Дослідження процесів формування структури композиційних теплоізоляційних матеріалів на основі рідкого скла, отриманих з застосуванням екологічно–безпечних НВЧ технологій
Вантажиться...
Дата
2021
DOI
doi.org/10.20998/2079-0821.2021.01.01
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
Підвищення ефективності використання енергоресурсів є одним з головних завдань в хімічній промисловості не лише в Україні, але і у всьому світі, що пов‘язано з неухильним зростанням цін на енергоносії. У зв‘язку з цим, ефективним способом економії енергоресурсів є термомодернiзацiя споруд, промислового устаткування і комунікацій за допомогою теплоізоляційних матеріалів. Слід зазначити, що частка вітчизняних матеріалів на українському ринку становить не більше 30 %. Тому створення нових видів теплоізоляційних матеріалів є
достатньо актуальним завданням. Таким матеріалом є теплоізоляційний матеріал на основі рідкого скла, створений із залученням мікрохвильового випромінювання в якості альтернативи традиційному конвективному тепловому нагріву. Технологія виробництва теплоізоляційних матеріалів на основі рідкого скла шляхом гарячого спінювання передбачає отримання матеріалу у формі гранул, а не плит, через труднощі рівномірного прогрівання внутрішніх шарів великорозмірних зразків. Проблема крупномасштабного виробництва якісних теплоізоляційних матеріалів на основі рідкого скла в плитній формі не розв‘язана внаслідок поганого прогрівання внутрішніх шарів плити через низьку теплопровіднiсть зовнішніх шарів, що спучилися. Саме тому виготовлення композиційних теплоізоляційних матеріалів на основі гранульованого наповнювача і рiдкоскляного зв‘язуючого пропонується проводити під дією НВЧ випромінювання. Теплоізо-ляційні властивості спучених матеріалів безпосередньо визначаються їх макроструктрою. Тому метою даного дослідження є визначення змін в структурі матеріалу від типу і кількості застосовуємих інгредієнтів рідкоскляної композиції. На підставі проведених досліджень показано, що найбільш впорядковану структуру мають матеріали з використанням, як наповнювача оксиду цинку і як газоутворювача пероксиду водню. Встановлено, що застосування їх у кількості по 9–10 мас.ч забезпечує таку швидкість виділення газу й росту центрів пір, яка порівнянна із процесом отвердження композиції, що дозволяє отримати матеріали з однорідною, дрібно– та закритопористою структурою, яка забеспечує високі теплоізоляційні властивості виробів з коефіцієнтом теплоровідності 0,05–0,055 Вт/м·К, що задовольняє вимогам до теплоізоляційних матеріалів.
Improving the efficiency of energy use is one of the main tasks in the chemical industry not only in Ukraine but also around the world, which is due to the steady rise in energy prices. In this regard, an effective way to save energy is the thermal modernization of buildings, industrial equipment and communications with thermal insulation materials. It should be noted that the share of domestic materials in the Ukrainian market is not more than 30 %. Therefore, the creation of new types of insulation materials is a very important task. This material is a heat–insulating material based on liquid glass, created with the involvement of microwave radiation as an alternative to traditional convective thermal heating. The technology of production of heat–insulating materials on the basis of liquid glass by hot foaming involves obtaining the material in the form of granules, not plates, due to the difficulty of uniform heating of the inner layers of large samples. The problem of large–scale production of high–quality thermal insulation materials based on liquid glass in plate form is not solved due to poor heating of the inner layers of the plate due to the low thermal conductivity of the swollen outer layers. That is why the production of composite thermal insulation materials based on granular filler and liquid glass binder is proposed to be carried out under the action of microwave radiation. Thermal insulation properties of expanded materials are directly determined by their macrostructure. Therefore, the purpose of this study is to determine changes in the structure of the material from the type and amount of ingredients used in the liquid glass composition. On the basis of the conducted researches it is shown that the materials with use as a filler of zinc oxide and as a gas–forming agent of hydrogen peroxide have the most ordered structure. It is established that their use in the amount of 9–10 wt.h. provides a rate of gas evolution and growth of pore centers, which is comparable to the process of curing composition, which allows to obtain materials with a homogeneous, fine and closed–porous structure, which provides high insulating properties with a thermal conductivity coefficient of 0.05–0.055 W / m · K, which meets the requirements for thermal insulation materials.
Improving the efficiency of energy use is one of the main tasks in the chemical industry not only in Ukraine but also around the world, which is due to the steady rise in energy prices. In this regard, an effective way to save energy is the thermal modernization of buildings, industrial equipment and communications with thermal insulation materials. It should be noted that the share of domestic materials in the Ukrainian market is not more than 30 %. Therefore, the creation of new types of insulation materials is a very important task. This material is a heat–insulating material based on liquid glass, created with the involvement of microwave radiation as an alternative to traditional convective thermal heating. The technology of production of heat–insulating materials on the basis of liquid glass by hot foaming involves obtaining the material in the form of granules, not plates, due to the difficulty of uniform heating of the inner layers of large samples. The problem of large–scale production of high–quality thermal insulation materials based on liquid glass in plate form is not solved due to poor heating of the inner layers of the plate due to the low thermal conductivity of the swollen outer layers. That is why the production of composite thermal insulation materials based on granular filler and liquid glass binder is proposed to be carried out under the action of microwave radiation. Thermal insulation properties of expanded materials are directly determined by their macrostructure. Therefore, the purpose of this study is to determine changes in the structure of the material from the type and amount of ingredients used in the liquid glass composition. On the basis of the conducted researches it is shown that the materials with use as a filler of zinc oxide and as a gas–forming agent of hydrogen peroxide have the most ordered structure. It is established that their use in the amount of 9–10 wt.h. provides a rate of gas evolution and growth of pore centers, which is comparable to the process of curing composition, which allows to obtain materials with a homogeneous, fine and closed–porous structure, which provides high insulating properties with a thermal conductivity coefficient of 0.05–0.055 W / m · K, which meets the requirements for thermal insulation materials.
Опис
Ключові слова
коефіцієнт форми пір, ступінь неоднорідності структури, загальна пористість, доля закритих пір, pore shape coefficient, degree of structure heterogeneity, total porosity, proportion of closed pores
Бібліографічний опис
Римар Т. Е. Дослідження процесів формування структури композиційних теплоізоляційних матеріалів на основі рідкого скла, отриманих з застосуванням екологічно–безпечних НВЧ технологій / Т. Е. Римар, О. В. Суворін // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Хімія, хімічна технологія та екологія = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : Chemistry, Chemical Technology and Ecology : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2021. – № 1 (5). – С. 3-10.