Пористый материал своими руками

Пористая керамика в настоящее время приобретает все большее значение в различных областях техники и технологии. Ее применение осуществляется в двух главных направлениях.

Первым является теплоизоляция, при этом решающим являются теплоизоляционные свойства, т. е. коэффициент теплопроводности и теплозащита; при этом в случае использования материалов для летательных аппаратов значение имеет еще и кажущаяся плотность.

Вторым направлением являются области, где решающим свойством материала являются его пористая структура и связанные с ней свойства, главным образом размеры пор и обусловливаемая ими проницаемость, удельная поверхность и т. п. В этом случае теплопроводность вообще не имеет значения либо играет второстепенную роль. Пористые огнеупорные материалы применяются в тех случаях, когда процессы фильтрации, распределения газов, пропитка пористых сред, нанесение электролитов, электрохимические процессы и т. п. проводятся при высоких температурах, когда другие материалы оказываются непригодными.

В некоторых случаях пористые материалы должны обладать электроизоляционными свойствами, химической стойкостью в агрессивных средах, в том числе различных газах, при высоких температурах, обладать соответствующими ядерными характеристиками и др. Теплоизоляционные огнеупоры (например, ультралегковес) могут использоваться и в качестве звукоизоляции.

Из многообразия требований, предъявляемых к пористой керамики, следует актуальность поиска методов, позволяющих получать материал с заранее заданными свойствами – прочностью, структурой и размерами пор. Кроме того, метод получения пористой керамики должен быть простым и экономически выгодным.

Методы получения пористой керамики

Сейчас наиболее распространены следующие способы получения пористой проницаемой керамики:

— использование монофракционных составов исходных сырьевых материалов;

— метод выгорающих добавок.

— метод химического порообразования.

Метод выгорающих добавок.

Метод основан на введении и последующем выжигании горючих добавок. Огнеупорный материал смешивают с твердыми выгорающими органическими веществами, оформление изделий осуществляется пластическим формованием, полусухим прессованием или литьем.

В качестве выгорающих добавок используют любые твердые горючие материалы, применение которых экономически целесообразно, в том числе древесные опилки разных пород, древесный уголь, древесную муку, различные виды каменных углей – бурый, антрацит, битуминозный, термоантрацит, продукты коксования – кокс, нефтяной кокс, пековый кокс, смолы, гудрон, горючие сланцы, графит, торф, а также ряд других материалов – пробковую и бумажную пыль, просяную и рисовую шелуху, мякину, овсяную полбу, пшенную и манную крупу, полотую ветошь, рубленую солому разных злаков, сажу, шлакоотсевы, волос а также лигнин.

Шамотные легковесные огнеупоры обычно изготавливают пластическим способом или способом полусухого прессования.

Глину предварительно измельчают в глинорезке, сушат, а затем вторично измельчают в дезинтеграторе. Шамот подвергают тонкому помолу. Выгорающие добавки дробят и просеивают.

После компоненты дозируют и смешивают в бегунах или лопастном смесителе. Далее массу прессуют в коленно-рычажном прессе. Сформованные изделия подвергают сушке и обжигу (рис.1)..

Рис.1. Технологическая схема производства шамотных легковесов способом выгорающих добавок при полусухом прессовании

Сущность метода заключается в смешении суспензии огнеупорного материала с пенообразователем или отдельно приготовленной пеной, образованной при механической обработке водных растворов некоторых поверхностно активных веществ. Одной из коренных проблем пенокерамической технологии является получение стойкой и прочной пены, которая бы не разрушалась при смешивании с суспензией и выдерживала ее давление.

Образованию пены способствуют следующие факторы:

— низкое поверхностное натяжение на границе раздела жидкость-воздух, содействующее образованию тонких пленок;

— наличие определенной вязкости жидкости, противодействующей разрыву возникающих пленок;

— образование неоднородных по составу пограничных слоев, при этом должно иметь место явление адсорбции.

