Снижение температуры спекания и соответственно расширение интервала вспенивания должно способствовать получению структуры пеностекла с замкнутыми ячейками (структура первого типа). И наоборот, сужение интервала спекания пенообразующей смеси приводит к формированию конгломератов, состоящих из различных по величине ячеек, изредка соединенных между собой сообщающимися каналами — структура второго типа. Она может также образовываться в результате отклонений гранулометрического состава стекла и газообразователя, несвоевременной стабилизации пеностекла, а также в случае применения «коротких» стекол.

В процессе формирования структуры пеностекла действительно происходит взаимное объединение отдельных ячеек. В таком случае начальное давление в элементарной ячейке будет больше, чем давление поверхностного натяжения, равное Рδ=2δ/r, и, следовательно, в дальнейшем она должна будет неизбежно расширяться либо перфорировать в наиболее ослабленном месте. Этот процесс объединения ячеек наиболее активен в начальной стадии формирования пеностекла. В ходе дальнейшего вспенивания ячейки взаимно объединяются в замедляющемся темпе, так как их размер и давление газов внутри выравниваются. Если при этом вязкость стекла низкая, а выделение газов достаточное, то постепенно будет увеличиваться объем ячеек за счет расширения их газами. При большой скорости течения процесса вспенивания, например, в присутствии нейтральных газообразователей или развившейся кристаллизации стекла будет формироваться наиболее неоднородная структура (третьего типа), представляющая с точки зрения изоляционных свойств наименьший интерес.

Комплексное исследование процесса формирования и развития структуры в пиропластических силикатных средах показывает, что структура первого типа свойственна пеностеклу, полученному с применением активных углеродистых газообразователей с высокой степенью дисперсности при максимальной исходной плотности пенообразующей смеси. Структура второго типа характерна для пенообразующих смесей с менее активными углеродистыми газообразователями (антрацит, кокс) и третьего — для смесей с нейтральными газообразователями или на основе «коротких» стекол.

Термическая неоднородность спеков пенообразующей смеси, возникающая как в результате недостаточного ее усреднения, так и при ускоренном течении процесса нагрева в области температур от начала спекания стекла до tmах вспенивания пеностекла, также является причиной образования деформированных ячеек.

Поэтому для повышения структурной однородности пеностекла можно рекомендовать уплотнение пенообразующей смеси, что также способствует упрощению температурной кривой и облегчает ведение процесса.

Подводя итог нашим рассуждениям о формировании различных типов структур пеностекла, необходимо на основании установленных закономерностей и их обобщения сформулировать критерии, которые могли бы быть положены в основу оценки стекол с точки зрения получения пеностекла того или иного вида.

Процесс формирования и развития структуры пеностекла любого типа определяется закономерностями проявления реологических свойств спеков пенообразующей смеси в области температур от начала спекания стекла (Tf) до максимума вспенивания. Если поверхностное натяжение большинства стекол в этой области температур изменяется незначительно, то основная роль должна отводиться их вязкости, на изменение которой влияют фазовый состав спеков в области температур собственно вспенивания и склонность стекла к кристаллизации. В связи с этим одним из критериев при оценке стекла может служить его кристаллизационная способность.

Но коэффициент объемного вспенивания (выход пеностекла) зависит от реакционной способности пенообразующей смеси, которая определяется активностью газообразователя и содержанием в стекле окисляющих компонентов. Поэтому следующим критерием для оценки стекла может быть содержание в нем окислителей (SО3, Аs2О3, Sb2О3 и др.).

Оптимальная величина tmax вспенивания должна выбираться исходя из технических возможностей эксплуатации туннельных печей и с учетом экономической целесообразности ведения всех процессов, относящихся к рассматриваемой технологии, в том числе и варки исходных стекол.

Поскольку пеностекло может эксплуатироваться и в условиях повышенной влажности окружающей среды, то стекло для его получения должно характеризоваться некоторой химической устойчивостью.

Таким образом, пригодность стекла для получения того или иного вида пеностекла определяется комплексом его физико-химических свойств, которые в области температур формирования и развития структуры пеностекла должны регламентироваться закономерностями протекания данного процесса.

ГЛАВА VI. СВОЙСТВА ПЕНОСТЕКЛА

Пеностекло как типичный изоляционный материал прежде всего должно характеризоваться объемной массой, прочностью и изолирующей способностью. Последняя зависит от структуры и влажности материала. Поэтому наряду с тепло-физическими свойствами пеностекла необходимо рассмотреть паропроницаемость, сорбционную способность, а при применении в условиях знакопеременных температур — морозостойкость. Как показано нами выше, некоторые свойства пеностекла являются результатом технологических особенностей производства, они формируются в зависимости от состава пенообразующей смеси, вида газообразователя, режимов вспенивания, отжига и др. Поэтому желательно также проследить динамику развития их на некоторых стадиях его получения. Кроме перечисленных свойств, необходимо знать также и взаимные зависимости между некоторыми свойствами, например взаимосвязь между теплопроводностью и объемной массой или влажностью и т. д.

1. Зависимость объемной массы пеностекла от состава и условий получения

Объемная масса регулируется изменением температуры и продолжительности вспенивания, подбором газообразователей и их удельной поверхностью, степенью дисперсности пенообразующей смеси, составом стекла и градиентом изменения вязкости в области температур формирования пеностекла.

Изменение объемной массы пеностекла при вспенивании показано на рис. 6.1, откуда видно, что для различных газообразователей скорость вспенивания и интервал температур, в котором протекает данный процесс, неодинаковы. Эти изменения связаны главным образом с активностью самих газообразователей, т. е. способностью вступать в химическое взаимодействие с исходным стеклом, определяющей кинетику процессов газо- и пенообразования. В зависимости от свойств применяемых стекол начало и конец вспенивания могут сдвигаться в другую температурную зону.

Возможно Вас заинтересует:

СТРАНИЦЫ: