CC BY
19
Известия
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВСМ'О КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
К ВОПРОСУ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЗАКРЫТОЙ И СООБЩАЮЩЕЙСЯ СТРУКТУРЫ ПОР У ПЕНОСТЕКЛА НА ОСНОВЕ НЕФЕЛИНОВ
С. С. НЕСТЕРЕНКО, А. В. ПЕТРОВ (Представлена научно-методическим семинаром ХТФ)
Получение ячеистого продукта из нефелинсодержащего стекла сопровождалось повышенным водопоглощением материала. Учитывая, что по остальным показателям пеностекло не уступало, а по ряду свойств превосходило качество ячеистого стекла, выпускаемого промышленностью, в задачу исследования входило установление причин образования сквозных пор в синтезируемом продукте.
Обобщая литературный материал по вспучиванию стекломасс, факторы, оказывающие влияние на соотношение открытых и закрытых пор в материале, можно свести к следующему.
Сообщающиеся поры в материале вызваны свойствами самой стекломассы: ее склонностью к кристаллизации, высоким поверхностным натяжением расплава и резким изменением его вязкости в интервале порообразования [1, 2].
Недостаточный отжиг, избыточное давление, развиваемое газовой фазой системы, неправильно выбранная степень дисперсности стекольного порошка и газообразователя также могут быть причинами повышенного водопоглощения пористого материала [3].
Для синтеза пеностекла на основе нефелинов использовалась стекломасса следующего химического состава: Si02 — 55; Ti02 — 0,43; А120з—14,11; F203 — 5,89; MgO — 0,94; СаО—10,06; Na20 — 14 (проценты весовые), которая наваривалась из нефелиновой породы ужур-ского месторождения с присадками кварцевого песка, мела и сульфата натрия в электрической печи с силитовыми нагревателями при 1350° С в течение полутора часов. Выработка осуществлялась отливкой расплава в воду. Полученный гранулят, предварительно высушенный при 200° С, измельчался до величины удельной поверхности порошка в 6000 см2/г. Реакционная ма!сса, составленная из стекла и стандартного количества газообразователя (3% криптола сверх 100 в ч. стекла), вносилась в печь, предварительно нагретую до 700° С, где вспучивалась в интервале температур 780—980° С при различной длительности спекания. Нагрев печи от 700° С до экспериментальной температуры осуществлялся -со скоростью 12 град./мин. Отжиг проходил в течение часа при 620° с последующим охлаждением блоков пеностекла до комнатной температуры со скоростью 0,8—1,1 град./мин.
На основе анализа свойств синтезированного пеностекла установлено, что порообразование высокоглиноземистого нефелинового стекла подчиняется общим закономерностям, свойственным другим промышленным стеклам при вспенивании, до температур 880—920° С. При ло-
следних фиксируется увеличение числа открытых пор в материале, егб объемного веса при одновременном сокращении размера ячеек.
Петрографический анализ свидетельствует об интенсивной кристаллизации в данных условиях стенок пор пеностекла с образованием тонкозернистой структуры (размер кристаллов не превышал 1 мк).
Известно, что равномерная тонкозернистая кристаллизация в процессе вспучивания не препятствует получению пористого материала, причем увеличение количества кристаллической фазы не сопровождается ростом сообщающихся каналов [4].
При вспенивании нефелинового стекла решающую роль на число открытых пор в материале оказывает именно количество кристаллических включений. Так, максимум кристаллизационных свойств исследуемой стекломассы лежит при 900—920° С, в этом интервале и наблюдается наибольшее водопоглощение пеностекла.
Дополнительная термообработка пористого материала в течение часа при 750—1000°С еще более увеличивает степень закристаллизо-ванности стекла, что отражается на его свойствах: растет коэффициент термического расширения, температура начала деформации, число сообщающихся пор в материале при некотором спаде его прочности (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Влияние дополнительной термообработки на свойства пеностекла
Объемный вес до обработки, г.см1 Температура термообработки, Водопоглощение, % кГ аСЖ' „ см1 КТРХШ - 7. гр4--1 (20— 00) Температура начала деформации, °С
0,274 36,6 29,4 80,3 625
0,270 750 37,3 25,3 80,9 630
0,280 800 40,7 26,8 82,8 650
0,278 900 58,8 20,6 85,2 680
0,281 1000 40,0 26,5 83,4 660
Наибольшее изменение всех свойств, как и при синтезе пеностекла, наступает при 900° С, в частности, водопоглощение достигает 58,8%-Очевидно, в процессе кристаллизации остаточная стекломасса обогащается щелочами и не выдерживает давления, развиваемого газообразными продуктами при указанных режимах вспучивания.
Помимо этого, избыточное парциальное давление газовой фазы системы может превысить прочность на разрыв и незакристалллизован-ных стеклянных пленок. Табл. 2 иллюстрирует результаты изменения свойств пеностекла, полученного при вспенивании шихты в течение
Таблица 2
Изменение свойств пеностекла в зависимости от количества газообразователя
Количество Объемный вес, Водопоглощение, Диаметр Коэффициент
криптола, % г см' % пор. мм вспучивания
1 0,334 1,23 0,5 1,6
2 0,270 14,5 0,8 3,34
3 0,234 36,2 1,3 5,08
20 минут при 900° С без ее предварительного подогрева, в зависимости от количества газообразователя. Выбранное нами количество вспенива-теля, как видим, для нефелиновой стекломассы является избыточным, несмотря на почти полное отсутствие ее кристаллизации.
Снижая количество криптола до 2% и ослабляя кристаллизационные свойства стекла, что достигается кратковременным спеканием шихты при последующем форсированном охлаждении блоков пеностекла до температуры отжига, удается ¡получить качественный теплоизоляционный материал с коэффициентом теплопроводности 0,079 ккал/м-час-град, с замкнутыми порами (водопоглощение не превышает 3%).
ЛИТЕРАТУРА
1. Е. М. Шпильков. Труды института строительства и стройматериалов, т. 2, стр. 145—162, Алма-Ата, 1969.
2. Э. 3. Житомирская. Стекло и керамика, № 2, стр. 19—20, 1963.
3. И. И. Китайгородский, Т. Н. Кешишян. Пеностекло. Промстройиз-дат, М., 1953.
4. И. И. Китайгородский, Т. Л. Ш и р к е в и ч. ДАН СССР, т. 162, № 6, стр. 1339—»1341, 1965.
