Пеностекло

Все о пеностекле.

Вспененное (ячеистое) стекло представляет собой тепло- и звукоизоляционный материал, по внешнему виду напоминающий твердую прозрачную бесцветную пену. Получение пеностекла основывается на таких физико-химических свойствах силикатного стекла, как способность размягчаться (образовывать расплав) при высоких температурах, а при воздействии газообразователя – способности пениться. Образующаяся в ходе этих двух процессов композиция охлаждается до комнатной температуры, приобретая при этом механическую прочность.

Изобретение. Впервые пеностекло было получено советским ученым И.И. Китайгородским еще в 30-х годах прошлого века. В Соединенных Штатах производство вспененной стекломассы было осуществлено чуть позже – в начале 40-х годов на заводе Corning Glass Work.

Первоначально идеей производства пеностекла было использование его в качестве материала, способного удерживаться на воде. Но позже были открыты его главные потребительские характеристики — высокая теплоизоляционная способность, способность звукоизоляции, а также легкость механической обработки и склеивания. Это и обеспечило применение вспененного стекла в качестве теплоизоляционных прослоек при строительстве, которое впервые было применено в Канаде. Так  пеностекло получило всеобщее признание и популярность. Однако в СССР заслуженного внимания данный материал не получил в связи с его высокой стоимостью и отсутствием налаженной в те времена технологии производства. Несмотря на это, пеностекло все-таки выпускалось на некоторых заводах СССР, но качество получаемого материала, по сравнению с иностранными аналогами, оставляло желать лучшего. Большие затраты на электроэнергию, а также высокий процент неликвидной продукции способствовали закрытию практически всех заводов на территории Союза. Устояло только белорусское предприятие «Гомельстекло», на котором и по сей день пеностекло выпускается в больших объемах.

Разнообразие изделий из пеностекла

Процесс производства. В процессе производства вспененного стекла лежит так называемая «порошковая» технология. Частицы силикатного стекла фракцией 2-10 мкм смешиваются с углеродом, который является газообразователем. Образующаяся механическая смесь, называемая шихтой, посредством конвейерной ленты движется в специальную туннельную печь, где при температуре примерно 900 °С она переходит в вязкую массу, а газообразователь (углерод) окисляется до углекислого и угарного газов, которые вспенивают массу.

Стоит отметить, что механизм реакции пенообразования основывается не только на процессе окисления углерода кислородом, содержащимся в воздухе, но и на окислительно-восстановительных реакциях углерода с компонентами размягченной смеси. Для этого используют как отходы обычного стекла, так и горные породы, имеющие повышенное содержание щелочей и при этом легко спекающиеся (вулканический туф, нефелин). Помимо углерода в качестве газообразователей широко применяются известняк, мрамор, каменноугольный кокс, антрацит. Отмечено, что для образования в пеностекле замкнутых пор, необходимо использовать углеродсодержащие газообразователи; сообщающиеся поры обеспечивают газообразователи, содержащие карбонат-ион (например – известняк и мрамор).

Особенности процесса производства. Сложные физико-химические процессы, обеспечивающие вспенивание стекла, а также высокие требования, предъявляемые к регулированию процесса охлаждения и фиксации образующейся пены, делают производство пеностекла технически сложной задачей.

Соблюсти технологию правильного охлаждения весьма непросто, так как низкий коэффициент теплопроводности материала при известной хрупкости стеклопены способствуют увеличению времени отжига до 15 часов, а также ограничивают толщину отжигаемых блоков.

Вследствие медленного твердения стекла при его охлаждении, фиксация вспененного стекла очень энергоемка и тормозится кристаллизацией стекломассы, экзотермическими реакциями (протекающими с выделением тепла), идущими в расплаве, неоднородностью температуры расплава и прочими процессами.

Гораздо меньшие требования как к составу, так и к соблюдению технологических режимов предъявляются к производству гранулированного пеностекла. Благодаря этому, гранулированное пеностекло имеет меньшую себестоимость, но в то же время проигрывает блочному с точки зрения теплоизоляционных характеристик. Гранулированное пеностекло пользуется немалым спросом в процессах изготовления звукоизоляционных изделий, легких бетонов, теплоизоляционных сыпучих материалов.

Физические характеристики пеностекла. Вспененное стекло преимущественно производится в виде блоков, реже – в виде гранул, и имеет следующие характеристики: плотность – 120-200 кг/м³, теплопроводность (при +10°С) – 0,03-0,08 Вт/(м•К), сорбционная влажность (при ф=97 %) – 0,2-0,6 %, паропроницаемость – 0,000 – 0,005 мг/(м.ч.Па), водопоглощение – 0 – 5 % (от объема), предел прочности на сжатие – 0,6 – 4,0 Мпа, на изгиб – 0,4 – 0,6 Мпа, шумопоглощение – максимум 57 Дб, температура начала деформации вспененного стекла – 450 °С, рабочий диапазон температур – от -180 °С до +500°С.

Эксплуатационные характеристики пеностекла. Помимо высокой тепло- и звукоизоляционной способности, вспененное стекло обладает высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью. Данный материал не поддерживает горение, не выделяет токсичных газов, экологически и гигиенически безопасен, прост в монтаже и эксплуатации, стоек к большинству кислот и их паров, не склонен к поражению плесенью и бактериями, недоступен для грызунов. И самое главное – сохраняет свои потребительские характеристики ни один десяток лет. Такого набора превосходных характеристик, пожалуй, нет ни у одного аналогичного теплоизоляционного материала.

Применение пеностекла. В настоящее время вспененное стекло, как универсальный тепло- и звукоизоляционный материал, используется в строительной индустрии, сельском хозяйстве, химической и нефтехимической промышленностях, энергетике, машиностроительном, пищевом, бумажном и других производствах.

Пеностекло как теплоизоляционный материал

Пеностекло часто путают с продуктами результата вспенивания водных растворов «жидкого стекла». Вспенивание последнего проводится при температуре 100 — 200 °С, в результате которого раствор становится вязким вследствие интенсивного удаления воды. Образующийся при этом материал, по сравнению с пеностеклом, не стоек не только к действию химических веществ, но и холодной воды.