Регулярная насадка и способ ее изготовления

Регулярная насадка и способ ее изготовления

Реферат

 

Использование: в пленочных аппаратах при осуществлении различных тепломассообменных процессов (абсорбции, конденсации и т.д.), а также в процессах ректификации. Сущность изобретения: регулярная насадка состоит из расположенных по высоте аппарата элементов, каждый из которых содержит набор гофрированных пластин из неметаллического материала ситчатой структуры на основе многофиламентных волокон, образующих ячейки сита, и матрицы, установленных параллельно продольной оси аппарата с расположением гофр в соседних пластинах под углом друг к другу. Пластины соединены между собой в местах взаимного касания по вершинам гофр с образованием каналов и имеют образующиеся при переплетении волокон чередующиеся выступы и канавки. Изготавливают насадку следующим образом. Полотно из многофиламентных керамических волокон пропитывают связующим и подсушивают до получения препрега, затем пропускают в зазоре между зубчатыми роликами под углом 90^o или /2 к ним, где - угол между направлениями. Производят раскрой образующегося гофрированного листа на заготовки под углом 90^o - /2 к направлению пропускания полотна. Затем заготовки-пластины собирают в пакет при перекрестном направлении гофр с одновременным нанесением клея в местах касания. После чего материал пакета подвергают окончательному формованию с одновременным соединением гофрированных листов между собой путем термообработки. Способ позволяет получить конструкцию насадки из материала на основе различных типов матриц, расширяющую технологические возможности ее при сохранении высокого срока службы. 2 с. и 20 з.п.ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к химическому и нефтехимическому машиностроению, в частности, к конструкциям насадок, предназначенных для распределения жидкой и газовой фаз, и может быть использовано в пленочных аппаратах при осуществлении различных тепломассообменных процессов (абсорбции, конденсации, нагревании, охлаждении и т.д.), а также в процессах ректификации, особенно при выделении очистке мономеров, предназначенных для переработки в химические волокна или в пластмассы в химической, нефтехимической и других смежных областях промышленности.

Известна плоскопараллельная насадка, состоящая из отдельных одинаковых элементов, содержащих набор плоских пластин, установленных параллельно продольному направлению движения потока по аппарату и соединенных между собой стяжками с дистанционными прокладками (См. книгу "Пленочная тепло- и массообменная аппаратура под ред. проф. докт.техн. наук В.М.Олевского, Москва, Химия, 1988 г., стр.15).

Основными недостатками известной конструкции насадки являются: 1) недостаточно высокая удельная эффективность тепломассообмена насадки из-за недостаточно высокой удельной поверхности взаимодействия жидкой и паровой фаз; 2) существенная неравномерность распределения потоков по сечению аппарата с предпочтительным направлением перетекания жидкости к стенкам аппарата, а не наоборот, усиливающаяся в результате частичной конденсации паров на стенках аппарата, вызванной тепловыми потерями (т.н. "пристеночный эффект"), а также наличие "провала" жидкости и застойных зон в местах соединения пластин между собой.

Все это ограничивает применение подобных насадок в аппаратах не более 1,2 м в диаметре.

Известна другая насадка, по конструкции наиболее близкая к предлагаемой, принятая нами за прототип, состоящая из расположенных по высоте аппарата элементов, содержащих набор гофрированных пластин из металла, пластика или керамики, установленных параллельно продольной оси аппарата с расположением гофр в соседних пластинах под углом друг к другу и соединенных в местах взаимного касания по вершинам гофр с помощью механического или клеевого соединения (см. журнал "Химическое и нефтяное машиностроение", 1984 г., 7, стр. 1).

Такое конструктивное решение регулярной насадки по отношению к плоскопараллельной позволяет повысить удельную поверхность взаимодействия жидкой и паровой фаз за счет движения контактных потоков по удлиненной зигзагообразной траектории и, как следствие, увеличить удельную эффективность тепломассообмена. Кроме того, полностью исключить "провалы" жидкости и застойные зоны за счет организации движения потоков фаз преимущественно по регулярно расположенным каналам к противоположным сторонам колонны и изменения направления движения потока в каждом из соседних элементов, что позволяет существенно повысить равномерность распределения потоков по сечению аппарата. Выполнение пластин из сетки позволяет достичь особенно высоких эксплуатационных показателей, практически не зависящих от диаметра аппарата.

