close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15285

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 04B 38/06 (2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЕНОКЕРАМИКИ
(21) Номер заявки: a 20101210
(22) 2010.08.11
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт порошковой
металлургии" (BY)
(72) Авторы: Леонов Андрей Николаевич;
Сморыго Олег Львович; Марукович
Александр Иванович; Дечко Михаил
Михайлович; Велюго Юрий Владимирович (BY)
BY 15285 C1 2011.12.30
BY (11) 15285
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) BY a20081464, 2010.
ЛЕОНОВ А.Н. и др. Пористые проницаемые материалы: теория проектирования изделий и технологий. - Минск:
ОДО "Тонпик", 2003. - С. 145-165,
177-188.
SU 1668342 A1, 1991.
BY 10102 C1, 2007.
(57)
Способ изготовления изделий из пенокерамики, заключающийся в том, что изготавливают заготовки из пенополиуретана (ППУ), проводят активацию ППУ-заготовок, партию
активированных ППУ-заготовок ранжируют по возрастанию плотности и разделяют на n
подгрупп с равным интервалом величины изменения плотности в каждой подгруппе, причем количество подгрупп равно ближайшему большему целому значению [n], рассчитанному по формуле:
[n ] = ρкон. max ⋅ ρисх. max − ρисх. min ,
ρисх. min ρ кон.max − ρкон. min
где ρ исх. min - минимальная плотность активированных заготовок, г/см3,
ρ исх.max - максимальная плотность активированных заготовок, г/см3,
ρ кон. min - требуемая минимальная плотность изделий, г/см3,
ρ кон. max - требуемая максимальная плотность изделий, г/см3,
каждую подгруппу пропитывают водной керамической суспензией с влажностью Wj, величину которой определяют по формуле:
1 + αWт
Wj =
,
1+ α
где Wj - влажность керамической суспензии для пропитки j-й подгруппы активированных
заготовок;
Wт - влажность, при которой керамическая суспензия теряет текучесть,
1− П
ρ
 ρ
м,
α =  кон − 1 ⋅ пикн. ⋅
ρ
 ρ
1− W
ж
 исх.j 
т
+ ρкон. min 
ρ
3
ρкон =  кон. max
 - средняя плотность изделий, г/см ,
2


ρисх. j - средняя плотность активированных заготовок в j-й подгруппе, г/см3,
BY 15285 C1 2011.12.30
ρпикн. - пикнометрическая плотность керамики, г/см3,
ρж - плотность воды, г/см3,
Пм - микропористость сухой керамики,
удаляют излишки суспензии, сушат, выжигают ППУ-каркас и производят спекание.
Изобретение относится к способам изготовления изделий из пенокерамики путем дублирования структуры пенополиуретана (ППУ) и может быть использовано при производстве излучающих элементов радиационных горелок, высокотемпературных фильтров для
очистки расплавов металлов, высокопроизводительных фильтров для очистки воздуха от
твердых частиц, носителей катализаторов.
Известные способы получения изделий из пенокерамики путем дублирования ячеистой структуры ППУ [1-6] включают в себя следующие операции: изготовление ППУзаготовок требуемого размера; активацию ППУ-заготовок; пропитку активированных
ППУ-заготовок керамической суспензией, содержащей воду, наполнитель на основе оксидной или неоксидной керамики, связующее и реологические добавки; удаление излишек
суспензии из заготовок любым известным способом (прокатка в валках, продувка сжатым
воздухом, центрифугирование); сушку пропитанных ППУ-заготовок; термообработку для
выжигания ППУ-каркаса и спекание. Полученные таким образом готовые изделия из пенокерамики дублируют структуру ППУ-заготовок и имеют открытую пористость 75-85 %.
Недостаток известных способов состоит в том, что готовые изделия из пенокерамики
имеют либо относительно низкий предел прочности [1-5], либо относительно низкую пористость [6], и все они имеют существенный разброс по плотности (и, следовательно, по
прочности и пористости), что отрицательно отражается на стабильности их эксплуатационных параметров.
Работоспособность изделий из пенокерамики определяется в основном двумя конкурирующими параметрами - прочностью и пористостью. При большой плотности изделия
из пенокерамики обладают относительно высокой прочностью, но относительно малой
пористостью (проницаемостью). При малой плотности изделия из пенокерамики обладают
относительно высокой пористостью (проницаемостью), но относительно низкой прочностью. И та и другая крайность отрицательно отражается на эксплуатационных параметрах
изделий из пенокерамики, так как низкая пористость (проницаемость) снижает производительность изделий и приводит к увеличению перепада давления при фильтрации жидкостей или газов, а недостаточная прочность изделий приводит к разрушению их, в том
числе и при высоких температурах.
Относительно низкий предел прочности изделий из пенокерамики, получаемых по
способам [1-5], определяется несовершенством операции активации ППУ-заготовок. Из-за
плохой смачиваемости водной керамической суспензией, гидрофобная поверхность ППУперемычек на отдельно взятой заготовке покрывается слоем керамики неравномерно,
причем острые кромки перемычек имеют или очень тонкое покрытие, или вообще непокрыты. Дефекты, полученные на стадии активации из-за неравномерного покрытия, при
пропитке активированных ППУ-заготовок керамической суспензией не устраняются и являются причиной относительно низкой прочности готовых изделий.
Относительно низкая пористость изделий из пенокерамики, получаемых по способу
[6], также определяется несовершенством операции активации ППУ-заготовок. Для улучшения смачиваемости на гладкую поверхность ППУ-перемычек предварительно наносят
слой волокна с помощью адгезива. В качестве адгезива используют раствор латекса, а в
качестве материала волокон используют нейлон, хлопок, графит. После этого на поверхность ППУ-перемычек пропиткой или распылением наносят активационную керамическую суспензию. Активационная керамическая суспензия является гидрофильной, что
обеспечивает равномерное покрытие поверхности ППУ-перемычек, включая острые
2
BY 15285 C1 2011.12.30
кромки. Пенокерамика, полученная таким способом, имеет значительно меньше дефектов,
что приводит к значительному повышению плотности. Поэтому недостаток способа заключается в том, что нанесенный активационный слой, включающий рыхло уложенные
волокна, снижает открытую пористость пенокерамики до 35 %.
Кроме того, все приведенные способы - аналоги [1-6], имеют большой разброс изделий по плотности. Причиной большого разброса изделий из пенокерамики по плотности
является повышенная чувствительность дисперсных керамических материалов к случайным колебаниям состава и технологических режимов. Это приводит к тому, что разные
ППУ-заготовки на стадии активации покрываются керамическими слоями различной
толщины, в результате чего партия ППУ-заготовок уже на стадии активации имеет значительный разброс по плотности. Следующая операция - пропитка активированных ППУзаготовок еще в большей степени увеличивает разброс изделий по плотности. Объясняется это тем, что толщина образуемого слоя керамики при пропитке пропорциональна толщине сухого активационного слоя керамики на ППУ-заготовке. Именно эта особенность
процесса формования пенокерамики ответственна за плохую технологическую наследственность. Если две активированные ППУ-заготовки будут различаться по плотности на
∆ρ, то после пропитки эта разница возрастет до ∆p⋅(p2/p1), где ρ2 - плотность изделия, ρ1 плотность активированной ППУ-заготовки (как правило, ρ2/ρ1 = 3-4). Поэтому образовавшийся разброс по плотности в партии активированных ППУ-заготовок после пропитки
наследуется и увеличивается в 3-4 раза, что приводит к существенной нестабильности
эксплуатационных параметров готовых изделий в партии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ (прототип) [7], включающий изготовление ППУ-заготовок требуемого размера; активацию ППУ-заготовок; пропитку активированных ППУ-заготовок водной керамической
суспензией; удаление ее излишков в центробежном поле сил; сушку; выжигание ППУкаркаса и спекание.
Поставленная задача в прототипе - повышение предела прочности готовых изделий из
пенокерамики при сохранении приемлемой пористости - решается за счет введения в активационную суспензию жидких растворимых добавок, существенно улучшающих смачиваемость ППУ-заготовок. С этой целью в активационную керамическую суспензию,
содержащую воду, вводят наполнитель на основе оксидной керамики, связующее и реологические добавки, добавляют (10-25) % низкомолекулярного спирта (этанол или метанол)
и (0,1-1) % водорастворимой производной целлюлозы (карбоксиметилцеллюлоза или метилцеллюлоза). Введение в состав керамической суспензии производной целлюлозы вместе с
низкомолекулярным спиртом существенно улучшает смачиваемость поверхности ППУперемычек активационной суспензией и повышает ее адгезию. Активационная суспензия
равномерно распределяется по внутреннему объему ППУ-заготовки путем многократного
обжатия. В результате поверхность ППУ-перемычек покрывается равномерным активационным слоем керамики, в том числе и на острых кромках. При этом отсутствие рыхло
уложенных волокон в активационной суспензии, которая наносится на гладкую поверхность ППУ-перемычек, не уменьшает пористость ППУ-заготовок. Далее высушенные активированные ППУ-заготовки пропитывают в керамической суспензии определенной
влажности, сушат, подвергают термообработке для выжигания ППУ-каркаса и спекают.
Полученные по прототипу изделия из пенокерамики обладают повышенной прочностью и
приемлемой пористостью, по сравнению с изделиями, полученными по известным аналогам.
Недостаток прототипа заключается в том, что хотя модернизация процесса активации
ППУ-заготовок и повышает прочность при сохранении приемлемой пористости заготовок,
но не устраняет относительно большой разброс активированных ППУ-заготовок по плотности в партии. Дальнейшая пропитка в еще большей степени усиливает разброс изделий
по плотности, что отражается на разбросе изделий по механической прочности и по пористости (общеизвестно, что обеспечить высокое качество изделий при серийном производ3
BY 15285 C1 2011.12.30
стве (стабильность свойств) намного сложнее, чем обеспечить качество единичного образца при индивидуальной обработке).
Техническая задача, которая решается в предлагаемом изобретении, заключается в повышении стабильности эксплуатационных параметров изделий из пенокерамики в партии
путем существенного снижения разброса изделий по плотности.
Суть способа изготовления изделий из пенокерамики заключается в том, что изготавливают заготовки из пенополиуретана (ППУ), проводят активацию ППУ-заготовок, партию активированных ППУ-заготовок ранжируют по возрастанию плотности и разделяют
на n подгрупп с равным интервалом величины изменения плотности в каждой подгруппе,
причем количество подгрупп равно ближайшему большему целому значению [n], рассчитанному по формуле:
[n ] = ρкон. max ⋅ ρисх. max − ρисх. min ,
ρисх. min ρ кон.max − ρкон. min
где ρисх. min - минимальная плотность активированных заготовок, г/см3;
ρ исх. max - максимальная плотность активированных заготовок, г/см3;
ρ кон. min - требуемая минимальная плотность изделий, г/см3;
ρ кон. max - требуемая максимальная плотность изделий, г/см3;
каждую подгруппу пропитывают водной керамической суспензией с влажностью Wj, величину которой определяют по следующей формуле:
1 + αWт
,
Wj =
1+ α
где Wj - влажность керамической суспензии для пропитки j-й подгруппы активированных
заготовок;
Wт - влажность, при которой керамическая суспензия теряет текучесть.
 ρ
ρ
1 − Пм
α =  кон − 1 ⋅ пикн. ⋅
,
 ρисх.j  ρ ж 1 − Wт
+ ρкон. min 
ρ
3
ρкон =  кон. max
 - средняя плотность изделий, г/см ;
2


ρисх. j - средняя плотность активированных заготовок в j-й подгруппе, г/см3;
ρпикн. - пикнометрическая плотность керамики, г/см3;
ρж - плотность воды, г/см3;
Пм - микропористость сухой керамики,
удаляют излишки суспензии, сушат, выжигают ППУ-каркас и производят спекание.
Если активированную заготовку с плотностью ρисх погружают в керамическую суспензию влажностью W, то слой сухой керамики, обладающей микропористостью Пм, под
действием капиллярных сил впитывает воду. Часть тонкого обезвоженного до влажности
Wт слоя суспензии теряет свою текучесть и налипает на активационный слой. Остальную
часть суспензии, находящуюся в макропорах активированных ППУ-заготовок, которая не
меняет своей влажности и поэтому остается текучей, легко удаляют в центробежном поле
сил. Чем меньше влажность керамической суспензии, тем толще будет слой керамики,
который осядет на ППУ-перемычках, предварительно покрытых активационной керамической массой. Если две активированные заготовки со средней плотностью ρ'исх < ρ"исх обрабатывают в керамических суспензиях с влажностями W' < W" соответственно, то путем
подбора влажности керамических суспензий W' и W" по уравнению (1) можно добиться
выполнения условия ρ'кон = ρ"кон :
1 + αWт
,
Wj =
(1)
1+ α
4
BY 15285 C1 2011.12.30
ρ
 ρ
1 − Пм
(здесь и далее обозначения, приведенные в формуле изобгде α =  кон − 1 ⋅ пикн ⋅
ρ
 ρ
−
1
W
исх
.
j
ж
т


ретения).
Поставленная техническая задача, заключающаяся в получении изделий из пенокерамики с плотностью в заданном интервале (ρкон.min - ρкон.max), решается следующим образом.
Партию активированных ППУ-заготовок, изготовленных по прототипу [7], подвергают 100 % контролю, ранжируют по плотности и разбивают на несколько подгрупп, количество которых рассчитывают по формуле:
[n ] = ρкон. max ⋅ ρисх. max − ρисх. min .
(2)
ρисх. min ρкон. max − ρкон. min
Затем в каждой подгруппе определяют среднее значение плотности ρисх. j и по уравнению (1) рассчитывают влажность керамической суспензии из условия средней плотности изделий (ρкон.max + ρкон.min) / 2.
Сушку ППУ-заготовок производят при температурах 70-110 °С. Избыток керамической суспензии удаляют центрифугированием при перегрузках 20-30 g. Выжигание ППУкаркаса производят при температурах 300-400 °С в течение 2 ч на воздухе. Температура
спекания изделий зависит от состава керамики (например, для изделий из керамики на базе SiO2, Al2O3, ZrO2 температура спекания равна 1300-1700 °С, время спекания 1-2 ч на
воздухе)
Предлагаемый способ лишен недостатков прототипа. Селективная пропитка каждой
подгруппы активированных ППУ-заготовок керамической суспензией с влажностью, рассчитанной по уравнению (1), исходя из средней плотности активированных ППУзаготовок этой подгруппы, позволяет снизить разброс изделий в партии по плотности, что
положительно отражается на стабильности эксплуатационных параметров готовых изделий
из пенокерамики. Кроме того, формула (1), являющаяся новым и существенным признаком предлагаемого способа, универсальна и позволяет управлять процессом формования
пенокерамики различного состава, а эмпирические константы ρпикн, Пм, Wт, определяющие индивидуальные свойства пропиточных керамических суспензий, определяют экспериментально в независимых опытах.
Пример 1.
Перемешиванием в шаровой мельнице в течение 4 ч готовят активационную керамическую суспензию (мас. %): порошок оксида алюминия со средним размером частиц
10 мкм - 18,7; каолин просяновский - 15,7; глина веселовская - 2,6; пегматит - 6,7; песок
кварцевый с размером частиц 15 мкм - 11,7; порошок карбоксиметилцеллюлозы - 0,06;
жидкое стекло - 0,06; спирт этиловый - 19,4; вода - остальное.
Из ППУ с размером пор 2-3 мм готовят партию заготовок в количестве 535 шт. с линейными размерами 55 × 55 × 15 мм. На каждые 16 ППУ-заготовок по очереди наносят
240 г активационной суспензии, которую затем равномерно распределяют по объему многократным обжатием между плоскопараллельными пластинками. Далее активированные
ППУ-заготовки сушат в электрошкафу в течение 2 ч при 50 °С и 2 ч при 110 °С.
Активированные ППУ-заготовки после сушки случайным образом разбивают на
2 партии: A (275 шт.) и B (260 шт.). Активированные ППУ-заготовки партии A ранжируют по плотности, причем ρисх.min = 0,135; ρисх. max = 0,195 г/см3. Исходя из заданного интервала плотности изделий ρкон.min = 0,447; ρкон.max = 0,525 г/см3, по формуле (2) рассчитывают
количество подгрупп, на которые необходимо разбить активированные ППУ-заготовки. В
данном примере в результате расчета установлено, что n = 3. В 1-ю подгруппу входят активированные ППУ-заготовки, плотность которых составляет 0,135-0,155 г/см3 (52 шт.);
во 2-ю 0,155-0,175 г/см3 (145 шт.); в 3-ю 0,175-0,195 г/см3 (78 шт.). По экспериментальным
величинам плотности рассчитывают среднюю плотность активированных ППУ-заготовок
5
BY 15285 C1 2011.12.30
в каждой подгруппе: ρA исх. 1 =0,145 г/см3; ρA исх. 2 =0,165 г/см3; ρA исх. 3 =0,185 г/см3. По уравнению (1) рассчитывают влажность пропиточных керамических суспензий для каждой
подгруппы активированных ППУ-заготовок, исходя из средней плотности изделий:
ρ
+ ρкон. max 0,447 + 0,525
ρкон = кон. min
=
= 0,486 г/см3; WA1 = 39,1 %. WA2 = 41,4 %; WA3 = 43,6 %.
2
2
Для расчета влажностей пропиточных керамических суспензий эмпирические константы
были определены экспериментально: ρпикн = 2,80 г/см3; Пм = 0,48; Wт = 0,26. Для заготовок
партии B рассчитывают среднюю плотность ρBисх = 0,165 г/см3, и по уравнению (1), исходя из средней плотности изделий ρкон = 0,486 г / см3 , рассчитывают влажность пропиточной керамической суспензии для ППУ-заготовок всей партии WB = 41,4 %. Пропиточная
керамическая суспензия имела тот же состав, что и активационная керамическая суспензия, только без этилового спирта. Количество воды в пропиточных суспензиях для каждой
подгруппы ППУ-заготовок предопределялось требуемой рассчитанной влажностью.
Активированные ППУ-заготовки обеих партий окунают в приготовленные пропиточные керамические суспензии соответствующей влажности и отжимают в центрифуге течение 30 c при перегрузке 25 g. Полученные пропитанные ППУ-заготовки сушат при
50 °С в течение 4 ч и при 110 °С течение 2 ч. Результаты пропитки активированных ППУзаготовок партии A с селективной пропиткой в каждой подгруппе представлены в табл. 1.
Для сравнения, в этой же таблице, представлены результаты пропитки активированных
ППУ-заготовок партии B без разбиения на подгруппы.
Таблица 1
Плотность
активироКо№ подгруппы, личе- ванных заготовок в
партии
ство,
шт. подгруппах
ρисх, г/см3
Влажность
суспензий
W j, %
Средняя
Плотность плотность
изделий в
подруппах изделий
ρкон. ,
ρкон., г/см3
г/см3
ОтносиРазброс тельный
изделий
разброс
по плот- изделии по
ности плотности
∆ρ, г/см3 ∆ρ / ρ , %
кон.
Подгруппа A1 52
0,135-0,155
39,1 0,456-0,516 0,486
± 0,030
Подгруппа A2 145 0,155-0,175
41,4 0,457-0,514 0,486
± 0,029
Подгруппа A3 78
0,175-0,195
43,6 0,460-0,512 0,486
± 0,026
Итого
по партии A
275 0,135-0,195
0,456-0,516 0,486
62
± 0,030
Партия B
260 0,136-0,194
41,4 0,398-0,576 0,487
183
± 0,089
Анализ результатов табл. 1 показывает, что относительный разброс изделий по плотности в партии A, полученных селективной пропиткой 3-х подгрупп, в 3 раза меньше относительного разброса изделий партии B по плотности, полученных пропиткой известным
способом (без разбиения всей партии заготовок на подгруппы и без селективной пропитки
заготовок в каждой подгруппе).
Затем высушенные изделия помещают в электропечь, нагревают со скоростью
5 °С/мин до 350 °С, выдерживают в течение 1 ч для термического разложения ППУкаркаса, опять нагревают со скоростью 5 °С/мин до 1350 °С и спекают в течение 1 ч. В результате получают пенокерамические фильтры с линейными размерами 53×53×14,5 мм с
открытой пористостью 83-85 %, которые используют для очистки чугунного литья.
