Высокотемпературное теплозащитное покрытие

Высокотемпературное теплозащитное покрытие

Реферат

Изобретение относится к производству теплозащитных покрытий, предназначенных для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и агрессивных сред, и может быть использовано в строительстве, машиностроении, химической промышленности, транспорте, авиационной, космической и других отраслях промышленности.

Известны теплозащитные покрытия, содержащие полые керамические или стеклянные микросферы, связующие в виде дисперсий, эмульсий органорастворимых кремнийорганической смолы, акриловых сополимеров, полиуретанов, которые используются в качестве теплоизоляционного материала для наружных и внутренних поверхностей ограждающих строительных конструкций и сооружений, трубопроводов и различного технологического оборудования, например краска-покрытие по патенту RU №2310670 С9, 20.11.2007. Однако указанное известное покрытие не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 200°С).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является теплозащитное покрытие, содержащее в качестве наполнителя вакуумированные (полые) керамические или корундовые микросферы с диаметром частиц от 3 до 100 мкм и насыпной плотностью 300-400 кг/м³, в качестве связующего смолы кремнийорганические, полиэфирэпоксидные или акриловые дисперсии и в качестве добавок отражатель - алюминиевую пудру и пигмент при следующем соотношении компонентов, мас.%: микросферы 55-70, связующее 30-35, отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0, пигмент 0,1-0,6 (по патенту RU №2245350 С1, 27.01.2005).

Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении известного состава, однородно по составу и имеет достаточно высокую прочность сцепления с защищаемой поверхностью, однако оно не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 250°С) и обладает недостаточно высокими теплофизическими свойствами (теплопроводностью, тепловосприятием и теплоотдачей).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение теплозащитных и теплофизических свойств покрытия, устойчивости его к воздействию высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, расширение области рабочих температур покрытия при обеспечении низкой теплопроводности и высокой однородности и прочности сцепления покрытия с основой.

Указанный технический результат достигается тем, что теплозащитное покрытие, включающее полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду, в качестве связующего содержит одно из группы, включающей алюмоборфосфат, алюмохромфосфат, полититанат калия или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полые керамические или корундовые микросферы	67-85
алюмоборфосфат, или алюмохромфосфат, или полититанат
калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия	10-30
вода	остальное.

В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит алюмосиликатные микросферы золы-уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм.

В качестве полых керамических микросфер теплозащитное покрытие содержит стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм.

В качестве полых корундовых микросфер теплозащитное покрытие содержит микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.

Составы с минимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при высоких рабочих температурах.

Составы с максимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при повышенных вибрациях и механических нагрузках.

В предлагаемом составе для теплозащитного покрытия в качестве наполнителя используются полые алюмосиликатные микросферы золы-уноса ТЭС или стеклокерамические или корундовые микросферы в заявляемых пределах диаметров и толщин стенок, полученные вакуумированием (вспениванием) измельченных стеклокерамических или корундовых материалов.

Материалы микросфер выбраны с учетом обеспечения высоких рабочих температур эксплуатации покрытия. Для диапазона рабочих температур до 600°С используются стеклокерамические микросферы, до 1400°С - алюмосиликатные микросферы, до 2000°С - корундовые микросферы.

Диаметр микросфер выбран в диапазоне 3-150 мкм, соразмерным с длиной волны теплового инфракрасного излучения для обеспечения условий его максимального поглощения микросферами. Толщина стенок микросфер в диапазоне 0.3-6 мкм выбрана с учетом обеспечения требуемой прочности материала.

Выбор материалов и размеров микросфер произведен на основе экспериментальных данных, определяющих их оптимальные соотношения, достаточные для обеспечения требуемых вязкости состава, плотности, температурной стойкости и прочности готового покрытия.

Форма микросфер, их размеры и подобранное распределение микросфер по дисперсности позволяют изменять вязкость композиции в зависимости от ее назначения с получением теплозащитного покрытия, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.

Приготовление состава теплозащитного покрытия осуществляется перемешиванием исходного состава в диспергаторе.

Предлагаемое покрытие можно наносить на поверхность строительных конструкций из металла, бетона, кирпича, а также на оборудование химической, авиационной и железнодорожной отраслей, трубопроводы и воздуховоды, эксплуатируемые при температурах от минус 60°С до плюс 2000°С. Благодаря высоким теплотехническим свойствам предлагаемого покрытия его можно наносить на поверхности с температурами до 300°С, не останавливая работу эксплуатируемого оборудования.

Покрытие может наноситься на защищаемую поверхность любым используемым в технологии нанесения покрытий способом в виде одного слоя или нескольких слоев. Причем толщина слоя покрытия зависит от природы поверхности, условий температурного режима эксплуатации.

После нанесения на поверхность материала или изделия слоя или нескольких слоев покрытия и последующей сушки образуется высокотемпературное теплозащитное покрытие, прочно связанное с основой и обладающее высокими эксплуатационными характеристиками.

Получаемое покрытие сохраняет высокие эксплуатационные свойства при высоких рабочих температурах в диапазоне от 300 до 2000°С.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами выполнения, приведенными в таблицах 1-6. В таблице 1 приведены рекомендуемые комбинации связующего и микросфер при приготовлении теплозащитного покрытия в соответствии с предлагаемым изобретением. В таблицах 2, 3, 4, 5 приведены качественные и количественные составы примеров приготовления предлагаемого теплозащитного покрытия.

В таблице 6 приведены показатели свойств теплозащитного покрытия для составов, приведенных в таблицах 2-5.

Таблица 1
№	Связующее	Микросферы стеклокерамические	Микросферы алюмосиликатные /зола- унос/	Микросферы корундовые
1	Алюмоборфосфат	+	+	-
2	Алюмохромфосфат	+	+	-
3	Полититанат калия	+	+	+
4	Смесь алюмоборфосфата и полититаната калия	+	+	+
5	Смесь алюмохромфосфата и полититаната калия	+	+	-

Таблица 2
№	Компоненты	Состав №1 (мас.%)	Состав №2 (мас.%)	Состав №3 (мас.%)
1	Алюмоборфосфат	18.0	12.5	14
2	Микросферы	68.0	75.5	75
3	Вода	12.0	10.0	11
4	Пластификатор	2.0	2.0	0

Таблица 3
№	Компоненты	Состав №4 (мас.%)	Состав №5 (мас.%)
1	Смесь алюмоборфосфата и полититаната калия	17.5	20.0
2	Микросферы алюмосиликатные /зола-унос/	71.5	72.0
	Вода	11.0	8.0

Таблица 4
№	Компоненты	Состав №6 (мас.%)	Состав №7 (мас.%)
1	Смесь алюмохлорфосфата и полититаната калия	21	23
2	Микросферы алюмосиликатные /зола-унос/	74	75
3	Вода	5	2

Таблица 5
№	Компоненты	Состав №8 (мас.%)	Состав №9 (мас.%)
1	Алюмохромфосфат	19	22
2	Микросферы корундовые	76	76
3	Вода	5	2

Таблица 6
Состав №	Диапазон рабочих температур, °С	Теплопроводность, Вт/м*град	Эксплуатационные характеристики
1	до 500	0,055	Электроизоляционный
2	до 400	0,045	Электроизоляционный
3	до 400	0,046	Электроизоляционный
4	до 700	0,066	Пластичный
5	до 1300	0,075	Абразивостойкий
6	до 1350	0,085	Высокоабразивостойкий
7	до 1400	0,10	Вибростойкий
8	до 2000	0,09	Химически стойкий
9	до 1900	0,095	Химически стойкий

Предлагаемое изобретение позволяет получать покрытия с высокой однородностью и прочностью сцепления, обладающие высокими теплозащитными и теплофизическими свойствами (низкой теплопроводностью, температурной стойкостью, химической стойкостью, вибростойкостью, абразивной стойкостью и электроизоляционной стойкостью в условиях высоких температур), что обуславливает возможность его широкого использования в строительстве, машиностроении, химической, авиационной и железнодорожной отраслях для обеспечения защиты конструкций, эксплуатируемых в условия высоких температур и агрессивных сред.

1. Теплозащитное покрытие, содержащее полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду, отличающееся тем, что в качестве связующего содержит одно из группы, включающей алюмоборфосфат, алюмохромфосфат, полититанат калия или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полые керамические или корундовые микросферы	67-85
алюмоборфосфат, или алюмохромфосфат, или полититанат
калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия	10-30
вода	остальное

2. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве полых керамических микросфер содержит алюмосиликатные микросферы золы уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм.

3. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве полых керамических микросфер содержит стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм.

4. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве полых корундовых микросфер содержит микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.