RU2513809C2 - Production of vacuum expanded glass - Google Patents
Production of vacuum expanded glass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513809C2 RU2513809C2 RU2012133789/03A RU2012133789A RU2513809C2 RU 2513809 C2 RU2513809 C2 RU 2513809C2 RU 2012133789/03 A RU2012133789/03 A RU 2012133789/03A RU 2012133789 A RU2012133789 A RU 2012133789A RU 2513809 C2 RU2513809 C2 RU 2513809C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- gas
- helium
- pressure
- vacuum
- Prior art date
Links
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области изготовления теплоизоляционных вспененных материалов, которые могут быть использованы в энергосберегающем строительстве, криогенной технике, для теплоизоляции рефрижераторов и в других отраслях, связанных с теплозащитой. Способ описывает получение пеностекла, в порах которого находится газ при давлении ниже атмосферного, что обеспечивает низкую теплопроводность материала.The invention relates to the field of manufacturing heat-insulating foam materials that can be used in energy-saving construction, cryogenic technology, for thermal insulation of refrigerated trucks and in other industries related to thermal protection. The method describes the production of foam glass, in the pores of which there is gas at a pressure below atmospheric, which ensures low thermal conductivity of the material.
Известны способы, при которых тонкоизмельченное силикатное стекло (частицы 2-10 мкм) смешивают с газообразователем (например, углеродом), получившуюся однородную механическую смесь (шихту) подают в формах либо на конвейерной ленте в туннельную печь. В результате нагрева до 800-900°С частицы стекла размягчаются до вязко-жидкого состояния, а углерод окисляется с выделением газообразных CO2 и CO, которые вспенивают вязко-жидкую стекломассу и образуют пеностекло [1].Known methods in which finely divided silicate glass (particles 2-10 μm) are mixed with a blowing agent (for example carbon), the resulting homogeneous mechanical mixture (charge) is fed in molds or on a conveyor belt to a tunnel kiln. As a result of heating to 800-900 ° C, the glass particles soften to a viscous-liquid state, and carbon is oxidized with the release of gaseous CO 2 and CO, which froth the viscous-liquid glass mass and form foam glass [1].
Известные способы не позволяют получить материалы с теплопроводностью ниже 0,04-0,05 Вт/(м·К).Known methods do not allow to obtain materials with thermal conductivity below 0.04-0.05 W / (m · K).
Известны способы получения вакуумных вспененных материалов.Known methods for producing vacuum foamed materials.
Известен способ получения вакуумной теплоизолирующей панели из твердого пористого материала (Pat. US 5989371, 1999; Pat. US 6266941, 2001). Пористую основу панели формируют из смеси, содержащей порошок полиуретановой пены и наполнитель в виде порошка термопластичной смолы. Смесь помещают в пресс-форму и подвергают компрессионному сжатию в среде вакуума при температуре не ниже температуры стеклования полиуретана и не ниже температуры плавления термопластичной смолы, после чего запечатывают в упаковочный материал, внутри которого сохранятся вакуум, а пористая основа поддерживает заданную форму панели. В качестве наполнителя могут использоваться хлопья слюды, пластиковые пленки. В качестве термопластической смолы может использоваться смола стирола. При формовании может применяться вибрация. Аналогичный способ получения вакуумного теплоизолирующего материала, но без прессования, описан в патенте США №5889067.A known method of obtaining a vacuum insulating panel of a solid porous material (Pat. US 5989371, 1999; Pat. US 6266941, 2001). The porous base of the panel is formed from a mixture containing polyurethane foam powder and a filler in the form of a powder of thermoplastic resin. The mixture is placed in a mold and subjected to compression compression in a vacuum environment at a temperature not lower than the glass transition temperature of the polyurethane and not lower than the melting temperature of the thermoplastic resin, after which it is sealed in a packaging material, inside which the vacuum is preserved, and the porous base maintains the given panel shape. As a filler, mica flakes, plastic films can be used. As a thermoplastic resin, styrene resin can be used. During molding, vibration may be used. A similar method for producing a vacuum heat insulating material, but without compression, is described in US Pat. No. 5,888,067.
Согласно патенту США №7166348 тестообразный материал экструдируют в область низкого давления, чтобы вызвать порообразование, и получают пористый материал с открытой пористостью, поверхность которого затем покрывают упаковочной барьерной пленкой при давлении около 10 Па.According to US Pat. No. 7,166,348, the pasty material is extruded into the low pressure region to cause pore formation, and a porous material with open porosity is obtained, the surface of which is then coated with a packaging barrier film at a pressure of about 10 Pa.
Известно, что передача тепла через пористый материал осуществляется как через связный массив твердой фазы, так и через несвязную или малосвязную газовую фазу, заполняющую газовые пузырьки. Теплопроводность газовой фазы зависит длины свободного пробега молекул газа, т.е. от давления газа. Открытая пористость, используемая в патентах-аналогах, характеризуется наличием открытых пор, состоящих из сети капилляров, каналов и трещин, сообщающихся между собой и с поверхностью материала, т.е. газовая фаза образует связную область.It is known that heat transfer through a porous material is carried out both through a connected array of a solid phase and through a disconnected or weakly connected gas phase filling gas bubbles. The thermal conductivity of the gas phase depends on the mean free path of the gas molecules, i.e. from gas pressure. The open porosity used in patent patents is characterized by the presence of open pores consisting of a network of capillaries, channels and cracks communicating with each other and with the surface of the material, i.e. the gas phase forms a cohesive region.
Недостатком известных способов получения вакуумных панелей является то, что сохранение пониженного давления газа в материале с открытой пористостью весьма проблематично. Теплозащитные свойства материала легко нарушаются при повреждении упаковочной барьерной оболочки.A disadvantage of the known methods for producing vacuum panels is that maintaining a reduced gas pressure in a material with open porosity is very problematic. The heat-shielding properties of the material are easily violated if the packaging barrier is damaged.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления теплоизоляционных пенистых материалов по патенту на изобретение RU №2332364 по заявке №2006101087, основанный на пропускании через расплав стекла перегретого пара. Через расплав стекла пропускают перегретый пар при температуре 950-1200°С, полученный из веществ, способных при охлаждении адсорбироваться на стенках замкнутых пузырьков, вспененный материал выдавливают в формы, охлаждают с понижением давления паров в пузырьках ниже атмосферного за счет их конденсации, вынимают из форм и отжигают путем плавного охлаждения в термоизоляционном шкафу. Принято за прототип.The closest in technical essence to the present invention is a method for the manufacture of heat-insulating foam materials according to the patent for invention RU No. 2332364 according to application No. 2006101087, based on the passage of superheated steam through a glass melt. Overheated steam is passed through a glass melt at a temperature of 950-1200 ° С, obtained from substances that can be adsorbed upon cooling on the walls of closed bubbles, the foam is extruded into molds, cooled with a decrease in vapor pressure in the bubbles below atmospheric due to their condensation, removed from the molds and annealed by smooth cooling in a thermal insulation cabinet. Taken as a prototype.
Недостатками известного способа является технологическая сложность получения пеностекла, в особенности барботажа расплава перегретым паром. Пористость пеностекла, достигаемая известным способом, невысока, как и степень разрежения газа в порах, что препятствует достижению низкой теплопроводности.The disadvantages of this method is the technological complexity of producing foam glass, in particular bubbler melt superheated steam. The porosity of the foam glass, achieved in a known manner, is low, as is the degree of rarefaction of the gas in the pores, which prevents the achievement of low thermal conductivity.
Для решения поставленной задачи необходимо получить материал с закрытой пористостью с давлением газа в газовых пузырьках пеностекла ниже атмосферного.To solve this problem, it is necessary to obtain a material with closed porosity with gas pressure in the gas bubbles of foam glass below atmospheric.
Для этого в известном способе получения вакуумного пеностекла, включающем нагрев стеклянного порошка и вспенивание расплавленной стекломассы, стеклянный порошок нагревают до температуры плавления в среде гелия при давлении газа 0,2-0,5 МПа, выдерживают расплавленную стекломассу в зоне нагрева, осуществляя насыщения стекломассы газом за счет адсорбции. Затем сбрасывают избыточное давление газа и откачивают оставшийся газ вакуумным насосом до давления 10-100 Па, благодаря чему происходит вспенивание стекломассы растворенным гелием. Поддерживая достигнутое разрежение в газовой среде, охлаждают вспененную стекломассу до стадии стеклования. После охлаждения до комнатной температуры получают блок пеностекла с несвязной пористостью, который может быть механически обработан.To do this, in a known method for producing vacuum foam glass, including heating the glass powder and foaming the molten glass melt, the glass powder is heated to a melting point in helium medium at a gas pressure of 0.2-0.5 MPa, the molten glass melt is kept in the heating zone, saturating the glass melt with gas due to adsorption. Then the excess gas pressure is released and the remaining gas is pumped out with a vacuum pump to a pressure of 10-100 Pa, due to which the glass melt foams with dissolved helium. Maintaining the achieved vacuum in a gaseous medium, cool the foamed glass to the glass transition stage. After cooling to room temperature, a block of foam glass with incoherent porosity is obtained, which can be mechanically processed.
Признаки способа, общие с аналогами и прототипом:The signs of the method, common with analogues and prototype:
а) частицы измельченного стекла нагревают до стадии плавления;a) particles of ground glass are heated to the stage of melting;
б) в расплав стекла вводят вещество, способное образовать зародыши несвязных пузырьков газа (центры порообразования). В способе по изобретению такими центрами порообразования служит растворенный гелий;b) a substance is introduced into the molten glass that can form nuclei of disconnected gas bubbles (pore formation centers). In the method of the invention, dissolved helium serves as such pore formation centers;
в) вспененную стекломассу охлаждают до стадии стеклования;c) the expanded molten glass is cooled to the glass transition stage;
г) получают конечное давление газа в порах ниже атмосферного.g) receive a final gas pressure in the pores below atmospheric.
Признаки способа по изобретению, отличающие его от способа-прототипа, в котором расплав стекла продувают паром:The features of the method according to the invention, distinguishing it from the prototype method, in which the glass melt is blown with steam:
а) вместо перегретого водяного пара для образования пузырьков используют растворимый газ - гелий;a) instead of superheated water vapor, soluble gas - helium is used to form bubbles;
б) стадию плавления проводят под избыточным давлением газа;b) the melting stage is carried out under excess gas pressure;
в) в прототипе давление паров воды в порах ниже атмосферного достигается благодаря связыванию воды с высокогигроскопичными молекулами в стенках пузырьков. В способе по изобретению разрежение в порах достигается за счет стеклования расплава в вакууме.C) in the prototype, the pressure of water vapor in the pores below atmospheric is achieved due to the binding of water with highly hygroscopic molecules in the walls of the bubbles. In the method according to the invention, vacuum in the pores is achieved by glass transition of the melt in vacuum.
Способ осуществляют в несколько стадий следующим образом. Порошок стекла помещают в газовую среду, находящуюся под избыточным давлением в несколько атмосфер, после чего подвергают тепловому воздействия. Под действием тепла стекло плавится, а газ, находящийся в порах, растворяется в вязкой стекломассе. Растворимость гелия в расплаве стекла примерно в сто раз выше, чем у аргона и других инертных газов, что делает его хорошим пенообразователем.The method is carried out in several stages as follows. The glass powder is placed in a gaseous medium under a pressure of several atmospheres, and then subjected to heat. Under the action of heat, the glass melts, and the gas in the pores dissolves in the viscous glass. The solubility of helium in a glass melt is about a hundred times higher than that of argon and other inert gases, which makes it a good foaming agent.
