Методы получения пеностекла
Так называемый, «углеродный», является превалирующим, поскольку считается единственным теплоизоляционным способом получения изделий пеностекла. Это связано с механизмом порообразования. В процессе вспенивания стекольной шихты, частица угольной пыли при высоких температурах возгорается, ее горение поддерживается кислородом, оставшимся в размягченной массе стекла, после выгорания оных образуется полость, окруженная стенками из запекшегося стекла. Получение же теплоизолятора по двум другим методикам считается невозможным из-за принципиально другого механизма порообразования:
– разлагающийся карбонатный газообразователь выделяет углекислый газ, в результате улетучивания которого образуются сообщающиеся поры;
– в случае холодного вспенивания пористость образуется до термической обработки, после воздействия которой выгорающие пенообразователь и добавки образуют в массиве изделия незамкнутые каналы (поры).
Получение пеностекла складывается из следующих стадий:
1. Приготовление шихты сводится к дроблению боя стекла в дробилках ударного или раздавливающего действия с последующим помолом газообразователя и стекла в шаровых мельницах. Помол ведется до удельной поверхности порошка стекла 300…400 м2/кг.
Применяют следующие газообразователи: уголь, сажу, мел, мрамор, известняк.
Процесс подготовки шихты достаточно длителен и дорог, требует к себе особого внимания.
2. Вспенивани е.
В процессе вспенивания протекает ряд физических и физико-химических процессов. При температуре интенсивного газообразования стекломасса должна характеризоваться достаточной вязкостью, обеспечивающей неразрывность образующихся пленок (межпоровых перегородок) и низким поверхностным натяжением, способствующим утонению этих пленок. Это соответствие обеспечивается температурой начала интенсивного газовыделения (видом газообразователя) и химическим составом стекломассы, определяющим изменение ее реологических свойств при нагревании.
Стекольные шихты могут спекаться в широких температурных пределах: от 600 до 1000 °С (обычно 750...850 °С). При спекании стекольной шихты протекают следующие физико-химические процессы:
1) размягчение отдельных частиц, в результате чего они спекаются друг с другом;
2) разложение или сгорание газообразователя и выделение рабочего газа;
3) вспучивание выделившимся газом вязкой стекломассы и образование пор в материале;
4) закрепление образовавшейся ячеистой структуры и придание материалу твердости и прочности.
При повышении температуры выше температуры начала размягчения стекольного порошка на 50...70 °С в случае использования углеродсодержащего газообразователя идут химические реакции между сульфатом натрия, который содержится в стекле, и углеродом:
Na2SO4 + 4C = Na2S + 4CO2
Дальнейшее повышение температуры интенсифицирует эту реакцию и одновременно снижает вязкость стекломассы, что приводит к ее вспучиванию за счет увеличения газовой фазы. Наряду с этой реакцией происходит окисление углерода по схемам:
С + О2 → СО↑; 2СО + О2 → 2СО2↑
При недостатке кислорода идет реакция восстановления с поглощением теплоты:
СО2 + С → 2СО↑
Если в качестве газообразователя применяют карбонат содержащие породы, образование газовой фазы происходит по реакциям:
– замещения
CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2↑ ,
которая идет от 600°С;
– разложения
СаСО3 → СаО + СО2↑ ,
которая начинается при температурах 795...818 °С.
Карбонатные газообразователи не только выделяют газы, но и вступают в процессе спекания в химическое взаимодействие со стекломассой.
3. Процесс отжига пеностекла .
Следующим, весьма важным моментом в производстве ячеистого стекла, является бездефектное закрепление пористой структуры. Это достигается применением специальных режимов охлаждения вспученной массы.
В процессе отжига пеностекла, начинаемом на 100...150 °С ниже температуры вспенивания, в патентной и др. литературе описаны следующие основные отжиговые режимы:
- охлаждение от верхней температуры отжига на 40...100 °С со скоростью 1...9 °С/мин, затем до нижней температуры отжига со скоростью 1,9...3 °С/мин и до комнатной температуры со скоростью 2,2...7,5 °С/мин;
- охлаждение от верхней температуры отжига до нижней температуры отжига со скоростью 0,66...2,5 °С/мин с изотермическими выдержками через каждые 30...60 °С по 30...90 мин, затем охлаждают на 100...320 °С со скоростью 1,6...4,8 °С/мин с изотермическими выдержками через каждые 50...160 °С по 30...90 мин;
- ступенчатое охлаждение со скоростью 1...9 °С/мин в две стадии: на первой стадии охлаждение ведут до температуры на 10...40 °С ниже нижней температуры отжига, а перед второй ступенью охлаждения пеностекло нагревают на 10...40 °С выше нижней температуры отжига со скоростью 1...10 °С/мин;
- охлаждение в две стадии: от нижней температуры вспенивания на 50...200 °С в течение 15...20 мин, затем до температуры газовой среды 260...450 °С в течение 5...15 мин, а отжиг ведут до температуры газовой среды на 20...80 °С ниже температуры начала деформации пеностекла;
- ответственное охлаждение до низшей температуры отжига, соответствующей вязкости стекла 1015,6...16,6 Па·с и быстрое охлаждение до комнатной температуры.
Наиболее перспективным из перечисленных с точки зрения производства является последний режим, определяемый нами как оптимальный.
Методика проведения работы