В качестве пенообразователей применяют: канифольное мыло, сапонино-альдегидный и алюмо-сульфонафтеновый пенообразователи, гидролизную кровь (пенообразователь ГК).

Шамотный пенолегковес изготавливают из шихты, которая состоит из 10 весовых частей молотой глины, 90 частей молотого шамота и 3 частей опилок.

Пену готовят из разбавленной канифольно-клеевой эмульсии. Полученную пену с плотностью 0,05 г/см3 смешивают со шликером, имеющим кажущуюся плотность 1,68-1,74 г/см3 и влажность 26%. Полученную пеномассу с плотностью 0,85-0,95 г/см3 заливают в металлические формы, сушат в камерных сушилках до влажности не более 2% и обжигают. Для придания изделиям точных размеров их подвергают механической обработке (рис.2).

Рис.2. Технологическая схема производства шамотных легковесных изделий по способу пеннобразования

Метод химического порообразования.

Метод основан на вспучивании массы газом, выделяющимся при химических реакциях взаимодействия или разложения присутствующих или специально введенных добавок.

Образование пористой отливки при химическом порообразовании складывается из нескольких последовательных процессов, главными из которых являются химическое взаимодействие с образованием газовых пузырьков, их расширение и перемещение, фиксация ячеистой структуры.

Анализ исследований процессов химического порообразования позволяет сгруппировать эти процессы следующим образом по типам используемых реакций:

а) между карбонатами и кислотами с выделение углекислого газа;

б) между основаниями, кислотами и солями;

в) между металлами и кислотами или основаниями с выделением водорода;

г) между органическими соединениями, сопровождающиеся газовыделением;

д) окисления или разложения, протекающие в расплавах;

е) разложение карбонатов, перекисей, силоксанов.

Керамзит. Для производства керамзита используют легкоплавкие глинистые породы, обладающие склонностью к вспучиванию при быстром обжиге.

Глину дробят, затем в лопастных смесителях смешивают с добавками, на вальцах массе придают форму и обжигают во вращающейся печи. После обжига изделия дробят на вальцах и , рассеивая через сито-бурат разделят на фракции (рис.3).

Рис.3. Производство керамзита методом химического пенообразования.

Совершенствование метода получения пористой керамики

Основным из способов получения пористых керамических материалов является монофракционный способ. Однако пористость получаемого таким образом материала во многих случаях недостаточна.

Каждый из способов получения пористой проницаемой керамики: наряду с положительными сторонами имеет существенные недостатки: при использовании метода вспенивания и химического порообразования — низкая проницаемость из-за преимущественно закрытой пористости, при использовании метода выгорающих добавок– неравномерность пористой структуры, связанная со сложностью распределения компонентов по объему шихты.

Нами была сделана попытка усовершенствовать метод выгорающих добавок. Для уменьшения указанного выше недостатка в качестве выгорающего компонента нами использовалась пенополиуретановая губка (поролон). Выбор это материала определялся тем, что существующая технология получения пенополиуретана позволяет в достаточно широких пределах управлять образованием направленной структуры пористости с размерами пор от нескольких микрометров до 2-3 миллиметров. Мы ожидаем, что отработка технологии получения пористой фильтрующей керамики позволит переносить структуру пенополиуретана на керамический материал.

В работе нами готовился керамический шликер путем тонкого помола минеральных частиц в воде. Размер минеральных частиц не превышал 40-50 микрометров. В качестве минерального вещества использовались шамот и глина, в качестве связки в одном случае использовалась глина, в другом случае – жидкий силикат натрия. Процентное содержание глины и силиката натрия в различных опытах различалось. Шликер готовился таким образом, чтобы его вязкость обеспечивала хорошую пропитываемость всего объема образцов пенополиуретана и качественное формирование пленки керамической массы на поверхности структуры выгорающей добавки — пенополиуретана.

Для опытов бралась пенополиуретановая губка трех видов: с размером пор 0,1 мм, 0,5 мм и 2мм.