Осуществление способа иллюстрируется примером.The implementation of the method is illustrated by an example.
Пример: Для получения пеностекла используют тонкодисперсный стеклянный порошок с размером частиц менее 200 мкм. Стеклянный порошок может быть получен, например, плавлением шихты следующего состава, мас.%:Example: To obtain foam glass, finely dispersed glass powder with a particle size of less than 200 microns is used. Glass powder can be obtained, for example, by melting a mixture of the following composition, wt.%:
Шихту выдерживают при температуре приблизительно 900°С в течение часа. Полученную стекломассу охлаждают, измельчают в мельнице и просеивают через сито 200 мкм.The mixture is maintained at a temperature of approximately 900 ° C for an hour. The resulting molten glass is cooled, ground in a mill and sieved through a 200 micron sieve.
Стадия 1. Навеску стеклянного порошка засыпали в форму, выдерживающую высокую температуру, например графитовый тигель. Форму помещали в емкость, выдерживающую повышенное давление, например автоклав. В емкости обеспечивали среду гелия при повышенном давлении путем подачи газа от баллона через газовый редуктор.Stage 1. A portion of the glass powder was poured into a form that can withstand high temperature, such as a graphite crucible. The mold was placed in a container that can withstand high pressure, such as an autoclave. A helium medium was provided in the vessel at elevated pressure by supplying gas from a cylinder through a gas reducer.
Стадия 2. Стеклянный порошок, в порах которого находится растворимый газ гелий при давлении от 0,2 до 0,5 МПа (приблизительно от 2 до 5 атм), помещали в печь, нагревали до температуры плавления, которая составляет приблизительно 600-800°С.Stage 2. The glass powder, in the pores of which there is a soluble gas helium at a pressure of from 0.2 to 0.5 MPa (approximately 2 to 5 atm), was placed in an oven, heated to a melting point, which is approximately 600-800 ° C. .
Стадия 4. Затем стравливали избыточное давление газа через газовый вентиль, а оставшийся газ откачивали форвакуумным насосом с производительностью, обеспечивающей пенообразование за счет расширения содержащегося в стекломассе растворенного газа.Stage 4. Then, the excess gas pressure was vented through the gas valve, and the remaining gas was pumped out with a foreline pump with a capacity that provided foaming by expanding the dissolved gas contained in the glass mass.
Стадия 5. Вспененную массу охлаждали в вакууме до стадии стеклования.Stage 5. The foamed mass was cooled in vacuum to the glass transition stage.
Процесс протекает следующим образом. На стадии плавления тонкодисперсный порошок насыщен газом, находящимся под давлением. При плавлении частицы стекла переходят в вязкопластичное состояние, и гелий под давлением насыщает расплав. При этом частицы стеклянного порошка сплавляются между собой, часть газа, находящегося в порошке, образует газовые пузырьки, в силу развитой поверхности контакта газ-жидкость часть газа интенсивно адсорбируется стеклом и растворяется в расплаве. Способ не требует добавления каких-либо веществ-пенообразователей, как это делается в традиционных способах получения пеностекла, поскольку центрами порообразования служит растворенный в вязкой стекломассе гелий. Время насыщения вязкой стекломассы газом зависит от свойств стекла, используемого для приготовления стеклянного порошка, температуры, вязкости расплава и подбирается опытным путем. При последующем снижении давления газовой среды путем стравливания газа до атмосферного давления и откачки с помощью форвакуумного насоса растворенный гелий расширяется и остается в стекломассе в виде разряженных газовых включений. При быстром сбросе давления и достаточно малой вязкости расплава, которая может регулироваться температурой, растворенные в стекломассе молекулы газа выполняют функцию центров порообразования, происходит вспенивание, т.е. в стекле образуется множество несвязных между собою пор. В условиях низкого, т.н. технического, вакуума с давлением ниже 1 мм рт.ст.(0,01-0,1 кПа) теплопроводность таких пор ниже, чем теплопроводность пор, например, с диоксидом углерода, образование которого часто используется для вспенивании пеностекла в способах-аналогах. После охлаждения до стадии стеклования образуется прочная пористая масса, в порах которой содержится гелий при давлении ниже атмосферного.The process proceeds as follows. At the melting stage, the fine powder is saturated with a gas under pressure. During melting, glass particles become visco-plastic, and helium saturates the melt under pressure. In this case, the particles of the glass powder melt together, part of the gas in the powder forms gas bubbles, due to the developed gas-liquid contact surface, part of the gas is intensively adsorbed by the glass and dissolves in the melt. The method does not require the addition of any foaming agents, as is done in traditional methods for producing foam glass, since the centers of pore formation are helium dissolved in viscous glass melt. The saturation time of viscous glass melt with gas depends on the properties of the glass used to prepare the glass powder, temperature, melt viscosity and is selected empirically. With a subsequent decrease in the pressure of the gaseous medium by venting the gas to atmospheric pressure and pumping it out using a fore-vacuum pump, the dissolved helium expands and remains in the glass mass in the form of discharged gas inclusions. With a rapid depressurization and a sufficiently low melt viscosity, which can be controlled by temperature, the gas molecules dissolved in the glass mass act as pore formation centers, foaming occurs, i.e. in the glass, a lot of incoherent pores are formed. In conditions of low, the so-called technical vacuum with a pressure below 1 mmHg (0.01-0.1 kPa), the thermal conductivity of such pores is lower than the thermal conductivity of pores, for example, with carbon dioxide, the formation of which is often used to foam foam glass in analogous methods. After cooling to the glass transition stage, a strong porous mass is formed, the pores of which contain helium at a pressure below atmospheric.
Техническим результатом является получение теплоизоляционного материала - вспененного стекла низкой теплопроводности, в пузырьках которого находится разреженный гелий. Расчетный коэффициент теплопроводности материала составляет приблизительно 0,02 Вт/(м·К), что ниже, чем у материала с такой же пористостью, получаемого по способу-аналогу.The technical result is to obtain a thermal insulation material - foamed glass of low thermal conductivity, in the bubbles of which there is rarefied helium. The estimated coefficient of thermal conductivity of the material is approximately 0.02 W / (m · K), which is lower than that of a material with the same porosity obtained by the analogous method.
Источники информацииInformation sources
1. Демидович Б.К. Пеностекло. - Минск: Наука и техника, 1975.1. Demidovich B.K. Foam glass. - Minsk: Science and Technology, 1975.
2. Pat. US 5989371, 1999; Vacuum heat-insulating panel and method for producing the same.2. Pat. US 5989371, 1999; Vacuum heat-insulating panel and method for producing the same.
3. Pat. US 5889067, 1999; Open cell rigid polyurethane foam and method for producing the same and method for making vacuum insulation panel using same.3. Pat. US 5889067, 1999; Open cell rigid polyurethane foam and method for producing the same and method for making vacuum insulation panel using same.
4. Pat. US 6266941, 2001. Vacuum heat-insulating panel and method for producing the same.4. Pat. US 6266941, 2001. Vacuum heat-insulating panel and method for producing the same.
5. Pat. US 7166348, 2007. Core material for vacuum heat insulation material, and vacuum heat insulation material.5. Pat. US 7166348, 2007. Core material for vacuum heat insulation material, and vacuum heat insulation material.
