ПЕНОСТЪКЛО
Пеностъкло (друго име за газово стъкло или клетъчно стъкло) е клетъчен топлоизолационен материал, получен чрез синтероване на смес от стъклен прах и разпенващ агент, последвано от отгряване на експандирания материал.
Пяното стъкло има редица ценни качества: висока якост, водоустойчивост, биостабилност, устойчивост на замръзване, сравнително ниска топлопроводимост. Коефициентът на конструктивно качество на пеностъклото (c.c.c.) е три или повече пъти по-висок от този на клетъчния бетон, керамичните и азбестосъдържащите топлоизолационни материали.
Суровини за пеностъкло са: отпадъци от стъкларската промишленост (трошак);
Показатели на основните физични и механични свойства на пеностъкло
Средна плътност, kg/m®
Якост на натиск, MPa
Топлопроводимост при 20° С, W/(m-°С)
Водопоглъщаемост, обемни %
Специално приготвен стъклен гранулат; газообразуватели: антрацит, въглищен кокс, креда, мрамор, варовик, пиролузит, азотен оксид.
При синтероване на шихтата протичат следните физико-химични процеси: размекване и синтероване на отделни частици от шихтата; разлагане или изгаряне на разпенващия агент и неговото взаимодействие с компонентите на стъкления заряд, придружено от освобождаване на работния газ; подуване на вискозна стъклена маса от освободения газ, характеризиращо се със значително увеличаване на обема и образуване на пори в материала; фиксиране на образуваната пореста структура и придаване на здравина и твърдост на материала чрез отгряване, т.е. постепенно понижаване на неговата температура.
Основните технологични фактори, влияещи върху формирането на порестата структура на материала, са следните: вискозитетът на масата в момента на отделяне на газ; повърхностно напрежениестопилка на стъкло; интервал на омекотяване на стъклото; гранулометричен състав на стъклен прах; гранулометричен състав на разпенващия агент; количество и вид газификатор; режим на изпичане и отгряване на пеностъкло.
За да се получи еднаква клетъчна структура на пеностъкло, стъклената маса по време на отделянето на газ трябва да се характеризира с относително висок вискозитет, за да се предотврати разкъсването на образуваните клетки, както и ниско повърхностно напрежение, за да се избегне свързването на малки пори в по-големи клетки (спонтанен процес на намаляване на свободната повърхностна енергия на системата). Възможно е да се намали повърхностното напрежение на стъклената маса, да се стабилизира получената фино пореста структура чрез използването на разпенващи агенти, които имат нисък химичен афинитет към течната фаза на стъклото, които се концентрират на границата между газообразната и течната фази и следователно имат повърхностноактивен ефект. Това основно обяснява, че използването на въглеродни разпенващи агенти прави възможно получаването на най-висококачествено пеностъкло със затворени малки пори. Повечето минерални разпенващи агенти и предимно карбонатните се характеризират с висок химичен афинитет към стъклото и поради това не могат да имат стабилизиращ ефект върху клетъчната маса на стъклото. Това обяснява отворения вид на порите и високата водопоглъщаемост на пеностъклото, получено с използването на карбонатни разпенващи агенти.
Стъкломасите с широк диапазон на омекотяване, така наречените "дълги" стъкла, се раздуват по-лесно от тези с кратък интервал на омекване (от "късите" стъкла). Използването на дълги стъкла в по-голяма степен позволява да се установи съответствие между скоростта на процеса на омекване на стъклената маса и процеса на освобождаване на работния газ. Освен това,дългите стъкла като правило се характеризират с по-ниско повърхностно напрежение от късите, поради което е за предпочитане да се използват дълги стъкла, като например оловни стъкла, за производството на клетъчно стъкло.
Зърнестият състав на стъкления прах и разпенващия агент до голяма степен определя естеството и качеството на порестата структура на пеностъклото. Колкото по-фини са зърната на стъкления прах и разпенващия агент, толкова по-висока е тяхната реактивност, толкова по-пълно и равномерно протича процесът на набъбване, толкова по-фина и по-равномерна е порьозността и толкова по-ниска е средната плътност на материала.
Увеличаването на състава на заряда на разпенващия агент води до намаляване на средната плътност на пеностъклото. Въпреки това, в този случай, като правило, средният диаметър на порите се увеличава, коефициентът на структурно качество на материала намалява, следователно не се препоръчва въвеждането на разпенващ агент в заряда в количество повече от 3–5% (тегловни).
Видът на използвания разпенващ агент трябва да съответства на редица фактори: температурата на омекване (спичане) на стъкления прах, диапазонът на вискозитет на стъклената маса, необходимият тип порьозност на материала, необходимият цвят, наличието и цената на разпенващия агент.
Разпенващият агент не трябва да освобождава газовата фаза при температура, по-ниска от точката на омекване на стъкления прах, което би изключило набъбването на стъклената маса. Температурата на освобождаване на работния газ трябва да бъде приблизително 100°C над температурата на омекване на стъкления прах. Парциалното налягане на газовата фаза трябва да нараства постепенно и, ако е възможно, в широк температурен диапазон, съвпадащ с температурния диапазон на омекване на стъклото.
Средната плътност на пеностъклото намалява с повишаване на температурата и увеличаване на продължителността на процеса на синтероване.Трябва обаче да се има предвид, че с увеличаване на времето за синтероване броят на комуникиращите пори обикновено се увеличава и колкото по-бързо, толкова по-фин е стъкленият прах. Неправилният режим на отгряване също може да доведе до образуване на комуникиращи пори. В този случай, поради възникващите вътрешни напрежения, надвишаващи структурната якост на материала, се образуват пукнатини в стените на порите, което води до намаляване на якостта на пеностъклото.
При извършване на тази работа подгрупа ученици се разделя на пет екипа, които получават задачи в съответствие с данните в табл. 20.
Всеки екип извършва следните експерименти върху възложените му състави: изследва кинетиката на набъбване на стъклената маса в зависимост от количеството на разпенващия агент в шихтата; от полученото пеностъкло по дадените състави подготвя проби и ги изпитва, като определя средната плътност, якостта на натиск, а също така изследва порестата структура на материала.
При извършване на тази работа, за да се получат сравними резултати, се препоръчва всеки екип