Губка пенополиуретана пропитывалась керамическим шликером, избыток шликера удалялся из губки путем отжатия, однократно или многократно, в зависимости от структуры пенополиуретана. После этого образцы подвергались сушке и обжигу.

Процесс сушки образцов не вызывал трудности из-за их высокой удельной поверхности, и проницаемости пор. Максимальная температура обжига зависела от состава керамической массы и применяемого связующего и составляла 1200 – 1300°С.

После обжига были получены керамические образцы с пористой структурой, характеризующейся структурой, аналогичной структуре пенополиуретана. Однако образцы, полученные на основе пенополиуретана с размером пор 0,1 мм, имеют сплошную пустотность внутри объема, что свидетельствует о плохой пропитываемости пенополиуретана керамическим шликером.

Механическая прочность образцов составляет: для образцов на глинистой связке 5-8 МПа, а для образцов на жидком силикате натрия – 3-5 МПа, что свидетельствует о недостаточном количестве связки (10%) во втором случае.

Плотность образцов, полученных на пенополиуретане с размером пор 0,1 мм нами не определялась из-за их пустотелости. Плотность образцов, полученных на пенополиуретане с размером пор 0,5 мм, составила 0,15-0,21 г/см3 , а для образцов на пенополиуретане с размером пор 2 мм – 0,09 – 0,15 г/см3.

Пористость полученных образцов составляет: для образцов с размером пор 0,5 мм – 90-93%; для образцов с размером пор 2 мм – 93-96%.

Полученные в исследованиях результаты позволяют предложить принципиальную технологическую схему производства пористой керамики (рис.4)

Для упрощения технологии и уменьшения транспортных затрат представляется целесообразным максимально скомпоновать процессы получения пенополиуретана и получения пористой керамики таким образом, чтобы получаемая из мономера пенополиуретановая лента сразу же поступала на технологическую линию производства пористой керамики.

Технологическая схема получения пористой керамики представлена на рис.1.

Пенополиуретановая лента (1) по конвейеру подается в ванну (2), где пропитывается шликером. Для более полного проникновения шликера в поры пенополиуретана лента несколько раз обжимается роликами (3). Избыток шликера удаляется окончательным отжатием на валках (4).

Пропитанная шликером пенополиуретановая лента поступает в щелевую печь, где происходят процессы сушки и обжига.. Перемещение в печи осуществляется по опорным роликам.

Процессы сушки и обжига не вызывают трудностей благодаря высокой удельной поверхности и проницаемости пор.

Максимальная температура обжига зависит от состава керамической массы и применяемого связующего и составляет 1200 – 1300°С.

Обожженный керамический материал разрезается фрезами на блоки необходимых размеров, которые затем по транспортеру поступают на склад готовой продукции.

Заключение

Таким образом практически доказана возможность формирования пористой проницаемой керамики с определенной пористой структурой, копирующей структуру пенополиуретана, являющимся выгорающим материалом при получении керамического тела. Возможность использования этого метода для других составов керамических масс и связующих веществ позволит значительно расширить область применения пористой проницаемой керамики в качестве фильтрующих элементов в различных технологиях: очистка минеральных вод, инъекционных жидкостей и т.п.

Перечень ссылок

1. Ефимова В.В., Беломеря Н.И. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРИСТОЙ ПРОНИЦАЕМОЙ КЕРАМИКИ С ЗАДАННОЙ СТРУКТУРОЙ / Тези доповідей на І Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів»Хімія і сучасні технології», Дніпропетровськ, 26-28 травня 2003

2. Ефимова В.В., Беломеря Н.И. ФИЛЬТРУЮЩАЯ КЕРАМИКА С ЗАДАННОЙ СТРУКТУРОЙ / Тези доповідей на II Міжнародній науковій конференцiї студентів та аспірантів «Охорона навколишнього середовища та рацiональне використання природних ресурсiв», Донецьк, 2003.

3. Беломеря Н.И., Мнускина В.В. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ БУРЫХ УГЛЕЙ.

4. Горлов Ю.П. Керамические и акустические материалы Москва, 1976.

5. Горяйнов К.Э и др. Технология минеральных теплоизоляционных материалов и легких бетонов. Москва, 1976

6. Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев, 1980

7. Кайнарский И.С., Дегтярева Э.В., Орлова И.Г. Корундовые огнеупоры и керамика, Москва, 1981

8. Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Технология огнеупоров, Москва, 1978

9. Гузман И.Я. Высокоогнеупорная пористая керамика. Москва, 1971

Источник

Правила работы с фоамираном и поделки из него своими руками

Среди материалов для изготовления цветов, букетов и других поделок недавно стал популярен фоамиран. По виду он напоминает толстую бумагу или замшу, но состоит из пористой резины, которая напоминает плотную губку. Материал обладает несколькими уникальными свойствами, позволяющими с лёгкостью обрабатывать его листы и придавать им необходимую форму. Другие названия фоамирана — фоам, фом, вспененная резина и пластичная замша.

Виды материала

Различают несколько разновидностей фоамирана, которые производят компании из разных стран. Виды отличаются толщиной, размерами и формой листов, твёрдостью и ценой. Наиболее популярны такие:

Китайский. Обладает повышенной твёрдостью, потому не используется для изготовления цветов и воздушных поделок. Имеет выраженный запах резины. Выпускается в различных вариантах толщины и цвета. Применяется в скрапбукинге.
Корейский. Хорошо сохраняет форму и выгодно выделяется качеством на фоне китайского. Очень тонкий — от 0,6 до 1 мм.
Иранский. Фоамиран высокого качества, отлично подходит для изготовления цветов. Из его минусов можно отметить неоднородность толщины на одном листе материала.
Зефирный. Очень мягкий и податливый для обработки, но одновременно с этим отлично держит форму. Может быть крайне тонким, подходит для изготовления любых поделок.
Турецкий. Выпускается в форме ровных и аккуратных листов или рулонов. Отличается от прочих большим разнообразием цветов и узоров.

Самым популярным видом материала для творчества является зефирный фоамиран. Работать с ним легче и удобнее, чем с прочими. Можно формировать тонкие полупрозрачные детали, растягивать их, легко менять форму. Эстетические качества изделий из такого фоамирана также находятся на высоком уровне.

Большинство производителей предлагают материал разных цветов. Есть варианты с блёстками, узорами, орнаментами и рисунками. Всё это помогает придать поделке желаемый внешний вид.

Продаётся материал фоамиран в виде листов или рулонов. Купить его можно там же, где и другие изделия для творчества, — в специализированных магазинах или у производителей. Цена одного листа может варьироваться от 20 до 100 и более рублей в зависимости от качества, региона продажи и производителя.

Особенности и свойства

Фоамиран — довольно современный материал, история возникновения и развития которого не насчитывает и нескольких веков. Тем не менее он уже успел стать довольно популярным, благодаря своей невысокой цене, безопасности и уникальным свойствам, делающим вспененную резину такой удобной для творчества. Среди его плюсов можно выделить такие свойства:

материал достигает пластичности даже при воздействии очень небольших температур — тепла рук достаточно для того, чтобы с ним можно было работать;
одновременно с этим фоамиран прочен и отлично держит форму после остывания, не деформируясь от случайных прикосновений;
пластичную замшу можно как спокойно растягивать, так и придавать ей объём и плотность — для этого достаточно нагреть фоамиран утюгом;
изделия из материала можно подкрашивать с помощью пастельных мелков и акриловой краски — это помогает придавать им естественный вид и всячески декорировать;
материал поддаётся резке обычными ножницами;
детали из фоамирана легко соединяются как друг с другом, так и с внешними элементами, если их обработать клеем сильной фиксации, что позволяет создавать сложные поделки и аппликации из нескольких слоёв.