Вое это позволяет несколько расширить область применения регулярных насадок в аппаратах диаметром 3 м и более.

Однако и этой конструкции присущ ряд недостатков, при этом, в зависимости от того, из какого материала выполнены пластины насадки, она имеет те или иные недостатки.

При выполнении насадки из металлической сетки или листа недостатком является низкий срок службы из-за низкой коррозионной стойкости материала, а также значительный вес конструкции, что усложняет ее монтаж в аппарате.

Недостатками насадки, в которой пластины выполнены из полимерной сетки или сетки из керамических волокон, является низкий срок службы и недостаточно высокая жесткость конструкции из-за разрыхления волокон при высоких скоростях газа и их высокой деформации.

Недостатками насадки, в которой пластины выполнены из листов пластика или керамики, являются невысокая эффективность массообмена и сравнительно узкий рабочий диапазон нагрузок, т.к. недостаточно высокая геометрическая поверхность насадки (что вызвано недостаточным количеством в ней гофрированных пластин из- за сравнительно большой их толщины) и недостаточно хорошая смачиваемость и абсорбционные свойства ее поверхности (из-за гладкой, беспористой или малопористой поверхности пластин) снижают активную поверхность и время контакта взаимодействующих фаз.

Предлагаемая конструкция регулярной насадки позволяет повысить эффективность массообмена и расширить рабочий диапазон нагрузок насадки при сохранении ее высокого срока службы, достаточно высокой жесткости.

Это достигается тем, что в регулярной насадке, состоящей из расположенных по высоте аппарата элементов, содержащих набор гофрированных пластин из неметаллического материала, установленных параллельно предельной оси аппарата с расположением гофр в соседних пластинах под углом друг к другу и соединенных между собой в местах взаимного касания по вершинам гофр, гофрированные пластины выполнены из композиционного материала ситчатой структуры на основе многофиламентных волокон и матрицы и имеют образованные при их переплетении поперечные продольному направлению гофр чередующиеся выступы и канавки, при этом содержание матрицы в материале пластин находится в пределах 20-40 об.%, гофрированные пластины могут быть соединены между собой материалом матрицы, а композиционный материал дополнительно содержит каталитически активный металл или его соединения.

Выполнение гофрированных пластин из композиционного материала на основе непрерывных керамических волокон (о непрерывности волокон говорит признак их переплетения между собой с образованием на поверхности пластин чередующихся выступов и канавок), обладающего более высокой жесткостью и прочностью в сравнении с однородным материалом того же типа (армированная волокнами карбида кремния керамика из карбида кремния в сравнении с однородной керамикой из карбида кремния), позволяет увеличить их количество в каждом из элементов насадки за счет уменьшения их толщины, что, в свою очередь, позволяет увеличить геометрическую поверхность насадки, а значит - увеличить поверхность контакта взаимодействующих фаз.

Выполнение гофрированных пластин из композиционного материала ситчатой структуры позволяет: 1) увеличить геометрическую поверхность насадки; 2) повысить смачиваемость пластин за счет увеличения шероховатости поверхности; 3) дополнительно турбулизовать текущую по каналам пленку жидкости с образованием мелких капель за счет истечения высокоскоростного потока газа через мелкие отверстия пластин.

Выполнение гофрированных пластин из композиционного материала на основе многофиламентных волокон и матрицы, при содержании матрицы в пределах 20-40 об.%, придает пластинам повышенную смачиваемость и способность адсорбировать часть жидкости за счет наличия у такого материала капиллярного эффекта и в то же время обеспечивает достаточную жесткость. При содержании матрицы менее 20 об.% не обеспечивается достаточная жесткость конструкции, что ведет к быстрому выходу насадки из строя; при содержании матрицы более 40 об.% резко уменьшается смачиваемость и адсорбционные свойства пластин из-за снижения капиллярного эффекта, непосредственно связанного с межфиламентной пористостью композиционного материала. Кроме того, начинают закрываться отверстия ситчатой структуры композиционного материала.