Пример 2.
Перемешиванием в шаровой мельнице в течение 4 ч готовят активационную керамическую суспензию (мас. %): порошок оксида алюминия со средним размером частиц
10 мкм-18,7; каолин просяновский - 15,7; глина веселовская - 2,6; пегматит - 6,7; песок
6
BY 15285 C1 2011.12.30
кварцевый с размером частиц 15 мкм - 11,7; порошок карбоксиметилцеллюлозы - 0,06;
жидкое стекло - 0,06; спирт этиловый - 19,4; вода - остальное.
Из ППУ с размером пор 2-3 мм готовят партию заготовок в количестве 511 шт. с линейными размерами 70×70×20 мм. На каждые 16 ППУ-заготовок по очереди наносят 520 г
активационной суспензии, которую затем равномерно распределяют по объему многократным обжатием между плоскопараллельными пластинками. Далее активированные
ППУ-заготовки сушат в электрошкафу в течение 2 ч при 50 °С и 2 ч при 110 °С.
После сушки активированные ППУ-заготовки случайным образом разбивают на 2
партии: C (271 шт.) и D (240 шт.). Активированные ППУ-заготовки партии C ранжируют
по плотности, причем ρисх.min = 0,125; ρисх.max = 0,205 г/см3. Исходя из заданного интервала
плотности изделий ρкон.min = 0,521; ρкон.max = 0,623 г/см3, по формуле (2) рассчитывают количество подгрупп, на которые необходимо разбить активированные ППУ-заготовки. В
данном примере в результате расчета установлено, что n = 4. В 1-ю подгруппу входят активированные ППУ-заготовки, плотность которых составляет 0,125-0,145 г/см3 (35 шт.);
во 2-ю 0,145-0,165 г/см3 (101 шт.); в 3-ю 0,165-0,185 г/см3 (105 шт.); в 4-ю 0,185-0,205 г/см3
(30 шт.). По экспериментальным величинам плотности рассчитывают среднюю плотность активированных ППУ-заготовок в каждой подгруппе: ρСисх.1 =0,135 г/см3; ρСисх.2 =0,165 г/см3;
ρСисх.3 =0,185 г/см3; ρСисх.4 =0,195 г/см3. По уравнению (1) рассчитывают влажность пропиточных керамических суспензий для каждой подгруппы активированных ППУ-заготовок,
ρ
+ ρкон. max 0,521 + 0,623
исходя из средней плотности изделий ρкон = кон. min
=
=0,572 г/см3:
2
2
WC1 = 36,0 %; WC2 = 37,8 %; WC3 = 39,5 %, WC4 = 41,4 %. Для расчета влажностей пропиточных керамических суспензий эмпирические константы были определены экспериментально: ρпикн = 2,80 г/см3; Пм = 0,48; Wт = 0,26. Для заготовок партии D рассчитывают
среднюю плотность ρDисх = 0,165 г/см3, а по уравнению (1), для средней плотности изделий ρкон =0,572 г/см3, рассчитывают влажность пропиточной керамической суспензии для
активированных всей партии изделий WD = 38,6 %. Пропиточная керамическая суспензия
имела тот же состав, что и активационная керамическая суспензия, только без этилового
спирта. Количество воды в пропиточных суспензиях для каждой подгруппы ППУзаготовок предопределялось требуемой рассчитанной влажностью.
Активированные ППУ-заготовки обеих партий окунают в приготовленные пропиточные керамические суспензии соответствующей влажности и отжимают в центрифуге в течение 30 c при перегрузке 25 g. Полученные изделия сушат при 50 °С в течение 4 ч и при
110 °С течение 2 ч. Результаты пропитки активированных ППУ-заготовок партии C с селективной пропиткой в каждой подгруппе представлены в таблице 2. Для сравнения, в
этой же таблице представлены результаты пропитки активированных ППУ-заготовок партии D без разбиения на подгруппы.
Анализ результатов табл. 2 показывает, что относительный разброс изделий по плотности в партии C, полученных селективной пропиткой 4-х подгрупп, в 3,5 раза меньше
относительного разброса изделий по плотности в партии D, полученных пропиткой известным способом (без разбиения всей партии заготовок на подгруппы и без селективной
пропитки заготовок в каждой подгруппе).
