CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT PHẦN 2

Chương VII V Ậ T L IỆ U G Ố M C Á C H N H I Ệ T Vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu tạo hình từ khối cỉramic tạo rỗng cốt liệu, từ khối ceramic đặc (hoặc tạo ròng) chứa cốt liệu khó chảy chịu lửa, sau nung đế ốn định Ciu trúc Tuỳ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu, công nghệ chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt phân thành hai nhóm chính, là: vật liệu cách nhiệt ceraniic vật liệu chịu lửa nhẹ - Các sản phẩm cách nhiệt ceramic thành hình từ khối ceramic, sau sấy, nung điều kiện nhiệl độ cao Nhiệt độ nung sán phẩm có ảnh hưởng định đến nhiệt độ sử dụng sán phẩm: t J = 900 - 1000°c sản phấm tạo hình từ đất sét dề chảy = 1000 - 1200°c sản phẩm lạo hình từ đất sét chịu lửa - Vật liệu chịu lứa nhẹ, lạo hìiìh lừ klìòi cemmic chịu lứa tạo rỗng, có nhiệt độ sử dụng 1000 - 120()°c hoạc nhiều trường hợp đến 1650°c Hai nhóm sản phẩm đcu thuộc loại vật liệu cách nhiệt ihiệt độ cao sử dụng để cách nhiệl báo vệ lò, buồng đốt thiế: bị làm việc điều kiện nhiệt độ cao Phối liệu thành hình sản phẩm có thê chảy lỏng, dẻo khô Chúng tạo rỗng phương pháp sau; - Phương pháp tăng lượng nước nhào trộn: theo phương pháp lày, độ rỗng tạo nước bay Đây phương pháp sử dụrg, nhiên kết họp với phương pháp khác làm tăng phần độ lóng - Phương pháp lựa chọn thành phần hạt hợp lý: phươiiỊ pháp mang tính bổ trợ cho phương pháp khác - PhưOTg pháp phụ gia cháy (licnin, mạt cưa, than cốc, póli;tyrol phồng loại chất déo phồng nở khác): đâv phương pháp ph( biến, sứ dụng cho phép tạo hình sán phẩm từ phối liêu có độ ám thấpvà cho phép sử dụng phương pháp tạo hình ép bán khô Độ rỗng tối da đạt điơc 65% 100 - Phương pháp tạo khí: phương pháp nàv cho phép tạo sán phấm có độ rỗng từ 40 - 90% đồng thời cho cườns độ học tương đối cao Nhược điểm phương pháp nàv dùng mộl lượng nước lớn nên dẫn đến làm giảm độ nhiệt cúa sán pháin Nếu sử dụng công nghệ rung phổng khắc phục nhược điếm - Phương pháp tạo bọt: iheo phương pháp nàv, phụ gia tạo bọt đưa vào trộn trực tiếp với hỗn hợp tạo hình lóna ví dụ 1,5% dung dịch xà phòng nhựa thông (hoặc chất tao bọt khác) Cũne trộn hỗn hợp nàv với bọt chuán bị trước Nhược đièm cúa phương pháp độ chảy hỗn hợp tạo hình Ihấp cần thiết, sán phẩm có cấu trúc không đồng nhất, chứa nhiều vêt nứt lỗ hống; độ ẩm phối liệu tạo hình lớn, tỷ lệ N/R đạt đến 200% ; độ co tícli sấy lớn (gần 72%) không cho phép sấv nhanh, v.v - Phương pháp dùng cót liệu rỗng: đày ià phưcmg pháp phố biến, sừ dụng peclit veiniculit phồng, kcrarnzit \'à vật liệu khác - Phương pháp tạo cốt sơi từ sợi chịu iihiệt độ cao sợi cao lanh có nhiệt độ sử dụng t^,| = I 100 - 1250°c Hàm lượng SìOị AI 2O, sợi cao lanh đạt đêii 987í tv lệ giứa hai ỏxit tương ứng : ,8 7.1 N G U Y Ê N VẬT LIỆU C H Ế TAO VẬT LIỆU G ố M C Á C H NHIỆT Trong loại vậi liệu chế lạo vật liệu gốm cách nhiệt phái kế tới cliatômit \'à trepel loại dất đá chứa silic có nguồn gốc hữii thuộc nhóm trám tích Thành phán hoá học điatòmit trepel dao động khoảng sau: SiO, 74.1 - 92,5%; A1,0, = 1.5 - 11,3%; F c A = 0.4 - 5,5%; CaO = 0,52 - 2,1%; M g O = 0.2 - 1%: MKN = 4.3 - 10% Điatômit chủ yếu hợp thành từ xác cúa táo điatômit có lẫn tạp chất từ khoáng sét hạt mịn, laucônit quãczit, có nhiệt độ nóng chảy = 1700°c, độ rỗng r = 80 - 859t’ Trepel tạo thành từ ỏxít silic vô định hình dạng hạt hiđrô silicat thiên nhiên hình cầu S ìO ị , khoáng opal, chanxeđôn (mSiOT.nH.O) có kích thước từ 2,5 - 5|.im, tạp chất từ xác táo điatòmit sinh vãt biến khác 101 Đất sét loại đất đá trầm tích hạt ĩĩiỊn hợp thành từ phầi tứ khoáng kích thước từ - ,0 |0,m Theo thành phần hoá học đất sét g m ; c hiđrôalumỏsilicat tạp chất số khoáng khác Đấl sét theo xuấixứ đất sét nguyên phát tạo hậu cúa trình phong K)á đất sét thứ cấp dịch chuyển trầm lắng cúa đất sét nguyên piát Trong đất sét có hạt sét kích thước hạt nhỏ hcfn 2|am, hạt không piải sét có kích thước hạt thô , chất hữu cơ, ion muối tan Trong đất sét bentônit, khoáng sét có cristôbalit với kch thước hạt nhỏ lị-im, có liên hệ chặt chẽ với hạt mônmôrilốnit Các khoáng quăczit, đá vôi, fenspat có tên chung chất làm giy Trong khoáng sét phải kể tới hiđrôalumôsilicat sau: allofan, kaoliiit, halôizit, mônmôrilônit, bađelit, thuỷ mica (ílôgôpit, biòtit, muscôvit) Đất sét phân thành ba loại phụ thuộc vào nhiệt độ chịu lửa: - Đất sét dễ chảy t < 1350°c - Đất sét khó chảy t = 1350 - 1580°c - Đất sét chịu lửa t > 1580°c Ôxít nhôm AI 2O không ngậm nước Trong chê tạo vật iiệu chịu ửa nhẹ thường sử dụng ôxít nhôm kỹ thuật chứa chủ yếu Ỵ-AI 2O, Ôxít nhômiíỹ thuật chế tạo từ quặng bauxit có mặt y-Al „ [3-AlO, dạng hiđrôargillit (AI2O3.3H2O) bemit (AI2OVH2O), Ôxít nhômcỹ thuật không nung có khối lượng thể tích 0,85 - , g / c m \ nung bổ s u g đến 0 °c đạt 1,1 - 1,2 g/cm ’ nhiệt độ °c 1,5 - l, g / c m \ Sa mốt phụ gia làm gầy có tác dụng giảm co sấy nung, o ế tạo từ đất sét nung đến nước hoá học, nghiền mịn đến độ rịn ỵ s = 3400 - 3900cmVg Khối lượng thể tích đổ đống 1,15 - l , g / c m \ )ộ chịu lửa từ 1720 - 1730°c Phụ gia cháy dùng rộng rãi mạt cưa Nên sử dụng mạt cưa;ó kích thước nhỏ hcín mm Mạt cưa từ loại gỗ cứng cho phép tạo pĩối liệu thành hình tốt Ngoài sử dụng licnin phế thải c g nghiệp giấy, mạt than antraxit hay than cốc Q uá trình nung sản phẩm o ế tạo theo phương pháp phụ gia cháy giai đoạn đầu cần thực tr a g môi trường ôxy hoá 102 C Á C Q U Á TRÌNH HOÁ LÝ DIỄN r a k h i n u n g ĐẤT s é t v C Á C T H À N H PHẦN KHÁC CỦA VẬT LIÊU G ố M C Á C H NHIỆT Quá trình yếu diễn nung chấl kết dính ceramic trình thiêu kết, nhờ thành pliẩn vật liệu ban đầu bị làm đặc biến thành vật liệu dạns đá Cần phân biệt thiêu kết pha rắn thiêu kết có tham gia cúa pha lỏng Thiêu kết pha rắn trình lái kết tinh cùa khoáng chất phán ứng pha rắn thành phần cùa khoáng sét với châì khác dế tạo thành sán phám gốm cách nhiệt hav vật liệu chịu lửa nhẹ thu sản phẩin phân huý khoána Thiêu kết, với có mặt cùa pha lỏng, Irình liên kết thành phẩn rắn với tham gia phản ứng hoá học aiữa pha rãn pha long tham gia ciia phản ứng này, Tái kết tinh trình lliav đối trạng thái kếl tinh vật đa tinh thể Trong trình thiẽu kết, vật liệu bị làm dậc lại độ rỗng hớ giảm Phụ thuộc vào mức độ thiêu kết dâì sél phân thành loại như: đất sét thiêu kết mạnh, thiêu kết Irung bình không thiêu kết Độ hút nước sản phám tưưng ứng Iilio luín 2% nhu hciii V/í; lỏii liưn 5% Mạl khác giá trị trẽn phái xác định tiliất hai diêm cách ° c Theo nhiệt độ thiêu kết, đấl sét có llic phân thành loại sau; đất sét thiêu kết nhiệt độ thấp, t < 1 ()°c, thiẻu kêì nhiệt độ trung bình, t = 1100 - 13 0 ° c thiêu kết nhiệt độ cao, t > 1300°c Khi thiêu kêì pha rắn, sản phám làm đặc yếu chế khuếch tán chất (có thê có khả nãng thiêu kết bav hơi, ngưng tụ biến dạng dẻo) Trong trường hợp thiêu kết có tham gia cúa pha lỏng, diễn trình chảy dẻo, cliáv nhớt cùa pha lỏng, khuếch tán cúa ion ion phức từ pha rắn vào pha lỏng Khi giám kích thước hạt từ lOịim xuống l(im làm tăng tốc độ thiêu kết lèn 10 lần Ngoài độ nhớt cúa pha lỏng tham gia phản ứng thiêu kết có vai trò không phần quan trọng Pha lỏng không đơn giản dính kết hạt vật liệu mà hoà tan thành phần khó chày, tương đỏi chậm Bằng cách pha lỏng làm giàu ion khuếch tán từ chất khó chảy 103 Quá trình thiêu kết pha rắn thiêu kết với có mạt pha lỏng có liên quan mật thiết với Khi nhiệt độ tãng, thiêu kết pha rắn chuyển thành thiêu kết với tham gia pha lóng 7.3 C Ô N G N G H Ệ C Á C SẢN PHẨM G Ố M c c h n h iệ t Sản phẩm gốm cách nhiệt đa dạng chủng loại Tính chất loại sản phẩm gốin cách nhiệt phụ thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng, phương pháp tạo rỗng nhiều vếu tố công nghệ khác Dưới đãy sô' ví dụ công nghệ sản xuất sô' loại vật liệu gốm cách nhiệl 7.3.1 Công nghệ sản phẩm cách nhiệt điatômit (trepel) Vật liệu cách nhiệt điatômit nung có dạng gạch, rẻ quạt vó trụ, sử dụng khoảng nhiệt độ 800 - 900°c Sán phám dạng nàỵ c h ế tạo cách sử dụng phụ gia cháy hay bọt kỹ ihuậl Tính chất cúa loại sản phẩm nêu bảng 7.1 Bảng 7.1 Tính chất loại sản phám điatòmit (trepel) Khối lượng Mác sản phấm thể lích trung bình, kg/m' C'ường độ nén, MPa Độ đản nhiệt W/(m.°C), ỏ nhiệl độ, °c 50 350 45%) Như vậy, khác biệt chủ yếu sản phấm nhóm tỷ lệ ôxít AUO, SiO, thành phần vật liệu Các ỎXIÌ khác P e o ,, TiiO, CaO, MgC, FọO tạp chất, với khối lượng không đáng kê ihường không vượt -ị - 1% Nguyên liệu để chế tạo vật liệu chịu lứa aluinòsilicat đất sét chịi lửa có phụ gia bổ sung ôxít thiếu Tuỳ thuộc vào độ chịu lứa mà vật liệu chịu lửa Iihẹ samôì phân loại theo báng sau: Báng 7.2 Phân loại vặt liệu samốt theo độ chịu lứa Nhiẽt Loại đỏ t°c H m lư ợn g A K O , 'v^É) o 1750 - 45 A 1730 - 42 B 1670 32 - 38 c 1580 - 34 Trong công nghệ sán xuâì vặt liệu chịu lửa Iihẹ thường sử dụng đii sél cao lanh chứa từ 25 - 37% AlọC), 45 - 60% SiO, Trong sán xuất sin phấm samốl nhẹ thường sử dụng 100% nguyên liệu thiên nhiên sụbổ sung phối liệu bàng loại phụ liệu chứa AKO, bauxit sét nhôm kỹ tluật Thành phần phối liệu sản phẩm cách nhiệt samốt nhẹ thec phương pháp tạo bọt bảng 7.3 Bảng 7.3 Phối liệu dể sản xuất sản phám chịu lứa nhẹ samỏt Loại sản phẩm Samôt nhẹ B-0,8 Nguvên liệu, % khối lượng Đất sét Samốt 15-20 85 - 80 Samôt nhẹ B-0,4 55 - 60 33 - 30 Peclit j Chất tạo bọt 10-12 Ỉ Đ ộ ám cia khối tạo )ọt % 1.5-1.7 35 -37 2,3-2,5 57 -62 Độ nghiền mịn sản phẩm samốt nhc B-0,8 từ 5500 - 0 mVg cho sản phẩm samốt nhẹ B-0,4 8000 - 9000cmVg 108 Sơ dổ nị>uyẽn lý còng nghệ vật liệu chịu lửa nhẹ sainòỉ theo phưưng pháp tạo bợt 109 C h n g XII C H Ấ T D Ẻ O C Á C H N H IỆ T Chất déo cách nhiệl hay gọi chất dẻo chứa khí hệ hai pha, gồm vật liệu tạo khung châí dẻo pha khí dạng bọt khí phân lán lương đối đồng Phụ thuộc vào giá trị m ôđun đàn hổi m chất dẻo chứa khí phân thành chất dẻo chứa khí dạng cứng, dạng bán cứng dạng đàn hồi Chất déo chứa khí dạng cứng loại vật liệu tương đối phổ biến dùng cho mục đích cách nhiệt loại chất dẻo chứa khí có giới hạn nén R„ > 0,15M Pa xác định uiá trị biến dạng c = 50% Chất déo chứa khí dạng bán cứng có giới hạn nén irong khoảng 0,15 > R„ > 0,01MPa Chất dẻo chứa khí dạng đàn hồi có giới hạn bền nén R„ < 0,01 MPa Chất dẻo chứa khí phân loại dựa dấu hiệu sau: cấu trúc vật Iv, chất cấu tạo hoá học cúa pôlime, công nghệ chế lạo chức nãng sử dụng Trong phổ biến cách phân loại phụ ihuộc vào loại pôliine, gồm có: Chất dẻo chứa khí từ pôlime deo nóng; Châì déo chứa khí từ pỏlime déo nóng, cụ thể: - Chất dẻo chứa khí từ pôlime dẻo nóng gồm