CN101717198B

CN101717198B - 一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法

Info

Publication number: CN101717198B
Application number: CN2009102188955A
Authority: CN
Inventors: 郭宏伟; 郭晓琛; 龚煜轩; 高淑雅; 高档妮
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: CN101717198A

Abstract

一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法，首先，将废玻璃清洗烘干磨成玻璃粉，然后将玻璃粉，碳酸钙，高锰酸钾，三氧化二铁，硼酸，硝酸钠放入混料机中搅拌均匀，再将硅酸铝纤维加入混料机中后，再以以上混料机中混合物和纤维为基准，向混料机中外加聚乙烯醇，乙酸正戊酯，酒精，蒸馏水和聚乙二醇2000，搅拌均匀后将料浆倒入模具中；然后将盛有浆料的模具推入发泡窑中加热经干燥、有机物挥发、发泡、冷却和退火阶段得纤维增强泡沫玻璃。由于本发明采用浆料悬浮法制备纤维增强泡沫玻璃，纤维在泡沫玻璃中分布均匀，试样机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。

Description

一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫玻璃的制造方法，特别涉及一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法。

背景技术

在过去数十年里，世界上已经发生了多次恐怖分子对一些国家政府建筑物的恐怖袭击事件。例如，1993年，恐怖分子引爆了位于纽约市世贸中心车库内的汽车炸弹，造成重大的生命和财产损失。1995年，一些极端分子引爆了位于俄克拉荷马市的联邦大楼外的卡车，也造成了重大的生命和财产损失。1998年，美国驻内罗毕和达累斯萨拉姆的使馆也遭受到恐怖分子的汽车炸弹袭击，分别造成重大的生命和财产损失。2002年，在纽约市的世贸中心和弗吉尼亚的五角大楼发生的灾难事件，这一切进一步强调了迫切需要开发和制造能够承受汽车炸弹爆炸和其他类似恐怖袭击的冲击波的建筑材料。

泡沫玻璃是利用废弃玻璃为主要原料，添加发泡剂、改性剂、促进剂等经细粉碎和均匀混合成配合料，放置在特定模具中经过750～900℃温度加热，使玻璃软化、发泡、退火形成一种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料。泡沫玻璃具有密度小、强度高、导热系数小等物理性质，其不仅具有玻璃材料本身固有的永久性、安全性、可靠性、防化学腐蚀性和不受蚁鼠侵害等优点，而且与其它建筑材料相比，还具有保温隔热、防水防潮、防火、耐酸碱、密度小、机械强度高、吸声等一系列优越性能。

泡沫玻璃除了具有玻璃本身固有的永久性、安全性、防化学腐蚀性和不受虫蚁鼠侵害的特点外，还具有容重轻、导热系数小、不透湿、吸水率小、不燃烧、不霉变、性能稳定、既是保冷材料又是保温材料，能适应深冷到较高温度范围等特点。同时它的重要价值不仅在于长年使用不会变质，而且本身又起到防火、防震作用。近年来，随着国家对节能环保材料性能的要求和需求，使泡沫玻璃得到进一步的发展，不仅在建筑领域可以代替传统钢筋水泥等材料，用于高层建筑墙体材料，也可作为化工耐热环境下的管道材料使用。而且还可用做防火材料。但是，泡沫玻璃强度较低，不同规格的泡沫玻璃抗折强度为0.1～0.9MPa。

美国人佩德罗·M·布阿尔克·德马塞多在中国专利CN1642730A中公开了一种以飞灰(煅烧型F)，石英砂，碳酸盐，碱性金属硅酸盐，硼酸，糖，水等为原料，先按照配方配料，配好的配合料采用湿法球磨后，将生成的浆料干燥，然后在950℃下将干燥的浆料煅烧40min，让原材料充分反应，分解成精细、均匀分散的碳，最后将煅烧并研磨成粉末的配合料放入模具中加热到850℃发泡。所制备的试样密度25～100磅/立方英尺(约等于0.4～1.6g/cm³)。该方法尽管所制备的泡沫玻璃强度高，但是对配合料采用两次煅烧工艺，制备工艺复杂，烧成温度高，且所得到的试样密度大(最大可以达到1.6g/cm³)，会给泡沫玻璃在运输，使用中带来不便。CN101014461A公开了一种小孔径坚固的高密度泡沫玻璃，所用的原料和制备工艺与CN1642730A相同，所制备试样的孔径为0.3～1mm，密度小于100磅/立方英尺(约等于1.6g/cm³)。此法制备的泡沫玻璃孔径较小，抗折强度低。CN200946127Y公开了一种夹有金属丝网的泡沫玻璃，解决了泡沫玻璃机械强度低，不能生产大幅面制品，使用程序繁杂、施工质量、效果不易保证的问题。但是，此种夹有金属丝的泡沫玻璃切割加工比较困难，施工操作比较复杂。中国专利申请号200910023316.1公开了一种高强度泡沫玻璃的制备方法，将碎玻璃粉末，CaCO₃，硼砂，NaNO₃和耐火纤维加入到球磨罐中球磨混合均匀后置于模具中并将其移入发泡炉中经预热、发泡、稳泡、快速冷却和退火阶段得泡沫玻璃。泡沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。所制备的泡沫玻璃机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，而且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。该专利使用干法将增强纤维与玻璃配合料混合。由于增强纤维直径小，密度低混合过程中很难和玻璃配合料混合均匀，因此所制备的增强泡沫玻璃性能一致性较差，同时，在混合过程中增强纤维容易聚团和折断，制备工艺复杂。