Затем высушенные изделия помещают в электропечь, нагревают со скоростью
5 °С/мин до 350 °С, выдерживают в течение 1 ч для термического разложения ППУкаркаса, опять нагревают со скоростью 5 °С/мин до 1350 °С и спекают в течение 1 ч. В результате получают пенокерамические катализаторы и фильтры с линейными размерами
67,5×67,5×19,5 мм с открытой пористостью 82-84 %, которые используют в качестве носителей катализаторов и фильтров для улавливания сажи.
7
BY 15285 C1 2011.12.30
Таблица 2
Плотность
активироКо№ подгруппы, личе- ванных заготовок в
партии
ство,
подгруппах
шт.
ρисх., г/см3
Подгруппа C1
35
0,125-0,145
Подгруппа C2 101 0,145-0,165
Подгруппа C3 105 0,165-0,185
Подгруппа C4
30
0,185-0,205
Итого
по партии C
271 0,125-0,205
Партия D
240 0,126-0,204
Влажность
суспензий
Wj, %
Плотность
изделий в
подгруппах
ρкон., г/см3
36,0
37,8
39,5
41,4
0,532-0,612
0,534-0,610
0,537-0,607
0,540-0,604
Средняя
плотность
изделий
ρкон. ,
г/см3
0,572
0,572
0,572
0,572
38,6
0,532-0,612
0,431-0,713
0,572
0,572
ОтносиРазброс тельный
изделий разброс изпо плот- делий по
ности плотности
∆ρ, г/см3 ∆ρ / ρ , %
кон.
± 0,040
± 0,038
± 0,035
± 0,032
+ 0,040
± 0,141
7,0
24,7
Пример 3.
Перемешиванием в шаровой мельнице в течение 4 ч готовят активационную керамическую суспензию (мас. %): порошок оксида алюминия со средним размером частиц
7 мкм - 47; бентонит огланлинский - 12; триаммоний цитрат - 0,1; спирт поливиниловый 0,1; порошок метилцеллюлозы - 2; спирт этиловый - 14; вода - остальное.
Из ППУ с размером пор 2-3 мм готовят партию заготовок в количестве 390 шт. с линейными размерами 100×100×22 мм. На каждые 4 ППУ-заготовки по очереди наносят
385 г активационной суспензии, которую затем равномерно распределяют по объему многократным обжатием между плоскопараллельными пластинками. Далее активированные
ППУ-заготовки сушат в электрошкафу в течение 2 ч при 50 °С и 2 ч при 110 °С.
После сушки активированные ППУ-заготовки случайным образом разбивают на 2
партии: E (210 шт.) и F (180 шт.). Активированные ППУ-заготовки партии E ранжируют
по плотности, причем ρисх.min = 0,180; ρисх.max = 0,260 г/см3. Исходя из заданного интервала
плотности изделий ρкон.min = 0,591; ρкон.max = 0,667 г/см3, по формуле (2) рассчитывают количество подгрупп, на которые необходимо разбить активированные ППУ-заготовки. В
данном примере в результате расчета установлено, что n = 4.
В 1-ю подгруппу входят активированные ППУ-заготовки, плотность которых составляет 0,180-0,200 г/см3 (23 шт.); во 2-ю 0,200-0,220 г/см3 (82 шт.); в 3-ю 0,220-0,240 г/см3
(84 шт.); в 4-ю 0,240-0,260 г/см3 (21 шт.). По экспериментальным величинам плотности
рассчитывают среднюю плотность активированных ППУ-заготовок в каждой подгруппе:
ρE исх. 1 =0,190 г/см3; ρE исх. 2 =0,210 г/см3; ρE исх. 3 =0,230 г/см3; ρE исх. 4 =0,250 г/см3.