có: pỏlistyrol bọl, pôlivinylclorua bọt, pòliêtylen bọt, pòliprópilen bọt, v.v - Chất déo chứa khí từ pôlime cứng nóng kể đến: phênolfomanđêhil bọt, ưrêíomanđêhit bọt, pôlieste không no bọt èpoxy bọt, pòiiurêtan bọt, v.v Chất dẻo chứa khí phân loại dựa vào công nghệ ch ế tạo, gồm có; chất dẻo chứa khí công nghệ ép; chất dẻo chứa khí công nghệ không ép Chất déo chứa khí công nghệ không ép lại phàn thành loại như: - Chất dẻo chứa khí ch ế tạo theo phương pháp đúc ról; theo phuơníi pháp phối liệu dạng lỏng làm phồng chất khí thoái từ hỗn hợp tạo hình tạo khí pòliurêtan bọt, nhựa phênol bọt - Chất déo khí: sử dụng dung dịch nước, nhũ tương hay huvền phù pôlime, sau đưa lượng lớn không khí vào duiiíỉ dịch dạrm bọt khí phàn tán đổniỉ thời tiến hành hoá rắn pỏlimc (urẽfoinanđẽhit bọt) 162 Châì dẻo chứa khí đươc chế tạo theo phương pháp kết khối hạt nở sơ (pôlistyrol bọt) cách phồng thành phần dạng rắn bàng chất tạo khí (phênolíomanđêhit bọt) Theo lĩnh vực sử duna, châì déo chứa khí phán thành: chất dẻo chứa khí dạng tấm, vỏ trụ dùng đế cách nhiệl cho ihiết bị lạnh, thiết bị nhiệt cách nhiệt cho kết câu mái, tường; chấi déo cách nhiệt cấu kiện, sử dụng kết cấu bao che (các cấu kiện nhiều lớp) Hiện ngày có nhiều loại cấu kiện xãy dựnạ có sừ dụng chất dẻo chứa khí 12.1 CÁC TÍNH CHẤT CHÍNH CỦA CHẤT D ẺO C Á C H NHIỆT 12.1.1 Độ rỗ n g chát dẻo cách nhiét Một nhãn lố quyếi địnli cãu irúc tính chất cúa chất dẻo cách nhiệt lí lệ thành phần pha khí pha ràn (pòlime), kích thước hình dung lỗ rỗng, tí lệ độ rống kín dộ rỗne thôiig Theo kích ihước phân b() lố rỏiiíi ihi cliâì déo chứa khí hệ đa phàn tán Kích ihước, hình daii[> lỗ rònu chiổu dàv vách lỗ róng Irong clìất ciéo chứa khí biên đổi trontỉ khoáng rõii” Sư biến đổi nàv có ihể theo quy luật hay lìoàn loàn ngẫu Iiliicn Nlìửng ihóny số cấu Irúc rỗng châì cléo ciiứa khí dược liìiìh hày bang 12.1 Châì dco chứa khí chế lạo lừ pôliinc déo nóng ihco còng nalìệ ép ihườnsỉ có cáu trúc 1'ỏnu nhỏ phân bố đồng đcii HánỊí 12.1 T ín h tlu ií ciia cáu trúc rỏn^ cúa ch â í dèo chứa khí I Loai p o lim c Ị r r i in ) n g j ■ p / c iìt ' ■ k Iiốì lươiig Ị Đ i r n g k í n h , ^, ihê lích ka/in’ ! lò rong, mni ỉ ỊLim ị i 0,,-ĩ - 18 0.1 - ' 50 - 0 0,1 - 2.5 ỉ s - 12(7 20 - 20(1 ,2 - ,0 : 1,5 - 300 1.05 P ò liv iiiy lc lo r u a C iI ,= C lI -C I 1.38 ỉ SO 220 PólÌLirètati 1,20 ‘ 1.2 - 1.3 i 0 - 0.2 Polistyro! C J Ỉ , - C H = C H , 16-25 Ị P h ẽ n o lío m a n d ê h it Cliiéu d ày _• I , r A \ Ì iru ng hiiih cu a I \'ách 10 r ò n g , ! - ; - -i 250 Q H ,-o -cn = o Cấu trúc rốniỉ nhua p(Miurêtan bọt \ èpoxy bọl thường câu trúc phán lán mịn \'à dổnr^\ í điều chỉnh đơn phối liệu khoảng rộng nên chất déo tiKi:i klií pòliurêtan chế tạo thành sán phẩm có độ bền độ đàn hổi khac đáp ứne yẽu cầu sứ dụng Chấl dẻo chứa khí từ nhựa phênol có tính dòn đặc điếm ' ;Vu tạo hoá học cúa nhựa phênolíom anđêhit Một nhân tó ' t ' n iTọng ánh hướng đến cường độ cúa chất dẻo chứa khí khối lượng thê lích T rons phạm vi thay đối nhỏ giá trị khối lượng tích, cường độ chất dẻo chứa khí ti lệ thuận với khối lượng thể tích Tuỵ nhiên khối lưcmg lích dao động khoảng rộng mối tưcíng quan giũa cường độ \ khối lưọiig tích trớ nẻn phức tạp 12.1.4 Độ ổn đ ịn h nhiẹt Đ ộ ốn định nhiệt cúa chất déo chứa khí xác định tính ổn định hình dạng điểu kiện sử dụng điều kiện nhiệt độ cao TTieo quy ước độ ốn định nhiệt cùa chất dèo chứa khí xác định nhiệt độ thử nghiệm sau 24 giờ, biến dạng co ngói vật liệu khổng lớn 1% Độ ổn định nhiệt hiểu theo góc độ kv thuật ỉà môi trường nhiệt độ, vật liệu tiếp tục bào tồn dược ^ia trị sứ dụng biến dạng co ngót không vượt giá trị cho Irước Tính biến dạng chất dẻo chứa khí điều kiện nhiệt độ cao thay đối mạnh Iihiều sei với độ bền Trong điều kiện nhiệt độ Cdo trạng Ihái chịu ứng suất, biến dạim clẻo vù biến dạng đàn hổi chất dẻo chứa khí lăng Mức độ cách thức ánh hướng cúa nhiệt độ đến tính chất học chất déo chứa khí chu yếu phụ thuộc vào bán chất pha rắn Chất dẻo chứa khí chế tạo từ nhựa cứng nóng có độ ổn định học tốt điều kiện nhiệt độ cao Dưới tác dụng lức thời nhiệt độ cao chất dẻo chứa khí dạng nàv có nãng ốn định hình dạng đến nhiệt độ phân huỷ (180 - 200°C) Chất déo chứa Ichí làrn từ nhựa urêíom anđêhit có độ bền nhiệt lớn (nhiệt độ sử dụng tới hạn 200°C) Nhiệt độ làm việc chất dẻo chứa khí từ nhựa phênol đạt đến 150°c, nhựa póliurêtan đến 90 - 120°c Chất dẻo chứa khí từ nhựa silic hữu có độ ổn định học cao điều kiện bị nung nóng đến nliiệt độ 25 °c Các giá trị nhiệt độ nhiệt độ sử dụng lới hạn chất dẻo chứa khí Đối với chất dẻo thuộc nhóm nhựa déo nóng, tính chất học giảm mạnh nliiệt độ đạt gần nhiệt độ rnềm Chất dẻo chứa khí làm từ nhựa dẻo nóng với danh nghĩa vật liệu kết cấu có thc sử dụng đến nhiệt độ 5°c Khi nhiệt độ vưọt siá trị tính đàn hồi vật liệu tăng Ví dụ tính 167 chất học pôlistyrol bọt nhiệl độ 60°c giảm 30 - 40% Trong điều kiện nhiệt độ âm, cường độ chất dẻo chứa khí từ nhựa dẻo nóng tăng từ 20 - 30%, tăng tính giòn thành phần rắn Độ hút nước hút ẩm chất dẻo chứa khí phụ thuộc vào chất pôlime, đặc điểm cấu trúc rỗng, khối lượng thể tích, đặc điểm công nghệ thời gian làm ẩm Sau 24 ngâm nước, độ hút nước urêíom anđêhit bọt đạt đến 1200% theo khối lượng Lớp bề mặt có dộ đặc cao chất dẻo chứa khí phênolfom anđêhit bọt hình thành trình đúc rót có tác dụng hạn ch ế độ hút nước sản phẩm Sau 120 ngàv ngâm nước, độ hút nước cúa sán phẩm đạt giá trị cực đại Đối với chất dẻo chứa khí pôliurêtan bọt pôlivinylclorua bọt chủ yếu chứa lỗ rỗng kín có độ hút nước nhỏ Độ ẩm hấp phụ chất dẻo chứa khí tãng khối lượng thể tích giảm độ ẩm không khí tăng Tính thấm cúa chất dẻo chứa khí c h ế tạo theo phưong pháp ép thường thấp giảm khối lượng thể tích tăng, nguyên nhân tãng độ rỗng kín Khi độ rỗng hở tàng độ thấm chất dẻo chứa khí tăng Trong điều kiện độ ẩm không khí cao tiếp xúc với nước, lính chất học chất dẻo chứa khí thay đổi Cường độ nén chất dẻo chứa khí từ nhựa dẻo nóng giảm - 18% bị làm ẩm 20 ngày đêm Tính cháy chất dẻo chứa khí khác M ột số loại bắt lửa cháy ngừng tiếp xúc với nguồn cháy; số loại khác cháy âm ỉ tắt dần; sô' loại không cháy bị nóng chảy Pôlistyrol bọt dễ cháy cháy đến hết, cháy sinh nhiều khói chảy giọt Pôlivinylclorua không bất lửa tiếp xúc với nguồn cháy cục bộ, ngừng tiếp xúc với nguồn cháy cháy âm ỉ sau tắt hẳn Pôliurêtan bọt dễ cháy sản phẩm cháy có tính độc cao Tuy nhiên trình ch ế tạo loại chất dẻo chứa khí sử dụng số loại phụ gia chống cháy làm cho vật liệu trở nên khó cháy Chất dẻo chứa khí từ nhựa phênolfom anđêhit bọt hay urêfom anđêhit bọt có độ bền chống cháy cao Hầu hết chất dẻo chứa khí có độ bền sinh học cao, nhiên độ ẩm có ảnh hưẻfng xấu đến độ sinh học sản phẩm U rêfom anđêhit bọt có độ bền sinh học thấp so với loại khác 168 12,2 C Ô N G NGHỆ C H Ế TAO CHAT DẺO CHỨA KHÍ Nguvên vật liệu bao gồm: ỏligôme pỏlime thành phần tạo khung cứng, chất tạo rỗng; có chất như: chất xúc tác, chất khơi mào phán ứng chất tạo nhũ lương, chất ổn định, chất hoá dẻo, chất lấp đầy, chất tạo màu