Синтез пеностекла и исследование его свойств
Основные стадии работы:
1) подготовка боя стекла. Промывка, отбор и дробление боя;
2) копирование компонентов;
3) совместный помол компонентов шихты;
4) заполнение формы шихтой;
5) вспенивание стекла по заданному режиму;
6) отжиг изделий;
7) выпиливание образцов заданной формы и размеров;
8) определение плотности пеностекла;
10) определение размера пор и характера поровой структуры;
11) определение коэффициента теплопроводности;
12) определение прочности на сжатие;
13) оформление результатов, занесение их в таблицу по форме 1;
14) формулирование выводов или заключения по работе.
Исходными сырьевыми материалами является бой листового или тарного мало- или бесщелочного стекла. В отдельных случаях специально наваривают низкосортное стекло.
Бой стекла подвергают дроблению и тонкому помолу в лабораторных дробилках и мельницах.
Размер частиц порошка должен быть меньше 0,1 мм. Величина удельной поверхности порошков оказывает значительное влияние на плотность пеностекла. Чем тоньше помол исходных материалов, тем меньше плотность получаемых изделий. Можно рекомендовать измельчить компоненты шихты до значения удельной поверхности 2000-7000 см2/г. Удельную поверхность можно определять по известной методике на приборе ПСХ-2.
В качестве газообразователей применяют различные вещества и соединения, природные сырьевые материалы, способные выделять при температурах 700-900 ºС большое количество газообразных продуктов. К ним относятся карбонатные породы вестник, мрамор), углеродсодержащие вещества (кокс, антрацит, карбид кальция, карбид кремния), оксиды металлов переменной валентности (пиролюзит) и др. Рекомендуемые концентрации даны в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Концентрации газообразователей для синтеза пеностекла
| Газообразователь | Предел концентрации, % массы шихты | Поровая структура пеностекла |
| Известняк или мрамор | 0,5-1,0 | Сообщающиеся поры |
| Кокс или антрацит | 1,0-2,5 | Замкнутые поры |
| Карбид кремния | 1,0-3,0 | Частично-сообщающиеся поры |
| Пиролюзит | 2,0-4,0 | Частично-сообщающиеся поры |
Для получения пеностекла с замкнутыми порами применяют углесодержащие газообразователи, а именно, кокс, сажу и др. Если же нужно получить пеностекло с сообщающимися порами, то применяют мрамор или доломит.
Исходную смесь тонких порошков стекла и газообразователя в соотношении 100:3 готовят путем их совместного помола в шаровой мельнице, который позволяет получить тонкое измельчение компонентов и их тщательное перемешивание.
Если в шихту добавить небольшие количества красящих компонентов — оксидов железа, хрома, кобальта, то можно получить окрашенное пеностекло.
Подготовленную шихту помещают в изготовленные из жароупорной стали формы, стенки которых предварительно покрывают защитной оболочкой из меловой пасты (тонкий порошок мела с водой) для предотвращения прилипания стекла к металлу.
Формы с шихтой помещают в печь, нагревают до 700-900 ºС и выдерживают в течение 1,5-2 ч. Режим вспенивания представлен на рис. 3.1.
При термической обработке происходят физико-химические процессы, включающие правление зерен стекольного порошка, спекание порошка, образование тонких пленок стекломассы между зернами, газообразование в результате разложения или окисления газообразователя, раздувание сплошных пленок стекломассы выделяющимися газами и формирование ячеистой поровой структуры пеностекла.
После вспенивания изделие извлекают из формы и подвергают отжигу. Максимальная температура отжига равна 550-600 ºС, длительность выдержки при ней составляет 0,5-1 ч
Изделия из пеностекла поддаются механической обработке, их можно пилить, обтачивать, сверлить. Из полученной вспененной массы выпиливают образцы заданных размеров и формы
Затем по стандартным методикам определяют плотность, прочность на сжатие, коэффициент теплопроводности, ТКЛР и другие свойства. Размер пор определяют с помощью поляризационного микроскопа типа МИН-8 (см. лабораторная работа № 2).
Варианты заданий по синтезу пеностекла могут включать как разные составы стекол, так и разные виды газообразователей, варьирование их концентраций, введение красителей, поверхностно-активных компонентов и др., а также варьирование режимов вспенивания.
Результаты исследований записывают в лабораторный журнал, где приводят сведения о составах шихт, температурноменных условиях синтеза пеностекла, контроле синтезированных образцов, их свойствах. Результаты исследования носят в таблицу по форме 1 (табл. 3.4).
Таблица 3.4
Ф о р м а 1. Поровая структура и свойства пеностекла
| Дата | № состава | Режимы | Характер | Размер | Свойства пеностекла | |||
| Плот- ность, кг/м3 | ТКЛР, α ·107, град -1 | λ, Вт/(м· град) | σ сж , МПа | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Выводы по работе: по результатам синтеза пеностекла и исследованию его свойств и провести сопоставление свойств пеностекла со свойствами соответствующего монолитного стекла.
Контрольные вопросы по работе:
1. Основные свойства пеностекла.
2. Методы получения пеностекла.
3. От чего зависит поровая структура пеностекла.
4. Какие основные физико-механические свойства определяют качество пеностекла и предопределяют область его применения.
5. Как пористость и плотность влияют на теплопроводность пеностекла.
6. Сырье для получения пеностекла.
7. От чего зависит выбор газообразователя в производстве пеностекла.
Лабораторная работа № 4