除了通过提高泡沫玻璃密度的方法提高泡沫玻璃的机械强度外，还可以通过在泡沫玻璃配合料中加入少量添加剂的方法，使其发泡后在泡沫玻璃中析出一定数量的晶体的方法，在一定程度上也可以提高泡沫玻璃的机械强度。南京大学以废玻璃和粉煤灰为主要原料，以碳酸钙为发泡剂制备了微晶泡沫玻璃，将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿加入水后进行混合；在含有水分的条件下压制成型，然后烘干；放入窑内烧制，然后将烧制后的毛坯切割成型。其缺点是除玻璃粉和粉煤灰外，还加入了非金属矿，制造成本较高。所用的非金属矿有碱性长石、硅砂、纯碱和方解石，并且采用了压制成型，制作工艺复杂。CN1807314A公开了一种以废旧阴极射线管玻璃为主要原料，以SiC为发泡剂，在840～900℃下发泡制备微晶泡沫玻璃的方法，该方法所制备的微晶泡沫玻璃中晶体有Pb，PbO等，且强度较高。但是，该方法所制备的泡沫玻璃密度大，发泡温度高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种密度低，强度高，制备工艺简单的纤维增强泡沫玻璃的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将84～92％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将1～9％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为3～8％聚乙烯醇，3～8％乙酸正戊酯，2～10％酒精，2～10％蒸馏水和0.1～0.5％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌8～16小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；

2)将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温2～3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温3～6小时；发泡阶段，升温速度为20～30℃/min，升温至700～830℃保温10～30分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。

本发明的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米。

本发明为了提高泡沫玻璃的机械强度，选用硅酸铝纤维作为增强材料，以聚乙烯醇，乙酸正戊酯为悬浮剂，采用浆料悬浮法制备泡沫玻璃，目的在于将硅酸铝纤维均匀分散于泡沫玻璃浆料中，使所制备的纤维能均匀分布于泡沫玻璃制品中，且改种泡沫玻璃气孔分布均匀，强度更高。

由于本发明以工业废料为原料，添加少量添加剂，以硅酸铝纤维作为增强材料，采用浆料悬浮法制备泡沫玻璃纤维增强泡沫玻璃。本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且泡沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。因此，本发明所制备的泡沫玻璃机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，用且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。

附图说明

附图1是按照本发明实施例1所制备方法制得的纤维增强泡沫玻璃在扫描电子显微镜下的照片。

附图2是按照本发明实施例2所制备方法制得的纤维增强泡沫玻璃在扫描电子显微镜下的照片。

具体实施方式

实施例1，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将90％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将3％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为3％聚乙烯醇，3％乙酸正戊酯，2％酒精，2％蒸馏水和0.1％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌8小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温2小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温4小时；发泡阶段，升温速度为20℃/min，升温至750℃保温15分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.7mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.36g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到8.1MPa。参见附图1，可以看出在泡沫玻璃的气泡内和气泡壁等部位均匀分布的增强纤维。

实施例2，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将92％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将1％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为4％聚乙烯醇，4％乙酸正戊酯，3％酒精，7％蒸馏水和0.2％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌12小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温5小时；发泡阶段，升温速度为22℃/min，升温至760℃保温20分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.3mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.42g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到13.7MPa。参见附图2，可以看出在泡沫玻璃的气泡内和气泡壁等部位均匀分布的增强纤维。

实施例3，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将88％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将5％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为4％聚乙烯醇，4％乙酸正戊酯，3％酒精，7％蒸馏水和0.3％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌15小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温2.5小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温5小时；发泡阶段，升温速度为22℃/min，升温至700℃保温30分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.4mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.43g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到14.8MPa。

实施例4，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将87％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将6％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为8％聚乙烯醇，8％乙酸正戊酯，10％酒精，10％蒸馏水和0.5％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌16小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温5小时；发泡阶段，升温速度为25℃/min，升温至790℃保温25分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.3mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.55g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到16.8MPa。

实施例5，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将85％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将8％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为4％聚乙烯醇，4％乙酸正戊酯，3％酒精，7％蒸馏水和0.3％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌14小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温3小时；发泡阶段，升温速度为28℃/min，升温至810℃保温15分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.3mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.51g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到15.3MPa。

实施例6，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将86％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将7％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为5％聚乙烯醇，5％乙酸正戊酯，3％酒精，8％蒸馏水和0.4％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌10小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温5小时；发泡阶段，升温速度为30℃/min，升温至830℃保温10分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.6mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.39g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到11.5MPa。

实施例7，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将84％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将9％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所说的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为6％聚乙烯醇，8％乙酸正戊酯，6％酒精，4％蒸馏水和0.4％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌15小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成：干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温6小时；发泡阶段，升温速度为22℃/min，升温至760℃保温26分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样的表面平均泡径1.7mm；采用排水法测定试验的表观密度为0.39g·cm^-3；采用万能材料试验机测定试验的抗折强度达到15.3MPa。

由于本发明以工业废料为原料，添加少量添加剂，以硅酸铝纤维作为增强材料，采用浆料悬浮法制备了纤维增强泡沫玻璃。本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且泡沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。因此，本发明所制备的泡沫玻璃纤维分布均匀，试样机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，而且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。

Claims

1.一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：所述的硅酸铝纤维的直径为0.005～2毫米，长度为0.1～100毫米。