phụ gia chông cháy, chất tăna tính ổn định nhiệt, v.v Tỉ lệ phối hợp thành phần nguvên liệu phụ thuộc chủ yếu vào tiêu công nghệ hoá học trình gia công phối liệu tính chất sản phâm, Đế chê tạo chất dẻo chứa khí sử dụng pôlime dạng rắn, sản phàm pôlime hoá sơ bộ, duno dịch nước, nhũ tương, huyền phù từ sản phãm trùng ngưng pòlime hoá từne phần hay dung dịch kem pôlime Đế tạo rỗng cho chất dẻo chứa khí ứng dụng phương pháp sau đâv: - Kết hợp ihành phần tương lác hoá học với giúp thải lượng lớn chất khí - Đưa \'ào hỗn hợp thành hình chất phân huỷ tạo chất khí tác dung cúa nhiệt chất xúc tác hay chiếu xạ - Làm bão hoà phối lièu lạo hình bằns chài khí trơ áp suất hay chãt long SỐI nhiẹt dộ thãp bay bị đun nóng hay hạ áp suất - Đưa không khí hay chất khí vào hỗn hợp tạo hình dạng lỏng điều kiện áp suất thường - Tách phần tử chất rắn dược đưa vào phôi liệu trình đồng hoá phối liệu tạo hình sán phấm - Kết khối tiếp xúc vật liệu dạng hạt xếp không chặt chẽ Phương pháp chế tạo chất dẻo chứa khí định chất pôlime phân thành phương pháp ép phương pháp không ép 12.2.1 Công nghệ chế tạo chất dẻo chứa khí theo phương pháp ép Nhựa dẻo nóng ch ế lạo thành chất déo chứa khí nhiệt độ không vượt nhiệt độ kết khối từ 20 - ° c hai phương pháp có ép không ép Phương pháp ép thực theo hai giai đoạn, bao gồm c h ế tạo phôi liệu ép dạng bột, ép để chế tạo phôi đặc điều kiện nhiệt độ áp suất cao, phồng phôi điều kiện không áp đốt nóng lần hai Khi c h ế tạo phối liệu ép dạng bột (nghiền trộn nhựa, chất tạo khí, phụ 169 gia dẻo hoá, chất lấp đầy) độ đồng kích thước phần tử dạng rấn có ảnh hưcmg định đến độ đồng cấu trúc sản phẩm Tiong trình ép nóng thành phần phối liệu bị làm m ềm lúc bắt đầu xả/ tượng chảy nhớt, sản phẩm hoạt tính có phân lử lượng thâo bị pôlime hoá trùng ngưng, chất tạo khí bị phãn huỷ tạo lượng khí lớn làm phồng nở vật liệu Nghién phối liệu (pôlime, chất tạo khí, chất hoá dẻo) (máy nghiền bi) (Quá trình pôlime hoá irùng ngưng) Ép phối liệu khuôn kín (máy ép ihuỷ lực) t = 140 -‘170°: p = 12 - 18Mỉa Phồng phối liệu ép (buồng nước bão hoà) t = 100 -105°: Làm nguội sản phẩm 12.2.2 không ép Công nghệ chẻ tạo chất déo chứa khí theo phương piáp Phương pháp c h ế tạo chất dẻo chứa khí theo công nghệ không ép khác Phổ biến phưcmg pháp phồng nở sơ pôlime dạng hạt chứa tác nhân gây sau tiến hành kết khối hạt V í dụ íiển hình phưcmg pháp công nghệ c h ế tạo pôlistyrol bọt theo õ n g nghệ không ép Các hạt pôlime chế tạo cách pôlim e hoá ihũ tương styrol với có mặt tác nhân gây nở (izôpentan) Lúc đầu ching đun nóng làm phồng nở sơ bộ, sau sản phẩm tạo hình tong môi trường nước nóng, nước nóng đốt nóng điện cao tần lay phương pháp khác Trong giai đoạn phồng nò sơ bộ, hạt pôlime bị àm mềm, tác dụng nhiệt độ (90 - 120°C) tác nhân gây nở chuyếi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí dẫn đến làm tăng thể tích vật lộu Trong trình thành hình, áp suất dư tác nhân gây tạo làm kết khối hạt mềm , tạo cấu trúc bọt 170 Sơ đổ nguyên lý thiết bị chế lạo pốlisiyrol bọt hoạt động liên tục theo còng nghệ không ép nêu hlnh H ỉnh 12.