Получение безобжигового пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала Часть 2

   Для изучения влияния температуры на усадочные деформации материала свежеотформованные образцы в металлических формах (полученные путем заливки пеношамот-силикат-натриевой композиции без использования вибрации) помещали для тепловой обработки в лабораторный сушильный шкаф в режиме: подъем температуры от 20 до 90 °С – 2 часа, выдержка при 90 ± 5 °С – 3 часа, подъем температуры до 180 °С – 2 часа, выдержка – 3 часа. Затем шкаф отключали и образцы охлаждались до комнатной температуры.

   Исследованиями установлено, что при таком режиме тепловой обработки, наиболее интенсивное безавтоклавное растворение безводного силиката-натрия с кремнеземистым модулем в пределах 2.8 происходит при 90–95 °С, а дальнейший подъем температуры до 180 °С обеспечивает почти полное обезвоживание системы.
   В процессе тепловой обработки через каждые 20 °С определяли усадку пеношамот-силикат-натриевого композиционного материала.
   Результаты (рис. 2) показывают, что с повышением температуры усадочные деформации значительно увеличиваются (8%) вплоть до 90°С, затем в интервале температур 90–100°С усадка стабилизируется, а при дальнейшем подъеме температуры до 180°С отмечается некоторый прирост объема пеношамот-силикат-натриевого образца (1%).
   Значительный рост усадки образцов при повышении температуры до 90 °С можно объяснить следующим образом.
   Каркас из твердых компонентов (тонкомолотые шамот и БСН), образованный для обеспечения устойчивости пеношамот-силикат-натриевой массы путем покрытия всей поверхности пузырьков пены определенным слоем твердых компонентов, в процессе тепловой обработки претерпевает изменения, связанные с интенсивным растворением тонкомолотых твердых частиц БСН, что сопряжено с существенным увеличением усадочных деформаций.
   Рост объема образцов пеношамот-композиции при температурах 120–180 °С объясняется интенсивным обезвоживанием образованного водного раствора Na2SiO3 (80–90 °С) и сопровождается вспучиванием материала, поскольку вязкость всей пеношамот-силикат-натриевой композиции достаточно высока для прорыва паров воды.
   Одним из определяющих факторов создания высокопористой структуры разрабатываемого пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала является предельное содержание БСН в композиции.
   Кроме того, повышение содержания БСН в композиции нежелательно из-за большого количества щелочи, которая при этом образуется, так как это существенно будет снижать рабочую температуру разрабатываемого высокопористого теплоизоляционного материала.
   Поэтому дальнейшие экспериментальные исследования были посвящены изучению влияния содержания БСН на основные физико-механические свойства, а именно: плотности, прочности и усадки, определяющие высокопористую структуру разрабатываемого материала.

   На рис. 3 приведены результаты влияния содержания безводного силиката натрия на основные физико-механические свойства пеношамот-силикат-натриевой композиции. Результаты показывают, что с повышением содержания безводного силиката натрия усадочные деформации растут за счет обводнения тонко измельченных его частиц в процессе тепловой обработки до 180 °С.
   При этом пеношамот-силикат-натриевая композиционная масса уплотняется, следовательно, повышается плотность и прочность материала.
   Эти исследования подтверждают необходимость создания каркаса из твердых компонентов, менее подверженного усадочным деформациям при сушке.
   Здесь усадочные деформации в основном возникают только лишь из-за растворения тонко измельченного БСН, выполняющего на начальном этапе совместно с тонкомолотым шамотом роль каркаса из твердых компонентов, обеспечивающего устойчивость пеномассы.
   Следовательно, необходимость увеличения содержания тонко измельченных частиц шамотного составляющего, при одновременном уменьшении другого составляющего – БСН, очевидна, хотя можно ожидать снижения прочности пеношамот-силикат-натриевой композиции после твердения при низкотемпературной обработке.
   Однако клеящая способность БСН в 3–5 раз выше, чем у традиционных вяжущих веществ, связка из безводного силиката-натрия характеризуется высокой плотностью, что может предопределять повышенную прочность межпоровых перегородок в высокопористой структуре пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала.
   Таким образом, резюмируя результаты предварительно проведенных экспериментальных исследований по получению безобжигового пеношамот-силикат-натриевого теплоизоляционного материала, можно отметить следующее:
   - основными факторами, влияющими на растворение БСН, следовательно, на вяжущие свойства пеношамот-силикат-натриевой композиции являются: кремнеземистый модуль, дисперсность и равномерное распределение, количество воды, температура, продолжительность растворения;
   - для исключения усадочных деформаций и связанных с ними деструктивных процессов при растворении БСН непосредственно в пеношамот-силикат-натриевой композиции при низкотемпературной обработке (80–90 °С), необходимо предварительно разогреть шамот-силикат-натриевую смесь до введения пены, для получения высоковязкой устойчивой пеносиликат-натриевой структуры;
   - можно ожидать, что физико-химические процессы (гидратация, растворение БСН), происходящие в шамот-силикат-натриевой композиции при предварительном разогреве смеси, будут в дальнейшем положительно влиять на формирование пеноструктуры из водного раствора пенообразователя и устойчивого пространственного каркаса из зерен огнеупорного шамотного наполнителя;
   - водный раствор БСН (жидкое стекло), образованный в силикат-натриевой смеси в процессе предварительного разогрева при соответствующем режиме тепловой обработки (80–90 °С), являясь высоковязким затворителем смеси, повысит в целом вязкость пеношамот-силикат-натриевой композиции и, следовательно, устойчивость поровой структуры смеси (после введения пены) до последующего упрочнения ее обезвоживанием, путем подъема температуры сушки (180 °С).