В процессе пенообразования участвуют также продукты побочных реакций (Н2S, SО2, СO2, Н2О, S), образующиеся при восстановлении сульфата натрия. Активность процесса газообразования и скорость вспенивания можно стимулировать повышением окислительно-восстановительного потенциала системы, определяемого исходной концентрацией реагирующих веществ (SО3, Аs2О3, Sb2О3, С, Н2, Н2O), удельной поверхностью дисперсной системы >= 1,7) и температурой.
Газообразные продукты взаимодействия углерода с кислородом воздуха практически не участвуют в процессе ценообразования.
Генетическая взаимосвязь между неорганической составляющей углеродсодержащих газообразователей (антрацита, кокса) и кристаллической фазой пеностекла указывает на большое химическое сродство этих продуктов, что позволяет рассматривать ее как стимулятор кристаллизации. Таким образом, склонность пеностекла к кристаллизации определяется способностью к кристаллизации исходного стекла и содержанием в газообразователе веществ, способствующих зарождению кристаллов, скорость роста которых в гетерогенных системах с большой поверхностью раздела фаз очень велика. Поэтому для получения пеностекла с замкнутыми ячейками и без существенных нарушений структуры следует применять наиболее чистые газообразователи — активные газовые сажи или коллоидный углерод.
Степень влияния свойств стекла на кинетику процессов газо- и пенообразования в направлении снижения значимости характеризуется следующим рядом: температура максимума вспенивания пеностекла » температурная зависимость вязкости исходного стекла » величина градиента изменения вязкости в области температур начала и завершения процесса вспенивания » кристаллизационная способность » химическая устойчивость » содержание в стекле окислительных компонентов.
Синтез новых видов пеностекла может успешно решаться при комплексном использовании математических моделей основных процессов с последующей оптимизацией переменных в системах состав — свойства или режим — свойства путем анализа полученных моделей исследуемых процессов и компромиссного их решения для выбранных свойств. Примеры решения таких задач приведены в параграфах 3 и 4, где факторный эксперимент в системах состав — свойства и режим — свойства, разработанных нами для синтеза влагозащитного пеностекла, проведен по матрицам дробных линейных планов.
Математические методы планирования эксперимента, по данным предварительной информации, позволяют аналитически ранжировать входящие и выходящие параметры исследуемой системы, а также наряду с качественной дать и количественную ее оценку.
Описание технологических параметров получения пеностекла или его свойств интерполяционными уравнениями, выражающими взаимосвязь и взаимообусловленность входящих и выходящих переменных, позволяет получить дополнительную информацию о ходе исследуемого процесса, которую нельзя установить при исследовании его прямыми методами анализа и субъективной оценке результатов.
Естественно, что при оценке закономерностей изменения зависимостей свойств пеностекла от состава большое значение имеют теоретические исследования и прямые методы эксперимента. Они дополняют предложенные нами методы синтеза пеностекла с заданными свойствами, облегчают постановку и формулировку задач исследования. В рассматриваемом варианте большая информация была получена в результате термодинамического анализа предполагаемых реакций между компонентами пенообразующей смеси, количественного и качественного анализа газообразных продуктов и твердого остатка, образующихся в ходе окислительно-восстановительных реакций, протекающих в различных условиях.
ГЛАВА V. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ПЕНООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ И ПЕНОСТЕКЛЕ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ И ФОРМОВАНИИ
С физической точки зрения пеностекло можно рассматривать как гетерогенную систему, состоящую из газообразной и твердой фаз. Хотя газообразная фаза в конечном продукте диспергирована в твердой, образование пены протекает между жидкой и газообразной фазами. Поэтому характер формирования структуры пеностекла определяется также особенностями перехода жидкой фазы в твердое состояние. Кинетика этого процесса обусловливается явлениями, в результате которых сначала образуются, а затем накапливаются газы, которые при некотором фазовом соотношении вызывают вспенивание.
Для научно обоснованного объяснения свойств и структуры пеностекла на различных этапах его возникновения необходимо достаточно полно знать механизм формирования исходной системы, из которой в результате постепенного накопления газообразных продуктов при нагревании формируется пеностекло, характеризуемое некоторым структурным состоянием [3, 270].
Согласно взглядам И. И. Китайгородского [263], которому принадлежат большие заслуги в разработке порошкового способа получения пеностекла, образование ячеистой структуры при вспенивании силикатных материалов обусловлено взаимодействием двух основных факторов: пиропластическим состоянием нагреваемого до размягчения материала и выделением газов, которые вызывают вспенивание. Несколько позже С. П. Каменецкий [235] и А. В. Жуков с соавторами [236, 237], исследуя вспучивание перлитов и других вулканических пород, пришли к аналогичным выводам, дополнив их данными относительно постоянства реологических свойств расплава в момент вспучивания. В связи с этим фактор однородности пенообразующей смеси (стекла и газообразователя) имеет важное значение, поскольку к пеностеклу предъявляются большие требования по равномерности его структуры. Последнее, по мнению ряда исследователей [1, 50], обеспечивается изотермическим состоянием спеков смеси в интервале температур вспенивания, равномерным распределением в нем газообразователя и ходом реакций газообразования.
- 1 •
- 2 •
- 3 •
- 4 •
- 5 •
- 6 •
- 7 •
- 8 •
- 9 •
- 10 •
- 11 •
- 12 •
- 13 •
- 14 •
- 15
- 16 •
- 17 •
- 18 •
- 19 •
- 20 •
- 21 •
- 22 •
- 23 •
- 24 •
- 25 •
- 26 •
- 27 •
- 28 •
- 29 •
- 30
- 31 •
- 32 •
- 33 •
- 34 •
- 35 •
- 36 •
- 37 •
- 38 •
- 39 •
- 40 •
- 41 •
- 42 •
- 43 •
- 44 •
- 45
- 46 •
- 47 •
- 48 •
- 49 •
- 50 •
- 51 •
- 52 •
- 53 •
- 54 •
- 55 •
- 56 •
- 57 •
- 58 •
- 59 •
- 60
- 61 •
- 62 •
- 63 •
- 64 •
- 65 •
- 66 •
- 67 •
- 68 •
- 69 •
- 70 •
- 71 •
- 72 •
- 73 •
- 74 •
- 75 •
- 76