CN103951260B - 一种节能型开孔泡沫玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型开孔泡沫玻璃及其制备方法，其特征在于：所述开孔泡沫玻璃以废玻璃、重质碳酸钙、粗硼砂和少量锌白为原材料。采取球磨机将原材料进行破碎和混合，获得混合料装入模具；然后放入炉内按设定程序进行烧制，即得开孔泡沫玻璃。本发明的方法大量应用固体废弃物废玻璃和天然石材原料，可大幅度降低生产成本，有效节约能源。采用本发明的方法制备出的开孔泡沫玻璃体积密度144-150kg/m³；抗压强度为0.6-0.7MPa；开口气孔率60-70%；利用波管法测得的吸声系数分别为：低频段（100-125HZ）0.37-0.46，高频段（125-1600HZ）0.52-0.61。制得的开孔泡沫玻璃具有密度低、强度高、外观优美、吸音效果良好等优点，可用于变电房、游泳池、地铁、各工业厂房等场所的吸音降噪。

Description

一种节能型开孔泡沫玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫玻璃制品，具体涉及一种节能型开孔泡沫玻璃及其制备方法，属于吸音材料制备技术领域。

背景技术

噪声污染已成为当代世界性的问题，同水污染和大气污染一起被列为全球3大污染。一方面严重危害人的听觉系统，对人们的听力、睡眠、生理、心理及周围环境等方面造成很大影响和危害，使人易感疲倦、耳聋；另一方面还会加速建筑物、机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命。随着工业、交通运输业的迅速发展，噪声污染日益严重，尤其是在人口密集、经济发达的大中城市，特别在高速公路、铁路两旁周边区域，成为环境治理过程中备受关注的热点问题。

随着人们对噪声污染的关注和重视程度的增加，社会对吸声材料的需求量呈迅猛增长之势，大量吸音材料使用在各种不同的场所,如广泛使用于各种影剧院、音乐厅、报告厅、会议室、包房、酒吧、医院、酒店大堂等。随着社会的发展和人们生活质量的提高以及环保意识的增强，人们在工作、学习和生活中，对降低环境噪音方面的需求已经愈来愈高，吸声材料的应用将愈加广泛，使用量也将逐年增加。同时人们也对吸声材料的性能提出了更高更多的要求。吸声材料必须实现从过去单一吸声功能向高吸声性、装饰性、经济性、环保性和火灾安全性等多功能转变。但传统多孔吸声材料如有机和无机纤维材料等存在防火性差、性脆易断等缺陷，金属吸声材料价格昂贵，使用范围受到很大的限制。

生态环保是新世纪对吸声材料最重要的要求，应加强“环保”型和“安全”型的复合吸声材料的研究。以开孔泡沫玻璃为代表的无机多孔吸声材料具有吸声系数良好、适用频带范围宽、质轻、不腐、防火性能好等优点，成为吸声材料的发展趋势。同时，利用固体废弃物作为吸声材料的制备原料已成为目前广泛研究的热点，将有助于降低吸声材料生产成本，实现固体废弃物资源化利用、吸声材料的低成本制备和工业化应用。避免废弃物堆积填埋或简单处理造成的一系列环境危害，一举多得。

受限于技术水平，目前国内开孔泡沫玻璃的生产厂家很少，泡沫玻璃的单线生产能力较小，工艺、技术、装备相对比较落后。采用国外技术的高制作成本限制了其广泛应用。目前所公开的资料显示，现在研制的开孔泡沫玻璃的密度最佳平均水平为160kg/m³；平均开口气孔率为50%；利用波管法测得的最大吸声系数低频段为0.21，高频段为0.51。

