Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новой высокотемпературной теплоизоляционной конструкции на основе микросфер и анизотропных наноструктур для работы оборудования, эксплуатирующегося при температурах до 700 °С

Номер контракта: 14.579.21.0062

Руководитель: Китаева Наталья Константиновна

Должность: Генеральный директор

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
анизотропные наноструктуры, аэрогель, микросферы, теплоизоляция

Цель проекта:
1. Задачи проекта: создание высокотемпературной теплоизоляции на основе микросфер и анизотропных структур, способной конкурировать с российскими и мировыми производителями. 2. Цель проекта: разработка и изготовление экспериментальных образцов высокотемпературных теплоизоляционных материалов на основе микросфер и анизотропных наноструктур, способных сохранить и обеспечить длительную работоспособность оборудования, работающего при температурах до 700°С.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты проекта
Будет разработана технология получения теплоизоляционных конструкций на основе микросфер и анизотропных наноструктур.
Будет разработана и изготовлена экспериментальная установка для получения теплоизоляционных конструкций.
Впервые будет разработан и изготовлен экспериментальный стенд для исследования физико-химических, физико-механических и теплофизических свойств экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций.

2. Основные характеристики разрабатываемого экспериментального образца теплоизоляционной конструкции:
- работоспособность в температурном диапазоне от 0°С до 700 °С;
- адгезия к металлической подложке в диапазоне от 0,1 до 3 МПа;
- предел прочности при сжатии при 10% деформации в диапазоне от 0,1 до 2 МПа;
- предел прочности на изгиб в диапазоне от 0,1 до 2 МПа;
- эффективная теплопроводность в температурном диапазоне от 20 до 700 °С с шагом 50 °С;
- термовлагостойкость – 50 циклов «увлажнение-сушка»;
- альбедо поверхности не менее 15%;
- поропроницаемость, определенная для СО2, О2 и водяного пара, не более (1000 см3/м2)*(24 чбар-1);
- вибропрочность – допустимую частоту колебаний до 100 Гц с амплитудой перемещений 0,5 мм;
- сплошность и равномерность теплоизолирующих слоев.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечный продукт будет представлять собой теплоизоляционный материал, имеющий низкий коэффициент теплопроводности, высокую термостойкость, хорошую адгезию к изолируемому материалу, прочность соответствующую мировым стандартам.

2. Разрабатываемая технология получения теплоизоляционных материалов путем нанесения покрытия на поверхность деталей и изделий обладает рядом технологических, экономических и экологических преимуществ, в частности:
- покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, при любых значениях температуры и влажности атмосферного воздуха;
- при нанесении покрытий не оказывается тепловое воздействие на покрываемое изделие;
- технология нанесения покрытия экологически безопасна (отсутствуют высокие температуры, опасные газы и излучения, нет химически агрессивных отходов);
- возможно нанесение многокомпонентных покрытий с переменным содержанием компонентов по толщине изделия;
- возможно создание оборудования, отличающегося компактностью и мобильностью, которое технически доступно для любого промышленного предприятия, может быть встроена в автоматизированные линии и не требует высококвалифицированного персонала для своей эксплуатации.

3. Альтернативным высокотемпературным теплоизоляционными материалами является материал марки "Thermal-Coat", в состав которого входят вакуумированные стеклянные микросферы и связующее на основе латексов и полимеров.
Разрабатываемый в рамках проекта высокотемпературный теплоизоляционный материал содержит в своем составе кроме микросфер еще и анизотропные наноструктуры на основе аэрогеля, который является самым легким твердотельным материалом на данный момент, обладающим самыми лучшими теплоизоляционными свойствами, что позволяет полагать что такая конструкция по своим характеристикам не будет уступать лучшим мировым аналогам.

4. В соответствии с техническим заданием и календарным планом разработана и изготовлена экспериментальный образец установки для получения теплоизоляционных конструкций, разработан лабораторный регламент получения экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций, изготовлены экспериментальные образцы на основе микросфер и анизотропных наноструктур, разработан и изготовлен экспериментальный образец стенда для исследования физико-химических, физико-механических и теплофизических свойств экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций. Полученные результаты работ дают основание полагать, что все поставленные цели задачи проекта будут выполнены.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения результатов проекта: металлургическая, нефтеперерабатывающая, химическая промышленность, атомная отрасль, коммунальное хозяйство.

2. Разрабатываемые образцы по своим эксплуатационным характеристикам будут конкурентоспособны существующим отечественным и зарубежным аналогам. Разрабатываемые теплоизоляционные материалы позволят обеспечить нормированные минимальные тепловые потери с поверхности теплоизолируемого оборудования, обеспечить регламентируемые СНиП санитарно-гигиенические условия обслуживающему персоналу, увеличить надежность и срок службы конструкционных и функциональных материалов оборудования, эксплуатируемых при воздействии высоких температур.

3. Разрабатываемые теплоизоляционные конструкции могут найти применение:
- в корпусах или ограждающих конструкциях холодильного оборудования, печей (благодаря теплоизоляции возможно значительно снизить затраты энергии на поддержание требуемой температуры внутри);
- в трубопроводах теплотрасс (для уменьшения изменения температуры передаваемого теплоносителя, а также для защиты трубопроводов от коррозии);
- для изоляции емкостей, резервуаров, бойлеров;
- для изоляции трубопроводной арматуры, где применяются съёмные теплоизоляционные конструкции.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической литературы, который показал, что при создании теплоизоляционных материалов наиболее перспективным является использование микросфер диаметром 50-500 мкм, неорганического связующего и аэрогеля AlOOH.
Проведены патентные исследования, которые показали, что патентно-лицензионная ситуация является благоприятной для реализации проекта.
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлена экспериментальная установка для получения теплоизоляционных конструкций на основе микросфер и анизотропных наноструктур.
Результаты экспериментальных исследований по сравнению алюмофосфатного связующего и жидкого стекла показали, что теплоизоляционные конструкции на основе жидкого стекла обладают хорошей адгезией практически к любой поверхности, отверждаются уже при комнатной температуре, хотя для полной дегидратации образцы требуется нагревать до 400 °С.
Для улучшения теплоизоляционных свойств теплоизоляционных конструкций выбраны полые микросферы, заполненные газом с теплопроводностью ниже, чем у воздуха. Применение таких микросфер позволит отказаться от вспенивания связующего, что повысит прочность теплоизоляционных конструкций.
Разработана лабораторная технология и выпущен лабораторный регламент изготовления экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций на основе микросфер и анизотропных наноструктур.
Изготовлены экспериментальные образцы на основе микросфер и анизотропных наноструктур.
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный стенд для исследования физико-химических, физико-механических и теплофизических свойств экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций на основе микросфер и анизотропных наноструктур.
Разработана программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций на основе микросфер и анизотропных наноструктур.
Изготовлен экспериментальный стенд для исследования физико-химических, физико-механических и теплофизических свойств экспериментальных образцов теплоизоляционных конструкций на основе микросфер и анизотропных наноструктур.