一种采用三螺杆挤出制备蜂窝泡沫玻璃的方法
技术领域
本发明涉及材料加工领域,具体涉及一种采用螺杆挤出制备泡沫玻璃的方法。
背景技术
泡沫玻璃(foam glass)是由定量的碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和促进剂等经过细粉碎混合均匀形成配合料,放入到特定的模具中,再经过预热、熔融、发泡、退火等工艺制成的多孔玻璃材料。泡沫玻璃是由大量的直径在0.1~3mm的均匀气泡结构组成,气泡占总体积的80%~95%。它的表观密度为120~500kg/m3,可根据使用的要求,通过变更生产技术参数来调整其密度。
泡沫玻璃是一种性能优越的隔热、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料。它具有机械强度高、导热系数小、热膨胀系数低、不吸水、不透湿、热工性能稳定、不燃烧、不变形、使用寿命长、工作温度范围宽、不受虫害、耐蚀性能强、易加工可锯切、施工极其方便等优点。虽然其他新型隔热材料层出不穷,但泡沫玻璃以其永久性、安全性、可靠性在低温隔热、防潮工程、吸声工程等领域占据越来越重要的地位。泡沫玻璃可以很容易加工成各种形状,以满足不同工程需要。泡沫玻璃是固体废弃材料再生利用、保护环境并获得丰厚经济效益的优秀范例。
现有的泡沫玻璃的生产方法具体是,将废弃的普通玻璃(SiO2含量小于75%),进行清除杂质处理后,碾压成碎玻璃,再在其中加入添加剂、经过细粉碎和均匀混合后,再将混合物粉末经过高温熔化,发泡、退火而制成的无机非金属玻璃材料。这样生产出的泡沫玻璃的导热系数一般大于0.052W/(M.K),同时产品强度为0.2MPa~0.3MPa,该质量系数的泡沫玻璃能够使用的环境温度范围为-180℃~400℃。
中国发明专利公开号 105948467 A公开了一种低密度泡沫玻璃,其原料组成为SiO 2、Na2CO3、CaCO 3、5Al 2O 3、MgCO 3、K 2 CO 3、Fe 2O3、BaCO 3、Na 2SO4、SrO,在此基础上制得玻璃粉,再外加质量百分比为碳酸锂为发泡剂及稳泡剂或者发泡促进剂,通过粉末烧结制备得到泡沫玻璃。但该生产方法中需要添加发泡剂等添加剂使玻璃发泡,对发泡温度等条件要求较高,制备的多孔玻璃气孔尺寸、形状和孔隙率容易受到影响,进而影响泡沫玻璃产品品质。
发明内容
针对现有技术中添加发泡剂制备的多孔玻璃气孔尺寸、形状和孔隙率不均的缺陷,本发明公开一种采用三螺杆挤出制备蜂窝泡沫玻璃的方法,采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出制备,制备得到的蜂窝泡沫玻璃气孔尺寸、形状和孔隙率均匀,制得的产品性能更稳定。
为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:
一种采用三螺杆挤出制备蜂窝泡沫玻璃的方法,采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出制备,所述方法包括如下步骤:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得废玻璃粉;
(2)按重量份取10-30重量份的废玻璃粉,50-70重量份的玻璃微珠,2-15重量份粘结剂投入搅拌机混合均匀调制成浆料;
(3)将所述浆料加入三螺杆挤出机中,经螺杆混炼后不断挤入所述模具端注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结、保温后,再随炉冷却,即得到蜂窝泡沫玻璃。
优选的,废玻璃粉粒径为10-50μm。
优选的,玻璃微珠为中空,其空心玻璃微珠直径为 0.05-1.0mm,容重为 0.3-0.5g/cm 3 。
优选的,所述粘结剂为硅胶,如CL-24硅胶热硫化胶水CL-14硅胶、CL-24CW硅胶、CL-24S-10硅胶、液体硅胶L-2680AB中的一种。
优选的,步骤(2)中搅拌机搅拌速度20-200转/分钟,搅拌时间2-4h。
优选的,所述三螺杆挤出机的转速为20-160转/分钟,通过调节螺杆之间的啮合间距1-3mm,实现对泡沫玻璃的孔径大小和孔形状调节。
优选的,所述烧结温度为 730-780℃,保温时间5-8min。
