Отношение вязкости стекла к его поверхностному натяжению является переменной величиной и в интервале температур спекания смеси и вспенивания пеностекла изменяется в основном за счет вязкости. Поскольку отклонения в развитии разделительных стенок между ячейками в пеностекле, а следовательно, и его прочность зависят от градиента вязкости [14, 50, 52, 54, 115], то расширение интервала «рабочей» вязкости вспенивания за счет гидратации стекла при его диспергировании следует считать положительным явлением.

Рассматривая вопрос о влиянии кристаллизации стекла на формирование и последующее развитие структуры пеностекла, прежде всего необходимо отметить, что речь пойдет о легком теплоизоляционном пеностекле (γ<=200 кг/м3), у которого толщина разделительных стенок между ячейками находится в пределах от 700—1000 А до нескольких долей миллиметра. Для того чтобы четко представить себе влияние формы и размера кристаллов, образующихся вследствие кристаллизации стекла при вспенивании, необходимо рассмотреть структуру элементов ячейки пеностекла с генетической точки зрения.

Механизм образования пластинок, являющихся структурными элементами пены, позволяет проследить влияние вязкости и поверхностного натяжения на различных стадиях, поскольку пластинка ведет себя как тиксотропная жидкость, способная к образованию двойной пленки, поверхностное натяжение которой меньше, чем у обнаженной жидкости [55]. При увеличении поверхности или повреждении пленки отверстие благодаря большому значению поверхностного натяжения внутрипластинчатой жидкости сразу стягивается и самопроизвольно исчезает. Если вязкость внутрипластинчатой жидкости слишком велика (двойная пленка является слишком жесткой) или содержание образующих пленку молекул исчерпано, тогда двойная пленка утрачивает свою способность к самопроизвольному восстановлению, и пластинка растекается или распадается, так как новая равновесная форма не может устанавливаться достаточно быстро.

По Манегольду [264], двойная пленка, поверхностное натяжение которой больше, чем у внутрипластинчатой жидкости, не может выдерживать увеличение поверхности. Стекание из вертикально расположенной пластинки внутрипластинчатой жидкости до появления черного пятна при постоянном уменьшении толщины пластинки показывает, что она еще не утратила своей свободной подвижности, поскольку здесь прекращается предел текучести. Дальнейшее увеличение поверхности при воздействии внешних факторов приведет к разрыву пластинки в наиболее ослабленном месте, которым может оказаться граница между твердой (кристалл) и жидкой (расплав) фазами.

Если представить себе, что с уменьшением толщины пластинок не только увеличивается вязкость и предел прочности при текучести внутрипластинчатой жидкости, но и уменьшается способность к восстановлению пленки из-за недостатка молекул, образующих пленку, то становится ясно, что таким образом уменьшаются и эластичные свойства пластинки, которые в итоге совершенно исчезают. С другой стороны, формирование кристаллической фазы с новыми свойствами вызывает активизацию деструктивных явлений в пленке, которые могут служить не только причиной образования в ней дефектов, но и разрушения. Таким образом, несмотря на формирование в пластинке новой (кристаллической) фазы с более высокими прочностными характеристиками, общая прочность ее снизится. Степень снижения прочности, очевидно, будет пропорциональна количеству образовавшихся кристаллов в единице площади и отношению толщины пластинки к линейным размерам кристаллов.

Неравномерное распределение кристаллов в пластинке несколько большей толщины, сохранившей еще способность к растяжению, вызовет локальное изменение в ней вязкости и соответственно деформацию или разрушение ее при последующем растяжении. Если же кристаллы формируются в толстой пластинке, то они могут вырасти до размеров, превышающих толщину разделительной стенки в наиболее тонком месте, в результате чего дальнейшее развитие элементарной пластинки будет заторможено или произойдет искажение геометрии ее при дальнейшем развитии.

Согласно П. А. Ребиндеру [265, 266], беспрепятственное развитие элементарной ячейки любой пены с сохранением правильной геометрической формы возможно лишь при постоянных значениях вязкости и поверхностного натяжения. Наличие в жидкости областей с другими значениями этих свойств или твердых тел (независимо от их природы) вызывает главным образом искажение геометрии элементов ячейки и соответственно структуры пеностекла.

Исходя из изложенного, рассмотрим вопрос о возможно допустимой величине инородных включений, в том числе кристаллов стекла, не вызывающих нарушений в развитии структуры пеностекла и не снижающих его структурно-механическую прочность. В идеальном случае величина кристалла должна быть не более половины толщины разделительной стенки в наиболее тонком месте, т. е. порядка 350—500 А. Только в этом случае можно обеспечить сравнительно беспрепятственное перемещение внутрипластинчатой жидкости, которое происходит в пластинке толщиной, равной ее бимолекулярному слою.

В том случае, когда кристаллы больших размеров или другие включения возникли в более ранний период, допустим, на стадии спекания пенообразующей смеси, присутствие их вызовет торможение в развитии элементов ячеек и как следствие неравномерность развития структуры пеностекла в целом. Так как потребность в расплаве, необходимом для формирования ячеек с большим количеством дефектов (утолщений) в разделительных стенках, увеличивается, то возможность получения легкого пеностекла (γ<=200 кг/м3) будет снижаться.

Рассматривая с такой точки зрения кинетику процесса формирования структуры пеностекла, отметим, что высказанное И. И. Китайгородским и Т. Л. Ширкевич [267] предположение о том, что равномерная мелкокристаллическая (>1 мкм) структура стекла не препятствует формированию замкнутой и упорядоченной структуры пеностекла, недостаточно точно. Во-первых, авторами получено пеностекло с объемной массой более 250—300 кг/м3, для которого, согласно нашим данным, можно допустить наличие в момент формирования его структуры кристаллов величиной 0,6—0,7 мкм, во-вторых, полученные данные, характеризующие структуру пеностекла, не содержат сведений об изменении водопоглощения в связи с кристаллизацией стекла. В то же время в работах Ф. Шилла [1], З. Червинского [48, 49, 268], Н. П. Садченко [50] показано, что даже незначительная кристаллизация стекла является основной причиной образования дефектов (трещины, отверстия) в разделительных стенках ячеек.

Анализируя причины увеличения водопоглощения в пеностекле, Э. З. Житомирская [51] и В. И. Пилецкий [7] также в качестве одной из основных причин называют кристаллизацию пеностекла. Снижение скорости и коэффициента объемного вспенивания пеностекла подтверждено также нами экспериментально при исследовании кинетики данного процесса в гетерогенных средах [3, 52, 54].

Возможно Вас заинтересует:

СТРАНИЦЫ: