Технологию производства полых стеклянных микросфер (ПСМ) в пропано-воздушном факеле разрабатывает команда ученых двух вузов — Томского политехнического университета (ТПУ) и Томского государственного архитектурно-строительного университета (ТГАСУ), сообщает 15 декабря пресс-служба ТПУ.

Стеклянные микросферы широко применяются в строительстве как добавки в композитные материалы, сухие строительные смеси, лакокрасочные покрытия, а также в нефтяной промышленности в тампонажных растворах для цементирования скважин.

Полые стеклянные микросферы представляют собой легкосыпучий порошок белого цвета, состоящий из мелких, не более 200 мкм в диаметре сферических частиц. Их состав и форма придают композиту высокую прочность при низкой плотности.

Стеклянные микросферы поставлялись на российский рынок зарубежными компаниями, но после ухода ряда из них возникла необходимость импортозамещения и самого материала, и необходимого оборудования для его производства.

Руководитель молодежной лаборатории «Новые строительные материалы» ТГАСУ, ведущий научный сотрудник Валентин Шеховцев пояснил сложившуюся ситуацию:

«На российском рынке работала американская компания „3М“, которая в этом году свернула свою деятельность в нашей стране. Она поставляла порядка 80% ПСМ в „Газпром“, „Роснефть“, другие компании. Сейчас рынок таких материалов остался, а поставщиков практически нет. Наша задача — разработать технологию производства отечественных ПСМ, по эксплуатационным качествам не уступающих зарубежным аналогам».

С этой целью в ТГАСУ собрана газопламенная установка для организации процесса сфероидизации частиц порошка стекла.

Исследователи НОЦ Н. М. Кижнера Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ в команде проекта занимаются синтезом стеклогранулята, из которого потом получают стеклянные сферы.

«Составы стекол, которые используются для получения полых стеклянных микросфер, разнообразны и зависят от выбранного способа получения микросфер и области их применения», — рассказала профессор НОЦ Ольга Казьмина.

Ученые начали исследования с использования боросиликатного стекла, которое обладает относительной легкоплавкостью и высокими физико-механическими свойствами.

Прочные и относительно легкие микросферы, с учетом диаметра и толщины стенки, получаются из составов с высоким содержанием диоксида кремния (SiO₂), увеличение которого в стекле повышает его прочность и уменьшает плотность.

«Процесс стекловарения осуществляли в лабораторной печи при температуре 1350 °С. Для получения стеклогранулята сваренная стекломасса сливается в холодную воду, затем сушится и измельчается в планетарной мельнице до среднего размера частиц 10 мкм. В результате получается стеклопорошок», — пояснила используемую технологию Ольга Казьмина.

Специалисты ТГАСУ для получения полых микросфер сначала применили метод плазменной обработки стеклопорошка. Однако в плазме материал сгорал, и было решено опробовать обработку порошка газопламенным методом.

«Мы собрали газопламенную установку. Получили образцы полых стеклянных микросфер на этой установке. Сейчас масштабируем технологию обработки микросфер, доводим до нужных параметров отдельные узлы установки», — рассказал Валентин Шеховцов.

Кроме того, на базе молодежной научной лаборатории «Новые строительные материалы специалисты ТГАСУ проводят исследования по определению оптимальных параметров процесса, при котором с помощью пропано-воздушной горелки можно в ее пламени получить ПСМ с заданным диаметром и толщиной оболочки. Свои первые результаты исследователи направили в журнал «Стекло и керамика».