Способы производства высокопористых материалов изделий
При производстве различных теплоизоляционных материалов применяют следующие способы образования у них высокопористого строения.
Способ газообразования, основанный на выделении газа в поризируемом материале путем добавки к основному сырью специальных газообразователей.
Способ пенообразования заключается в понижении поверхностного натяжения жидкости, обычно воды, при добавке к ней поверхностно - активных веществ - пенообразователей, что создает пену, которую смешивают с поризируемым материалом. Такой способ называют часто способом вспенивания.
Способ высокого водозатворения. Сущность способа заключается в применении большого количества воды при получении формовочных масс, из которых приготовляют материалы, с последующим испарением этой воды в процессе сушки, благодаря чему в материале образуются поры.
Способ механической диспергации применяют при изготовлении сыпучих теплоизоляционных материалов, например при измельчении диатомита или распушке асбеста. Обычно служит вспомогательным способом при других способах порообразования.
Способ создания волокнистого каркаса является основным способом создания высокопористого строения у минеральной и стеклянной ваты, а также у фибролита. Он имеет существенное значение в образовании пористости и у других материалов, содержащих в своем составе волокно, например асбестовое или древесное.
Способ вспучивания минерального и органического сырья при нагревании основан на увеличении объема материала за счет расширения воздуха, заключенного в его порах, или водяного пара, образующегося при испарении химически связанной влаги. Таким способом получают вспученные вермикулит и перлит, а также теплоизоляционные изделия из натуральной пробки при нагревании ее в бескислородной среде.
Способ выгорающих добавок, применяемый в производстве высокопористых керамических изделий, заключается в выгорании органических добавок при обжиге этих изделий.
Способ химической переработки карбонатного сырья, основанный на декарбонизации и перекристаллизации его, что создает высокую пористость материалов.
Способ газообразования
Сущность способа заключается в том, что в результате химических реакций выделяются газы, которые пытаясь выйти из пластичной массы, образуют в ней поры. Для газообразования в такую массу добавляют особые вещества -газообразователи.
Способом газообразования получают ячеистые бетоны (газобетон и газосиликат), ячеистое стекло, газонаполненные пластмассы. Газообразователи должны:
1. выделять возможно большие объемы газа в количествах, близких к теоретическим;
2. выделять газ равномерно;
3. быть химически стойками и не разлагаться преждевременно и самопроизвольно при хранении и перевозках:
4. не выделять вредных для здоровья людей газов:
5. быть дешевыми и распространенными.
Этим условиям отвечают многие вещества, выделяющие при разложении азот, водород, кислород и углекислый газ.
У газообразователей, используемых для получения пористости при высоких температурах, максимальное газообразование должно происходить в температурных пределах оптимальной вязкости вспучиваемых масс, например в производстве ячеистого стекла-при температуре 700-900°С, а при изготовлении газонаполненных пластмасс-примерно 140-160°С.
Компоненты масс могут участвовать в химическом взаимодействии между алюминием и гидратом окиси кальция при производстве газобетона.
2Al + 3Cа(OH)2+6H 20 = 3CaOAl 2036H 20 + 3H2
Компоненты масс могут участвовать в химических реакциях газообразования.
Так происходит выделение газа при использовании перекиси водорода в качестве газообразователя
2Н 202 =2Н 20 + 02
Алюминиевый порошок является самым распространенным газообразователем. Его часто называют также алюминиевой пылью или пудрой. Алюминиевая пудра марки ПАК-3, применяемая главным образом для получения теплоизоляционных материалов, должна:
а) содержать активный алюминий в пределах от 87 до 98,5%:
б) иметь удельную поверхность 8000-8500 см2/г .
в) обладать кроющей способностью 5600-5900 см2/г.
Величины частиц алюминия должны быть однородными для равномерного вспучивания и образования одинаковых по размеру пор в ячеистом материале.
Такая пудра не тонет в воде, всплывает, образует отдельные очаги газовыделения в процессе вспучивания раствора и приводит к неоднородной структуре. Поэтому алюминиевую пудру для лучшего смешивания с водой предварительно обрабатывают по одному из следующих способов:
а) прокаливанием в электрических печах при температуре до 220°С:
б) применением поверхносто-активных добавок к пудре при получении из нее суспензии.
При прокаливании парафиновая пленка сгорает, после чего пудра хорошо смешивается с водой и равномерно распределяется в массе, создавая однородное строение ячеистого материала. Но, вместе с тем, этот способ имеет и недостатки – может привести к взрыву. Для предотвращения этой опасности алюминиевую пудру прокаливают осторожно и медленно или добавляют поверхностно активные вещества.
Способ пенообразования
Способ пенообразования для получения высокопористых материалов заключается в смешивании раствора вяжущего вещества или керамического шликера со специально приготовленной пеной, в результате чего образуется ячеистое строение массы, закрепляемое ее отвердеванием.
Пеной называют дисперсную двухфазовую систему, состоящую из жидкой фазы, образованной чаще всего водой, и газообразной фазы в виде пузырьков воздуха, разделенных между собой тонкими пленками жидкости. Однако не всякая двухфазовая дисперсная система жидкость - газ может считаться пеной. По теории П.А.Ребиндера, пена представляет собой структурированную систему, обладающую определенной жесткостью (упругостью) формы. Ячейки пены не являются строго сферическими или сфероидальными, они более или менее деформированы под действием капиллярных сил и имеют форму многогранников. Пену в общем виде следует рассматривать как весьма концентрированную эмульсию независимо от агрегатного состояния фаз, образующих дисперсную систему.
Для получения пены применяют так называемые пенообразователи - особые поверхностно-активные вещества, придающие жидкости, например воде, способность превращаться в пену.