Пористые неметаллические материалы и изделия из них.

Направления использования пористых материалов: Автомобильная промышленность, Аккумуляторная промышленность, Биотехнологии и здравоохранение, Керамика, Химическая промышленность, Фильтры и мембраны, Пищевая промышленность, Углеводородная промышленность, Геотекстильная промышленность, Производство средств личной гигиены, Производство ваты, Бумажная промышленность, Фармакологическая промышленность, Металлургическая промышленность, Текстильная промышленность и другие.

1) Легкие бетоны: Это бетонысо средней плотностью 500-1800 кг/м^З

отличающихся высокой пористостью.

 

а) По способу создания искусственной пористости легкие бетоны делят на:

· бетоны с легкими пористыми заполнителями;

· Крупнопористые (беспесчаные) бетоны, изготовляемые с применением однофракционного плотного или пористого крупного заполнителя без песка;

· ячеистые бетоны, в структуре которых имеются искусственно созданные ячейки, заменяющие зерна заполнителей.

 

б) По назначению легкие бетоны делят на:

· теплоизоляционные, основное назначение которых — обеспечить необходимое термическое сопротивление ограждающей конструкции (средняя плотность их — менее 500 кг/м^З);

· конструктивные, предназначенные воспринимать значительные нагрузки в зданиях и сооружениях, средняя плотность их 1400—1800 кг/м^З;

· конструктивно- теплоизоляционные со средней плотностью 500—1400 кг/м^З.

Легкие бетоны с пористыми заполнителями: Их свойства определяются во многом свойствами заполнителей. У пористых заполнителей низкая средняя плотность (менее 1000 кг/м^З), а их прочность меньше прочности бетона. Они способны поглощать много воды. Все это приводит к тому, что прочность легких бетонов зависит от марки цемента и его количества.

Бетонные смеси на пористом заполнителе из-за шероховатой поверхности и небольшой плотности его зерен имеют пониженную удобоукладываемость и требуют эффективных методов уплотнения.

При плотности ниже, чем плотность кирпича, бетоны на пористых заполнителях достаточно прочные и морозостойкие, поэтому при одинаковой теплопроводности толщина стен жилых зданий из легкого бетона может быть значительно меньше.

Ячеистые бетоны на 80—85 % по объему состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0,5—2 мм, играющих роль заполнителя.

Ячеистые бетоны по способу получения называют пенобетон и газобетон.

рис. 5. Макроструктура ячеистого бетона

Пенобетон Для его получения тесто из вяжущего материала и воды смешивают с заранее приготовленной устойчивой пеной, полученной при интенсивном перемешивании воды с пенообразующей добавкой.

Газобетон Его получают, добавляя к смеси вяжущего материала с водой газообразователь (обычно алюминиевую пудру). В щелочной среде вяжущего материала при взаимодействии алюминия с водой выделяется водород, вспучивающий массу.

 

 

Ячеистые бетоны из-за высокой пористости характеризуются повышенным водопоглощением и соответственно низкой морозостойкостью. Однако из них изготовляют стеновые блоки и панели, поверхность которых защищают от действия воды (применяют окраску, декоративно-защитные покрытия). Эффективно применять ячеистые бетоны в слоистых конструкциях в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя.

 

2) Пеностекло: Пеностекло представляет собой пористый материал, в котором мелкие газовые поры размером 0,1 -5 мм образуются в связи с добавками к стеклу различных газообразователей.

а) Исходное сырьё: стеклянный порошок, получаемый измельчением стекольного боя или специального низко­сортного стекла, которое варится в небольших ванных печах и гранулируется охлаждением струи стекломассы в воде.

 

б) Производство пеностекла: Пеностекло обычно получают по порошковому методу. Порошок стекла и газообразователь измельчаются и перемешиваются в шаровой мельнице и вибромельнице. В качестве газообразователя при производстве теплоизоляционного пеностекла применяют антрацит, кокс, ламповую сажу, древесный уголь. Количество добавляемых газообразователей 1-2%.

Получить необходимую структуру пор можно изменяя следующие технологические параметры: количество и вид газообразователя, размеры зерна порошка стекла и газообразователя, а также температурный режим вспенивания. ρ_{пеностекла}=150—250 кг/м^З.

рис. 6. Изделия из пеностекла.

в) Назначение изделий: Благодаря тепло- и морозостойкости, а также химической стойкости пеностекло нашло применение в строительстве в качестве утеплителя стен и перекрытий, а также для теплоизоляции оборудования.

3) Керамические материалы:

Керамика это поликристаллический материал, получаемый спеканием неметаллических порошков природного или искусственного происхождения. В данное время керамика является третьим промышленным материалом после металлов и пластмасс.

К

П

рис. 7. Влияние пористости керамики (П) на её прочность (К) в относительных единицах.

Керамические материалы отличаются от металлических и полимерных следующими свойствами: многофункциональностью, доступностью сырья, низкой энергоемкостью производства, высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к радиационному воздействию, биологической совместимостью, низкой плотностью. По сравнению с другими пористыми материалами керамики обладают хорошей герметичностью.

 

Пористые керамические материалы применяют в качестве теплоизоляторов (футеровки), и фильтрующих элементов.

 

Как правило пористые неметаллические материалы и изделия имеют следующие недостатки - малая прочность, хрупкость, неустойчивость при вибрационных нагрузках.

 

4) Пористые фильтрующие элементы:

Использование пористых материалов для работы в жидких и газовых средах позволяет уменьшить ограничения, связанные с низкой диффузией реагентов. В системах с проточными пористыми электродами без применения специальных селективных мембран и диафрагм могут быть разделены электродные продукты, продукты абсорбции и десорбции отсасыванием их через поры.

Вследствие высокой пористости такие материалы имеют хорошую проницаемость для жидкостей и газов при достаточно тонкой фильтрации (до 30 мкм). Эти материалы легко регенерируются и при этом почти полностью восстанавливают свои первоначальные свойства. Они не засоряют фильтрующиеся жидкости или газы материалами фильтра.

Технология изготовления металлических пористых элементов зависит от их формы и размеров. Фильтры небольших размеров изготавливают спеканием свободно засыпанного порошка. Для более крупных фильтров применяют холодное прессование и последующее спекание. Для получения тонких пористых лент применяют прокатку.

В технике наибольшее распространение получили фильтры из коррозионно-стойкой стали, бронзы, сплавов никеля и титана.

Применение порошковых материалов увеличивает срок службы насосов, двигателей и других агрегатов, работающих на очищенных жидкостях.