книги из ГПНТБ / Бабушкина, М. И. Силикатный пресс-материал обзор

В результате предельной поликонденсации образуется димер, т.е< полимер с разветвленной цепью, и тогда В ортокремневой кислоте ион &^*имеет шестерное окружение группами OfT:

ликатная композиция имеет объемную структуру.

Таким образом, в условиях горячего прессования в третьей стадии

твердения в результате поликонденсации натрийсиликатного стекла обра­

20

При выделении вода из тримера образуется циклическая трикремне-

вая кислота* Полимеризация силикатной связки приводит к образованию трисилика-

та натрия; не исключена также возможность образования тетра- и пента­ силикатов натрия, имеющих пространственную объемную структуру. Свои -

роль играют также частицы тонкоизмельченного кристаллического кварца. Физико-химические процессы, протекающие в условиях гидротермаль­ ной обработки (горячего прессования), в значительной мере связаны с

поверхностными явлениями. В измельченном кварце поверхность частиц сильно нарушена, в результате чего появляется большое количество не­ насыщенных поверхностных связей. Эти нарушения поверхности способству­

верхностная энергия системы; это в значительной мере оказывает влия­ ние на свойства кристаллического вещества и на способность его к хи­ мическим реакциям, что способствует получению качественно нового про­ дукта .

В условиях горячего прессования силикатных масс под действием горячего А/д(К) щелочного силиката поверхность кварцевых частиц на­ полнителя сильно корродируется и разрыхляется. При этом большая часть поверхности кварца становится химически еще более активной. Эти час­ тицы служат центрами кристаллизации (затравками), химически взаимодей­ ствуя на поверхности с кристаллическими новообразованиями и особенно с гелеобразными продуктами, способствуют их кристаллизации и превращению в более устойчивую, при данных условиях, кристаллическую форму. Такие кварцевые частицы становятся одним из наиболее прочных и надежных эле­ ментов в общей структуре силикатного материала и обеспечивают непре­ рывную и прочную свявь между его отдельными цепочечными структурами.

По нашему представлению, процесс твердения силикатных компози­ ций в условиях горячего прессования имеет характер твердения неоргани­ ческих полимеров, хотя подобные процессы протекают, очевидно, при твер­ дении силикатных смесей на основе растворимого стекла при нормальных

условиях (+20°С), но более медленно и возможно неполно. Горячее же прес сование во много раз ускоряет процесс твердения силикатных смесей на ос нове растворимого стекла и обеспечивает возможность получения высоко-

21

прочного водокислотостойкого искусственного материала, аналогичного

природным кварцитам.

В та б л .6 приведены показатели минрствердости силикатных пресс-ма­

териалов в зависимости от их состава и режима твердения.

Зависимость микротвердости силикатных пресс-материалов от их состава и режима твердения

П р и м е ч а н и я м . Применялось натриевое растворимое стекло

удельным весом 1 ,4 7 с кремнеземистым модулем 2 ,7 .

2 . Наполнитель - молотый кварцевый песок с удельной поверхностью

3000 -4000 guP / v .

3 . Микротвердость определялась на микротвердомере ПМТ-3 с электроавтома тическим устройством.

Из табл.6 видно, что при одном и том же составе, ко различном режиме ТЕврдения силикатных смесей структурная прочность различна. Так, силикатный материал состава 1, твердеющий при нормальной температуре и ручном формовании изделий, имеет микротвердость 4 7 ,5 кГ/мм , а прессматериал аналогичного состава б» твердеющий в условиях горячего прессо - вания, - 216 кГ/мм2 , т .е . структурная прочность материала возрастает

22

на 455%. Это подтверждает теоретические представления о полимериза ционных процессах твердения силикатных смесей в условиях горячего

прессования.

СВОЙСТВА СИЛИКАТНОГО ПРЕСС— МАТЕРИАЛА

Свойства силикатного материала зависят от состава смеси, от ка­ чества растворимогш стекла, его плотности и кремнеземистого модуля, а также от технологических параметров горячего прессования: температуры, удельного давления и времени прессования.

Объемная масса силикатного пресс--материала в основном зависит от степени уплотнения смеси при горячем прессовании, вида наполнителя и армирующей добавки. Результаты определения объемной массы материала, в зависимости от удельного давления прессования, приводятся в табл.7,

Т а б л и ц а 7

Зависимость объемной массы силикатного пресс-материала от степени уплотнения смеси и добавки асбеста

П р и м е ч а я и воспользовалось натриевое растворимое стекло удель­ ным Бесом 1,45 и с кремнеземистым модулем 2 ,7 . Горячее прессование ве­ лось при температуре 170°С и выдержке 30 мин. на 40 мм толщины образца.

23

нить образованием более устойчивых соединений полисиликатов. При вве­

дении же в состав смеси большего количества силикагеля (15-20%) послед­

Водонепроницаемость и водостойкость силикатного материала. Ис­ пытания образцов силикатного материала показали, что материал, получен­

ный способом горячего прессования и состоящий из молотого кварцевого песка, добавки Ha2 SiF6 и натриевого жидкого стекла, является вполне

водо непро ница емым.