6. Патент на изобретение RU №2332364. Опубл. 27.08.2008. Прототип.6. Patent for invention RU No. 2332364. Publ. 08/27/2008. Prototype.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012133789/03A RU2513809C2 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Production of vacuum expanded glass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012133789/03A RU2513809C2 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Production of vacuum expanded glass |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012133789A RU2012133789A (en) | 2014-02-20 |
RU2513809C2 true RU2513809C2 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50113746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012133789/03A RU2513809C2 (en) | 2012-08-07 | 2012-08-07 | Production of vacuum expanded glass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2513809C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731764C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-08 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Медикон" (АО "НПП "Медикон") | Melting method of quartz glass |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU220034A1 (en) * | Ф. А. Курл нкин , Б. В. Тарасов | |||
SU381614A1 (en) * | 1972-04-17 | 1973-05-22 | Государственный научно исследовательский институт кварцевого стекла | METHOD FOR PRODUCING FOAMWOOK GLASS |
RU2108305C1 (en) * | 1996-04-11 | 1998-04-10 | Алексей Леонидович Писарев | Method for production of foam glass |
RU2332364C2 (en) * | 2006-01-17 | 2008-08-27 | Дмитрий Андреевич Климов | Method of manufacturing of longlasting foamglass |
-
2012
- 2012-08-07 RU RU2012133789/03A patent/RU2513809C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU220034A1 (en) * | Ф. А. Курл нкин , Б. В. Тарасов | |||
SU381614A1 (en) * | 1972-04-17 | 1973-05-22 | Государственный научно исследовательский институт кварцевого стекла | METHOD FOR PRODUCING FOAMWOOK GLASS |
RU2108305C1 (en) * | 1996-04-11 | 1998-04-10 | Алексей Леонидович Писарев | Method for production of foam glass |
RU2332364C2 (en) * | 2006-01-17 | 2008-08-27 | Дмитрий Андреевич Климов | Method of manufacturing of longlasting foamglass |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731764C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-09-08 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Медикон" (АО "НПП "Медикон") | Melting method of quartz glass |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012133789A (en) | 2014-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gonzenbach et al. | Processing of particle‐stabilized wet foams into porous ceramics | |
EP1995033B1 (en) | Process for producing a foam molding | |
TWI707900B (en) | Thermoplastic polyurethane foam particles, and thermoplastic polyurethane foam particle molded body | |
WO2018010271A1 (en) | High expansion thermoplastic polyurethane microporous foam sheet and production method therefor | |
CN115073800A (en) | Systems and methods for producing aerogel materials | |
US9567412B2 (en) | Superinsulation with nanopores | |
US9145674B2 (en) | Vacuum insulation panels comprising nanoporous polymer particles | |
JP5756238B2 (en) | Method for producing polypropylene microporous foam plank | |
JPH0859879A (en) | Production of open-cell rigid polyurethane foam useful as heat insulating material | |
KR20140064904A (en) | Vacuum insulation panels containing nanoporous polymer particles | |
KR101102262B1 (en) | Continuous Molding process and apparatus for the core of Vacuum Insulation Panel | |
CN111300713A (en) | One-time foaming forming process in mold and foaming product | |
RU2513809C2 (en) | Production of vacuum expanded glass | |
JPH08311230A (en) | Open-microcellular foam, its production and vacuum heat insulation material made thereof | |
US6077876A (en) | Process for high temperature production of organic aerogels | |
Li et al. | Dual templating synthesis of hierarchical porous silica materials with three orders of length scale | |
CN106046675B (en) | A kind of vacuum heat-insulating plate composite core material and preparation method | |
JP2001105447A (en) | Method for producing foamed molded object | |
RU2732649C2 (en) | Method of making insulating article and article produced by said method | |
US2264246A (en) | Method of preparing cellular glass | |
US2237037A (en) | Method of preparing cellular glass | |
JP6338211B2 (en) | Polystyrene / silica composite foam manufacturing method and heat insulating material using the same | |
JP2001026664A (en) | Preparation of porous product | |
JP2002059449A (en) | Method for manufacturing foamed resin molding | |
JPS60158946A (en) | Method and device for manufacturing disappearing mold model for full molding method consisting of expanded foam bead, particularly for manufacturing continuous casting part |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200808 |