Учитывая большое влияние окислительной атмосферы на кинетику вспенивания, газовые смеси, содержащие водяные пары и предназначенные для выяснения их роли в процессе вспенивания, готовились на основе азота.

С повышением содержания водяных паров в атмосфере печи наблюдалось снижение температуры начала усадки пенообразующей смеси и температуры начала вспенивания и некоторое уменьшение усадки, предшествующей вспениванию (рис. 3.13). Если снижение температуры начала усадки пенообразующей смеси можно объяснить понижением вязкости стекла в атмосфере водяных паров, то последующие явления связаны, несомненно, со сдвигом температуры начала реакций ценообразования в присутствии водяных паров в область более низких ее значений, а также непосредственным участием Н2О в окислительно-восстановительных реакциях, вызывающих образование Н2S и усиление процесса вспенивания пеностекла. Процесс вспенивания еще больше усиливается в присутствии адсорбированной молекулярной воды или в виде гидроксильной группы. Незначительное количество ее (0,12%) снижает температуру спекания пенообразующей смеси на 25—30 °С и температуру максимума вспенивания, что подтверждается как ходом кривых, характеризующих кинетику данного процесса (рис. 3.13, кривые 6—8), так и сдвигом кривых вязкости спеков в область более низких значений температуры.

Сравнение кривых скорости вспенивания смесей на основе стекол с различной величиной градиента вязкости (Δlgη) показывает, что алюмоборосиликатное стекло 12 (см. табл. 6), имеющее в температурном интервале 750—850°С, Δlgη = 1,95 и более высокое значение Tн.д (585°С), вспенивается значительно быстрее (рис. 3.13, а, кривые 1, 2), чем смесь на основе стекла 2Н, для которого Δlgη = 1,39 и Tн.д—540 °С (рис. 3.13, г, кривые 1, 2). Существенных различий в скорости вспенивания пеностекла на основе гидратированных стекол различных составов (12 и 2Н) не обнаружено (рис. 3.13, а, г, кривая 6), но в присутствии различных газообразователей (антрацит, сажа) процесс вспенивания активизируется с увеличением их дисперсности (рис. 3.13, а, б, кривые 6, 7).

Для выяснения роли водяных паров в процессе вспенивания пеностекла было получено стекло, в котором углерод находился в коллоидном виде (варка стекла с 5% антрацита в печи с восстановительной атмосферой). Это стекло (состав 2Н) было смолото без добавок газообразователя до удельной поверхности 6000 см2/г и после тщательного высушивания подвергнуто термообработке по аналогичному режиму при максимальной температуре вспенивания 825°С. Если исходить из предположения, что для вспенивания не требуются водяные пары, то в приготовленном описанным выше способом порошке стекла имеются все компоненты, необходимые ДЛЯ беспрепятственного протекания процесса вспенивания — кремнезем, сульфат натрия и коллоидный углерод.

Результаты эксперимента показали (см. рис. 3.12, б), что коэффициент вспенивания такого порошка отличается незначительной величиной независимо от содержания кислорода в атмосфере печи (кривые 1, 2), а температура начала вспенивания смещена в область более высоких значений по сравнению с традиционными углеродсодержащими пенообразующими смесями. С введением водяных паров в атмосферу печи при термообработке порошка стекла, сваренного с добавкой 5% углерода, снижается температура начала вспенивания и значительно увеличивается коэффициент вспенивания (кривая 3), что подтверждает существенное влияние водяных паров на ход реакций ценообразования. Помол такого стекла в водной среде до равнозначной степени дисперсности еще больше усиливает вспенивание (рис. 3.13, г, кривая 6).

Исследование кинетики процесса вспенивания пеностекла (рис. 3.12 и 3.13) показало, что изменение состава атмосферы, в которой протекает процесс термообработки пенообразующей смеси, приводит к изменению скорости процесса вспенивания пеностекла. Кроме того, на скорость спекания частиц стекол рассматриваемых составов и образования ими капсул вокруг зерен газообразователя оказывают влияние также удельная поверхность частиц исходных пенообразующих смесей (стекла и газообразователя), величина поверхности контакта между частицами и среднее расстояние между поверхностями соседних частиц, температура начала размягчения стекла [243—245], концентрация окислительного компонента в исходном стекле [50, 246].

Изменение парциального давления водяного пара влияет не только на вязкость и поверхностное натяжение исходного стекла [232, 235, 236, 246, 247], но и на температуру начала реакций газообразования, причем увеличение парциального давления водяных паров сдвигает начало процесса ценообразования в сторону более низких температур. Влияние водяных паров на кинетику процесса ценообразования рассматривал К. Ханке [248], который также установил, что образование пузырей в пиропластическом силикатном расплаве зависит от парциального давления паров воды при наличии SО3 в расплаве и согласуется с данными работ [7, 59], в соответствии с которыми процесс вспенивания в атмосфере с парциальным давлением водяных паров 200—760 мм рт. ст. может быть ускорен.

Вывод о положительном влиянии связанной воды (адсорбированной или гидроксильных групп) на вязкость стекол и пиропластических спеков пенообразующих смесей в низкотемпературной области приведен в работах [1, 68, 120, 232, 235, 236, 249, 250], однако авторами не освещается взаимосвязь между составом пенообразующей смеси, ее свойствами и количеством связанной воды и совместное влияние данных факторов на процессы газо- и пенообразования, определяющие кинетику процесса вспенивания пеностекла.

СТРАНИЦЫ: