Способы поризации при получении ТИМ

Для решения главной технологической задачи — получения теплоизоляционных и акустических материалов и изделий с заданной высокопористой структурой — применяют несколько десятков способов в зависимости от вида исходного сырья и заданных свойств изделий. Все многообразие способов поризации можно подразделить на шесть основных групп.

Вспучивание. Этот способ поризации основан на выделении в пластично-вязкой массе или введении в нее газовой фазы в виде водорода, кислорода, диоксида углерода, паров воды, воздуха, изопентана, фреона и др. В результате насыщения массы газовой фазой увеличивается ее объем — происходит вспучивание (вспенивание). Образуется дисперсная система — воздух в «жидкости», твердеющая при дальнейшей технологической обработке (автоклавировании, пропаривании, охлаждении, нагревании и т. д.).

При вспучивании формируется ячеистая пористая структура, общий объем пористости которой зависит от количества введенного и удержанного массой газообразного компонента. Решающее влияние на показатели пористой структуры оказывают реологические характеристики поризуемых масс.

Вспучивание охватывает следующие способы поризации: низкотемпературное газообразование, высокотемпературное газообразование, пенообразование (воздухововлечение). Общим для всех разновидностей вспучивания является пластично-вязкое состояние поризуемых масс в период их поризации, т. е. поризуемые массы должны обладать способностью необратимо деформироваться(течь) без разрыва сплошности. Как известно, пластично-вязкое состояние тел характеризуется реологическими показателями: вязкостью, предельным напряжением сдвига, текучестью, пластической прочностью, поверхностным натяжением. Для успешного проведения вспучивания и получения материала с заданной пористой структурой необходимо направленно регулировать реологические характеристики поризуемых масс.

Существует единственный материал, вспучивание которого происходит без его перехода в пластично-вязкое (пиропластическое) состояние — вермикулит. При этом образуется пластинчатая пористость за счет раздвижки пластинок слюды межпакетной водой, переходящей в парообразное состояние при нагревании частиц вермикулита до высоких температур.

Удаление порообразователя. В основу этого способа положено испарение или выжигание порообразователя, которое, происходит при средне- или высокотемпературном воздействии. При этом объем поризуемой массы практически не изменяется, вспучивания не происходит. В качестве порообразователей применяют воду, легколетучие жидкости, выгорающие твердые добавки. При использовании выгорающих добавок образуется, как правило, ячеистая пористая структура, при применении испаряющихся жидкостей — пористо-капиллярная.

Неплотная упаковка. Этот способ используют при изготовлении волокнистых и зернистых высокопористых материалов. Применительно к волокнистым материалам и изделиям он основан на свойлачиваемости, т. е. на перепутывании волокон и удержании приданной изделию формы за счет трения и зацепления волокон между собой. В этом случае получают волокнистую пористую структуру, характеристики которой зависят от толщины и длины применяемых волокон, а сохранение первоначальных свойств — от упругости волокон, их стойкости в среде эксплуатации.

В случае применения пористых зернистых компонентов этот способ предполагает получение теплоизоляционных засыпок, пористость которых и ее характеристики зависят от пористости используемых зерен, величины этих зерен и их гранулометрического состава. Увеличение общей пористости предопределяется прежде всего применением монофракционного состава зерен, а уменьшение размера пор — снижением их среднего диаметра.

Таким образом, неплотная упаковка волокнистых и зернистых материалов реализуется при свойлачивании и механическом диспергировании и рассеве.

Контактное омоноличивание. Способ, широко используемый при производстве теплоизоляционных и акустических изделий, основан на омоноличивании зернистых и волокнистых элементов структуры в местах их взаимного контакта с помощью тонких склеивающих прослоек. Эти прослойки создают, вводя в каркасообразующий материал маловязкие композиции связующего—равномерно и тонким слоем распределяя его по поверхности зерен или волокон; которые затем приводят к соприкосновению путем применения к ним небольших прессующих усилий. В качестве связующих используют жидкотекучие композиции (предпочтительно водные растворы) полимеров, цемента, глины, растворимого стекла. Вид пористости материалов, получаемых контактным омополнчпняннсм, зависит от вида применяемых каркасообразующих материалов: из волокон формируется волокнистая пористая структура, из зерен — зернистая. Контактное омоноличивание осуществляют, применяя различные технологические способы распределения связующего по поверхности структурообразующих элементов, формования изделий и удаления излишков связующего из материала. На свойства изделий, получаемых этим способом, существенное влияние оказывают реологические характеристики связующих, их клеящая способность и методы введения в формовочную смесь.

Объемное омоноличивание. Этот способ отличается от предыдущего тем, что связующим заполняют все пустоты между каркасообразующим материалом. В подавляющем большинстве объемное омоноличивание применяют для получения материалов из высокопористых зерен. При этом с целью увеличения общей пористости материала стремятся применять полифракционные высокопористые зерна, с тем чтобы достичь их наибольшего количества в объеме материала. Вторым эффективным приемом повышения пористости является применение поризованного связующего (в виде пеномассы). Материал в этом случае получают с ячеистой пористостью, складывающейся из пористости зерен и пористости связующего.

Создание комбинированных структур. Этим способом получают высокопористые изделия с двумя видами пористости и более: волокнисто-ячеистой, зернисто-ячеистой, волокнисто-ячеисто-капиллярной и т. п. Целью создания комбинированных структур является увеличение общей пористости изделий, повышение их прочностных показателей при изгибе. Этот способ включает множество технологических разновидностей, отличающихся последовательностью получения пористых структур, а также сочетаниями технологических операций.