Способы формирования пористой структуры

Способ создания волокнистого каркаса

Получение высокопористого материала с волокнистым каркасом обычно состоит из операций: получение волокна, формование изделий, стабилизация свойств сформованных изделий.

Благодаря своей гибкости, волокна при беспорядочном расположении их в объеме материала создают упруго-жесткий волокнистый каркас. Поры в таком материале сообщающиеся, не однородные по размерам и форме.

Теплопроводность таких материалов во многом зависит от размера пор, который определяет вклад конвективного переноса теплоты.

Уменьшение размеров пор достигают простым приемом — снижением диаметра волокон, ибо чем тоньше волокно, тем больше число волокон в единице объема материала (при постоянной массе твердой фазы) и, следовательно, ниже конвективный теплоперенос. Кроме того, чем тоньше волокно, тем меньше площадь контакта между волокнами и тем больше этих контактов, что повышает сопротивление материала передаче теплоты. Поэтому для повышения теплоизоляционных свойств волокнистых материалов необходимо стремиться к уменьшению диаметра волокон.

Однако, обеспечение необходимых строительно-эксплуатационных свойств волокнистых материалов такого типа ставит определенные ограничения этому фактору.

С одной стороны, уменьшение диаметра волокон приводит к повышению их прочности при разрыве. Это объясняется повышенной дефектностью поверхности более толстых волокон и в связи с этим — большим проявлением эффекта Ребиндера, что предопределяет интенсивную потерю прочности толстыми волокнами во времени при их увлажнении.

С другой стороны, существует некоторый предел, после которого уменьшение диаметра волокон негативно сказывается на эксплуатационных и теплофизических свойствах волокнистых материалов. Это объясняется снижением жесткости и упругости очень тонких волокон, их слеживаемостью в процессе эксплуатации и ростом при этом средней плотности и снижением пористости. Следовательно, диаметр волокон подлежит оптимизации в зависимости от вида волокна и условий службы изделий в конструкции.

На теплофизические свойства влияют толщина волокон (рис.7), длина волокон и гибкость.

Оптимальной волокнистой структурой является структура с минимальным содержанием твердой фазы в виде длинных волокон малого диаметра, обеспечивающая упругость и неслеживаемость волокнистого каркаса при заданных нагрузках.

Рис. 7 Зависимость плотности © и теплопроводности (л) ваты от диаметра волокна (d)

Рациональная длина волокон определяется технологией изделий, а диаметр — прочностными и упругими свойствами волокна. Волокна должны быть круглого сечения с плотной гладкой поверхностью, без резкого перепада диаметра по всей их длине.