исходное сырье для получения прессованного материала и способ получения прессованного материала

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 140-190^oС 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 180^oС 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 - 190^oC 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 (140 190^oC) 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 180^oC, 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.