По мере ее уменьшения изменяется форма изолиний — от более пологой, затем выпуклой, переходя к крутой; этим объясняется возрастание зависимости дисперсности стекла от концентрации углерода, т. е. усиление взаимосвязи между данными факторами.

Водонасыщение пеностекла описывается изолиниями, которые по форме и расположению различаются между собой в зависимости от температуры вспенивания. Так, оно составляет 2—6% при 880 °С, 2—4,5% при 840°С и 1—3% при 800 °С, т. е. уменьшается как абсолютная величина водонасыщения, так и интервал его изменения в зоне эксперимента. В уравнении (4.46) это соответствует парному эффекту, включающему температуру вспенивания.

При постоянной температуре (рис. 4.18, а) водонасыщение описывается изолиниями также различного характера, что соответствует парному эффекту, включающему концентрацию углерода в смеси и дисперсность стекла. Таким образом, и объемная масса, и водонасыщение пеностекла зависят не только от каждого из данных параметров, но и от их взаимосвязи.

При любой из рассматриваемых температур минимальное водонасыщение (рис. 4.18) наблюдается при максимальной дисперсности стекла, при этом оно характерно для широкого интервала концентраций углерода. Далее, в области меньших значений дисперсности и более высокой концентрации углерода располагаются изолинии повышенного водонасьпцения, имеющие вначале выпуклую, а затем близкую к прямолинейной форму. Отсюда вытекает, что с уменьшением дисперсности стекла ее зависимость от концентрации углерода возрастает, а водонасыщение пеностекла увеличивается при повышении концентрации углерода в смеси. Данное сочетание параметров приводит к формированию пеномасс с неравномерной структурой.

Механическая прочность пеностекла значительно различается в зависимости от температуры и продолжительности вспенивания. Поскольку в уравнении (4.47) отсутствуют парные эффекты, включающие t или т, изолинии прочности (рис. 4.18) имеют одинаковый характер. Напротив, в зоне эксперимента с постоянными значениями t изолинии имеют различную форму и по-разному расположены на плоскости С = S в зависимости от концентрации углерода в смеси и дисперсности стекла (рис. 4.18, а). Взаимосвязь данных параметров между собой и определяет расположение изолиний: более высокая прочность пеностекла наблюдается в области низкой концентрации углерода (0,15—0,20%), дисперсность стекла при этом изменяется в широком интервале и может быть минимальной. Изолинии высокой прочности расположены также и в области с повышенной концентрацией углерода — 0,25—0,35%, но дисперсность стекла при этом максимальная — 6300—6500 см2/г. При уменьшении дисперсности стекла совместно с концентрацией углерода прочность пеностекла падает, при этом взаимосвязь между данными параметрами процесса усиливается, и изолинии принимают форму, близкую к прямолинейной.

Механическая прочность пеностекла значительно различается в зависимости от температуры и продолжительности вспенивания

Результаты данного исследования позволяют определить, какие значения технологических параметров необходимы для получения пеностекла с заданным и наиболее выгодным комплексом свойств. Пеностекло с низкой объемной массой (160 кг/м3) и водонасыщением (<3% объема) может быть получено при температуре 860 °С и выдержке 40 мин при содержании углерода 0,15—0,35%, однако при этом необходима и различная дисперсность стекла: при 0,35% С она выше и составляет 6500 см2/г, тогда как при 0,15% С те же свойства будут получены при удельной поверхности стекла 5900 см2/г.

Еще более низкое водонасыщение — менее 2,5% — у пеностекла с объемной массой до 160 кг/м3, и Rсж >= 10 кгс/см2 может быть получено при максимальной (6500 см2/г) удельной поверхности стекла и концентрации газообразователя в пенообразующей смеси 0,31—0,35%.

Полученные уравнения (4.45) — (4.47) позволяют рассчитать основные свойства пеностекла в зависимости от технологического режима его получения, а также оценить влияние каждого из изученных факторов на объемную массу, водонасыщение и прочность пеностекла. Вместе с тем они указывают на наличие сложной взаимосвязи в системе режим — свойства, используемой при синтезе пеностекла.

Набор переменных (x1, 2, ..., n), их основной уровень (хоi) и интервал варьирования (Δxi) для различных систем могут быть самыми разными. Они выбираются по данным предварительной информации, полученным при исследовании раздельного влияния технологических факторов на конечные свойства пеностекла в выбранной системе. Поэтому, располагая данными о количественной взаимосвязи между переменными системы режим — свойства и изменяя их соответствующим образом, процесс получения пеностекла с комплексом тех или иных конечных свойств можно направлять таким образом, чтобы в результате хода его получить материал с оптимальными значениями.

5. Некоторые закономерности синтеза пеностекла

В результате выполненных нами термодинамических расчетов наиболее вероятных реакций газообразования и данных экспериментального исследования кинетики процессов газо-и пенообразования в смесях с углеродсодержащими газообразователями разработана схема последовательности протекания физико-химических процессов, фазовых превращений и структурных изменений в спеках и пеностекле, основанная на химической и энергетической концепциях. Показано, что при разработке моделей процесса пенообразования должны учитываться химическая и генетическая взаимосвязь и взаимообусловленность между составом, промежуточными продуктами реакций и новыми фазами, возникающими на различных этапах синтеза пеностекла.

Согласно схеме последовательности протекания процессов, при синтезе пеностекла в модельных смесях стекло — углерод газообразная фаза, вызывающая вспенивание, образуется при взаимодействии углерода с сульфатной серой (SО3 : С = 2,5 : 1), а также химически связанной воды стекла или водяных паров, содержащихся в атмосфере печи.

Возможно Вас заинтересует:

СТРАНИЦЫ: