CN104909575B - 一种低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法。石英砂、钠长石、氧化铁粉、碳酸钡、碳酸钙、白云石、纯碱、碳酸钾、碳酸锂、二氧化锰、在球磨机中球磨混合均匀；放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，然后水淬得到制备泡沫玻璃所用的玻璃颗粒；玻璃颗粒在烘箱中烘干之后在球磨机内磨成玻璃粉；将基础玻璃粉、芒硝、硼砂、碳粉在球磨机中混合均匀得到泡沫玻璃混合料；装入模具放入加热炉内升温到发泡温度720℃～780℃，发泡时间10min～30min。本发明添加助熔剂降低软化温度的同时制定了合理的温度制度，使气体尽可能多地被包裹，从而得到性能优异的泡沫玻璃制品。
Description
技术领域
本发明属于玻璃材料技术领域，具体涉及一种低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法。
背景技术
由于能源的紧张，节约能源是中国缓解资源约束的现实选择。中国大力支持节能重点以及示范项目，鼓励高效节能产品的推广应用。在建筑节能方面，积极推进既有建筑节能改造，广泛使用新型墙体材料。泡沫玻璃作为一种无机非金属材料，其内部含有大量的均匀气泡，具有密度低、导热系数小、不燃烧、不变形的特性，是一类性能优异的保温隔热、防火、吸声的新型节能建筑材料和装饰材料。
然而就目前而言，然而就目前而言，泡沫玻璃离我们的市场需求还有一段距离。其中最突出的问题就是在泡沫玻璃的制备过程中要经过多次高温加热，而且温度一般在850℃左右，甚至有些达到1000℃以上，能源消耗较大，燃烧成本较高，制约着泡沫玻璃的大规模推广使用。
CN103145340A提供了一种利用高炉矿渣制备高强度多孔泡沫玻璃的方法，该方法需要在890℃～950℃的温度范围内发泡20～30min；CN101955319A提供了一种利用废弃的玻璃纤维制品制备泡沫玻璃的方法，需要在950℃～1050℃的温度范围内发泡20～30min。以上专利中制备泡沫玻璃的所用基础原料主要是从市场收集而来的废弃物，受其基础成分的限制其对应的发泡温度较高，从而能耗较大。CN1559947A提供了一种利用废显像管生产泡沫玻璃的方法。该方法以废显像管为原料，将其粉碎后与炭黑、焦炭粉、硼砂、氧化锌等按一定比例混合，在770℃～850℃的温度范围内发泡30～50min。这种方法虽然发泡温度较低，但是发泡时间相对较长，不利于节能减排。怎样在较低的温度下以及较短的保温时间内制得高性能的泡沫玻璃具有重要意义。
CN103332853A提供了一种低温生产泡沫玻璃的方法。将原料平板玻璃粉、发泡剂二氧化锰、助熔剂氟硅酸钠和碳酸钠、稳泡剂磷酸钠和碳纤维在球磨机内球磨，之后在750℃～780℃的温度范围内发泡7～15min，这种方法不仅降低了能源的消耗，还提高了生产效率。但是所用发泡剂二氧化锰价格较高，且所得制品的密度在480kg/m3左右，而产品体积密度是体现泡沫玻璃发泡效果的最直接参数，也是其在应用过程中最主要的一项指标，所以在降低能源消耗的同时保障制品的密度也是至关重要的。
发明内容
本发明目的在于提供一种在较低温度下制备具有较低密度的泡沫玻璃的方法。在较低的温度下制备泡沫玻璃，可以降低能源消耗，从而降低生产成本；并且所制得的泡沫玻璃密度低，气孔分布均匀且为闭孔气孔，导热系数低，性能优异。
一种低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法，包括如下步骤：
1)按如下质量比配料，石英砂68.00％～75.00％，钠长石0.00％～3.00％，氧化铁粉1.20％～3.60％，碳酸钡0.50％～1.50％，碳酸钙5.00％～10.00％，白云石2.00％～6.00％，纯碱10.00％～18.00％，碳酸钾1.50％～2.50％，碳酸锂2.00％～3.50％，二氧化锰0.60％～1.80％，在球磨机中球磨混合均匀；
2)放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，然后水淬得到制备泡沫玻璃所用的玻璃颗粒；
3)玻璃颗粒在烘箱中烘干之后在球磨机内磨成玻璃粉；
4)将基础玻璃粉、芒硝、硼砂、碳粉在球磨机中混合均匀得到泡沫玻璃混合料；按如下质量比配料，基础玻璃粉94.00-98.00，硼砂2.50-5.00，芒硝0.20-0.80，碳粉0.20-0.80；
5)将泡沫玻璃混合料装入模具放入加热炉内，在340-360℃下预热25-35min后以5～10℃/min的升温速率升温到680～700℃，然后以2-5℃/min的升温速率升温到发泡温度720℃～780℃，发泡时间10min～30min，随炉冷却至室温得到具有均匀气泡结构的低密度闭孔泡沫玻璃。
如上述方案，步骤2)所述玻璃熔化炉温度范围为1460～1520℃，熔化时间为2～4h。
如上述方案，步骤3)所得玻璃粉通过240目筛，筛余为0.5wt％。
本发明以矿物与化工原料为基础，按照发泡温度的要求自行设定并调节基础玻璃的配方，熔融得到特制玻璃颗粒。本发明以碳粉作为发泡剂，这样有利于得到气孔壁厚度均匀的闭孔气孔，但是碳粉的反应温度远低于基础玻璃的软化温度，即使添加助熔剂，也不会使两者完全匹配，因此在添加助熔剂降低软化温度的同时制定了合理的温度制度，使气体尽可能多地被包裹，从而得到性能优异的泡沫玻璃制品。
本发明的有益效果在于：
通过自行设定基础玻璃组分可以制得密度范围在150kg/m3～350kg/m3，抗折强度0.5～1.5MPa的泡沫玻璃材料，气孔分布均匀且为闭孔气孔，是一种优良的绝热保温材料。
在较低的温度下制备泡沫玻璃，可以降低能源消耗。
本方法操作过程简单，适于工业化生产。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
(1)选择与设计基础玻璃的组成为：
| 组成 | Wt％ | 所用原料 |
| 72.00 | 石英砂 | |
| 0.00 | 钠长石 | |
| 2.00 | 氧化铁粉 | |
| BaO | 0.80 | 碳酸钡 |
| CaO | 6.00 | 碳酸钙 |
| MgO | 3.00 | 白云石 |
| 12.00 | 纯碱 | |
| 1.60 | 碳酸钾 | |
| 2.00 | 碳酸锂 | |
| 0.60 | 二氧化锰 |
(2)按照上述的化学组成，配制含有所述组分的配合料，将配合料在球磨机中球磨混合均匀。
(3)将混合均匀的玻璃配合料放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，熔化温度范围为1520℃，熔化时间为2小时。将熔化好的玻璃熔体放入冷水中，水淬得到制备泡沫玻璃所用的玻璃颗粒。
(4)将烘干后的玻璃颗粒在球磨机中磨成玻璃粉，要求通过240目筛，筛余为0.5Wt％；
(5)将基础玻璃粉、添加剂(芒硝、硼砂)、碳粉按照一定比例进行称量配比，由基础玻璃粉、添加剂(芒硝、硼砂)、碳粉制备而成的配合料在球磨机中混合均匀。
泡沫玻璃混合料的种类与配比为：
(6)将泡沫玻璃混合料装入模具中，之后放入加热炉内，首先在350℃下预热30min，之后以10℃/min的升温速率升温到700℃，然后以3℃/min的升温速率升温到发泡温度780℃，发泡时间为20min，最后随炉冷却至室温，得到具有均匀气泡结构的闭孔泡沫玻璃。
本实施例制得密度范围在350kg/m3，抗折强度1.5MPa的泡沫玻璃材料，且气孔分布均匀，是一种优良的绝热保温材料。
实施例2
选择与设计基础玻璃的组成为：
| 组成 | Wt％ | 所用原料 |
| 70.50 | 石英砂 | |
| 1.20 | 钠长石 | |
| 2.00 | 氧化铁粉 | |
| BaO | 0.80 | 碳酸钡 |
| CaO | 4.20 | 碳酸钙 |
| MgO | 2.00 | 白云石 |
| 14.00 | 纯碱 | |
| 1.60 | 碳酸钾 | |
| 2.50 | 碳酸锂 | |
| 1.20 | 二氧化锰 |
(2)按照上述的化学组成，配制含有所述组分的配合料，将配合料在球磨机中球磨混合均匀。
(3)将混合均匀的玻璃配合料放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，熔化温度范围为1500℃，熔化时间为3小时。将熔化好的玻璃熔体放入冷水中，水淬得到制备泡沫玻璃所用的玻璃颗粒。
(4)将烘干后的玻璃颗粒在球磨机中磨成玻璃粉，要求通过280目筛，筛余为0.5Wt％；
(5)将基础玻璃粉、添加剂(芒硝、硼砂)、碳粉按照一定比例进行称量配比，由基础玻璃粉、添加剂(芒硝、硼砂)、碳粉制备而成的配合料在球磨机中混合均匀。
泡沫玻璃混合料的种类与配比为：
(6)将装有泡沫玻璃混合料的模具放入加热炉中，首先在350℃下预热30min，之后以8℃/min的升温速率升温到700℃，然后以2℃/min的升温速率升温到发泡温度760℃，发泡时间为10min，最后随炉冷却至室温，得到具有均匀气泡结构的闭孔泡沫玻璃。
本实施例制得密度范围在220kg/m3，抗折强度1.1MPa的泡沫玻璃材料，且气孔分布均匀，是一种优良的绝热保温材料。
实施例3
(1)选择与设计基础玻璃的组成为：
| 组成 | Wt％ | 所用原料 |
| 68.00 | 石英砂 | |
| 2.00 | 钠长石 | |
| 2.00 | 氧化铁粉 | |
| BaO | 0.80 | 碳酸钡 |
| CaO | 4.80 | 碳酸钙 |
| MgO | 2.00 | 白云石 |
| 14.00 | 纯碱 | |
| 1.60 | 碳酸钾 | |
| 3.00 | 碳酸锂 | |
| 1.80 | 二氧化锰 |
(2)按照上述的化学组成，配制含有所述组分的配合料，将配合料在球磨机中球磨混合均匀。
(3)将混合均匀的玻璃配合料放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，熔化温度范围为1460℃，熔化时间为2小时。将熔化好的玻璃熔体放入冷水中，水淬得到制备泡沫玻璃所用的玻璃颗粒。
(4)将烘干后的玻璃颗粒在球磨机中磨成玻璃粉，要求通过300目筛，筛余为0.5Wt％；
(5)将基础玻璃粉、添加剂(芒硝、硼砂)、碳粉按照一定比例进行称量配比，由基础玻璃粉、添加剂(芒硝、硼砂)、碳粉制备而成的配合料在球磨机中混合均匀。
泡沫玻璃混合料的种类与配比为：
(6)将装有泡沫玻璃混合料的模具放入加热炉中，首先在350℃下预热30min，之后以8℃/min的升温速率升温到680℃，然后以2℃/min的升温速率升温到发泡温度740℃，发泡时间为30min，最后随炉冷却至室温，得到具有均匀气泡结构的闭孔泡沫玻璃。
本实施例制得密度范围在175kg/m3，抗折强度0.7MPa的泡沫玻璃材料，且气孔分布均匀，是一种优良的绝热保温材料。
Claims (3)
1.一种低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)按如下质量比配料，石英砂68.00％～75.00％，钠长石0.00％～3.00％，氧化铁粉1.20％～3.60％，碳酸钡0.50％～1.50％，碳酸钙5.00％～10.00％，白云石2.00％～6.00％，纯碱10.00％～18.00％，碳酸钾1.50％～2.50％，碳酸锂2.00％～3.50％，二氧化锰0.60％～1.80％，在球磨机中球磨混合均匀；
2)放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，然后水淬得到制备泡沫玻璃所用的玻璃颗粒；
3)玻璃颗粒在烘箱中烘干之后在球磨机内磨成玻璃粉；
4)将基础玻璃粉、芒硝、硼砂、碳粉在球磨机中混合均匀得到泡沫玻璃混合料；按如下质量比配料，基础玻璃粉94.00-98.00，硼砂2.50-5.00，芒硝0.20-0.80，碳粉0.20-0.80；
5)将泡沫玻璃混合料装入模具放入加热炉内，在340-360℃下预热25-35min后以5～10℃/min的升温速率升温到680～700℃，然后以2-5℃/min的升温速率升温到发泡温度720℃～780℃，发泡时间10min～30min，随炉冷却至室温得到具有均匀气泡结构的低密度闭孔泡沫玻璃。
2.如权利要求1所述低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法，其特征在于步骤2)所述玻璃熔化炉温度范围为1460～1520℃，熔化时间为2～4h。
3.如权利要求1所述低温制备低密度泡沫玻璃保温材料的方法，其特征在于步骤3)所得玻璃粉通过240目筛，筛余为0.5wt％。
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