Наличие на поверхности пластин поперечных продольному направлению гофр (а значит, поперечных движению потока) чередующихся выступов и канавок, образованных при переплетении волокон, позволяет повысить геометрическую поверхность насадки, дополнительно турбулизовать текущую пленку жидкости за счет придания ей волнообразного течения и сдувания гребешков волн пленки с пластин высокоскоростным газовым потоком, турбулизованным каналами переменного сечения насадки с образованием мелких капель в виде тумана, и повысить смачиваемость пластин за счет увеличения шероховатости поверхности.

Повышенная смачиваемость материала гофрированных пластин облегчает распределение по ним жидкости, что совместно с повышенной геометрической поверхностью пластин позволяет увеличить количество жидкости, проходящей через элементы насадки в режиме пленочного течения и течения по капиллярным каналам, что приводит к увеличению контактной поверхности взаимодействующих фаз.

Способность материала пластин адсорбировать часть стекающей по ним жидкости приводит к увеличению времени пребывания ее в каждом из элементов насадки. Одновременно с этим создаются благоприятные условия для увеличения в элементах насадки количества турбулизованной газом жидкости. Реализация условий турбулизации пленки жидкости за счет ситчатой структуры композиционного материала и наличия на поверхности пластин, образованных при переплетении волокон поперечных продольному направлению гофр, а значит, поперечных движению потока чередующихся выступов и канавок, позволяет интенсифицировать процесс каплеобразования, что также приводит к увеличению контактной поверхности взаимодействующих фаз.

Соединение гофрированных пластин матричным материалом позволяет повысить коррозионную стойкость насадки и ее прочность.

Поскольку композиционный материал в зависимости от типа матрицы обладает теми или иными показателями по термостойкости, окислительной стойкости, жесткости и прочности, возникает возможность целенаправленно влиять на свойства насадки, что позволяет, с одной стороны, расширить ее технические возможности, с другой стороны, выбирая наиболее подходящий для конкретных условий эксплуатации композиционный материал - сохранить ее высокую коррозионную стойкость, прочность и жесткость.

Снабжение композиционного материала гофрированных пластин насадки каталитически активным металлом или его соединением позволяет ускорить процесс получения продукта, расширяет технологические возможности насадки.

В совокупности все признаки объекта изобретения придают ему новое свойство: способность повысить контактную поверхность взаимодействующих фаз и время контакта при сохранении высокой коррозионной стойкости, прочности и жесткости насадки в различных условиях эксплуатации, в том числе в условиях повышенной температуры и коррозионной активности.

Известен способ изготовления регулярной насадки, включающий нанесение на металлическую пластину прорезей с расположением их в шахматном порядке, растягивание пластины в направлении, перпендикулярном прорезям с принятием пластиной вида решетки, сборку элементов из решетчатых пластин с ориентацией их вдоль оси аппарата и механическое соединение пластин посредством стержней (см. В.М.Рамм "Адсорбция газов", М., изд-во "Химия", стр.315).

Недостатком способа является то, что в изготовленной по нему насадке направление каналов для прохождения жидкой и газовой фаз совпадает с осью аппарата, что ведет к возможности "провала" жидкости и стремлению ее двигаться вблизи стенки аппарата и, как следствие, невозможность применения способа при изготовлении крупногабаритных насадок из-за неравномерности распределения жидкости по сечению аппарата.

Кроме того, насадка, изготовленная этим способом, имеет сравнительно низкий срок службы в химически агрессивных средах, что связано с низкой коррозионной стойкостью металлов.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ изготовления регулярной насадки, включающий предварительное формование насадки из слоев материала шликерным методом путем заливки суспензии, содержащей керамические компоненты, в полости между слоями из выгораемого или выпариваемого материала и окончательное формование с одновременным соединением слоев между собой путем термообработки (см. пат. США 4917935, кл. МКИ В 32 В 3/00, 1990 г.).

