Кремнеземные материалы

Одной из важных задач современной техники является создание нового класса экологически безопасных теплозащитных и теплоизоляционных материалов, т.к.  известные и широко применяемые в промышленности теплоизоляционные материалы из асбеста уже запрещены в США и Европе из-за канцерогенных свойств этих материалов.  В последнее время материалы из керамических волокон также признаны канцерогенными, о чем сообщили OSNA - администрация США по профессиональному здравоохранению, Калифорнийский университет, лаборатория в Лос-Аламосе. В развитых странах резко сокращен объем применения керамических волокон и ведутся работы по их запрещению.

Эти  причины стали основанием для интенсивного развития за последние годы производства и потребления новых экологически безопасных многофункциональных (тепло-, электро-, шумозащитных) материалов на основе кремнеземных волокон, содержащих 98 -99 % SiO2 . За последние 3 года выпуск кремнеземных материалов, увеличился в 5 - 7 раз и  основная производственная база таких материалов находится в России.

Кремнеземные материалы заслужили высокое внимание в связи с уникальными физическими и химическими свойствами. Такие материалы обладают  низкой теплопроводностью, высокой стойкостью к тепловому удару, превосходными электроизоляционными и акустическими свойствами в условиях высоких температур, могут длительно использоваться без изменения свойств при температуре до 1000 и кратковременно, при температуре до 1700°С.

 Изделия, выполненные из кремнеземного стекла, характеризуются инертностью к большинству химических реагентов,  высокой стойкостью к органическим и минеральным кислотам любых концентраций даже при повышенной температуре (за исключением фосфорной, соляной и плавиковой) и слабым щелочам расплавленных металлов (за исключением Si, Mg, Na) и сплавам. Обладают высокой химической стойкостью к воде и пару высокого давления, способны поглощать влагу, но в присутствии воды не расщепляются, в вакууме стабильны.

Кремнеземные материалы являются превосходными высокотемпературными теплоизоляционными и теплозащитными материалами, которые применяются в самых разных отраслях промышленности. В России и странах бывшего СССР в первую очередь кремнеземные материалы используют предприятия военно-промышленного комплекса, а также стекольные заводы и предприятия, изготавливающие теплоизоляционные изделия. В западных же странах кремнеземные материалы чаще применяются в качестве заменителей асбеста и используются в основном в нефтеперерабатывающей, электротехнической, авиакосмической промышленности, а также в судостроении и металлургии.

Основные области применения кремнеземных материалов в настоящее время:

• высокотемпературная теплоизоляция и теплозащита в машиностроении, аэрокосмической и авиационной технике;
• фильтры для очистки жидких и газообразных агрессивных сред в нефтехимической и металлургической промышленности;
• одеяла, занавеси и прокладки для защиты от брызг расплавленного металла при сварочных работах, от пламени и избыточного тепла;
• кислото- и влагостойкий наполнитель для композиционных радиотехнических, радиопрозрачных материалов.
• электроизоляция для различных областей техники;
• изготовление одежды и спасательных устройств для пожарных;
• изготовление диэлектриков, стеклопластиков, электроизоляционной обмотки, строительных и теплоизоляционных материалов.
• фильтры для тонкой очистки расплавов черных и цветных металлов при их заливке в литейные формы (фирам-процесс);
• фильтры при производстве литья, работающие при высоких температурах.
• носители катализаторов для химической, пищевой, автомобильной и других отраслей техники;
• обмотка проводов, кабелей, трубопроводов, работающих при высоких температурах и агрессивных средах;
• изготовление многослойных тканей, объемных тканых заготовок трикотажных материалов, текстурированных тканей;
• изготовление высокотемпературостойких плит, матов, бумаги, картона, холстов, иглопробивных полотен и др.;
• гибкая тепло-, звуко- и электроизоляция печей, двигателей и др.

Применение кремнеземных материалов позволяет добиться экономии за счет долговечности его олговечности и усиливает безопасность эксплуатации промышленных объектов.

На сегодняшний день из кремнеземного стекла производят ткани, сетки, нити, ленты, шнуры, маты.

Кремнеземные ткани производятся из кремнеземного волокна и применяются в качестве высокотемпературной изоляции, теплозащиты для различных отраслей техники, в частности, для огнеупорных подложек, прокладок и покрывал, защищающих от открытого огня, брызг расплавленного металла избыточного тепла. Так же применяются в качестве наполнителя для композиционных материалов, для изготовления фильтров при очистке агрессивных средств.

Кремнеземные сетки в основном применяются в качестве эффективного фильтровального материала для очистки расплавов цветных и черных металлов при их заливке в литейные формы. Фильтр требуемого размера вырезается и устанавливается в литниковую систему либо непосредственно под литник между нижней и верхней опоками литейной формы.

Кремнеземные нити представляют собой компенсированные крученые нити в несколько сложений. Далее полученная компенсированная крученая нить подвергается химической и термической обработкам, после чего полученная нить перематывается на конусы. Для особых сфер применения, не допускающих наличия усадки при воздействии температур, специально изготавливаются нити, обладающие всеми вышеуказанными свойствами, но дополнительно аппретированы под эпоксидное и фенольное связующее и имеют минимальную усадку при рабочих температурах.

Кремнеземные термостойкие ленты производятся из кремнеземных нитей полотняным переплетением.Используются для изоляции проводов, кабелей, трубопроводов, работающих при высокой температуре, для окантовки теплоизоляционных изделий, как наполнитель для композиционных материалов и т.п.

Кремнеземные термостойкие шнуры  состоят из одной или двух оплеток, сделанных из кремнеземных нитей и наполнителя. В качестве наполнителя используется кремнеземная нить, кремнеземный холст. Шнуры  предназначены для уплотнения и теплоизоляции узлов различных установок и другого оборудования, работающего при повышенных температурах.

Кремнеземное волокно применяеется в качестве армирующего материала в разного рода фрикционных изделиях. Мощности по производству кремнеземного волокна как отдельного ассортимента были созданы только в последние десятилетия. Так же широкое распространение получило рубленное волокно.

Кремнеземные маты применяются в качестве теплоизолирующего слоя огнезащитной одежды, в качестве огнезащиты деревянных, металлических конструкций в процессе строительства промышленных и жилых зданий, в конструкции противопожарных жалюзи, как теплозащитный слой в промышленном оборудовании и т. д.

В связи с хорошими звукопоглощающими свойствами, маты из кремнеземного волокна успешно применяются в звукопоглощающих и звукоизоляционных конструкциях, особенно там, где предъявляются повышенные требования к пожаробезопасности.

Среди готовых изделий из кремнеземных материалов, самыми популярными являются полотнища противопожарные, изготовленные из кремнеземных тканей и предназначенные для локализации горения в начальной стадии пожара, а также тушения одежды на пострадавшем путем перекрытия доступа кислорода. Данное  изделие необходимо в цехах и лабораториях промышленных предприятий, аэропортах, бензозаправочных станциях, гостиницах, школах, больницах и так далее.

Изготовление аналогичных изделий: покрывала, салфетки, шторы - основано на высоких теплоизоляционных и огнестойких свойствах кремнеземных тканей и используется главным образом при производстве кухонных плит и духовок.