Газообразование

Этот способ состоит во вспучивании исходной массы за счет выделения пузырьков газа в объеме материала, находящегося в пластично-вязком состоянии. Газообразователи обычно вводят в исходную массу (алюминиевая пудра, порофоры, карбонаты и т.д.), но их роль могут выполнять и содержащиеся в материале компоненты, например гидратная вода в перлитовой породе. Объем пористости может достигать 98%. Основные теплоизоляционные материалы, получаемые этим способом: ячеистые бетоны, пенопласты, ячеистое стекло, ячеистая керамика, керамзит, перлит, вермикулит.

Газообразование различается по химизму процесса, виду газообразования, температуре.

По химизму процесса выделяют газообразование:

  • в результате взаимодействия газообразователя с компонентами сырьевой смеси (например, реакция взаимодействия металлической пудры с гидрооксидами или кислотами);
  • без взаимодействия компонентов, в результате разложения газообразователей под действием высоких температур.

Виды газообразователей: перекись Н2O2, карбонаты (СаСО3), бикарбонаты (NaHCO3), порофоры — сложные органические соединения, при разложении которых выделяется газ.

По виду газообразователя бывают:

  • специально вводимые вещества (алюминиевая пудра, порофоры, карбонаты);
  • вещества, содержащиеся в самом материале, например гидратная вода, которая испаряется под действием высоких температур, карбонаты, вызывающие вспучивание при разложении.

По температуре газообразование бывает:

  • низкотемпературное — t < 100 °С (алюминиевая пудра + гидрооксид);
  • высокотемпературное — t > 400...1000 °С (для обжиговых материалов: керамика, перлит, вермикулит).

Способ газообразования для минеральных материалов, вспучивающихся при низких температурах, на примере газобетона. Оптимальна мелкопористая структура, с закрытыми порами.

Для получения материала с заданной плотностью (ρ ≈ 300... 400 кг/м3) и прочностью необходимо соблюдать правила получения пористой структуры.

Свойства готового теплоизоляционного материала зависят от реологических свойств смеси. Оптимальным является размер пор: 50 мкм < rпор< 1 мм. Необходимо добиваться, чтобы образовавшийся при вспучивании пузырек газа стабильно находился внутри материала, не прорываясь на поверхность через жидкую массу. Для этого необходимо использовать сырьевую массу с определенной вязкостью η.

Если вязкость смеси будет мала, пузырек воздуха или газа прорвется к поверхности и лопнет, смесь может осесть. Если вязкость будет больше оптимальной, смесь может не вспучиться, поры будут мелкие, неоптимального размера.

Вязкость сырьевой смеси можно регулировать:

  • при изменении водотвердого отношения;
  • искусственном увеличении текучести смеси, применяя вибрирование, временно снижая вязкость (свойство тиксотропии);
  • помощи повышения температур или применения ускорителей твердения (гипс, извести, химические добавки);
  • использовании поверхностно-активных веществ, которые позволяют уменьшить водотвердое отношение. При этом смесь приобретает необходимую пластичность, прочность достаточно высокая.

Способ газообразования для органических материалов на примере пенопластов. Как известно, пластмассы различают по отношению к действию температур:

  • термопластичные, или термопласты, под воздействием температур размягчаются и затвердевают при охлаждении (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид);
  • термореактивные, или реактопласты, под воздействием температур отвердевают (подвергаются сшивке), если температуру увеличивать — будут разлагаться (эпоксидные, фенолоформаль-дегидные, мочевино-формальдегидные, полиуретановые).

Основным способом регулирования свойств композиций термопластов является температура. С повышением температуры термопласты размягчаются, переходят из стеклообразного в высокоэластичное, затем в вязкотекучее состояние. Таким образом, для регулирования пористой структуры термопластичного пенопласта необходимо путем изменения температуры добиваться оптимального соотношения между процессом газообразования и вязкости композиции.

Реологические свойства реактопластов зависят только от концентрации компонентов. Если ввести больше порофора, можно получить более легкий пенопласт.

Скорость отверждения композиции можно регулировать количеством отвердителя либо разбавляя смесь разбавителями.

Способ газообразования для высокотемпературных материалов (обжиговых). Для большинства обжиговых материалов важным моментом является перевод их в пиропластическое состояние (исключение — вермикулит). Таким способом получают ячеистое стекло, перлит, керамзит, ячеистую керамику. Качество пористой структуры обжиговых материалов зависит:

  • от температуры (оптимизация процесса газообразования при повышении температуры, процесс закрепления структуры при остывании);
  • химического состава композиции;
  • дисперсности компонентов (влияет на реакционную способность).