Исследование свойств пеностекла и процессов, протекающих в нем в интервале температур отжига

Установленная экспериментально зависимость температура — время отжига подтверждается выполненными В. Л. Инденбомом и Л. И. Видро [316] расчетами, согласно которым замедляющее в зоне температур отжига охлаждение оказывается для получения минимальных структурных и термопластических напряжений более выгодным, чем принятое обычно равномерное или ускоряющееся охлаждение.

Исследование свойств пеностекла и процессов, протекающих в нем в интервале температур отжига, позволяет заключить следующее.

Термомеханические свойства, пеностекла зависят от характера его структуры. Так, пеностекло на основе стекла 6Н, обладающего меньшей склонностью к кристаллизации, обладает более высокими прочностными показателями, чем пеностекло на основе стекла 2Н.

Термомеханические свойства пеностекла подчиняются закономерностям, тождественным для низкопрочных силикатных стекол.

Одним из основных факторов, влияющих на скорость охлаждения изученных видов пеностекла, является его температуропроводность. Расчеты показывают, что практически безопасная скорость охлаждения пеностекла в начале процесса может быть равной 1,2—1,8 °С/мин, снижаясь в конце его до 0,6—0,7 °С/мин.

Постоянство свойств пеностекла зависит от скорости его отжига и наличия дефектов структуры, обусловленных видом используемого газообразователя и склонностью стекла к кристаллизации.

Температурная кривая отжига должна рассчитываться на основании данных значений термомеханических и теплофизических свойств пеностекла, находящихся во взаимосвязи с данными свойств исходного стекла и структурой пеностекла. Для этой цели может быть использована известная формула А. Н. Даувальтера, рекомендованная им для расчета скорости отжига монолитных стекол.

Величина коэффициента запаса прочности (К), учитываемая при расчете скорости отжига, выбирается с учетом дилатометрических и прочностных характеристик пеностекла и находится в пределах 2—4. Для изделий одного вида большее значение К принимается в случае более мелкопористого пеностекла с замкнутой структурой.

6. Физико-химические закономерности формирования структуры пеностекла и формования пеномасс

Для научно обоснованного объяснения явлений, происходящих в пеностекле на различных этапах его получения, необходимо рассмотреть особенности возникновения и формирования ячеистой структуры, а также закономерности изменения свойств пиропластического пеностекла при термообработке.

Согласно представлениям М. А. Леонтовича [347], в системах с повышенной плотностью, например силикатных спеках, для образования элементарного пузырька должно произойти некоторое местное разрежение, имеющее характер флуктуации. В зависимости от состава и структуры среды, ее реологических свойств и внешних условий вероятность флуктуаций будет различной. По мнению П. П. Будникова и Ф. Я. Харитонова [348], микроскопические пузырьки в силикатных расплавах могут возникать только при условии, если Р000, где Р00 — упругость паров над плоской поверхностью.

Это означает, что жидкая фаза может вспениться только в тех случаях, когда упругость ее пара выше внешнего давления (Ро), при этом метастабильном состоянии происходит рост критических пузырьков за счет докритических.

Такая схема возникновения пузырьков чаще всего встречается при высокотемпературном вспенивании жидкости, когда фактор вязкости не является препятствием для возникновения пузырьков хотя бы с докритическим размером. Поэтому можно предположить, что в спеках смеси стекла и газообразователя ячейки могут лишь частично образовываться по рассматриваемой схеме. Основное количество их, на наш взгляд, возникает на границе раздела фаз как за счет химического взаимодействия расплава с газообразователем, так и за счет поризации вследствие повышения давления газов в пузырьках внутри расплава, внесенных ранее механически при диспергировании пенообразующей смеси.

Л. С. Эйгенеоном [26, 28] высказано предположение о том, что к моменту завершения процесса спекания пенообразующей смеси газообразные продукты вкраплены в размягченное стекло в виде дискретных включений (пузырьков), которые испытывают со стороны стекла давление, обусловленное поверхностным натяжением. Это означает, что уже при самом своем возникновении газовые пузырьки отделены друг от друга очень тонкими перегородками. С увеличением радиуса пузырька толщина перегородки будет уменьшаться, в связи с чем возможно ее разрушение, приводящее к образованию ячеек больших размеров. Однако экспериментально подтверждено наличие в готовом пеностекле видимых невооруженным глазом газовых пор существенно больших размеров. Поэтому нельзя согласиться с автором, что при вспенивании увеличение объема происходит только в результате разрушения перегородок между отдельными газовыми пузырями и ассоциации их в более крупные газовые включения. Анализ газовой фазы пеностекла также указывает на наличие в ней продуктов взаимодействия углерода с сульфатами, водяными парами, водородом и другими промежуточными продуктами этих реакций (Na2S, СО, S), что свидетельствует о другом характере процесса газообразования, вызывающем вспенивание пеностекла.

Для низкотемпературных спеков пенообразующих смесей характерна выраженная микронеоднородность, являющаяся результатом незавершенности процесса спекания смеси. Согласно Ф. Шиллу [14], такие системы даже при идеальных условиях термостатирования не бывают двухфазными (газ-жидкость). В них всегда присутствует некоторое количество твердой фазы, которая, с одной стороны, тормозит вспенивание, с другой, стабилизирует сформировавшуюся пену. В связи с этим Л. С. Пиоро [349] вспенивание силикатных расплавов рекомендует вести при высокой температуре путем механического диспергирования газообразной фазы в конверторе.

СТРАНИЦЫ: