Г.С. и др. Определение сроков эксплуатации базальтоволокнистых теплоизоляционных материалов // Строительные материалы. – 2004. – № 11. – С. 14-15.

35 Татаринцева О.С., Ходакова Н.Н. Самойленко В.В. Базальтопластик с повышенной тепло- и водостойкостью // Сб. тез. докл. семинара «Химические аспекты нефтедобычи», Новосибирск: Изд. СО РАН, 2004. – С. 30.

36 Татаринцева О.С., Самойленко В.В., Ходакова Н.Н. и др. Компактная установка по выпуску базальтоволокнистой теплоизоляции для энергетических предприятий // Промышленная энергетика. – 2004. – № 11. – С. 38-40.

37 Татаринцева О.С., Ходакова Н.Н. Армирующий материал для композиционных намоточных изделий // Строительные материалы.– 2004.– № 12. – С.38-39.

38 Татаринцева О.С., Самойленко В.В., Фирсов В.В. Технологическая линия переработки горных пород в теплоизоляционные плиты // Приложение к журналу «Строительные материалы». – 2005. – № 3. – С. 24-25.

39 Архипов В.А., Татаринцева О.С., Ворожцов Б.И. , Литвинов В.Л. Режимы распада струи расплава при формировании базальтовых волокон // Сб. докл. V Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Белокуриха, М.: ЦЭИ «Химмаш», 2005. – С. 25-28.

40 Игонин Н.Г., Татаринцева О.С Экспериментальное изучение профилей распределения концентрации влаги в базальтопластике // Сб. тез. докл. 25 Юбилейной межд. науч.-практ. конф. «Композиционные материалы в промышленности», Ялта. 2005. – С. 317.

41 Татаринцева О.С., Зимин Д.Е. Теплостойкое связующее для полимерных композиционных материалов // Сб. тез. докл. 25 Юбилейной межд. науч.-практ. конф. «Композиционные материалы в промышленности», Ялта. 2005. – С. 317.

42 Татаринцева О.С., Ворожцов Б.И. Механизм преобразования расплава в волокно // Ползуновский вестник. – 2006. - № 2. – С.149-157.

43 Татаринцева О.С., Зимин Д.Е. Особенности плавления горных пород и волокнообразования из расплавов // Ползуновский вестник. – 2006. - № 2. – С.158-162.

44 Татаринцева О.С., Игонин Н.Г. Изучение процесса диффузии влаги в эпоксидных базальтопластиках // Сб. тез. докл. 26 межд. науч.-практ. конференции «Композиционные материалы в промышленности». – Ялта. – 2006. – С. 220-221.

45 Зимин Д.Е., Ходакова Н.Н., Татаринцева О.С. / Исследование влияния агрессивных сред на прочностные характеристики волокон в зависимости от их химического состава // Сб. докл. III Всерос. конф. молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии», Томск, изд-во Института оптики и атмосферы СО РАН. – 2006. – С. 345-348.

46 Ходакова Н.Н., Татаринцева О.С. Оценка возможности применения горных пород в производстве базальтового непрерывного волокна // Сб. докл. VI Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Белокуриха, 31 мая-2 июня, М.: ЦЭИ «Химмаш». 2006. – С.162-170.


1   2   3



Похожие:



Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
refdt.ru


©refdt.ru 2000-2013
условием копирования является указание активной ссылки
обратиться к администрации
refdt.ru