ỉ : Sơ dồ ỉìiiếĩ b ị d â y ch uy ề íì liê n í ụ c c l ì ế ĩ o p ô l i s t y r o ỉ b ọ t k lìâ ng ép ỵ ỵ m a i i i i n / a 1- Burike chứa nguyên liệu; 2- Máy cấp liệu: 3- Vít tải phồng nở sơ bộ; 4- Buake nhấr hoá; 5- Thùng chứa dáu bôi khuôn; 6- Dây chuyền kết khối; 7- Dây chuyền làm nguội; 8- Thiết bị cát; 9- Sán phấm 12.2.3 Công nghệ chẽ tạo pòliurctan bọt theo phưong pháp đúc rót Pồliurêtan bọi sán phám hoá hợp đi[lri]-izôxianat với pôliol thải CO nước có inặt inột số phụ gia cần thiết Pôliol loại rượu đa chức, phổ biến nhấl 1.4-butadiol (C H 2O H -C H -C H 2-CH 2O H ) đươc chế tao từ axètilen íomanđêhit 171 Có thể thay butadiol prôpanđiol (O H -CH 2-CH 2-CH 2-OH) Đi-izỏxianat có cống thức hoá học R ’(0 CN) 2, R ’ có cấu tạo mạch vòng Hoạt tính chất phụ thuộc vào vị trí nhóm -NCO Loại đi-izôxianat thưòfng dùng toluen đi-izôxianat hexamầtilen đi-izôxianat Để điều chỉnh m ột số tiêu công nghệ tính chất sản phẩm sử dụng loại phụ gia khác chất xilc tác (triêtylamin, triêtanolamin, đim êtilenamin), chất nhũ tương hoá chất điều chỉnh thời gian thải khí Sơ đồ nguyên lý thiết bị chế tạo pôliurêtcn bọt hoạt theo công nghệ đúc rót nêu hình 2 11 \ L Ằ 12 - ứ \ \ í / w / l Hinh 12.2: S đ n g u y ê n l ý t hiế t b ị c h ế t o p ô H u r ê t a n bọ t 1- Thùng chứa pôliol; 2- Thùng chứa đi-izôxianat; 3- Van an toàn; 4- Hệ thống dẫn cộng trục khuấy; 5- Cứa nạp liệu; 6- M ôtơ điện; 7- Hệ thống dẫn động; 8- Hộp số; 9- Bttti; 10- Bình tích áp; 11- Bình lọc ấm; 12- Vòi phun Pôliurêtan bọt c h ế tạo cách định lượng L-ộn chung thành phần phối liệu m áy trộn có cánh l:ộn quay với tốc độ lớn (5000 - 6000vòng/phút) tạo sản phẩm có cấu Irúc đồng Thiết bị có công suất lófn thường ứng dụng cho ;ác dây chuyền công nghiệp công suất lớn 172 T À I L IỆ U T H A M K H Ả O TiCMio.ioiiin \iiiiicịìa.ii>iii,i\ reii.i iiw iiiiu i HHbi\ viarepua.ioB n /C'/KÍI\ ũcronon K ro|)íiiinoB KMl., l> õcHeuKnri c r BacH.ibKOB, 1I íl oi i oi i C r p o i i ỉ i a I , VlocKiỉ a T '('\ii().ioniíi reii.ioii.io.iHnnoiiithiK Miìrcpiui.iOB K).n Top.iOB, A.n \I(('|tKiiii \ \ > cKMiKd Cipoiiií.ia I, VlocKiỉa 1980 Fiiher - Reiììforced ceiìieiit composites Perum alsam y N Balaguru, Suirendra p, Shah Mc Graw - Hill International Edition, Singapore 1992 H i ộ i tliíio n ^ h i é i i ii liìệii tiLiììiị s ứ clụiìiỊ an i ic h ì g Ở V i ệ t N u m v k h ả n ă n g tỉìiax rlié ĨI OIIÍỊ s n Áiicít tíUìì sóiiiỊ a m i ủ n ‘ị Còng ty Đầu tư c ô n g nghệ FPT vài Tập đoàn Kawasaki, Hà Nội 2000 \\ ậ t lièii Polyureíhaiìe (han thao [...]... , 6 7 2 1 0 \ j - Tổn thất nhiệt qua thành autỏcla khòng có lớp cách nhiệt: 8 .20 ,2. 1 ò ,2 4 ( ! «3 ,2 - 2. 1) = 420 , 426 l O lC a l hay 1 7 6 0 ,2 4 1 0 \ J - Entanpy của nước nỉíưng; L ^ A ^ _ _ _ ,1 0 ’ (21 9.660 + 420 , 426 - 27 5,88) = 6 6 3 ,9 - 1 8 5 ,6 = 141, 326 .10' kCal hay 391.704.10' kJ Tổng lượng nhiệt chi cho giai đoạn 3: (21 9,66 + 420 . 426 + 1 4 ] 326 ) 1o ’' = 781,4 12. 10'kCal hay 3 2 71,616.10... -10-(611, 62 + 27 7,38 + 46 ,23 + 783,9 + 128 6,4 + 663,9 - 185,6 + 353,85 + 24 ,44 + 27 ,457 + 52, 56 + 346,384 - 29 6,3 52) = = 1363,5.10-kCal h a y 5708.7 02. 10''kJ 134 Tổng lượng nhiệt chi phí cho giai đoạn 2b: (611, 62 + 27 7.38 + 46 .23 + 783.9 + 128 6.4 + 353,85 + 24 ,44 + 27 .457 + 52, 56 + 346,38 + 1363,5) = 5 1 7 3 ,7 2 1 0 \ C a l hay 20 797.38,10’kJ Tống lượng nhiệt tiêu tốn có kê đến nhiệt thuỷ hoá... gian 2 giờ, do đó: 0 = 2. 40 = 80°c.h a = 0, 32 + 0.0 02. 80 = 0,48 128 80.500.0,48 _ 1 920 0 q = ——— ——— — ■0.6 32 = — • 0.6 32 ' 1 62 + 0,96.80 23 8.8 = 5 0 8 2 k J /k g = 50, 82 = 12. 14kC al/kg 4.1868 Như vậy, nhiệt toá ra do thuý hoá ximăng như sau: 1 G iai đoạn gia công Ị Lượng nhiệt toa ra Ị Ị Tĩnh định 1 2a i1 i 2b 1 11 (100 kJ/kg (kCal/kg) 1 50.9 ( 12, 14) 89,55 (21 .39) 77,486 (18.51) 104,543 (24 ,969) - 12. 4... autòcla không có lớp cách nhiệt: 1 .20 ,2. 16 ,24 .(183 ,2 - 23 ) = 52, 56.10’’kCal hay 2 2 0 ,0 6 10'kJ T rong đó: a = 16,45kCal/(m °C.h) hay 19, 129 W/(m.°C); k 2 = 16 ,2 4 k C al/(m °C h ) hay 18,89W/(m.°C) - N hiệt tổn th ất không tính toán được iấy bằng 10% tống tổn Ihất nhiệt: (611, 62 + 27 7,38 + 46 ,23 + 783,9 + 128 6,4 + 353,85 + 24 ,44 + 27 ,457 + 52, 56).10- = 3 4 6 3 ,8 4 1 0 \C a l hay 145 02, 4 1 0 \ j - Entanpy... -^ 100 ^23 + 2 7 3 " ' - 2 ,2 ^ 4 5 - 23 + 45 - 2 3 30 7 100 100 Thay số ta được: a = 9,41 kC al/(m lh.°C ) hay 10,95W/(m.‘’C) - Nhiệt tổn thất qua nắp autôcla không có lớp cách nhiệt: 2. 20 ,2. 12. 69.(100 - 23 ) - 3 9 , 4 7 6 1 0 t o l hay 1 6 5 2 7 8 1 0 \J Trong đó hệ sô' truyền nhiệt được xác định như sau: 1 1 0,0 32 40 ^ 12, 51 = 12. 69kCal/(m.°C.h) hay 14,758W /(m °C ) + 27 3V a mn 100 J + 27 3V t 100... 0,0 02. 121 ,5 = 0.563; suy ra; 121 ,5.500.0,563 21 615, 822 = -■■ -0.6 32 = — —- — 1 62 + 0,96. 121 ,5 27 8,64 q = 7 7 ,5 7 6 k J /k g = 1 1 ^ 4,1868 18,33kC al/kg Q,,,„ = 18,53. 120 00 = 22 2360kCal hay 930976,8kJ + Tính toán cho giai đoạn 2b: e ,,.lB l± iia ,6 3 rc.h Với M = 500; a = 0, 32 + 0,0 02. 163,1 = 0,64 62; suy ra; q 163,1.500.0,64 62 ^ ^ , ^ 526 97,61 = ——-——— — • 0,6 32 = ■— _'-4: • 0,6 32 1 62 + 0,96.163,1 318,576... = 2 i“ ± M = i4 0 "C h 2 Với M = 500; a = 0. 32 + 0.0 02. 140 = 0,6; suy ra: q = 140.500.0,6 /^ _ JO A - - — — ■0,6 32 1 62 + 0.96140 29 6.4 = 8 9 5 5 k J/k g = 4,1868 = 420 00 _ „ 2 1 ,3 9 k C a l/k g Tỏng lượng nhiệt do ximãno thuỷ hoá toá ra trong giai đoạn 1: = 21 ,39. 120 00 = 25 6680kCal hay 1074668kJ 27 + Tính toán cho giai đoạn 2a; L l i ^ l l H 2 = 12] ,50C.h Với M = 500; a = 0, 32 + 0,0 02. 121 ,5... 92 + 1165 356,01 + 26 ,395 + + 1 920 + 59,1 82 + 46 ,26 8 39,476) - 356,01 := 489 ,26 8 -356.01 = = 133 ,26 .10'kCal hay 557,9 32. 10'kJ - Entanpy cùa nước ngưng: [100 : (638.5 - 100)1.(684,65 59,1 82 + 503,7 + 92 + 1165 + 1 920 + + 46 .26 8 + 356,01 + 26 .393 + 39.476 + 133 .26 - 25 6.68) = 885.66.10'kCal hay 3 7 0 8 ,0 8 1 1 0 \j Teng lưọìig nhiệt tiêu tốn cho giai đoạn 1: 684.65 +503.7 + 92 + 356,01 + 1165 + 1 920 ... 0.6f)57W/(m.°C) 32 - Nhiệt tốn thất qua nắp aiilỏcla không có lớp cách nhiệt: 1 .20 ,2, 12. 69.(143 - 23 ) = 30.76,10 t o l hay 128 ,786.10'kJ Trong đó: a = 14,706kCal/(m,°C.h) hay 17.103W/(m,°C): k, = 12. 69kCal/(m °C.h)hay 14.758W/(m.°C) - Nhiệt tốn thất không tính toán được lấy bằng 10% tống tổn thất nhiệt: 654 .23 + 29 6,7 + 49. 12 + 838,3 + 1376 + 156.03 + 26 .14 + 20 ,567 + 30,76 - 3448,05.10'kCal hay 14436 ,29 6.101J... - Entanpy của nước ngưna: 10''(634 ,23 + 29 6.7 4 49. 12 + 838.5 - 1376 + 653.4 - 143.6 + 156,03 + 26 ,14 + 20 ,567 + 30,76 + 344,803 - 22 2, 12) = = 1005.8.10’ kCal hay 421 1,083.10’■kJ Tổng lượng nhiệt chi plií cho giai doạii 2a: 634 .23 + 29 6,7 + 49, 12 + 838.5 + 1376 + 156.03 + 26 ,14 + 20 ‘S67 + 30.76 + 344.80.^ + 1005.K = 47 9 8 6 5 3 10'kCal hay 2( )()90.988.10'kJ 'lổng lượng nhiêl ticu lòn có ... Tổn thất nhiệt qua thành autỏcla khòng có lớp cách nhiệt: 8 .20 ,2. 1 ò ,2 ( ! «3 ,2 - 2. 1) = 420 , 426 l O lC a l hay ,2 J - Entanpy nước nỉíưng; L ^ A ^ _ _ _ ,1 ’ (21 9.660 + 420 , 426 - 27 5,88)... 156,03 + 26 ,14 + 20 ,567 + 30,76 + 344,803 - 22 2, 12) = = 1005.8.10’ kCal hay 421 1,083.10’■kJ Tổng lượng nhiệt chi plií cho giai doạii 2a: 634 .23 + 29 6,7 + 49, 12 + 838.5 + 1376 + 156.03 + 26 ,14 + 20 ... (kJ/kg) kCal/kg (kJ/kg) k g /m ’ 183 ,2 663,9 (27 79, 62) 185,6(7 42, 4) 5.53 143 653,4 (27 35,65) 143,6 (60! ,22 ) 2, 125 100 638,5 (26 73 ,27 ) 100 0,598 Nhiệt độ, °c (418,68) Nhiệt dung riẽng, kCaI/kg°C (kJ/kg.°C),