发明内容

本发明为了克服现有技术的上述缺点，提供一种节能型开孔泡沫玻璃以及其制备方法。

本发明采用的技术方案为：

一种节能型开孔泡沫玻璃，其特征在于：所述开孔泡沫玻璃以废玻璃、重质碳酸钙、粗硼砂和少量锌白为原材料。

该节能型开孔泡沫玻璃，各原料的重量百分比为：

废玻璃89%-96.6%；

重质碳酸钙3-9%；

粗硼砂0.2%-1%；

锌白0.2%-1%。

其中，所述废玻璃为废弃平板玻璃、废弃压花玻璃、废弃瓶罐玻璃或废弃阴极射线管玻璃中的一种或几种的任意混合。

其中，所述重质碳酸钙由天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳的一种或几种石材直接破碎获得。

另外，本发明提供一种上述节能型开孔泡沫玻璃的制备方法，采取球磨机将原材料进行破碎和混合，获得混合料装入模具；然后放入炉内按设定程序进行烧制，即得开孔泡沫玻璃。

其中，将混合料放入球磨机进行破碎和混合，混合后物料的粒径范围为140-200目。

其中，所述烧制的条件为：自室温以3-8℃/min升温速率升至400℃，保温20-30min；再以5-10℃/min升温速率升至780-900℃，保温20-30min；再以15～20℃/min的降温速率降温至600℃，保温20～30min；然后以0.7～1℃/min的降温速率降至室温。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明提供了主要利用固体废弃物废玻璃和天然石材原料制备开孔泡沫玻璃的方法，大幅度降低生产成本；制备工艺简单、过程无二次污染物产生、环境友好、烧制温度低，在解决环保问题的同时获得较高的经济效益；

2、传统多孔吸声材料如有机和无机纤维材料等存在防火性差、性脆易断等缺陷，金属吸声材料价格昂贵，与之相比，本发明具有高吸声性、装饰性、经济性、环保性和火灾安全性等多种功能；

3、本发明的方法制备出的开孔泡沫玻璃体积密度144-150kg/m³；抗压强度为0.6-0.7MPa；开口气孔率60-70%；利用波管法测得的吸声系数分别为：低频段（100-125HZ）0.37-0.46，高频段（125-1600HZ）0.52-0.61，该制品达到产业优质标准；

4、本发明制得的开孔泡沫玻璃具有密度低、强度高、外观优美、开孔率高、吸音效果良好等优点，可用于变电房、游泳池、地铁、各工业厂房等场所的吸音降噪。

具体实施方式

本发明以废玻璃、重质碳酸钙、粗硼砂和少量锌白为原材料。采取球磨机将原材料进行破碎和混合，获得混合料装入模具；然后放入炉内按设定程序进行烧制，即得开孔泡沫玻璃。

为了深入分析本发明的方法，做了如下研究：

1、废玻璃

表1-1废弃平板玻璃的化学成分

废弃平板玻璃是制造泡沫玻璃的主要原料，它的性能质量对产品的质量和生产工艺制度有重要的影响。SiO₂是废玻璃的主要成分，它在升温时熔化成具有一定粘度的液体，利于存储发泡材料产生的气泡，降温时固化并将气泡包裹起来，从而形成泡沫玻璃。Al₂O₃含量高可以提高玻璃体的强度，并且可以宽化烧结温度，使得制品成型易于控制；Fe₂O₃可以诱发玻璃分相而结晶，同时也会提高玻璃体的强度。其他废玻璃如废弃压花玻璃、废弃瓶罐玻璃或废弃阴极射线管玻璃化学组分也与表1类似。

2、重质碳酸钙

我们采取金属元素分析法测得各种天然石材中碳酸钙含量表1-2。

表1-2各种天然石材中碳酸钙含量

测试可得，选用的天然石材中碳酸钙（CaCO₃）含量均在90%以上。CaCO₃属于高温分解型发泡剂。CaCO₃在高温下通常发生如下反应：

CaCO₃=CaO+CO₂

CaCO₃+SiO₂=CaSiO₃+CO₂

3、添加剂

助熔剂：锌白

由于配合料中SiO₂含量较高，导致配合料的软化温度较高，因此需加入适量的助熔剂来降低其软化温度。助熔剂的引入可以改善制品的理化性能和生产工艺制度，可以降低发泡温度，增大发泡温度范围，使连通气孔减小成品率提高。