По уравнению (1) рассчитывают влажность пропиточных керамических суспензий для
каждой подгруппы активированных ППУ-заготовок, исходя из средней плотности изделий:
ρ
+ ρкон. max 0,591 + 0,667
ρкон = кон. min
=
=0,629 г/см3: WE1 = 38,7 %, WE2 = 40,2 %, WE3 = 41,6 %,
2
2
WE4 = 43,2 %. Для расчета влажностей пропиточных керамических суспензий эмпирические константы были определены экспериментально: ρпикн = 3,70 г/см3; Пм = 0,52;
Wт = 0,28. Для заготовок партии F рассчитывают среднюю плотность ρFисх = 0,220 г/см3, в
по уравнению (1), исходя из плотности изделий ρкон = 0,629 г / см 3 , рассчитывают влажность пропиточной керамической суспензии для активированных ППУ-заготовок всей партии WF = 40,9 %. Пропиточная керамическая суспензия имела тот же состав, что и
активационная керамическая суспензия, только без этилового спирта. Количество воды в
пропиточных суспензиях для каждой подгруппы ППУ-заготовок предопределялось требуемой рассчитанной влажностью.
8
BY 15285 C1 2011.12.30
Активированные ППУ-заготовки обеих партий окунают в приготовленные пропиточные керамические суспензии соответствующей влажности и отжимают в центрифуге течение 30 c при перегрузке 25 g. Полученные пропитанные изделия сушат при 50 °С в
течение 4 ч и при 110 °С течение 2 ч. Результаты пропитки активированных ППУзаготовок партии E с селективной пропиткой в каждой подгруппе представлены в таблице
3. Для сравнения, в этой же табл.3 представлены результаты пропитки активированных
ППУ-заготовок партии F без разбиения на подгруппы.
Таблица 3
Плотность
активироКованных
заго№ подгруппы, личетовок в
партии
ство,
шт. подгруппах
ρ1 , г/см3;
Подгруппа E1
Подгруппа E2
Подгруппа E3
Подгруппа E4
Итого
по партии E
Партия F
23
82
84
21
0,180-0,200
0,200-0,220
0,220-0,240
0,240-0,260
210
180
0,180-0,260
0,182-0,258
Средняя
ОтносиВлаж- Плотность плот- Разброс тельный
ность изделий в
ность изделий разброс изсуспен- подгруп- изделий по плот- делии по
ности плотности
зии
пахρкон.,
ρкон. ,
Wj, %
г/см3
∆ρ
, г/см3 ∆ρ / ρ , %
кон.
г/см3
38,7 0,596-0,661 0,629 ± 0,033
40,2 0,599-0,659 0,629 ± 0,030
41,6 0,602-0,657 0,630 + 0,028
43,2 0,604-0,654 0,629
±0,025
40,9
0,596-0,661
0,514-0,743
0,629
0,629
+ 0,033
+ 0,115
5,2
18,3
Анализ результатов табл. 3 показывает, что относительный разброс изделий по плотности партии E, полученных селективной пропиткой 4-х подгрупп, в 3,5 раза меньше относительного разброса по плотности пропитанных ППУ-заготовок партии F, полученных
пропиткой известным способом (без разбиения всей партии заготовок на подгруппы и без
селективной пропитки заготовок в каждой подгруппе).
Затем высушенные изделия помещают в электропечь, нагревают со скоростью
5 °С/мин до 350 °С, выдерживают в течение 1 ч для термического разложения ППУкаркаса, опять нагревают со скоростью 5 °С/мин до 1650 °С и спекают в течение 1 ч. В результате получают пенокерамические элементы радиационных горелок и фильтры с линейными размерами 96×96×21 мм с открытой пористостью 81-83 %, которые используют для
излучающих элементов радиационных горелок и фильтров для очистки стального литья.
Источники информации:
1. US Патент 4075303 МПК7 B 29H 007/20, 1978.
2. US Патент 4343704 МПК7 B 01D 039/20, 1982.
3. US Патент 4839049 МПК7 B01 D 039/20, 1989.
4 US Патент 4866011 МПК7 C 04B 038/06, 1989.
5. US Патент 4940489 МПК7 C 21C 007/00; B 01D 035/02, 1990.
6. US Патент 6468325 МПК7 B 01D 039/20; C 04B 035/48, 2002.
7. РБ Патент 10102 МПК7 C 04B 38/06, 2007 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
9
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
155 Кб
Теги
by15285, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа