Диссертация (1026327), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Исследование процесса получения полуфабриката из короткихбазальтовых волокон путем жидкостного измельчения штапельных волокони удаления неволокнистых включенийНа основе проведенного аналитического обзора опубликованных работ(Глава 1) по теплоизоляционным материалам из базальтовых волокон былипостроены графические зависимости (Рис.
2.1) коэффициентов теплопроводностина всем диапазоне температур от -260 °С до 700…750 °С. Анализ графиковРис. 2.1 позволяет сделать вывод, что расчетное значение коэффициентакондуктивной теплопроводности высокопористого (94 %) теплоизоляционногоматериала (кривая 5), изготовленного из базальтовых супертонких волокон(БСТВ), в интервале температур 60…420 °С имеет существенно (≈ в 1,75 раза)меньшийкоэффициенттеплопроводностипосравнениюсаналогичнымпоказателем для прошивных рулонов и матов (кривые 4) из исходных БСТВ,широко применяемых для теплоизоляции изделий общего назначения всоответствие с данными ГОСТ 21880-94, ТУ 5769-004-02500345-2009 (МПБОР);ТУ5769-002-0164840370-2013(«MINOL»).Расчетныйкоэффициенткондуктивной теплопроводности (кривая 5, Рис. 2.1) базальтовой теплоизоляцииполучен на основе правила суммирования:тим (ε, Т)где=возд (Т)+ (1 − )БВ (Т),(2.1)- пористость материала теплоизоляции; Т – текущая температура.Такое несоответствие объясняется тем, что при изготовлении воздушнымспособом структура рулонного материала или прошивного мата получаетсянеоднородной по поверхности и толщине слоя, содержит неволокнистые43включения и большие микропоры, а при общей высокой пористости в областитемператур 400…500 °С в такой теплоизоляции становится заметным ужелучистый перенос тепла.
Данный вывод подтверждают графики Рис. 2.1,полученныепутеманализаизвестныхисследованийкоэффициентатеплопроводности, как отдельных базальтовых волокон, так и базальтовойтеплоизоляции [17-19, 22,61-62] с различной плотностью материала.Рис. 2.1.Зависимость коэффициента теплопроводности сухого воздуха (1), базальтовыхволокон с диаметрами 3 мкм (2); 1,5 мкм (3), базальтовой теплоизоляции сплотностью 95-125 кг/м3 (4) в виде прошивного рулонного материала изисходных штапельных волокон и расчетная по формуле (2.1) кривая (5)кондуктивной теплопроводности от температурыВ связи с этим на первой стадии получения качественных высокопористыхтеплоизолирующих конструкций на основе базальтовых волокон, работающихнеограниченно длительное время при температурах 450 оС, является подготовка44полуфабриката в виде сухих плиток или брикетов.
Для обеспечения стабильныхфизико-механическихииспользоватьсволокнатеплофизическихнаименьшимихарактеристикдиаметрамиинеобходимоочищеннымиотневолокнистых включений, корольков и мусора, которые ухудшают работутеплоизоляционных покрытий, снижая коэффициент теплопроводности.Потехническимусловиямразличныхпредприятий,выпускающихминеральные волокна, допускается наличие примесей до 5-7 %. Зачастуюколичество мусора в исходном волокне выше нормированного.
Поэтомувозникаетнеобходимостьпереднепосредственносамимпроцессомформообразования теплоизолирующих конструкций подготовить компонентыматериала: волокно и минеральную связку.Как было показано в работе [40] для получения стабильных физикомеханических характеристик ТИМ на основе супертонких кварцевых волоконнеобходимо использовать измельченное (диспергированное) волокно со среднимудлинением lв/dв=700…2200. Для изготовления теплоизоляционного покрытиятруб НКТ в качестве исходного было выбрано супертонкое базальтовое волокно –холстБСТВ«MINOL»рекомендованномсдиаметромlв/dв=700…2200волоконсоответствуетdв=0,5-3,0 мкм,среднемучтоприизмельчениюбазальтовых штапельных волокон до длины 0,7…1,5-2 мм.Получение таких характеристик возможно при дезинтеграции волокнистоймассы в воде, которая производится с применением механической мешалкипропеллерного типа (Рис. 2.2).
[50] Процесс дезинтеграции может бытьпредставлен как физический процесс гидродинамического воздействия жидкостина ватообразную (Рис. 2.2) массу минеральных волокон с целью ее разъединения,уменьшения длины волокон и как физико-химический процесс - созданиядвухфазной дисперсной системы «короткие минеральные волокна – жидкость(вода)». Теплоизоляционный материал, изготовленный из базальтовых волокон,прошедших измельчение и предварительную очистку от неволокнистыхвключений, имеет более равномерную структуру, приводит к существенномууменьшению плотности или увеличению пористости материала теплоизоляции.45абРис.
