Казанские ученые получили легкий и прочный строительный материал
Специалисты Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) получили новый пористый строительный изоляционный материал с более стабильной структурой, чем у прочих геополимерных материалов. Разработка защищена двумя патентами РФ.
Геополимерные пеноматериалы на основе алюмосиликатов ценятся в современном строительстве за свою легкость, огнестойкость и водонепроницаемость, а также превосходные тепло- и звукоизоляционные качества. Подобные свойства делают их идеальными для «зеленого строительства», где они заменяют пенополиуретан и минеральную вату — в современных энергоэффективных конструкциях, сэндвич-системах в авиации и кораблестроении, изоляционных панелях. За счет отсутствия кальциевых соединений геополимерные пеноматериалы устойчивы к различным видам солей и кислот, а для их получения используют отходы производства, такие как летучая зола и металлургические шлаки. При всех многочисленных достоинствах, главным недостатком геополимерных пен остается их нестабильная структура.
Казанские ученые провели исследования и разработали стабильные составы и простую технологию получения пен с плотностью 197-234 кг/м³, обеспечивающие равномерную мелкоячеистую структуру и высокие механические характеристики, что позволяет расширить их сферу применения.
В качестве исходного компонента авторы использовали метакаолин, содержащий 52 % кремнезема и более 42 % оксида алюминия. Активирующим агентом послужил щелочной раствор силиката натрия, газообразователем — азодикарбонамид, а в качестве пеностабилизатора выбрали гуммиарабик — природную смолу, растворимую в воде и термостабильную до 250 градусов.
«Анализ предварительных данных по высокотемпературному вспениванию композиции показал, что газообразование только за счет испарения воды является недостаточно эффективным. Процесс вспенивания вследствие интенсивного испарения воды происходит в диапазоне температуры 100-150 °С, но при этом алюмосиликат еще достаточно пластичен, и пена легко оседает. В связи с этим в качестве газообразователя выбрали азодикарбонамид, который при температуре более 150 °С начинает интенсивно разлагаться с выделением газа, необходимого для получения твердой геополимерной пены», — рассказала один из авторов исследования, профессор кафедры производства летательных аппаратов КНИТУ-КАИ Лилия Амирова.
На основании проведенных испытаний при различных скоростях нагрева исследователи разработали двухступенчатый процесс получения пеноматериала с предвспениванием при температуре 30 °С в течение 10-15 минут и высокотемпературным вспениванием при температуре 220 °С в течение 20-30 минут. По словам авторов, такая технология позволяет получать легкие и достаточно прочные алюмосиликатные пеноматериалы. Также ученые изготовили образцы сэндвич-панелей с сердечником из алюмосиликатного пеноматериала на основе облицовки из углекомпозита и слюдопласта с алюмофосфатными матрицами. Испытания показали, что такие конструкции относятся к группе слабогорючих материалов по действующему ГОСТу.