Способы поризации материалов

Способы поризации материалов. К главнейшим искусственным способам поризации материалов с приданием им теплозащитных свойств относятся следующие. Способ газообразования основан на введении в сырьевую смесь компонентов, которые способны вызвать химические реакции с выделением в больших количествах газовой фазы. Газы, стремясь выйти из твердеющей пластической массы, образуют пористую структуру материала газобетона, газосиликата, газокерамики, ячеистого стекла, газонаполненной пластмассы и др. В качестве химических газообразователей используются алюминиевая пудра и техническая перекись водорода пергидроль.

Алюминиевая пудра в результате реакции с гидроксидом кальция способствует выделению большого количества молекулярного водорода. Пергидроль легко разлагается в щелочной среде с образованием молекулярного кислорода.

В обоих случаях вспучивается цементное тесто. Аналогично в расплавленные стекла и смолы вводятся реагенты, способствующие образованию газов СО2, N2 и др. Способ пенообразования основан на введении в воду затворения вяжущих пенообразующих веществ. Стабилизированные пузырьки пены представляют собой воздушные поры пенобетона, пеносиликата, пенокерамики и др. В качестве стабилизаторов пены для повышения ее стойкости до момента отвердевания вяжущего используются столярный клей, сернокислый глинозем, смолы и др. Пенообразователями служат соли жирных кислот натриевые и калиевые мыла, мыльный корень и извлекаемый из него сапонин клееканифольный пенообразователь, получаемый из канифольного мыла соль абиетиновой кислоты C19H19COOH алюмосульфонафтеновый пенообразователь, получаемый из керосинового контакта и сернокислого глинозема гидролизованная кровь ГК, получаемая путем обработки отходов мясокомбинатов по схеме техническая кровь едкий натр железный купорос хлористый аммоний.

Способ повышенного водозатворения состоит в применении большого количества воды при приготовлении формовочных масс например, из трепела, диатомита и последующего ее испарения с сохранением пор при высушивании.

Этот способ применяют в производстве древесноволокнистых плит, торфяных, асбесто-трепельных и других материалов. Способ вспучивания заключается в нагревании до высоких температур некоторых горных пород и шлаков. Из сырья выделяются газы или водяные пары главным образом в связи с отделением химически связанной или цеолитной воды. При способе вспучивания сырьем служат перлит и обсидиан, вермикулит, некоторые разновидности глин, в особенности содержащие легкоплавкую закись железа FeO. Эти и некоторые другие сырьевые материалы после вспучивания образуют соответствующие высокопористые теплоизоляционные материалы вспученные перлит и вермикулит, керамзит, шлаковую пемзу и др. Так, например, при быстром нагревании вермикулит вьюокогидратированный алюмосиликат магния расщепляется на отдельные слюдяные пластинки, которых в 1 см3 насчитывается до 200 тыс. шт. рис. 1. При этом зерна вермикулита сильно вспучиваются вследствие обильного выделения из минерала при нагревании химически связанной воды. Раздвигая пластинки, поры увеличивают объем зерен в 20 30 раз и более.

Вспученный вермикулит характеризуется малой насыпной плотностью 80 150 кгм.3, низкой теплопроводностью л0,09 0,12 Втм-К. Обжиг производится во вращающихся и шахтных печах при быстром подъеме температуры до 800 1000С и последующем охлаждении.

Аналогичное увеличение объема при вспучивании происходит и при быстром нагревании в печах перлита высококремнеземистой породы.

Насыпная плотность вспученного перлитового щебня составляет 160 500 кгм3. Пористость вспученного перлита может достигать 88 90 и более. Способ распушения заключается в изготовлении из сравнительно плотного минерального сырья волокнистого материала в виде бесформенной массы с возможным последующим приданием ей формы изделий.

Наибольшее распространение этот способ получил в производстве минеральной и стеклянной ваты и изделий из них. Сырьем для минеральной ваты служат пегматиты, туфы и другие горные породы и металлургические шлаки, а для изготовления стеклянной ваты используют стеклянный бой и отходы стекла на стекольных заводах. Способом распушения получают также органические теплоизоляционные материалы хлопковую и шерстяную вату, ватные изделия ватин, войлок, древесные волокна и др. В нашей стране наибольшее применение в строительстве находит минеральная вата в связи с доступностью местного сырья.

Для оценки пригодности сырья определяют его химический состав и модуль кислотности. В общем случае оптимальный химический состав шихты SiO2 40-42, Аl2Оз 12, Fe2O3 3-4, СаО 30, MgO 10-12 при модуле кислотности М 5545 1,22. Рекомендуемые пределы модуля кислотности 0,6 1,5, при значениях которого толщина волокон ваты составляет 2-10 мкм, тогда как при его увеличении ухудшается вата, и волокна достигают толщины 10-40 мкм. Самым распространенным способом плавки шихты является ваграночный применение ванных пламенных и электрических печей более ограничено.

