7. Водопоглощение

Одна из основных характеристик теплоизоляционных материалов. Изделия с преимущественно замкнутыми порами имеют более низкое водопоглощение, чем с сообщающимися порами. Водопоглощение зависит не только от капиллярного строения, но и от сорбционных и других свойств.

Теплоизоляционные материалы органического происхождения обладают большим водопоглощением, чем неорганические.

Большое водопоглощение не является отрицательной характеристикой теплоизоляционных материалов. Изделия, применяемые для изоляции, например, энергетического оборудования, не увлажняются при нормальных условиях эксплуатации. Но для материалов, которые увлажняются в условиях обычной службы в конструкциях, например, в наружных стенах зданий, большое водопоглощение сильно влияет на их прочностные и теплозащитные свойства.

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. Вспенивание.

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.