исходное сырье для получения прессованного материала и способ получения прессованного материала

Классы МПК:C10L5/16 битуминозных, например дегтя, пека 
C10C3/10 плавление 
C10B53/08 в форме брикетов, кусков и тп 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Саратовский государственный технический университет
Приоритеты:
подача заявки:
1993-04-28
публикация патента:

Использование: изобретение относится к технологии получения прессованных композиционных материалов и может быть использовано в дорожном и жилищном строительстве, авиации, машиностроении и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: целью изобретения является получение нового функционального композиционного материала только из натурального горючего сланца, в котором роли связующего, наполнителя и технологических добавок одновременно выполняют его собственные компоненты. Поставленная цель достигается путем подбора оптимальных условий термообработки и прессования натурального сланца, при которых обеспечиваются высокие физико-механические показатели (прочность при сжатии 90,0 МПа, водопоглощение - 0,9%) относительно низкая стоимость и экологическая чистота композиционного материала. Горючий сланец термообрабатывают при 140 - 190oC в течение 30 - 90 мин с последующим прессованием при давлении 36 - 146 МПа. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1

Формула изобретения

1. Применение горючего сланца в качестве исходного сырья для получения прессованного материала.

2. Способ получения прессованного материала с использованием горючего сланца, включающий термообработку и прессование, отличающийся тем, что горючий сланец термообрабатывают при 140-190oС в течение 30-90 мин с использованием последующего прессования при давлении 36 146 МПа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что горючий сланец термообрабатывают при 180oС в течение 45 мин с последующим прессованием при давлении 146 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения прессованных композиционных материалов и может быть использовано в дорожном и жилищном строительстве, авиации, машиностроении и других отраслях промышленности.

Натуральный горючий сланец и продукты его переработки широко используются в качестве наполнителя в производстве композиционных материалов различного назначения. Связующими материалами сланцевых композиций являются полимерные, органические и неорганические вещества.

Известно [1, 2] применение пород горючих сланцев в производстве резино-технических изделий, в которых роль эластомерной матрицы выполняют синтетические каучуки. Сланцевый наполнитель используется в производстве композитов на основе поливинилхлорида [3] и полипропилена [4]

Для получения пенопластов на основе полиолефинов или полистирола с улучшенными физико-механическим свойствами в состав композиций вводится 0,5 - 20 мас. высокодисперсного горючего сланца [5]

Японскими авторами [6] с целью улучшения скольжения антифрикционного материала на основе термореактивных (фенолформальдегидных, эпоксидных и фурановых) смол в состав композиций рекомендуется вводить натуральный сланец. В заявке ЧССР [7] сланец используется в практике изготовления клеевой гидроизоляционной мастики на основе сополимера стирола и этилгексилакрилата для приклеивания облицовки и плиток к силикатным поверхностям. В [8] показана целесообразность применения горючих сланцев для повышения теплоизоляционных свойств дорожного покрытия в районах Крайнего Севера. Продукты переработки сланца используются в целях повышения водостойкости и снижения стоимости битумного вяжущего асфальтобетонных покрытий [9]

Следует отметить, что все вышеназванные сланцевые композиции-аналоги имеют существенный недостаток, обусловленный тем, что в их составах кроме наполнителя, в обязательном порядке дополнительно присутствуют связующие материалы (каучуки, термопластичные и термореактивные полимеры, битумы и др. ) и технологические добавки (пластификаторы, катализаторы, отвердители, антисептики, антипирены, гидрофобизаторы и т.п.). Это заметно повышает стоимость и усложняет технологический процесс изготовления композитов. В связи с этим возникла идея о возможности применения органических, полимерных и минеральных компонентов, содержащих в составе самого натурального сланца в качестве связующего матрицы, наполнителя и технологических добавок одновременно.

Иными словами, горючий сланец равновесный природный материал, сформированный в течение длительного времени рассмотрен авторами настоящей заявки как практически готовый функциональный композиционный материал с собственными матрицей, наполнителем и технологическими добавками.

Основанием для подобного утверждения являются результаты анализа химического и фазового состава Волжского натурального горючего сланца. По данным лазерного микроспектрального, рентгенографического, ИК- и УФ-спектроскопического, комплексного термографического и других анализов, сланец имеет следующий вещественный состав: неорганическая (минеральная) составляющая (60 70 мас. ) представлена кальцитом, пиритом, кварцем, сидеритом, ангидритом, рутилом, магнезитом, алюмосиликатами, фосфатами и др. минералами; органическая составляющая (30 40 мас.) включает предельные, непредельные и ароматические углеводороды, спирты и фенолы, простые и сложные эфиры, кетоны, кислоты, серо-, и азото- и кислородсодержащие соединения, смолистые вещества, битумоиды и др.

Среднестатический вещественный состав волжских горючих сланцев представлен (в 10 12). В качестве микропримесей по данным лазерного микроспектрального анализа, проведенного авторами, в составе сланца присутствуют труднорастворимые соединения марганца, ванадия, бериллия, меди, никеля, хрома и бора.

Каждый из перечисленных компонентов сланца потенциально может выполнять функции связующего, наполнителя или технологических добавок. Таким образом, имеются все предпосылки к созданию новых композиционных материалов только на основе натурального горючего сланца. Главной проблемой являются определение оптимального технологического режима изготовления сланцевых композитов, при котором положительные функции всех компонентов сланца проявились бы в максимальной степени. При этом процесс производства сланцевых композитов должен отличаться простотой технологии, доступностью оборудования, высокой экологической культурой, а промышленные образцы должны иметь высокие эксплуатационные характеристики.

Все литературные аналоги [1 12] приведенные в описании изобретения и характеризующие изготовление композитов с применением натурального сланца в качестве наполнителя, включают обязательные операции: термообработку исходной смеси ингредиентов и прессование.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является решение [2] включающее следующие технологические операции:

а) Приготовление и дозировка связующих продуктов, наполнителей (включая сланцы) и химических добавок;

б) смешивание связующих продуктов, наполнителей и добавок;

в) укладка (розлив) смеси в пресс-формы;

г) термообработка полученной смеси;

д) прессование (формование) разогретой смеси;

е) переработка или утилизация отходов пресс-материалов.

Технической задачей данного изобретения является:

существенное упрощение технологии изготовления композитов за счет уменьшения количества операций;

снижение себестоимости продукции за счет исключения дорогостоящих связующих продуктов, наполнителей и добавок из состава смесей (применяется только сланец);

расширение области функциональной пригодности сланца как источника сырья и увеличение ассортимента товаров с его применением;

повышение экологической чистоты и культуры производства за счет исключения токсичных веществ из состава композитов.

Задача достигается новым применением натуральных горючих сланцев в производстве прессованных композиционных материалов без применения каких-либо дополнительных продуктов.

Задача достигается также путем последовательного или параллельного проведения всего двух технологических операций: термообработку только натурального горючего сланца в пресс-форме в интервале температуры 140 - 190oC в течение 30 90 мин (необходимого для нагревания всей массы сланца) и прессование давлением 56 146 МПа.

Результаты экспериментально-поисковой работы по определению оптимальных условий изготовления сланцевых композитов, обладающих высокой прочностью и водостойкостью представлены в таблице.

Анализ данных таблицы позволяет сделать выводы:

1) Композиционные материалы с удовлетворительной прочностью и водостойкостью можно получать в достаточно широком интервале температуры (140 190oC) и времени (30 90 мин) термообработки и давлений прессования (56 146 МПа). При выходе за пределы указанных параметров получить качественные и дешевые композиты не удается.

2) Оптимальными условиями получения сланцевых функциональных композиционных материалов являются:

для операции термообработки температура 180oC, продолжительность - 45 мин,

для операции прессования давление 146 МПа.

Следует отметить, что существующий уровень технологии позволяет обеспечить указанные величины давления прессования в автоматическом режиме.

Ниже приводятся универсальные методики изготовления прессованных композиционных материалов из натурального сланца.

Пример 1. Горючий сланец помещается в пресс-форму любой конфигурации, где подвергается термообработке в заданном режиме в зависимости от функционального назначения изделия. Разогретая масса прессуется давлением 56 146 МПа. Полученный материал черного (темно-коричневого) цвета с металлическим блеском легко извлекается из пресс-формы, охлаждается до температуры окружающей среды и затем кондиционируется в течение 1 сут. (для снятия внутренних напряжений).

Пример 2. Молотый горючий сланец помещается в любой термошкаф или туннельную печь, где прогревается до требуемой температуры в течение времени, указанных в таблице настоящей заявки. После операции термообработки сланцевая смесь помещается в пресс-форму любой конфигурации и прессуется давлением 56 146 МПа в зависимости от назначения изделия. Последующие операции производятся таким же образом, как это описано в примере 1.

Заявляемые новые функциональные композиты из натурального сланца авторы предлагают использовать в производстве кровельных (черепица, шифер) и облицовочных (плитки) строительных материалов; прессованных деталей самолетов, автомобилей и тракторов (подшипники, втулки, прокладки и т.п.); труб водо- и газоснабжения тепличных хозяйств; химостойких покрытий для промышленных и лабораторных помещений и др. изделий.

Авторы заявки прогнозируют широкое применение сланцевых композитов в народном хозяйстве, благодаря их низкой себестоимости и экологической чистоте процесса изготовления. По данным на февраль 1993 г. договорная цена натурального сланца (от 3 до 8 тыс.руб.) в зависимости от способа добычи и условий кондиционирования (была одной из самых низких среди неорганических наполнителей и органо-минеральных смесей, применяемых в строительстве. Условия получения композитов с термодинамической точки зрения не позволяют выделяться из сланца токсичным летучим компонентам и продуктам разложения (сернистый газ, сероводород, низкокипящие фракции органических соединений и другие вещества). Процесс изготовления сланцевых композиционных материалов соответствует требованиям пожарной безопасности и санитарным нормам.

Следует подчеркнуть, что идея получения функционального композиционного материала на основе только одного вида сырья и способ его изготовления могут быть распространены на горючие сланцы любых месторождений, вмещающие их породы, а также на каменный уголь, торф, древесные отходы и другие органоминеральные вещества.

Класс C10L5/16 битуминозных, например дегтя, пека 

способ переработки обезвоженных илов очистных сооружений в топливные брикеты в форме цилиндров -  патент 2505587 (27.01.2014)
способ получения топливных окатышей -  патент 2497935 (10.11.2013)
способ получения топливных брикетов -  патент 2486232 (27.06.2013)
способ получения формованных изделий -  патент 2456332 (20.07.2012)
способ брикетирования буроугольного сырья -  патент 2455345 (10.07.2012)
связующая композиция для изготовления топливных брикетов -  патент 2425074 (27.07.2011)
связующая композиция для брикетирования бурых углей -  патент 2420548 (10.06.2011)
способ подготовки к коксованию частично брикетированной шихты -  патент 2348680 (10.03.2009)
способ получения угольных топливных брикетов -  патент 2322480 (20.04.2008)
способ получения топливных брикетов -  патент 2316581 (10.02.2008)

Класс C10C3/10 плавление 

устройство для переработки органических и минеральных отходов -  патент 2507236 (20.02.2014)
способ переработки битумных кровельных материалов -  патент 2500787 (10.12.2013)
способ получения мезофазного полукокса -  патент 2487919 (20.07.2013)
способ нагрева термопластичных материалов, например битума, в емкости до жидкого состояния -  патент 2472838 (20.01.2013)
способ получения самоспекающегося мезофазного порошка для конструкционных материалов -  патент 2400521 (27.09.2010)
наноструктурированный каменноугольный пек и способ его получения -  патент 2394870 (20.07.2010)
способ получения битума -  патент 2253661 (10.06.2005)
способ переработки каменноугольного пека для конструкционных материалов -  патент 2230770 (20.06.2004)
способ выплавки битума из отходов битумных рулонных материалов -  патент 2195475 (27.12.2002)
способ получения компаундированного битума -  патент 2186078 (27.07.2002)

Класс C10B53/08 в форме брикетов, кусков и тп 

способ термической переработки высокозольного и/или низкокалорийного твердого топлива -  патент 2524231 (27.07.2014)
способ получения формованного кокса -  патент 2516661 (20.05.2014)
устройство для переработки твердого топлива -  патент 2299901 (27.05.2007)
устройство для получения металлургического среднетемпературного кокса -  патент 2297438 (20.04.2007)
установка пиролизной переработки углеродсодержащего сырья -  патент 2258078 (10.08.2005)
опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем -  патент 2225429 (10.03.2004)
способ подготовки угольной шихты к коксованию -  патент 2186823 (10.08.2002)
способ подготовки угольной шихты к коксованию -  патент 2135543 (27.08.1999)
способ брикетирования спекающихся, слабоспекающихся и неспекающихся шламов и мелких классов угля -  патент 2088636 (27.08.1997)
печь для пиролиза углеводородного сырья -  патент 2078111 (27.04.1997)
Наверх