现有生产方法中需要添加发泡剂等添加剂使玻璃发泡,对发泡温度等条件要求较高,制备的多孔玻璃气孔尺寸、形状和孔隙率容易受到影响,进而影响泡沫玻璃产品品质。鉴于此,本发明提供一种采用三螺杆挤出制备蜂窝泡沫玻璃的方法,先在粉碎好的废玻璃中添加些许玻璃微珠和粘结剂,然后加入三螺杆挤出机中,经螺杆混炼后挤出成型,快速干燥后继续烧结得到泡沫玻璃制品。采用调节三螺杆之间的齿合间距,浆料经过螺杆剪切挤出时玻璃微珠之间的均匀分布的距离也不同,制成的蜂窝泡沫剥离不仅气孔尺寸、形状和孔隙率均匀,还可以根据实际需要选用更换不同的模具,对孔形状和孔大小进行精确设计,适宜批量、连续化生产。此外,玻璃微珠能起到固体润滑剂的作用,三螺杆的啮合作用更优良,使得流动性较差的无机材料混合更加均匀,制得的产品性能更稳定。
本发明提供一种采用三螺杆挤出制备蜂窝泡沫玻璃的方法,与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:
1、本发明采用玻璃微珠作为泡沫玻璃的基本骨架,在制备过程中能起到固体润滑剂的作用,三螺杆的啮合作用更优良,使得流动性较差的无机材料混合更加均匀,无需发泡剂的添加应用,制得的产品性能更稳定。
2、本发明制成的多孔玻璃不仅气孔尺寸、形状和孔隙率均匀,还可以根据实际需要选用不同的模具,对孔形状和孔大小进行精确设计,适宜批量、连续化生产。
3、本发明公开的方案利用三螺杆机制备工艺简单,利用废玻璃作为原料符合环保要求,成本低廉,易储存输运,易于实现规模化工业生产。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
本发明中的蜂窝泡沫玻璃采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出设备,模具的形状可以根据需要设定,在本申请不作具体限制,具体制备步骤如下:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得粒径为10μm废玻璃粉;
(2)按重量份取30重量份的废玻璃粉,55重量份的玻璃微珠,15重量份CL-24硅胶热硫化胶水投入搅拌机,设置搅拌速度200转/分钟,搅拌时间2h,混合均匀调制成浆料;在本申请实施例中,玻璃微珠为中空,空心玻璃微珠坯体直径为 0.05mm,容重为0.5g/cm 3;
(3)将所述浆料加入三螺杆挤出机中,设置三螺杆挤出机的转速为160转/分钟,调节螺杆之间的啮合间距为3mm,经螺杆混炼后不断挤入所述模具端注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结,烧结温度为 730℃,保温5min后,再随炉冷却,即得到孔径尺寸为1.5-1.8mm的蜂窝泡沫玻璃。
对实施例中制备获得的蜂窝泡沫玻璃进行性能测试后,获得数据如表1所示。
实施例2
本发明中的蜂窝泡沫玻璃采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出设备,模具的形状可以根据需要设定,在本申请不作具体限制,具体制备步骤如下:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得粒径为50μm废玻璃粉;
(2)按重量份取10重量份的废玻璃粉,70重量份的玻璃微珠,15重量份液体硅胶KL-2680AB投入搅拌机,设置搅拌速度20转/分钟,搅拌时间4h,混合均匀调制成浆料;在本申请实施例中,玻璃微珠为中空,空心玻璃微珠坯体直径为1.0mm,容重为 0.4g/cm 3;
(3)将所述浆料加入三螺杆挤出机中,所述三螺杆挤出机的转速为20转/分钟,调节螺杆之间的啮合间距为2mm,经螺杆混炼后不断挤入所述模具端注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结,烧结温度为 750℃,保温时间为5min后,再随炉冷却,即得到孔径尺寸为5.1-6.3mm的蜂窝泡沫玻璃。
对实施例中制备获得的蜂窝泡沫玻璃进行性能测试后,获得数据如表1所示。
实施例3