Способ позволяет при использовании соответствующей формы и ориентации в пространстве элементов из выгораемого или выпариваемого материала получить насадку из однородного керамического материала, состоящую из гофрированных слоев, расположенных параллельно друг другу, вершины гофр которых пересекаются с такими же вершинами соседнего слоя и множества соединений, формуемых и между слоями, как одно целое с ними, в том числе из того же материала, что и материал слоев насадки. Другими словами, применение этого способа позволяет: 1) реализовать в конструкции насадки зигзагообразное течение контактных потоков по каналам, имеющим направление от одной стенки аппарата к другой, что приводит к повышению равномерности распределения взаимодействующих потоков по сечению аппарата, включая аппараты большого диаметра; 2) повысить ресурс работы насадки в химически агрессивных средах за счет более высокой коррозионной стойкости керамики в сравнении с металлами.

Недостатком способа является то, что получаемая по нему насадка обладает недостаточно большой геометрической поверхностью из-за значительного объема, занимаемого материалом, из которого она изготовлена (из условия обеспечения технологичности ее изготовления, необходимой прочности и жесткости минимальная толщина ее слоев должна быть не менее 5 мм), а также из-за отсутствия перфораций на отдельных ее слоях, что приводит к снижению эффективности тепломассообменных процессов на насадке.

Еще одним недостатком способа является ограниченное число материалов, из которых можно было бы этим способом изготовить регулярные насадки, что сужает технологические возможности изготовления насадки.

Заявляемое техническое решение позволяет устранить указанные недостатки без значительного усложнения технологии изготовления насадки.

Это достигается тем, что в известном способе изготовления регулярной насадки, включающем предварительное формование насадки из слоев неметаллического материала и окончательное формование с одновременным соединением слоев между собой путем термообработки, предварительное формование насадки производят послойно путем пропускания предварительно пропитанного связующим и при необходимости подсушенного до получения препрега тканого или трикотажного полотна из керамических многофиламентных волокон в зазоре между установленными с возможностью вращения зубчатыми роликами под углом 90^o или /2 к ним, где - угол между направлением гофр в соседних слоях насадки, при ориентации в полотне неискривленных волокон вдоль направления его пропускания с одновременным отверждением связующего, раскроя образующегося при этом гофрированного листа на заготовки соответственно под углом 90 - /2 к направлению пропускания полотна и сборки заготовок в пакет при перекрестном направлении гофр в соседних слоях с одновременным нанесением клея в местах касания заготовок по вершинам гофр. При этом в полотне могут применять различного типа керамические волокна: углеродные, карбидные, нитридные, оксидные или их комбинацию. Для пропитки полотна могут быть использованы связующие различного типа: - модифицированное или немодифицированное металл- или кремнийорганическими полимерами термореактивное полимерное связующее, при этом его содержание в пропитанном полотне при формировании композиционного материала (КМ) на полимерной матрице составляет 28-50 вес.% для полотна из углеродных волокон и 23-40 вес.% - для полотна из оксидных, карбидных или нитридных волокон и не менее 10-15 вес.% при формировании КМ с керамической матрицей; - силоксановый полимер или превращающееся в него во влажной атмосфере кремнийорганическое соединение при его содержании в пропитанном полотне не менее 12-16 вес.%; - модифицированное или немодифицированное тугоплавким металлом кремнийорганическое связующее из класса поликарбосилазанов, поликарбосиланов, полициклосиланов или их сополимеров; при этом его содержание в пропитанном полотне при формировании композиционного материала на полимерной матрице может составлять 29-52 вес.% для полотна из углеродных волокон и 25-42 вес.% - для полотна из оксидных, карбидных или нитридных волокон и не менее 10-15 вес.% при формировании в композиционном материале керамической матрицы; - неорганическое связующее типа силикатного, фосфатного и т.п., при этом его содержание в пропитанном полотне при формировании в композиционном материале оксидной матрицы из силикатного или фосфатного стекла может составлять 34-60 вес. % для полотна из углеродных волокон и 28-50 вес.% - для полотна из оксидных, карбидных, нитридных волокон и не менее 14-18 вес.% - при формировании в композиционном материале углеродной или карбидной матрицы; 3) термообработку собранного из гофрированных заготовок пакета в различных условиях могут проводить: - при температуре отверждения (сшивки) связующего с образованием композиционного материала на полимерной матрице; - при температуре, превышающей температуру отверждения (сшивки) связующего, но не выше температуры начала его разложения; - с последующей после низкотемпературной термообработки до температуры 300^oC высокотемпературной обработкой (ВТО) материала пакета; - на воздухе или в инертной среде при конечной температуре 600-850^oC с образованием из материала пакета на основе неорганических связующих композиционного материала на оксидной матрице типа силикатного или фосфатного стекла; - при чередовании высокотемпературной обработки (ВТО) с дополнительной (до 3 раз) пропиткой материала кремнийорганическим соединением, превращающимся при обработке его во влажной атмосфере в силоксановый полимер, и проведении термообработки после первых пропиток при конечной температуре 300-360^oC на воздухе, а перед первой и после последней из дополнительных пропиток - в инертной среде при конечной температуре 850-1100^oC с образованием композиционного материала на чисто оксидной или модифицированной углеродом или карбидами оксидной матрице при ее содержании в нем в пределах 25-52 вес. % при формировании его углеродными волокнами и 23-45 вес.% - при армировании оксидными или карбидными волокнами; - при чередовании высокотемпературной обработки с дополнительной (до 2-х раз) пропиткой модифицированными или немодифицированными тугоплавкими металлами кремнийорганическими связующими из класса полисилазанов, поликарбосиланов, полициклосиланов или их сополимеров и проведении ее в инертной атмосфере при конечной температуре 1000-1200^oC с образованием композиционного материала с комбинированной матрицей С + SiC + SiO₂ (преимущественно SiC) при ее содержании в нем в пределах 25-50 вес.% в случае армирования его углеродными волокнами, и 22-44 вес.% - в случае армирования оксидными или карбидными волокнами; - в 2 этапа: начального - в среде инертного газа при конечной температуре 850-1000^oC и заключительного - в среде метана, разбавленного инертным газом до парциального давления 70-150 мм рт.ст. до содержания в образующемся при этом композиционном материале углеродной или оксид-углеродной матрицы в пределах 25-48 вес.% в случае армирования его углеродными волокнами и 22-42 вес.% - в случае армирования его оксидными, карбидными или нитридными волокнами; - в 3 этапа: начального - в среде инертного газа при конечной температуре 850- 1000^oC, промежуточного - в среде инертного газа или в вакууме при конечной температуре 1200-1500^oC и заключительного - при температуре 950-1000^oC в среде метана, разбавленного инертным газом до парциального давления 70-150 мм рт.ст или в вакууме 7-20 мм рт.ст до содержания в образующемся при этом композиционном материале комбинированной углерод-карбидной матрицы в пределах 28-50 вес.% в случае армирования его углеродными волокнами и 21-43 вес.% - в случае армирования карбидными или нитридными волокнами; - после термообработки материала насадки его поры известными методами могут быть частично заполнены металлом или его соединение, являющимся катализатором процесса получения продукта в аппарате.

Изготовление насадки предлагаемым способом сопряжено с множеством операций, что несколько усложняет технологию ее изготовления, однако, за счет того, что отверждение связующего в пропускаемом между зубчатыми роликами полотне проводят на роликах при температуре, равной или превышающей температуру отверждения связующего или его сшивки, но не выше температуры начала его разложения, сложность изготовления насадки уменьшается.

Осуществление послойного формования насадки на стадии ее предварительного формования создает предпосылки для получения гофрированных листов любой толщины, в том числе и толщиной 0,5 мм при условии обеспечения их высокой прочности и жесткости.

Использование на стадии предварительного формования гофрированных заготовок в качестве исходного материала предварительно пропитанного связующим тканого или трикотажного полотна из керамических многофиламентных волокон создает предпосылки для получения прочного, жесткого и с требуемой структурой композиционного материала, имеющего текстурированный поверхностный слой и обладающего выраженным капиллярным эффектом, поскольку именно на этом этапе закладываются основы для этого.

Пропускание полотна в зазоре между установленными с возможностью вращения зубчатыми роликами с одновременным отверждением связующего позволяет придать полотну гофрированную форму, сохраняющуюся в процессе сборки пакета и его термообработки. Кроме того, благодаря возникающему при этом незначительному усилию на материал полотна (следствием чего является невозможность полного заполнения ячеек полотна связующим и выглаживания его поверхности), создаются предпосылки для наследования ситчатой структуры полотна и его текстурированной поверхности получающимся в конечном итоге материалом насадки. В то время как при формовании гофрированных заготовок методом прессования, когда на материал полотна действуют более значительные усилия, под воздействием которых связующее практически полностью заполняет ячейки полотна, а неровности его поверхности сглаживаются, не может быть и речи о наследовании ситчатой структуры полотна и его текстурированной поверхности материалом насадки. Кроме того, при этом существует большая вероятность травмирования полотна, что приводит к снижению прочности материала, а также усложняется технология изготовления.

Пропускание полотна между зубчатыми роликами под углом к ним 90^o или /2, где - угол между направлением гофр в соседних слоях насадки, при ориентации в полотне неискривленных волокон вдоль направления его пропускания и раскрой образующегося при этом гофрированного листа на заготовки соответственно под углом 90^o - /2 к направлению пропускания полотна позволяет получить гофрированнные заготовки с расположением в них гофр под углом 90 - /2 к направлению пропускания полотна и тем самым при перекрестной укладке заготовок в пакет получить регулярную насадку с расположением в ней гофр в соседних слоях под углом. Кроме того, этот прием позволяет на этой стадии получить на поверхности гофрированных пластин расположенные поперек к продольной оси гофр чередующиеся выступы и канавки, образованные переплетением волокон в полотне (эти выступы и канавки после перекрестной оборки заготовок в пакет и установки их в аппарате параллельно его продольной оси получают ориентацию поперек движения потока в аппарате). Предпочтительным является пропускание полотна под углом /2 к роликам, т.к. оно позволяет уменьшить травмируемость волокон, упростить изготовление гофрированных пластин с требуемым расположением гофр, снизить расходы исходных материалов за счет уменьшения отходов при раскрое заготовок.

Сборка заготовок в пакет при перекрестном направлении гофр в соседних слоях обеспечивает такое же перекрестное расположение гофр в соседних слоях, изготовленной этим способом насадки.

Одновременное со сборкой заготовок в пакет нанесение клея в местах касания заготовок по вершинам гофр позволяет осуществить их предварительное соединение, которое окончательно формируется в процессе термообработки материала собранного пакета. К тому же это соединение в отличие от соединения, выполненного по способу-прототипу, лишь незначительно уменьшает геометрическую поверхность насадки. В зависимости от применяемого на этой стадии клея получают соединение пластин между собой тем же материалом, что и материал матрицы в образующемся при термообработке композиционном материале, либо материалом, отличающимся от материала матрицы. Так, применяя на этой стадии клей той же самой природы (состава), что и связующее для пропитки полотна, получают соединение из того же материала, что и материал матрицы в композиционном материале, и наоборот. Первое более предпочтительно, т.к. обеспечивает безусловное сохранение целостности соединения в тех средах, где стоек композиционный материал насадки, а, значит, сохранение ее прочности и жесткости. При соединении пластин не материалом матрицы есть вероятность разрушения соединения под воздействием химически агрессивной среды, несмотря на стойкость самого композиционного материала насадки, что уменьшает ее прочность и жесткость.