Все эти качества выгодно отличают пластичную замшу от таких материалов, как бумага или ткань. Она идеальна для поделок, состоящих из множества плоских элементов, но не слишком дорогая и не требует подготовки для работы или дополнительной обработки как, например, глина или холодный фарфор.

Правила работы

Прежде чем приступать к изготовлению поделок из пластичной замши, необходимо изучить правила работы с ней. Первая вещь, которую нужно запомнить, это то, что материал довольно хрупкий. Степень его растягивания не должна быть больше 10%, иначе лист порвётся. Однако показатель гибкости не должен быть и слишком низким. Если фоамиран рвётся из-за слабого прогибания или смятия, это значит, что он некачественный.

Вторая деталь, о которой нужно знать, то, что детали из фоамирана нельзя приклеивать друг к другу клеем ПВА. Для этой цели стоит использовать клеевый пистолет, заполненный специальной массой с улучшенными фиксирующими свойствами. Для многих поделок подойдёт также механическая фиксация, то есть скрепление отдельных элементов изделия с помощью проволочек, зацепок, гвоздиков и похожих механизмов.

При желании можно купить в творческом магазине специальные инструменты для обработки фоамирана, но многие считают это лишним. Изготавливать поделки из него можно с помощью обычных ножниц и дырокола. Единственная проблема, которая может возникнуть в процессе, это застревание металлических частей инструментов при обработке толстых листов пластичной замши. Чтобы избежать этого, нужно с обеих сторон замотать материал в плотную бумагу для принтера.

Поделки своими руками

Использование фоамирана довольно популярно при изготовлении различных поделок. Работать с ним несложно. Фигурки из материала обычно вырезают по заранее заготовленным эскизам из бумаги. Их можно нарисовать самостоятельно или найти в интернете.

Цветы и букеты

Самые часто встречающиеся поделки из фоамирана — это цветы и букеты. Тот, кто умело обращается с материалом, может смастерить любые понравившиеся растения, а затем собрать их в композицию, не уступающую по красоте поделкам из фарфора или полимерной глины. Для тех, кто ещё учится, существует множество пошаговых мастер-классов с подробным описанием всех действий, необходимых для того, чтобы создать букет. Перед началом работы нужно подготовить такие материалы:

листы фоамирана;
заготовки-эскизы с лепестками, бутонами и листьями разных цветов на выбор;
ножницы;
клеевый пистолет;
ленту;
дырокол;
пенопластовый шар или другая основа для букета;
проволку средней толщины;
нагревательный элемент;
бисер, бусины и другие элементы для украшения композиции.

При изготовлении букета из фоамирана сначала необходимо определиться с общим составом композиции: количеством цветов, их расположением относительно друг друга, размером. Затем необходимо нарисовать на бумаге соответствующие выкройки-заготовки: лепестки роз, бутоны гвоздик и орхидей, листики разных форм. Затем можно начинать работать с материалом. Создание поделки состоит и следующих шагов:

Сначала нужно вырезать все необходимые заготовки для выбранной композиции букета. Желательно, чтобы они были большими и широкими, с такими удобнее всего работать.
Затем обрабатывают лепестки. Для этого их подносят к нагревательному элементу на несколько секунд, после чего складывают гармошкой. Затем конструкцию распрямляют руками и снова греют в течение 1—2 секунд. Это помогает создать на лепестках складочки и изгибы, придающие цветку более пышный и естественный вид.
Подготовив все лепестки или бутоны, их склеивают при помощи клеевого пистолета, прикладывая друг к другу в шахматном порядке. Количество заготовок для изделия зависит от вида цветка: например, для ромашки достаточно двух, а для розы пяти или шести.
Проволку режут на короткие кусочки, на вершину каждого из которых насаживают бусинку. Это будут тычинки цветка. Их скручивают вместе, после чего помещают в заранее проколотый дыроколом центр заготовки и закрепляют, изогнув с обратной стороны.
Закончив с цветами, переходят к изготовлению листьев. Им придают форму, имитируя изгибы и складочки. При надобности на краях делают небольшие надрезы для придания естественного вида. С помощью зубочистки или проволки на поверхности каждого из листьев рисуют прожилки.
Финальный этап в изготовлении цветка — это добавление деталей. Можно подкрасить лепестки, нанести на них крапинки, аккуратно поправить форму бутона. После этого все детали поделки закрепляют на стебле из скрученной проволки, который обматывают зелёной лентой или тонкой полоской фоамирана.
Закончив изготовление всех цветов, приступают к оформлению основы. Её можно купить в специализированном магазине или сделать самостоятельно, разрезав шар пенопласта на две части и закрепив его плоским концом на пустом маркере.
Ручка основы обматывается лентами, как и стебель цветка-поделки. Можно придать ей вид нескольких сложенных стеблей или перевязанного букета. На пенопластовую часть основы крепятся цветы и листья. При создании букета лучше всего крепить их прямо к пенопласту с помощью проволок, не используя промежуточных стеблей.

Готовый букет можно декорировать бусинами, кусочками ткани или какими-либо другими материалами на выбор.

Детские игрушки

При желании из фоамирана, кроме цветов, можно сделать ещё очень много поделок. Изготовить их не сложнее, чем букет. Поскольку пластичная замша — это популярный материал для занятий с детьми, хорошим вариантом будет совместно изготовить несколько игрушек, например, чайник для кукол. Для этого понадобится:

большой лист фоамирана одного цвета;
полуторалитровая пластиковая бутылка;
ножницы;
клеевой пистолет.

Порядок действий при изготовлении такой поделки несложен. Так выглядит пошаговая инструкция:

Отрезать от бутылки верхнюю часть. Снять крышку и обрезать горлышко.
Смазать нижнюю часть бутылки клеем, приложить к листу фоамирана. Обрезать ножницами по диаметру, чтобы получилось донышко.
Вырезать из материала полосу шириной в 1,5 сантиметра и длиной, соответствующей окружности бутылки. Приклеить на основание изделия, чтобы граница между донышком и полоской была незаметной.
Сделать «крышку» чайника. Для этого стоит приложить верхнюю часть будущей поделки к фоамирану, обвести и вырезать две окружности, после чего измерить их длину и изготовить соответствущую ей ленту шириной 2 см. Окружности смазать клеем по краям и скрепить с помощью ленты.
Вырезать из фоамирана небольшой прямоугольник, скрутить его в трубочку. Сверху приклеить соответствующий по диаметру кружок. Прикрепить конструкцию на центр «крышки» чайника. Крышечка готова, осталось только поместить её на верхнюю часть бутылки.
Изготовить «нос» поделки. Для этого нужно свернуть прямоугольник (размером примерно 6 см на 8 см) из фоамирана в конус, срезать у него верх и обработать нижнюю часть так, чтобы она соответствовала изгибу бутылки. Приклеить деталь к чайнику.
Вырезать длинную ручку шириной 1 см и приклеить разными концами по обе стороны от носика. Украсить готовую поделку цветами или другими элементами из фоамирана, бумаги или любых подручных материалов.

Изготовив несколько поделок по инструкциям и приспособившись к работе с фоамираном, можно приступать к изготовлению игрушек и поделок по собственным схемам. Как и в любом творческом занятии, здесь нет строгих рамок и правил, всё зависит только от фантазии человека.

Другие изделия

Использовать элементы из пластичной замши можно при декорировании любых изделий: магнитов на холодильник, самодельной бижутерии и украшений, детских игрушек и предметов интерьера. Составив подходящую схему, из фоамирана можно также изготовить кукол, животных, персонажей мультфильмов, новогодние игрушки и многие другие поделки. Некоторое применение фоамирану нашлось также в скрапбукинге и изготовлении открыток.

Источник