Следующее и, пожалуй, наиболее важное допущение относится к механизму распространения тепла в формуемом изделии. По данным О. Р. Мак Интайр и Р. Н. Кеннеди [275], распространение тепла в мелкодисперсном материале (размер пор до 0,5 мм) проходит следующим образом (в %): теплопроводностью в твердой фазе — 7; проводимостью газа в ячейках — 63; конвекцией в ячейках — 4; лучеиспусканием — 26.

По данным И. П. Федоровой [336], при распространении тепла путем теплопроводности и излучения в неподвижной пластине из обычного оконного стекла толщиной 25 мм на долю излучения падает не более 12% от общего теплового потока, проходящего через пластину. Для пластины пеностекла толщиной 5 мм, обладающей пористостью до 92% и более высоким значением коэффициента черноты, второй слагающей (лучеиспусканием) можно пренебречь. Поэтому для расчетов принимаем условие, при котором передача тепла в пластинке пеностекла осуществляется проводимостью газа в ячейках.

Тепловой контакт между формой и пеномассой считаем идеальным. Распределение температур в пеномассе в начальный момент времени полагаем равномерным. Существенные для процесса прессования тепловые параметры пеномассы и формы λ, с, у ввиду небольшой продолжительности процесса считаем не зависящими от температуры. Коэффициенты теплопередачи (а) от поверхности пеностекла и формы к окружающей среде рассматриваются как постоянные величины. На основании изложенного прессование пеностекла в первом приближении можно рассматривать как процесс, осуществляемый путем чистой теплопроводности. Таким образом, математическая формулировка этой задачи может быть представлена дифференциальными уравнениями теплопроводности для пеностекла и формы:

На основании изложенного прессование пеностекла в первом приближении можно рассматривать как процесс, осуществляемый путем чистой теплопроводности

Здесь а = λ/су— коэффициент температуропроводности; λ — коэффициент теплопроводности; с — теплоемкость; у — объемная масса пеностекла. Индексы п и ф относятся соответственно к пеностеклу и форме.

Во время контакта пеностекла с формой на границе раздела тепловые потоки и температуры равны:

Во время контакта пеностекла с формой на границе раздела тепловые потоки и температуры равны

Решая уравнение теплопроводности (в общем виде) в пластинке графо-аналитическим методом [26] с учетом начальных и граничных условий третьего рода, находим уравнения взаимосвязи между температурой поверхности (tпов), центра (tа) формуемой пластаны и ее толщиной (Δх):

Решая уравнение теплопроводности (в общем виде) в пластинке графо-аналитическим методом [26] с учетом начальных и граничных условий третьего рода, находим уравнения взаимосвязи между температурой поверхности

Таким образом, задавшись величиной Δх и выбирая, согласно данным рис. 5.12, значение tпов для конкретного вида пеностекла, можно рассчитать Δт, необходимое для формования изделий из пеностекла.

Решая аналогичным образом уравнение (5.5), можно также определить (из 5.12) tпов для формы в заданный момент времени и по ее значению выбрать требуемый материал формы, обеспечивающий температурный режим прессования.

При малом значении высоты формуемого изделия по отношению к его длине и ширине точку А с небольшим допущением можно считать расположенной в плоскости раздела изделия на две равные части. Поэтому расчеты Δт и Δх с достаточной для практических целей точностью можно производить, пользуясь уравнением (5.12). Значения tпов и tA должны определяться экспериментально в соответствии с описанной выше методикой для каждого вида пеностекла отдельно (см. рис. 5.12). При этом значение tпов должно находиться в пределах tA>tпов>tKp.

Произведем расчет tпов для принятых нами условий прессования пеностекла. Значения а и λ, для мелкопористого пеностекла при принятой 825 °С, и, принимая по условиям задачи Δх=0,0025 м, по уравнению (5.7) находим:

расчет tпов

Коэффициент теплопроводности пеностекла при t = 825°С и γ = 200 кг/м3 рассчитываем по уравнению λt = 0,049 + 0.00013t, рекомендованному [3] для влагозащитного пеностекла. Коэффициент теплоотдачи от брикета к стенке формы рассчитываем по формуле:

Коэффициент теплоотдачи от брикета к стенке формы

Где спр — приведенный коэффициент излучения, равный 4,5 ккал/(м2*ч) [26]; Тп и Тф — соответствующие температуры пеностекла (1198 °К) и стенки формы (998 °К).

Полученное значение tпов согласно экспериментальным данным (см. рис. 5.12, кривая 2), находится выше tкр на 26 °С и соответствует скорости прессования ~7 мм/сек, при которой не обнаружена остаточная деформация пеностекла.

Исследование формования ленты пеностекла методом проката.

Как уже отмечалось выше, попытки осуществить формование непрерывно движущейся ленты завершились неудачно из-за отсутствия сведений о пластично-упругих свойствах пиропластического пеностекла. Тем не менее способ непрерывного вспенивания пеностекла продолжает осваиваться, что требует проведения более глубоких исследований. Известные схемы, в которых применяются прокатные машины для формования пеностекла, в литературе [33, 94, 339—346] описаны недостаточно. Отсутствуют также сведения о структуре и свойствах пеностекла, полученного методом проката.

Процесс формования качественного пеностекла возможен лишь при стационарном режиме работы прокатной установки. Условно его можно разбить на два этапа, соответствующих определенным физическим изменениям в пиропластическом и стабилизированном пеностекле, из которого формуется лента.

Первый этап формования осуществляется в зоне, в которой пеномасса испытывает изменение объема. Эти изменения неразрывно связаны с температурным распределением в формуемой ленте и по-разному протекают в зависимости от пластично-упругих свойств пеномасс, давления газов в ячейках, вязкости и поверхностного натяжения стекла. Разумеется, что этот этап должен находиться в области температур между tmax вспенивания И tкр (см. рис. 5.12).

СТРАНИЦЫ: