عایق های فوم شیشه (Foam Glass – Cellular Glass)
استاندارد: ASTM C552
فوم
شیشه، عایق صلب، غیر قابل اشتعال، غیر قابل نفوذ، غیر ارگانیک و حالت
پایداری از شیشه می باشد. این نوع عایق با جکتینگ و بدون آن عرضه می شود که
در صورت استفاده در فضای باز، استفاده از جکتینگ اجباری است.
معمولا
در پروسه ساخت فوم شیشه، در ابتدا چند بلوک کوچک با چسب به هم متصل می
شوند و یک بیلت را شکل می دهند که بعدا بیلت به شکل لوله یا اشکال دیگر
تبدیل میشود. چسب های مورد استفاده بسته به رنج دمای کارکرد نهایی متنوع
هستند. بسته به کاربری های مختلف، استفاده کننده از این نوع عایق ها، باید
مطابق استاندارد یا به سفارش تولید کننده، چسب مناسب را انتخاب کند.
کاربری عایق های فوم شیشه
-عایق کاری مخازن، لوله ها و تجهیزات و خطوط فرآیندهای بسیار سرد و برودتی (Cryogenic)
-مناسب عایق کاری در شرایط روباز و یا زیرزمینی
-مناسب برای عایق کاری خطوط لوله بخار و فرآیندهای گرم
-مناسب برای عایق کاری فرآیندهایی که دما در آنها به طور نوسانی از گرم به سرد و سرد به گرم تغییر میکند
-مناسب برای مصارف صنعتی و ساختمانی
مزایای فوم شیشه
-پایداری بسیار بالا
-سازگاری بسیار خوب با محیط زیست
-مقاومت بسیار بالا در مقابل نفوذ بخار و رطوبت
-مقاومت بسیار خوب در مقابل حلال های شیمیایی و بسیار از مواد صنعتی
-فوم شیشه را می توان از بازیافت شیشه های استفاده شده و شکسته شده، تولید نمود
-استحکام فشاری بسیار بالا
-مقاوم در مقابل آتش سوزی و عدم انتشار گازهای سمی
-دامنه دمایی کاری وسیع که امکان استفاده از فوم شیشه را در شرایط بسیار متنوع فراهم می کند
-پایداری ابعادی بسیار خوب
-مقاومت در مقابل آلودگی های قارچی و بیولوژیکی
معایب فوم شیشه
-صلبیت بسیار بالا به طوری که نمی توان آن را در فضاهای پیچیده و یا تنگ قرار داد و حتما باید آن به شکل دلخواه برید
-فوم شیشه می تواند ساینده باشد، بنابراین باید در نصب آن دقت کافی اعمال شود تا از تماس فشاری آن با پوشش های مختلف جلوگیری شود.
-به
دلیل اینکه فوم شیشه در ایران تولید نمی شود و عمدتا وارداتی است و به
خصوص به دلیل اینکه فوم شیشه معمولا به شکل های از پیش ساخته شده جایی که
قرار است عایق شود، تولید می شود، تهیه آن دشوار و زمان بر است.
-هزینه آن نسبت به دیگر عایق ها، بالاتر است.
-به
دلیل اینکه صلب بودن ساختار فوم شیشه و عدم واکنش با مواد شیمیایی، این
نوع عایق درزگیر نداشته و حتما باید به همراه پوشش های محافظ خارجی استفاده
شود.
تولید فوم شیشه
فوم
شیشه برای اولین بار در دهه 30 قرن بیستم در روسیه ابداع و ساخته شد و در
ابتدا به عنوان یک ماده سبک برای شناورها طراحی شده بود ولی بعدا مشخص شد
که خواص عایق حرارتی و صوتی بسیار خوبی دارد. در سال 1946، برای اولین بار
از فوم شیشه به همراه بلوک های بتونی به عنوان عایق حرارتی در ساختمان سازی
استفاده شد. این تجربه بسیار موفق بود به طوری که در مدت کوتاهی فوم شیشه
به عنوان یکی از بهترین عایق های حرارتی در دنیا شناخته شد.
نحوه
تولید فوم شیشه به این صورت است که پودر ساییده شده شیشه به همراه یک ماده
گازآور مانند ذغال سنگ آسیاب شده، به درون قالب فلزی که با کائولین پوشش
دهی شده است، ریخته می شود. قالب به شکل بلوک عایق مورد نظر طراحی شده است.
سپس قالب به درون کوره با دامی تقریبی 10000C وارد می شود. حرارت زیاد
پودر شیشه را ذوب کرده و همچنین در اثر سوختن ذغال سنگ گازهایی تولید می
شوند. خروج گازها از مذاب شیشه، باعث بوجود آمدن ساختار سلولی شیشه می شود.
پس ا ز کوره، قالب به مرحله سردسازی آرام می رسد. هرچه سرعت سرد شدن کمتر
باشد، یکنواختی و همگونی ساختار سلولی شیشه بهبود می یابد. پس از سرد شدن
کامل شیشه، بلوک ها از قالب خارج شده و در صورت نیاز با اره به ابعاد نهایی
بریده می شوند و سپس بسته بندی می گردند.
ساختار
شیمیایی فوم شیشه نزدیک به 100% مشابه ساختار شیمیایی شیشه معمولی است و
به همین دلیل کاملا صلب است و تفاوت اصلی آن، وجود ساختار سلولی بسته است.
رنگ تیره فوم شیشه به خاطر کربن موجود در ماده گازآور (ذغال سنگ) است. فوم
شیشه را می توان کاملا از شیشه های بازیافتی تولید کرد.
اصول
فرایند فوم شیشه به این شکل است که ترکیب پودر شیشه و عامل های فوم ساز ر
دماهای 700-900 درجه سانتیگراد گرما داده میشود و عامل های فوم ساز در این
محدوده دمایی تجزیه شده و به شکل گاز و حباب در شیشه باقی می ماند.شیشه
مایع شده بایستی در ویسکوزیته ای نگه داری شود که حباب های بوجود آمده قادر
نباشند از ان خارج شوند و در ترکیب شیشه باقی بمانند.اگر دما خیلی
بالابرود حبابها شروع به خارج شدن می کنندو شیشه دیگر حالت فومی خود را از
دست خواهد داد.واگر دما پایین بماندگازهایی که به عنوان عامل فوم ساز هستند
قبل از اینکه ویسکوزیته شیشه اجازه دهد که شیشه منبسط شود ،آزادمی
گردند.کنترل نرخ حرارت یکی از فاکتورهای بسیار مهم جهت بهینه سازی فوم شیشه
ای است.
مواد
بازیافتی کلیدی برای دوام توسعه در جهان است به عنوان مثال شیشه بطری های
مصرف شده برای ساخت مواد جدید استفاده می گردد.بطری شیشه های برگشتی برای
ساخت بشر و.... استفاده می شود ولی بعداز چندین دفعه مصرف قابل استفاده
نیستند. هرساله میزان زیادی شیشه مصرف شده تولید می گردد که قابلیت بازیافت
دارند .2500000 تن شیشه زائد از سال 1995 تولید شده است اگر چه فقط 60
درصد بطری ها بازیافت شده اند.کاربرد مجدد از شیشه های رنگی سخت می باشد
زیرا آنها ترکیبات شیمیایی پیچیده ای دارند وبه افزودنی های جداکننده که
متنا سب با رنگ آن است نیاز می باشد.بنابراین علاقه مندی برای بازیافت شیشه
های رنگی زیاد شده است. به مواد متخلخل توجه زیادی شده است زیرا به خاطر
گستره وسیع سایز حفرات آن برای کاربرد های متنوعی ازجمله عایق های حرارتی و
آکوستیک پایه کاتالیست ها و... استفاده می شود.رنج وسیعی از مواد متخلخل
از شیشه های مصرف شده در مقیاس آزمایشگاهی وهم در مقیاس صنعتی به وسیله
کلسیناسیون پودر شیشه با افزودنی هایی مثل کلسیم کربنات ساخته شدند. در طول
کلسیناسیون گازهایی از جمله 2CO به دلیل تجزیه حرارتی یا واکنش های
شیمیایی ایجاد می شوند.این روش برای محیط زیست خطرناک است که این به خاط
گاز 2CO است.
فوم
های شیشه ای به طور کل از مواد زائد ساخته می شوند که شامل شیشه بطری های
مصرف شده ̡ شیشه های CRT تلویزیون ومانیتور وخرده شیشه ها وغیره می باشند.
از دیگر موادزائد که برای تولید شیشه سرامیک های متخلخل استفاده می شوند
سرباره کوره های ذوب وصنایع فولاد سازی یا آهن است میزان زیادی از سرباره
ها از آهن جدا می شوند .این مواد به طور در کف جاده ها مورد استفاده قرار
می گیرند.علاوه بر این شیشه های زائدهم برای بهبود بازیافت در فرآیند های
بازیافت قابل قبول می باشد. از آنجائیکه سرباره ها وشیشه هابه طور عمده
شامل ترکیبات سرامیکی هستند متدهای معمول سینترینگ برای تولید مواد منجمد
از شیشه و سرباره به کار رود ولی باید مراقب انتشار دی اکسید کربن و مصرف
سوخت باشیم بنابراین باید به دنبال روش های بهتری برای تولید فوم های شیشه
ای از این مواد باشیم. . ریز ساختار شیشه یا سرباره گداخته شامل شبکه 2SiO
است که اکسید های قلیایی وخاکی را می توان به آن اضافه نمود که در طی آن
باید خواص فیزیکی وشیمیایی آن کنترل گردد مثل ویسکوزیته.
علیرغم
اینکه میزان زیادی سرباره از صنایع فولادسازی وآهن و ضایعات کوره های ذوب
دور ریخته می شود که این مواد به عنوان ساخت موادجدید می تواند مورد
بازیافت قرار گیرد.فرآیندهای جدید برای تولید مواد با ارزش افزوده نیازمند
توسعه بازیافت سرباره وشیشه های زائد است اگر چه بازیافت سرباره یا شیشه
برای توسعه مواد با ارزش افزوده خیلی سخت است زیرا به عنوان مواد دارای
اکسرژی پایین در نظر گرفته می شوند.انرژی به وسیله معادله زیر تعریف می
گردد.
SΔ oT- HΔ= Exergy
HΔ:آنتالپی oT:دمای اتاق SΔ :آنتروپی ماده
ماده
ای با HΔ ببشتر و SΔ پایین دارای اکسرژی بالایی است این هم به این منظور
است که ماده ارزشمند ومفید است.شیشه وسرباره از ترکیبات اکسیدی چندتایی
تشکیل شده است.اکسیدها از فلزات خیلی پایدارترند.علاوه برآن شیشه وسرباره
که مخلوطی از کاتیون وآنیون هاست دارای آنتروپی اختلاط بالایی است.بنابراین
شیشه وسرباره انرژی پایینی دارد.ازاین رو به خاطر پایین بودن انرژی شیشه
وسرباره برای تولید مواد با ارزش افزوده از طریق بازیافت سخت می باشند.
ما
در بحث بالا فرض کردیم که مواد سایز نامحدود و ساختار یکنواختی دارا می
باشد.اگر سطوح یا فصل مشترک در داخل ساختار ترکیب شود ماده می تواند ارزش
افزوده به خود بگیرد وکاربردی باشد.
صنعت
مواد متخلخل با سرعت زیادی پیشرفت کرده است که این اتفاق به خاطر کاربرد
های فراوانی که این مواد دارند. مواد متخلخل با حفرات بسته یاباز در روش
معمولی با سنتز ترکیب ماده جامد وتجزیه همزمان ترکیبات آلی مانند کلسیم
کربنات ساخته می شدند. این پروسه در حین فرآیند پخت اتفاق می افتد که باعث
شکل گیری تعداد زیادی حفره در ساختار سرامیک می گردد. از دیگر روش هایی که
برای تولید شیشه سرامیک های متخلخل به کار می روند عبارتند از: تبدیلات
فازی وgelcasting. به طور کلی همه روش هایی که برای تولید شیشه سرامیک های
متخلخل مورد استفاده قرار می گیرند شامل افزودنی های آلی وسمی می باشد و
فرآیند گران قیمتی است زیرا یک روش مخصوص برای کنترل تخلخل ها نیاز است.