2.2.Исходные базальтовые волокна (вата), подготовка их к дезинтеграции иочистки от не волокнистых включений (а) и схема дезинтегратора спропеллерной мешалкой (б):1 – корпус;2 – пропеллерная мешалка с двигателем; 3 - разделительная сетка, сразмером ячейки 3 мм; 4 - вентиль для удаления не волокнистых включений; 5- крышка для загрузки волокнистой исходной массы и залива воды; 6 - крышкалюка для выпуска дезинтегрированной волокнистой массы; 7 – лоток для сливадезинтегрированной волокнистой массыПри массовой концентрации исходных волокон в воде равной cm=10-20 г/л искоростивращениямеханическоймешалки1200-1500 об/мин,времядезинтеграции штапельных кварцевых волокон составляет 3-5 мин, а базальтовыхволокон - соответственно 8-15 мин (Рис.
2.3 [2]).В результате дезинтеграции получаем очищенное волокно длиной 0,71,5…2 мм и неволокнистые включения (Рис. 2.4) в виде поломанных и оченькоротких игл, корольков и мусора, которые намного быстрее осаждаются изпульпы по сравнению с относительно длинными базальтовыми волокнами,46проходят через сетку (3) и опускаются на дно емкости. Скопившийся осадокпериодически удаляют через вентиль (4) (см. Рис.
2.2, б).Рис. 2.3.Зависимость длинывволокна от времени дезинтеграции исходных волокон:1 – кварцевое волокно; 2 – базальтовое волокноабРис. 2.4.Измельченные и очищенные базальтовые волокна (а) и неволокнистыевключения в виде мусора (б)Далее дезинтегрированная волокнистая гидромасса из смесителя порциямисливаетсявпрямоугольнуюпресс-формуразмером200х200 ммс47перфорированным дном (Рис.
2.5). Гидромасса в пресс-форме поджимаетсясобственным весом пуансона, брикет из отфильтрованных волокон черезперфорированное дно вакуумируется и удаляется пуансоном из пресс-формы.абРис. 2.5.Пресс-форма и полуфабрикат из коротких базальтовых волокон последезинтеграции, очистки от примесей, при свободном фильтрационном осаждении(а) и удалении влаги (б)Отформованный брикет с оставшимся 40 % объемом воды послевакуумирования поступает в сушильную камеру для полного удаления влаги притемпературе 150 – 250 °C (Рис. 2.6). Полученный после сушки полуфабрикат изсухих волокон может быть использован в любое время, независимо от срокахранения.В подтверждение сказанному, что величина удлинения волокон оказываетвлияние на пористость осадка, были проведены экспериментальные проливкитехнической воды по схеме, представленной на Рис.
2.7 через слои осадка содинаковой поверхностной плотностью или «развесом» γ* равным 0,60 г/см2.48бавРис. 2.6.Зависимость влагосодержания в заготовках полуфабриката от времени сушки итемпературы (а); сушильная камера (б): 1 – печь SNOL 180/350; 2 –термоэлемент; 3 – оправка; 4 – зажим; полученный полуфабрикат (в)Рис. 2.7.Схема проливочной (насасывающей) установки:1 – насос; 2 – счетчик расхода жидкости (расходомер); 3 – образцовыйвакуумметр; 4 – вентиль; 5 – толщиномер49В качестве модельных волокон были выбраны некрученые кварцевые нити содинаковым диаметром элементарного волокна 12 мкм, рубленные на отрезкидлиной 6,7-13,4-20,1 мм, что соответствует удлинению волокон lв /dв = 560-11201675. Плотность кварцевых волокон в расчетах принималась равнойв=2,13 г/см3.В процессе проливок волокнистых образцов замерялись перепад давленияна слое ∆P по вакуумметру, объемный секундный расход жидкости Q = Fобр.U по расходомеру, где Fобр.
- площадь образца; U - скорость течения жидкости;толщина слоя ℎсл волокон и пористость образцов , которая рассчитывалась поформуле:=1−гдеслсл ⁄ в=1−обр /обрв ℎсл,- средняя плотность сухого слоя осадка волокон;(2.2)обр=∗обр– массаволокон в образце. Поверхностная плотность волокнистого образца∗,определяется из равенства:∗Результаты=проливоксл ℎсл=в (1образцов− )ℎсл .изрубленных(2.3)кварцевыхпредставлены на Рис. 2.8.Рис.2.8.Зависимость пористости от удлинения волокон диаметром 12 мкмволокон50Из Рис. 2.8 видно, что пористость слоя волокон ТИМ, подсчитанная повыражениям (2.2) – (2.3) тем больше, чем меньше относительная длина волокна.
Суменьшением длины рубленых волокон пористость увеличивается, слой осадкаполучается более «рыхлым» и менее прочным на сжатие, так как более короткиеволокна ложатся не только в плоскости фильтрации, но и под небольшим углом кплоскости проливки, по сравнению с более длинными (в три раза) волокнамитакого же диаметра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