稳泡剂：粗硼砂

用来防止小气泡相互结合形成连通孔或破裂，从而稳定气泡结构。通常具有极性共价键、半金属共价键或场强大的过渡金属元素，能在玻璃中与氧形成[MO₄]四面体结构，都能用来作为稳泡剂。

4、原料的破碎和混合

原材料必须充分均匀混合，而且粒度要适中，若颗粒过粗，膨胀性差，形成粗大的泡沫玻璃；反之，膨胀性好，但不利于发泡剂的均匀混合；大量实验证明原材料的粒度能全部通过140-200目筛（粒径为70-100微米）时效果最佳。因此采用球磨机进行原材料的破碎和混合，通过设定转速和混合时间将混合料粒径控制在140-200目，并使各原材料混合均匀。

5、烧制过程

由于粉状的混合料的导热性比较小，直接进入烧成炉会造成表层发泡剂的分解氧化和表面玻璃粉的过早熔融，使混合料内外层温度差较大而造成发泡不均匀。因此必须在烧成前进行预热，自室温以3-8℃/min升温速率升至400℃，保温20-30min。预热还可使配料中的水分蒸发、硼砂脱去结晶水、配料的体积收缩等。温度继续升高，配料经历气相、液相和固相之间的动态平衡过程。由发泡剂CaCO₃分解产生的CO₂气体是气泡产生的气体来源。将以5-10℃/min升温速率升至780-900℃，保温20-30min进行发泡，配料粉末逐渐熔融，发泡剂本身发生分解反应或者与配合料中的某种成分进行化学反应，会产生足够含量的气体。气体的产生量随着反应的进行而增多，这些气体被软化了的玻璃相所包裹形成均匀分布在软化玻璃相的气泡群，随着温度的升高，时间的延长，玻璃相粘度降低，气泡内压力增大，当气体压力大于玻璃相表面张力时，玻璃相壁变薄，气体胀大，体积膨胀形成泡沫玻璃。当发泡结束时，迅速以15～20℃/min的降温速率降温至600℃，保温20～30min。其目的是将产生的气孔结构迅速固定下来。由于试样迅速冷却，将产生应力，为消除应力，发泡后的泡沫玻璃冷却到退火开始温度进行保温。当发泡后泡沫玻璃冷却后，降温过程必然会从四周向中心扩展，制品的四周表层会很快形成一层固化层并逐渐向中心扩展，在该温度开始保温，可以减慢固化层向中心的扩展速度，使制品内部仍然存在一定的继续发泡时间，克服在发泡过程中的温度差和时间差，同时使外层固化导致的收缩得到的补偿，可以明显地减少制品的凹陷、裂缝等缺陷。然后以0.7～1℃/min的降温速率降至室温进行退火冷却。泡沫玻璃的退火冷却速度不仅与制品的化学组成、厚度有关，还与制品的结构、密度、热膨胀系数等有关。由于泡沫玻璃的导热系数小，它的退火冷却速度要比普通玻璃的退火冷却速度慢得多，总的退火冷却时间在24小时以上。泡沫玻璃的退火冷却速度一般以恒定冷却速度的徐冷为主，特别是低温段的冷却速度应更慢一些。冷却速度快会使制品的应力增大，强度降低，产品的成品率下降，同时也会使泡沫玻璃的后加工性能变差。

采用中华人民共和国建材行业标准JC/T647-2005的泡沫玻璃制品性质测试方法进行测试，通过本方法制备的开孔泡沫玻璃的整体性能为：体积密度144-150kg/m³；抗压强度为0.6-0.7MPa；开口气孔率60-70%；利用波管法测得的吸声系数分别为：低频段（100-125HZ）0.37-0.46，高频段（125-1600HZ）0.52-0.61。该制品达到产业优质标准。