Водонепроницаемость образцов материала испытывалась следующим об­

разом. Образец - плитка толщиной 5 мм - укладывался на подставку. К вер­

хней поверхности плитки приклеивалась менделеевской замазкой стеклянная

24

ляли их предел прочности при сжатии. Результаты этих испытаний приве­

ность силикатного пресс-материала снижается; уменьшается и коэффициент-

является водоустойчивым.

•Усадка, набухание и коробление силикатного материала. Для оп­

ределения усадочных явлений силикатного материала были изготовлены об-

26

Образцы хранились в во8душно-сухих условиях при температуре 18-20°С и относительной влажности воздуха 60л>. Другая часть образцов

лизируется. Усадка составляет 0,12 мм/м через 3 месяца хранения об­ разцов в воздушно-сухих условиях.

При выдергивании образцов силикатного материала в воде наблюда­ ется набухание,* удлинение образцов происходит в течение 28 суток, а затем процесс стабилизируется. Набухание образцов составляет 0,023 мм/м через 3 месяца хранения в воде.

При изучении коробления силикатные образцы-плитки размером

.16x8x0,5 см унладавались на две опоры и сверху увлажнялись через сук­ но, находящееся на них^ Коробление плитки определялось с помощью ин­ дикатора, свободно перемещающегося в вертикальном направлении.

Наблюдения за короблением образца под действием влаги велись в течение 3 ч а с ., через каждые 15 мин., а затем в течение 3 суток че­ рез каждые 8 час. В течение этого времени коробление силикатного ма - териала не было обнаружено.

Влияние температуры окружающей среды на свойства силикатного пресс-материала

Отрицательные температуры. С точки зрения многих исследователей отрицательные температура не оказывают практического влияния на свой­ ства жидкого стекла и кислотоупорных силикатных композиций на его основе. Так,Ц.Н.Григорьав и МЛ.Матвеев [б] считают, что при нагре­ вании и равномерном перемешивании замерзшего жидкого стекла получается раствор с теми же свойствами, какие были-до замерзания. Эти данные подтверждают в своих работах К.А.Поляков и Н.А.Ключенкова [ 9 ] . Темпе­ ратура замерзания жидкого стекла в зависимости от его кремнеземистого модуля и концентрации находится в пределах от -2 до -11°С . Понижение температуры замерзания жидкого стекла,по мнению М.И.Субботника и Ю.С.Курицыной [ю]9зависит в значительной степени от физико-химического состояния частиц растворенного силиката. Для товарных сортов Жидкого стекла температура замерзания колеблется в пределах от -2 до -4°С .

27

стекле при нулевой температуре практически не происходит. Это объясня­ ется тем, что кремнефтористый натрий, являющийся инициатором твердения силикатных композиций, подвергается гидролизу только при положительной температуре. При нулевой температуре кремнефтористый натрий не претер­ певает никаких изменеЕшй и не вступает во взаимодействие с кремнефтористым натрием, находящимся в жидком стекле.

М.И.Субботкиным и Ю.С.Курицыной [10] установлено, что заморажива­ ние силикатных композиций в ранние сроки может нарушить структуру мате­ риала, так как в его порах кристаллизуется лед. Поэтому замораживание кислотоупорных композиций допустимо только после приобретения ими проч­ ности, обеспечивающей сохранение структуры материала. Все это справед­ ливо для силикатных композиций, твердеющих в обычных, нормальных усло­ виях. Чтобы установить влияние отрицательных температур на свойства растворимого стекла, применяемого для изготовления силикатного мате­ риала методом горячего прессования, растворимое стекло подвергли замо­

28

Т а б л и ц а 10

Влияние замораживания жидкого стекла на прочность силикатного материала

Изучалось также влияние чистоты кварцевого наполнителя на морозо­

стойкость силикатного пресс-материала.

Испытание морозостойкости проводилось следующим образом. Образцы

предварительно выдерживались на воздухе в течение ВО суток, затем по­ гружались в воду на 48 чао. После этого их помещали в холодильную ка­

таве до 10-12% глинистых и других примесей, силикатные материалы пооле

жалась на 15-25% . Это говорит о том, что для получения морозостойких материалов следует использовать чистые кварцевые пески.

Теплостойкость. Влияние повышенных температур на свойства силикат­ ного пресс-материала изучалось следующим образом, Одна партия образцов плиток (б шт.) и 3 кубов с высотой ребра 4 см попеременно (30 раз) на­ гревалась до температуры 120-130°С и охлаждалась водой комнатной тем­ пературы. Вторая партия образцов (в таком же количестве) подвергалась нагреванию до 200°С в течение 60 мин., затем медленно охлавдасась на воздухе. И третья партия образцов находилась в сушильном шкафу в теч е -

29