МНОГОСЛОЙНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПОЖАРОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к производству неорганических изоляционных материалов, соединенных механическим способом из тканых и нетканых материалов, которые могут применяться в диапазоне температур от -200°C до +1000°C для высокотемпературной теплоизоляции промышленного и бытового оборудования, а также звукоизоляции в строительстве, транспорте и других отраслях.

Известен иглопробивной кремнеземный теплозащитный материал, содержащий, по крайней мере, один слой нетканого материала (патент РФ №2495172).

К недостаткам известного теплозащитного материала следует отнести его низкую прочность с показателем разрывной нагрузки до 70 Н (7 кгс), величину коэффициента теплопроводности материала при нагреве на 1000°C.

Известен многослойный отражающий теплоизоляционный материал, содержащий, по крайней мере, один слой нетканого материала (патент USA №6797356).

К недостаткам известного теплоизоляционного материала следует отнести ограничение его применения до температуры +500°C, а также использование для скрепления материалов органического клеевого соединения, которое содержит выделяющиеся при нагреве дымообразующие вещества, опасные для дыхания человека.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является многослойный теплоизоляционный материал (патент РФ №2236942, кл. В32В 7/08, 2004 г. - прототип), содержащий один или несколько слоев нетканого материала, соединенных иглопробивным способом с одним слоем металлизированной пленки, расположенной между слоями нетканого материала и/или снаружи.

Недостатком данного материала является содержание в его составе органических веществ: смеси полых полиэфирных волокон и волокон льна, а также полимерной пленки, что относит материал к классу горючих материалов и определяет температуру применения до +200°C.

Задачей изобретения является создание нового многослойного комбинированного экологически безопасного материала, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающего эффективное снижение теплового потока в рабочем диапазоне температур от -200°C до +1000°C.

Указанный результат достигается за счет того, что многослойный комбинированный теплоизоляционный пожарозащитный материал, содержащий слои тканых и нетканых материалов, причем тканые и нетканые материалы выполнены из аморфных штапелированных стеклянных волокон и супер-, ультратонких кристаллических керамических волокон, причем один слой нетканого материала состоит из кристаллических керамических волокон, уложенных с КЗО не менее 0,9, другой слой нетканого материала состоит из аморфных стеклянных волокон, снаружи нетканые материалы с обеих сторон облицовывают слоями стеклотканей, в том числе плакированных металлической фольгой, при этом соединение слоев материалов производят механическим способом стеклонитями с длиной стежка от 3 до 60 мм и межшовным расстоянием от 5 до 330 мм, полученный материал имеет толщину от 4 до 50 мм, вместо слоев нетканых материалов из аморфных стеклянных и кристаллических керамических волокон материал содержит слой нетканого материала из смеси аморфных стеклянных и кристаллических керамических волокон, при этом кристаллические керамические волокна с диаметром менее 1 мкм заполняют пространство между аморфными стеклянными волокнами с диаметром в 6-20 мкм, что приводит к повышению плотности и снижению теплопроводности материала, снаружи нетканые материалы с обеих сторон облицовывают слоями стеклотканей из волокон, имеющих пористую структуру с размером пор 3-10 ангстрем, которые при нагреве усаживаются на 8-10%, сжимают внутренние слои и повышают прочность комбинированного материала, вместо нетканого материала из аморфных стеклянных волокон используется слой нетканого материала из кристаллических керамических волокон, у которых при нагреве до 1000°C практически отсутствует усадка (1%), что позволяет сохранить исходные геометрические размеры материала, вместо нетканого материала из аморфных стеклянных волокон используется слой нетканого материала из аморфных базальтовых волокон, вместо стеклотканей, в том числе плакированных металлической фольгой, используют ткань из аморфных стеклянных волокон с содержанием оксида железа 5-18% вместо нетканого материала из кристаллических керамических волокон используют нетканый материал из аморфных волокон стекла типа ECR, вместо слоев стеклотканей используется слой ткани из кристаллических керамических волокон и слой стеклосетки из аморфных волокон стекла типа E, тканые и нетканые материалы перед прошиванием предварительно облицовываются стеклотканью по периметру торцов материалов.

Многослойный комбинированный теплоизоляционный пожарозащитный материал изготавливают следующим образом:

В вязально-прошивную машину последовательно подаются стеклоткани с поверхностной плотностью от 250 до 1000 г/м², в том числе плакированные металлической фольгой, нетканый материал из кристаллических керамических волокон объемной плотностью от 60 до 200 кг/м³, нетканый материал из аморфных стеклянных волокон объемной плотностью от 50 до 300 кг/м³. Все слои материалов в количестве от 3 до 10 соединяются прошиванием стеклонитями с длиной стежка от 3 до 60 мм и межшовным расстоянием от 5 до 330 мм. Из готового материала изготовляют, например, футеровку для высокотемпературных печей, теплоизоляционные плиты для газогенераторов, огнезащитные шторы и другие изделия, в зависимости от толщины полученного материала от 4 до 50 мм.

На фиг. 1 (сравнение теплопроводности волокнистых материалов) показано влияние температуры 1000°C на коэффициенты теплопроводности материалов из кремнеземных и базальтовых волокон и многослойного комбинированного теплоизоляционного пожарозащитного материала (МКТПМ). Входящие в состав МКТПМ слои нетканых материалов определенной плотности из аморфных стеклянных и кристаллических керамических волокон обладают различным тепловым сопротивлением и действуют в качестве ступенчатого ограничителя передачи тепловой энергии, обеспечивая при нагреве снижение коэффициента теплопроводности на 40% до по сравнению с высокотемпературными материалами из кремнеземных волокон, тем самым подтверждается высокая изоляционная эффективность многослойного комбинированного теплоизоляционного пожарозащитного материала.

Стеклоткань, плакированную металлической фольгой, располагают снаружи или между нетканых материалов и используют для отражения теплового излучения, а также для защиты от атмосферных осадков и снижения водопоглощения материала.

Стеклоткань из пористых волокон с размером пор 3-10 ангстрем, которая при нагреве усаживается и обжимает нетканые материалы, используется для повышения прочности многослойного комбинированного материала, увеличивая разрывную нагрузку более 2800 H (280 кгс). Стеклоткань изолирует нетканые материалы от окружающей среды и не допускает влияния волокон на ПДК воздушного пространства.

Слой нетканого материала из кристаллических керамических волокон позволяет повысить коэффициент заполнения объема упаковки многослойного комбинированного материала, повысить плотность и снизить теплопроводность.

Соединение слоев тканых и нетканых материалов механическим способом путем прошивания придает многослойному комбинированному материалу формоустойчивость и позволяет избежать использования связующих веществ, что определяет экологическую безопасность материала, так как при нагреве не выделяются токсичные и дымообразующие газы.

Эксплуатационная температура используемых материалов и скорость прохождения тепловой энергии варьируются толщиной и последовательным расположением тканых и нетканых материалов в многослойном комбинированном материале.

Таким образом, данное соединение тканых и нетканых материалов из аморфных и кристаллических волокон позволяет получить новый теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, высокой прочностью, устойчивостью к многократным теплосменам, который предназначен для эксплуатации с целью снижения теплового потока в диапазоне температур от -200°C до +1000°C, что приводит к экономии тепловой энергии и эффективному КПД многослойного комбинированного теплоизоляционного пожарозащитного материала.