实施例1

首先，分别称取占总重量93%的废弃碎平板玻璃、5%的碎石灰石、1%的粗硼砂、1%的锌白；采取球磨机将各组分破碎至140-200目，并使各组分混合均匀；然后，将混合料装入模具后，将模具放入炉内按以下程序烧制：自室温以5℃/min升温速率升至400℃，保温25min；再以10℃/min升温速率升至820℃，保温25min；再以20℃/min的降温速率降温至600℃，保温30min；然后以0.7℃/min的降温速率降温至室温，完成开孔泡沫玻璃制品。通过本方法制备的开孔泡沫玻璃的各项参数分别为：体积密度144kg/m³；抗压强度为0.6MPa；开口气孔率65%；利用波管法测得的吸声系数分别为：低频段（100-125HZ）0.43，高频段（125-1600HZ）0.58。该制品达到产业优质标准。

实施例2

首先，分别称取占总重量93%的废弃碎压花玻璃、5%的碎白垩、1%的粗硼砂、1%的锌白；采取球磨机将各组分破碎至140-200目，并使各组分混合均匀；然后，将混合料装入模具后，将模具放入炉内按以下程序烧制：自室温以3℃/min升温速率升至400℃，保温20min；再以10℃/min升温速率升至800℃，保温25min；再以20℃/min的降温速率降温至600℃，保温30min；然后以0.8℃/min的降温速率降温至室温，完成开孔泡沫玻璃制品。通过本方法制备的开孔泡沫玻璃的各项参数分别为：体积密度147kg/m³；抗压强度为0.65MPa；开口气孔率67%；利用波管法测得的吸声系数分别为：低频段（100-125HZ）0.44，高频段（125-1600HZ）0.57。该制品达到产业优质标准。

实施例3

首先，分别称取占总重量93%的废弃碎瓶罐玻璃、5%的贝壳、1%的粗硼砂、1%的锌白；采取球磨机将各组分破碎至140-200目，并使各组分混合均匀；然后，将混合料装入模具后，将模具放入炉内按以下程序烧制：自室温以8℃/min升温速率升至400℃，保温30min；再以10℃/min升温速率升至830℃，保温25min；再以20℃/min的降温速率降温至600℃，保温30min；然后以0.7℃/min的降温速率降温至室温，完成开孔泡沫玻璃制品。通过本方法制备的开孔泡沫玻璃的各项参数分别为：体积密度149kg/m³；抗压强度为0.64MPa；开口气孔率64%；利用波管法测得的吸声系数分别为：低频段（100-125HZ）0.41，高频段（125-1600HZ）0.55。该制品达到产业优质标准。

Claims (6)

1.一种节能型开孔泡沫玻璃，其特征在于：所述开孔泡沫玻璃以废玻璃、重质碳酸钙、粗硼砂和少量锌白为原材料；

各原材料的重量百分比为：

废玻璃89％-96.6％；

重质碳酸钙3-9％；

粗硼砂0.2％-1％；

锌白0.2％-1％。

2.根据权利要求1所述的节能型开孔泡沫玻璃，其特征在于：所述的原材料中所述废玻璃为废弃平板玻璃、废弃压花玻璃、废弃瓶罐玻璃或废弃阴极射线管玻璃中的一种或几种的任意混合。

3.根据权利要求1所述的节能型开孔泡沫玻璃，其特征在于：所述的原材料中所述重质碳酸钙由天然的方解石、石灰石、白垩、贝壳的一种或几种石材直接破碎获得。

4.一种权利要求1所述节能型开孔泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：采取球磨机将原材料进行破碎和混合，获得混合料装入模具；然后放入炉内按设定程序进行烧制，即得开孔泡沫玻璃。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：将混合料放入球磨机进行破碎和混合，混合后物料的粒径范围为140-200目。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述烧制的条件为：自室温以3-8℃/min升温速率升至400℃，保温20-30min；再以5-10℃/min升温速率升至780-900℃，保温20-30min；再以15～20℃/min的降温速率降温至600℃，保温20～30min；然后以0.7～1℃/min的降温速率降至室温。