Осуществление окончательного формования насадки с одновременным соединением ее слоев между собой путем термообработки позволяет стабилизировать ее размеры и форму, а также завершить формирование той или иной матрицы в образующемся при этом композиционном материале, придав ему повышенную коррозионную стойкость и стабилизировав параметры его структуры и текстуру поверхностного слоя, предпосылки для которых были подготовлены другими признаками способа.

Использование для пропитки полотна модифицированного или немодифицированного металл- или кремнийорганическими полимерами термореактивного связующего при его содержании не менее 10-15 вес.% (включая пределы 23-50 вес.%) позволяет придать гофрированным пластинам жесткость, необходимую для сохранения ими формы при сборке пакета из этих заготовок и на стадии его термообработки, включая высокотемпературную обработку, где сохранение формы обеспечивается образующимся из этой смолы коксом. При содержании связующего менее 10-15 вес. % возможна потеря формы гофрированных заготовок на стадии высокотемпературной обработки из-за сравнительно низкого содержания образующегося при этом кокса (менее 3,5 вес.%).

Содержание связующего в полотне из углеродных волокон в пределах 28-50 вес.% и 23-40 вес.% - в полотне из оксидных, карбидных или нитридных волокон - позволяет получить после низкотемпературной обработки композиционный материал на полимерной матрице с содержанием ее в пределах соответственно 25 - 45 вес.% и 20-35 вес.%, обладающий высокой прочностью и жесткостью и к тому же сохраняющий наследуемую у полотна ситчатую структуру и способность хорошо смачиваться жидкостью за счет капиллярного эффекта. При этом использование модифицированного металл- или кремнийорганическими полимерами термореактивного связующего позволяет несколько повысить термостойкость композиционного материала на полимерной матрице в сравнении с композиционным материалом на основе немодифицированного термореактивного связующего.

При содержании связующего в полотне из углеродных волокон менее 28 вес.% и менее 23 вес.% - в полотне из оксидных, карбидных или нитридных волокон (а в композиционном материале содержание полимерной матрицы соответственно более 45 и 35 вес.%) закрываются межфиламентные поры, что приводит к уменьшению смачиваемости его жидкостью за счет снижения капиллярного эффекта.

Использование для пропитки полотна силоксанового полимера или превращающегося в него во влажной атмосфере кремнийорганического соединения, при содержании в полотне полимера не менее 12-16 вес.% позволяет придать гофрированным пластинам жесткость, необходимую для сохранения ими формы при сборке пакета из этих заготовок и на стадии его термообработки, включая высокотемпературную обработку, где сохранение их формы обеспечивается образующимся из этой смолы оксидом кремния. При содержании в полотне этого связующего менее 12-16 вес.% возможна потеря формы пакета гофрированных заготовок на стадии его высокотемпературной обработки из-за сравнительно низкого содержания образующегося при этом оксида кремния (менее 5-7 вес.%).

Использование для пропитки полотна модифицированных или немодифицированных тугоплавкими металлами кремнийорганических полимеров из класса полисилазанов, полициклосиланов или их сополимеров при их содержании в полотне не менее 10-15 вес.% (включая пределы 25-52 вес.%) позволяет придать гофрированным пластинам жесткость, необходимую для сохранения ими формы как на стадии их сборки в пакет, так и на стадии высокотемпературной обработки, где сохранение формы обеспечивается образующимся из этих связующих при температуре 850^oC кокса, оксида кремния или оксида кремния с оксидом модифицирующего металла, превращающихся при более высоких температурах в соответствующие карбиды или смесь их с нитридами или оксидами.

При содержании связующего менее 10 вес.% возможна потеря формы пакета гофрированных заготовок на стадии высокотемпературной обработки из-за сравнительно низкого содержания образующегося при этом кокса и оксидов, и карбидов металла и кремния ( 5-8 вес.%). Содержание такого связующего в полотне из углеродных волокон в пределах 29-52 вес.% и 25-42 вес.% для полотна из оксидных, карбидных или нитридных волокон позволяет получить после низкотемпературной обработки композиционный материал на полимерной матрице с содержанием ее соответственно в пределах 25-48 вес.% и 22-38 вес.% ( 20-40 об. %), обладающий высокой прочностью и жесткостью и к тому же сохраняющий наследуемые у полотна ситчатую структуру и капиллярный эффект. Кроме того, использование такого типа связующего при указанном его содержании позволяет получить композиционный материал более высокой термостойкости (250-350^oC), чем композиционный материал на полимерной матрице из термореактивного связующего (200-250^oC). Отрицательные моменты, возникающие при запредельных значениях содержания связующего, те же, что и у выше рассмотренных связующих.

Использование для пропитки полотна неорганического связующего типа силикатного, фосфатного и т. п. в количестве не менее 14-18 вес.% позволяет придать гофрированным пластинам жесткость, необходимую для сохранения ими формы при сборке пакета из этих заготовок и на стадии высокотемпературной обработки, где сохранение формы обеспечивается образующимися при этом силикатами или фосфатами металлов. При содержании связующего менее 14-18 вес.% возможна потеря формы пакета гофрированных заготовок на стадии высокотемпературной обработки из-за недостаточной жесткости материала. Содержание неорганического связующего в полотне из углеродных волокон в пределах 34-60 вес.% и 28-50 вес.% - в полотне из оксидных, карбидных или нитридных волокон позволяет получить после высокотемпературной обработки композиционный материал с матрицей из силикатного или фосфатного стекла при ее содержании в нем соответственно 28-54 вес.% и 24-45 вес.% ( 20-40 об.%).

Проведение отверждения связующего в пропускаемом между зубчатыми роликами полотне на роликах при температуре, равной конечной температуре отверждения (сшивки) связующего (а не при начальной или промежуточной температуре отверждения), позволяет упростить конструктивно-технологическое оформление процесса получения гофрированной ленты, исключив необходимость дополнительной (после роликов) протяжки через нагревательную камеру.

Проведение отверждения связующего в пропускаемом между зубчатыми роликами полотне на роликах при температуре, превышающей конечную температуру отверждения (сшивки) связующего, но не выше температуры начала его разложения (так называемый метод термоудара) обеспечивает возможность продвижения полотна с более высокой скоростью за счет более высокой скорости отверждения связующего, что позволяет упростить технологию изготовления насадки. Кроме того, этот прием позволяет заложить основы получения более пористой матрицы в композиционном материале, что повышает капиллярный эффект.

Проведение термообработки материала, собранного из гофрированных заготовок пакета при конечной температуре отверждения модифицированного или немодифицированного металл- или кремнийорганическими полимерами термореактивного связующего, позволяет соединить слои между собой и получить насадку из композиционного материала на полимерной матрице с окончательно отвержденной структурой (в гофрированных заготовках, получаемых после пропускания между роликами, может быть лишь частичное отверждение), что придает композиционному материалу наиболее высокие значения прочности, жесткости и коррозионной стойкости.

Проведение термообработки материала, собранного из гофрированных заготовок пакета при конечной температуре сшивки модифицированных или немодифицированных тугоплавкими металлами кремнийорганических соединений из класса полисилазанов, поликарбосиланов, полициклосиланов или их сополимеров, позволяет соединить слои между собой и получить насадку из композиционного материала на кремнийорганической матрице с полностью сшитой структурой, что придает композиционному материалу наиболее высокие значения прочности, термостойкости и коррозионной стойкости, причем, этот тип композиционного материала имеет более высокую термостойкость в сравнении с композиционным материалом на термореактивной матрице полимерной, правда, при более низкой коррозионной стойкости - в ряде сред (в щелочах и кислотах), но более высокой в окислительной газовой среде.

Проведение термообработки материала, собранного из гофрированных листов пакета при температуре, превышающей температуру отверждения или сшивки связующего, но не выше температуры его разложения, позволяет стабилизировать в композиционном материале структуру полимерной матрицы и тем самым повысить его термостойкость и коррозионную стойкость.

Проведение высокотемпературной обработки (по