Вагранка шахтная цилиндрическая печь из листовой стали и футерованная изнутри шамотным кирпичом. В зависимости от производительности вагранки диаметр шахты, куда загружают шихту, составляет от 750 до 1250 мм при высоте, в 425 раз большей диаметра. Охлаждение шахты в зоне плавления производится с помощью водяной рубашки.

Максимальная температура газов в вагранке достигает 1700С и выше, что зависит от интенсивности горения кокса. Вязкость вытекающего расплава составляет не более 2,0 2,5 Па-с, что регулируется добавлением в шихту плавней. Существует несколько способов переработки расплавов в минеральную вату, но к основным относятся дутьевой и центробежный. При дутьевом способе расплав попадает на желоб и рассекатели. Вертикальная струя расплава разбивается струей пара или воздуха, поступающих к соплу под давлением 0,6 0,8 МПа и выходящих из сопла со скоростью 700 800 мс. При встрече со струей расплава образуются капли, вытягивающиеся в цилиндрики и грушевидные тела. Дальнейшее удлинение грушевидных тел приводит к образованию нитей из расплава при раздуве.

Часть волокон не успевает оформиться и остается близкой по форме к каплям-шарикам, называемым корольками. С увеличением давления и скорости истечения уменьшается количество нежелательных корольков в вате. Волокна, образовавшиеся при раздуве, увлекаются в специальную камеру и там осаждаются.

В нижней части камеры установлен сетчатый конвейер, оканчивающийся валиками для подпрессовки ваты. Для придания эластичности волокна опрыскивают синтетическим связующим или битумом, что позволяет придавать вате форму матов, плит и др. При переработке расплава центробежным способом струя направляется на горизонтально расположенный диск с радиальными насечками канавками. Диск насажен на вертикальный вал, который от мотора передает вращательное движение диску со скоростью 3500 4000 обмин.

Под влиянием центробежной силы струя, стекающая по канавкам с диска, разбрасывается в виде тончайших нитей, прижимаемых сжатым воздухом к корпусу установки. Волокно из центробежной установки переносят к прессу и прессуют его в кипы или направляют на формование изделий. Качество минеральной ваты характеризуется средней плотностью от 50 до 125 кгм3, пористостью до 90, теплопроводностью 0,038 0,043 Втм-К при температуре 255С. Дутьевым и центробежным способом получают также стекловату, а направленное стекловолокно способом непрерывного вытягивания нити из отверстий фильер жароупорной пластины фильерный способ.

Получаемые нити отличаются высокой прочностью на растяжение при диаметре 4 5 мкм прочность составляет до 50 МПа. Способом распушения получают асбест, а затем асбестовый материал, являющийся хорошим теплоизолятором, особенно в виде асбестовых бумаги, картона, войлока, а также пластичных смесей и изделий на основе вяжущих.

Известен еще один способ поризации теплоизоляционных материалов способ выгорающих органических веществ, вводимых в сырье как порообразующие добавки, в частности, при производстве керамических теплоизоляционных изделий. К керамическому сырью диатомиту, трепелу, глине и т. п. добавляют опилки дробленый уголь, торф, лигнин и др а для мелкой и равномерной пористости нафталин, который при нагревании полностью улетучивается возгоняется. На выгорании органического ядра из сферической минеральной оболочки основано производство полого шарообразного заполнителя керамического вакулита рис. 2. Этот способ позволяет использовать невспучивающееся сырье, учитывая дефицитность вспучивающихся глин. Насыпная плотность вакулита до 300 кгм3 используют в теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах.

Кроме свойств, упоминавшихся выше теплопроводности, прочности, средней плотности, следует отметить еще ряд свойств теплоизоляционных материалов, обусловливающих их качество.

Температуростойкость и стойкость к термической деструкции характеризуют способность материала выдерживать длительный нагрев при высокой температуре без изменения своего состояния. От этого свойства зависит максимальная температура применяемого материала, например минеральной ваты каолинового состава до 1150С, вспученного перлита до 900С, обычной минеральной ваты до 600С. Огнестойкость характеризует способность воспламеняться и гореть.

Влагопоглощение способность поглощать, а водоудерживающая способность удерживать влагу при контакте с ней. Вместе с другими свойствами водостойкостью, гигроскопичностью, водопроницаемостью они отражают важные стороны качества теплоизоляционных материалов и изделий. Вода отрицательно влияет и на теплозащитные свойства материалов, и на его долговечность в конструкциях. Устраивают защитные покрытия по теплоизоляции из стеклопластиков, алюминиевой фольги и др.