ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПЕНОСТЕКЛО

Пеностеклом (другое название газостекло иЛи ячеи­стое стекло) называют ячеистый теплоизоляционный материал, получаемый путем спекания смеси стеколь­ного порошка и газообразователя с последующим от­жигом вспученного материала.

Пеностекло обладает целым рядом ценных качеств: высокой прочностью, водостойкостью, биостойкостью, морозостойкостью, довольно низкой теплопроводностью. Коэффициент конструктивного качества пеностекла (к. к. к.) в три и более раз выше, чем у ячеистых бето­нов, керамических и асбестосодержащих теплоизоля­ционных материалов.

Сырьевыми материалами для пеностекла являются: отходы стекольной промышленности (стекольный бой);

Таблица 19

Показатели основных физико-механических свойств пеностекла

Средняя плотность, кг/м®

Предел прочности при сжатии, МПа

Теплопроводность при 20° С, Вт/(м-°С)

Водой оглощение, % по объему

100

0,5—0,8

0,036

6і—9

200

1,5—2,0

0,06 J

Не более 5|

300

3,0—3,5

0,082

То же

400

5,0—6,0

0,105

»

500

9,0—10,0

0,144

»

Специально приготовленный стекольный гранулят; газо - образователи: антрацит, каменноугольный кокс, мел, мрамор, известняк, пиролюзит, окись азота.

При спекании шихты происходят следующие физико - химические процессы: размягчение и спекание отдельных частиц шихты; разложение или сгорание газообразова - теля и взаимодействие его с компонентами стекольной шихты, сопровождающееся выделением рабочего газа; вспучивание выделяющимся газом вязкой стекломассы, характеризующееся значительным увеличением ее объема и образованием пор в материале; закрепление образовавшейся пористой структуры и придание мате­риалу прочности и твердости путем отжига, т. е. посте­пенного снижения его температуры.

Основными технологическими факторами, влияющи­ми на формирование пористой структуры материала, являются следующие: вязкость массы в момент выде­ления газа; поверхностное натяжение стекломассы; интервал размягчения стекломассы; гранулометрический состав стекольного порошка; гранулометрический состав газообразователя; количество и вид газообразователя; режим обжига и отжига пеностекла.

Для получения равномерной ячеистой структуры пе­ностекла стекломасса во время выделения газа должна характеризоваться относительно высокой вязкостью в целях предотвращения разрыва образовавшихся ячеек, а также низким поверхностным натяжением во избежа­ние объединения мелких пор в более крупные ячейки (самопроизвольный процесс снижения свободной по­верхностной энергии системы). Снизить поверхностное натяжение стекольной массы, стабилизировать образо­вавшуюся мелкопористую структуру удается за счет применения газообразователей, имеющих малое химиче­ское сродство с жидкой фазой стекла, которые кон­центрируются на поверхности раздела фаз, между газо­образной и жидкой фазами, и оказывают поэтому по­верхностно-активное действие. Этим в основном и объяс­няется, что применение углеродистых газообразователей позволяет получать наиболее качественное пеностекло с замкнутыми мелкими порами. Большинство минераль­ных газообразователей, и в первую очередь карбонат­ных, характеризуются большим химическим сродством к стеклу и поэтому не могут оказывать на стекольную ячеистую массу стабилизурющего воздействия. Этим объясняется открытый вид пор и большое водопогло - щение пеностекла, полученного с применением карбо­натных газообразователей.

Стекломассы с широким интервалом размягчения, так называемые «длинные» стекла, легче вспучивать, чем с малым интервалом размягчения (чем «короткие» стекла). Применение длинных стекол в большей степе­ни позволяет установить соответствие между скоростью процесса размягчения стекломассы и процессом выде­ления рабочего газа. Кроме того, длинные стекла, как правило, характеризуются меньшим поверхностным на­тяжением, чем короткие, поэтому для производства ячеистого стекла предпочтительнее применять длинные стекла, такие, как, например, свинцовые.

Зерновой состав стекольного порошка и газообразо­вателя в значительной степени определяет характер и качество пористой структуры пеностекла. Чем мельче зерна стекольного порошка и газообразователя, тем выше их реакционная способность, тем более полно и равномерно протекает процесс вспучивания, тем мельче и равномернее пористость и ниже средняя плотность - материала.

Увеличение в составе шихты газообразователя вле - ■чет за собой снижение средней плотности пеностекла. Однако при этом, как правило, увеличивается средний диаметр пор, снижается коэффициент конструктивного качества материала, поэтому введение в шихту газо­образователя в количестве более 3—5% (по массе) не рекомендуется.

Вид применяемого газообразователя должен согласо­вываться с целым рядом факторов: температурой раз­мягчения (спекания) стекольного порошка, интервалом вязкости стекломассы, требуемым видом пористости ма­териала, требуемой его окраской, доступностью и стои­мостью газообразователя.

Газообразователь не должен выделять газовую фазу при температуре ниже, чем температура размягчения стекольного порошка, что исключало бы вспучивание стекломассы. Температура выделения рабочего газа должна быть примерно на 100° С выше температуры размягчения стекольного порошка. Парциальное давле­ние газовой фазы должно нарастать постепенно и по возможности в широком температурном интервале, сов­падающем с температурным интервалом размягчения стекломассы.

Средняя плотность пеностекла уменьшается с повы­шением температуры и увеличением продолжительности процесса спекания. Однако следует учитывать, что при увеличении продолжительности спекания количество сообщающихся пор обычно возрастает и тем быстрее, чем мельче стекольный порошок. К образованию сооб­щающихся пор может привести также неправильный режим отжига. При этом за счет возникающих внутрен­них напряжений, превышающих структурную прочность материала, образуются трещины в стенках пор, что при­водит к снижению прочности пеностекла.

Работа 1. Исследование влияния вида и количества газообразователя на кинетику вспучивания стекломассы и основные свойства пеностекла

При выполнении данной работы подгруппа студен­тов делится на пять бригад, которые получают задания в соответствии с данными табл. 20.

Каждая бригада на заданных ей составах произво­дит следующие опыты: исследует кинетику вспучивания стекломассы в зависимости от количества газообразова­теля в шихте; из полученного пеностекла на заданных составах готовит образцы и испытывает их, определяя среднюю плотность, предел прочности при сжатии, а также исследует пористую структуру материала.

При выполнении данной работы, в целях получения сравнимых результатов, рекомендуется каждой бригаде

Таблица 20

Количество газообразо­

Номер брига­

Вид газообразователя

Вателя по массе, %

Температура

Спекания,

Ды

1

2

3

°С

1

Пиролюзит (двуокись марганца Мп02)

1,0

3,0

5,0

680—720

2

Натриевая селитра

1,0

3,0

5,0

720

(NaN03)

0,5

3

Известняк, мрамор, мел

1.0

1,5

750—800

4

Антрацит

1,0

2,0

3,0

770—780

5

Каменноугольный кокс

0,5

1,5

2,5

720—850

Выдавать один и тот же стекольный бой с одинаковым гранулометрическим составом.

А. Исследование кинетики вспучивания стекломассы производится на специальном приборе по методике Ф. Шилла [7]. Прибор представляет собой разъемную ци­линдрическую форму из жаростойкого материала с внут­ренним диаметром 47 и высотой 70 мм. Крышка формы имеет в центре отверстие диаметром 2,5 мм, через кото­рое вводится хромоникелевая или танталовая проволока с закрученным в виде спирали нижним концом. При испытании спираль опирается на поверхность исследуе­мой шихты, а верхний, прямой конец проволоки, сво­бодно перемещается вдоль миллиметровой линейки. Та­кой прибор позволяет регистрировать изменение высоты образца во времени с точностью до 0,5 мм. На основа­нии данных, полученных в результате наблюдений, строят кривые вспучивания в координатах: «время — температура — высота образца», а также фиксируют максимальную высоту вспучивания стекломассы.

Для проведения исследования стекольный порошок, полученный размолом стекольного боя в шаровой мель­нице с фарфоровыми мелящими телами, просеивают через сита с 2500 отверстий в 1 см2, а газообразова - тель—через сито с 6400 отверстий в 1 см2. Тщатель­ным перемешиванием стекольного порошка с газообра­зователей готовят шихту определенного состава (в со­ответствии с данными табл. 20).

20—30 г шихты помещают в цилиндр прибора Шил - ла, внутренние стенки которого предварительно смазы­вают меловой пастой. Для равномерного распределения и уплотнения шихты цилиндр со смесью подвергают кратковременной вибрации на лабораторном вибростоле при амплитуде 0,1—0,25 мм. После этого собирают при­бор (вводят в него проволоку, с помощью которой про­изводится замер высоты шихты в цилиндре) и поме­щают его в лабораторную печь, нагретую до темпера­туры, превышающей предполагаемую температуру спе­кания примерно на 50° С. Для получения равномерной структуры пеностекла температурный градиент по всей высоте цилиндра должен быть в пределах 20—30° С, иначе из-за гидростатического давления расплавленной стекломассы размеры ячеек пор пеностекла будут воз­растать от дна к верху формы.

При наблюдении за вспучиванием стекломассы ре­зультаты (температуру и высоту массы) рекомендуется записывать через каждые 30 с. По окончании спекания, которое будет характеризоваться прекращением увели­чения высоты массы, печь охлаждают (резко) до тем­пературы 600° С, при которой осуществляют отжиг образца в течение 1 ч; затем печь отключают от элек­тросети и образец постепенно охлаждают до темпера­туры 30—50° С. Полученный образец используют для изучения его пористой структуры.

Таким образом производят опыты на всех заданных составах шихты.

Б. Исследование влияния вида и количества газо­образователя на среднюю плотность, прочность и пори­стость пеностекла. Для проведения этой части лабора­торной работы цз всех трех заданных составов каждая бригада изготовляет образцы путем вспучивания 30— 40 г шихты (для одного образца) в огнеупорных лабо­раторных тиглях и последующего выпиливания из вспу­ченной и охлажденной массы кубиков с размером 5 X 5 X 5 см.

При вспучивании и отжиге образцов необходимо соблюдать все те условия термической обработки, кото­рые были приняты при исследовании кинетики вспучива­ния пеностекла.

Изготовленные образцы подвергают испытаниям на среднюю плотность (один образец) и прочность при сжатии (два образца). Изучение пористой структуры производят на образцах, полученных при исследовании кинетики вспучивания стекломассы. Таким испытаниям подвергают образцы всех трех заданных составов (ме­тодика определения средней плотности, прочности и по­ристой структуры изложена в ч. I практикума.

По полученным результатам каждая бригада строит соответствующие графики и определяет оптимальное со­держание газообразователя данного вида в заданной шихте.

Сравнивая результаты проведенных исследований, вся подгруппа под руководством преподавателя дает оценку всем применявшимся в исследовании газообра - зователям. Полученные результаты каждая из бригад использует при выполнении работ 2 и 3.

Лабораторное оборудование и приборы: 1. Лабора­торная печь, обеспечивающая температуру нагрева до 900° С. 2. Прибор Шилла для изучения кинетики вспу­чивания пеностекла. 3. Набор огнеупорных тиглей. 4. Весы технические (Т-200). 5. Пресс гидравлический 7,5-тонный. 6. Измерительный инструмент. 7. Микроскоп МБ-9, МБС-2 или фотоустановка ФМН-2.

Работа 2. Исследование влияния тонкости помола стекольного порошка и газообразователя на кинетику вспучивания стекломассы и основные свойства пеностекла

Для выполнения поставленной задачи каждая бри­гада, используя данные, полученные при выполнении работы 1 (оптимальное количество газообразователя), составляет шихты с различной тонкостью помола ком­понентов (газообразователь берется тот же, который использовался данной бригадой при выполнении рабо­ты 1) в соответствии с данными табл. 21. Для каждой шихты определяется удельная поверхность на одном из типов приборов (см. ч. I, гл. II, § 1) и записывается в табл. 21 под номером шихты.

Для оценки влияния тонкости помола стекольного порошка и газообразователя на кинетику вспучивания и основные свойства ячеистого стекла достаточно иссле­довать шесть шихт (по указанию преподавателя): № 1, 2, 3, 4, 5, 7 и 3, 5, 6, 7, 8 и 9.

Таблица 2,1

Тонкость помола газо­образователя, отв./см2, прошло через си'ю

Осталось на сите

Тонкость помола стекольного порошка, отв./ см2, прошло через сито осталось на сите

576

2 500

10 000

2 500

10 000

25 000

10000/25 000 2 5001/10 ОЮО 576/2500

Шихта № 1 (S0 = . . . см2/г)

Шихта № 4 (So = . . . см2/г)

Шихта № 7 (So = . . . см2/г)

Шихта № 2 (S0 = . . . см2/г)

Шихта № 5 (S0 = . . . см2/г)

Шихта № 8 (S0 = . . . см2/г)

Шихта № 3

(So = = . . . см2/г) Шихта № в (So = '==... см2/г) Шихта № 9

(So = ■= . . . см2/г)

Исследование кинетики вспучивания стекломассы проводится по методике, изложенной в работе 1. Для каждой шихты производится 1—2 опыта и по результа­там строятся кривые вспучивания, анализируя которые можно судить о влиянии тонкости помола компонентов шихты на процесс вспучивания стекломассы.

Затем каждая бригада для каждой шихты вспучи­вает два образца (в огнеупорных тиглях) и, выпилив из них кубики с ребром 5 см, производит их испытание, определяя среднюю плотность, предел прочности при сжатии и изучая пористую структуру.

Результаты определений оформляют в виде графиков зависимости установленных свойств пеностекла от тон­кости помола (от удельной поверхности) стекольного порошка и газообразователя. При построении этих гра­фиков по оси абсцисс откладывается № шихты, а по оси ординат — величины (показатели) свойств пеностекла.

Лабораторное оборудование и приборы: 1. Шаровая мельница с фарфоровыми мелящими телами. 2. Поверх- ностномер типа ПСХ-2. 3. Приборы и оборудование, указанные для выполнения работы 1.

Работа 3. Исследование влияния температуры И продолжительности спекания на основные свойства пеностекла

Для проведения исследования каждая бригада поль­зуется сво. ими результатами, полученными при выпол­нении работ 1 и 2. Выбрав оптимальные значения для | количества газообразователя и тонкости помола шихты,, производят вспучивание 24 образцов (по два образца для каждого значения температуры спекания и по два образца для каждого значения продолжительности спе­кания). Исходные данные для проведения этой серии опытов берут из табл. 22.

№ брига­ды

Время, мин

620

680

700

10

20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30

720

740

680

700

825

800

775

750

Известняк, |МЄЛ

Таблица 22

Режим спекания

Температура, °С

Вид газообразователя

740

Пиролюзит Натриевая селитра

870

820

850

790

790

780

770

760

Мрамор Кокс

Антрацит

Каждая бригада представляет результаты исследо­вания в виде графиков зависимости средней плотности и прочности от температуры и продолжительности спе­кания шихты.

На свойства пеностекла значительное влияние ока­зывают температура и продолжительность отжига. Мак­симальная температура отжига пеностекла должна соот­ветствовать температуре, при которой вязкость стекла составляет примерно 1012 Н-с/м2. Такая вязкость для

8—541 209

Обычного стекла достигается при температуре около 600° С.

Учитывая необходимость выравнивания температу­ры по всей толщине изделия, для снятия температурных напряжений пеностекло при температуре отжига 600° С выдерживают в течение определенного времени.

С целью выявления влияния продолжительности от­жига на свойства пеностекла каждая бригада изготов­ляет по девять одинаковых образцов. Три образца вы­нимают из печи сразу же после окончания процесса вспучивания, который проводят по оптимальному ре­жиму, установленному при выполнении работы 1; три образца отжигают при температуре 600°С в течение 15 мин и три последних образца—при той же темпе­ратуре в течение 30 мин. Охлажденные образцы выни­мают из печи и испытывают, определяя среднюю плот­ность и предел прочности при сжатии, и сравнивают их свойства путем построения графических зависимостей «продолжительность отжига — средняя плотность — прочность при сжатии».

Лабораторное оборудование и приборы те же, что и при выполнении работ 1 и 2.

ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Термопанели — качественный материал для отделки и утепления дома

Современные термопанели выделяются отменными эксплуатационными качествами, что делает их идеальным материалом для отделки зданий. Вопрос с утеплением дома всегда стоял остро. Производители предлагают множество строительных материалов, но большинство людей предпочитают …

Негорючая изоляция и базальтовая вата

При возведении зданий любого предназначения необходимо уделять внимание пожарной безопасности. Для решения этой проблемы подойдет негорючая изоляция, базальтовая вата.
Негорючие теплоизоляционные материалы стали неотъемлемой частью профильного рынка.

Средства теплоизоляции: зачем они нужны

Для обеспечения эффективного энергосбережения необходимо использовать качественные средства теплоизоляции. При выборе современных материалов реально снизить тепловые потери до 70%! Соответственно – уменьшить затраты на отопление дома/квартиры.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.