本发明中的蜂窝泡沫玻璃采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出设备,模具的形状可以根据需要设定,在本申请不作具体限制,具体制备步骤如下:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得粒径为35μm废玻璃粉;
(2)按重量份取10重量份的废玻璃粉,70重量份的玻璃微珠,15重量份液体硅胶KL-2680AB投入搅拌机,设置搅拌速度20转/分钟,搅拌时间4h,混合均匀调制成浆料;在本申请实施例中,玻璃微珠为中空,空心玻璃微珠坯体直径为1.0mm,容重为 0.3g/cm 3;
(3)将所述浆料加入三螺杆挤出机中,所述三螺杆挤出机的转速为60转/分钟,调节螺杆之间的啮合间距为2mm,经螺杆混炼后不断挤入所述模具端注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结,烧结温度为 760℃,保温时间为6min后,再随炉冷却,即得到孔径尺寸为2.1-3.3mm的蜂窝泡沫玻璃。
对实施例中制备获得的蜂窝泡沫玻璃进行性能测试后,获得数据如表1所示。
实施例4
本发明中的蜂窝泡沫玻璃采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出设备,模具的形状可以根据需要设定,在本申请不作具体限制,具体制备步骤如下:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得粒径为26μm废玻璃粉;
(2)按重量份取15重量份的废玻璃粉,60重量份的玻璃微珠,15重量份CL-24S-10硅胶粘接PC热硫化胶水投入搅拌机,设置搅拌速度130转/分钟,搅拌时间4h,混合均匀调制成浆料;在本申请实施例中,玻璃微珠为中空,空心玻璃微珠坯体直径为 0.55mm,容重为0.45g/cm 3;
(3)将所述浆料加入三螺杆挤出机中,所述三螺杆挤出机的转速为120转/分钟,调节螺杆之间的啮合间距为1.5mm,经螺杆混炼后不断挤入所述模具端注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结,烧结温度为 770℃,保温时间为7min后,再随炉冷却,即得到孔径尺寸为2.5-3.8mm的蜂窝泡沫玻璃。
对实施例中制备获得的蜂窝泡沫玻璃进行性能测试后,获得数据如表1所示。
实施例5
本发明中的蜂窝泡沫玻璃采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出设备,模具的形状可以根据需要设定,在本申请不作具体限制,具体制备步骤如下:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得粒径为18μm废玻璃粉;
(2)按重量份取30重量份的废玻璃粉,60重量份的玻璃微珠,10重量份CL-14硅胶背胶水投入搅拌机,设置搅拌速度180转/分钟,搅拌时间2.6h,混合均匀调制成浆料;在本申请实施例中,玻璃微珠为中空,空心玻璃微珠坯体直径为 0.85mm,容重为 0.5g/cm 3;
(3)将所述浆料加入三螺杆挤出机中,所述三螺杆挤出机的转速为160转/分钟,调节螺杆之间的啮合间距为1.5mm,经螺杆混炼后不断挤入所述模具端注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结,烧结温度为 730℃,保温时间为8min后,再随炉冷却,即得到孔径尺寸为1.5-1.8mm的蜂窝泡沫玻璃。
对实施例中制备获得的蜂窝泡沫玻璃进行性能测试后,获得数据如表1所示。
对比例1
本发明中的蜂窝泡沫玻璃采用废玻璃和玻璃微珠为原料,采用挤出口设有模具端的三螺杆机作为注塑单元挤出设备,模具的形状可以根据需要设定,在本申请不作具体限制,具体制备步骤如下:
(1)将废玻璃清洗干燥后,经初步破碎后用球磨干磨过筛,制得粒径为18μm废玻璃粉;
(2)按重量份取30重量份的废玻璃粉,60重量份的玻璃微珠,10重量份CL-14硅胶背胶水投入搅拌机,设置搅拌速度180转/分钟,搅拌时间2.6h,混合均匀调制成浆料;在本申请实施例中,玻璃微珠为中空,空心玻璃微珠坯体直径为 0.85mm,容重为 0.50g/cm 3;
(3)将所述浆料加入模具注塑定型获得成型胚料;
(4)将经注塑后的模具端移除,所述成型胚料经快速干燥后,脱模放入高温炉中进行烧结,烧结温度为 730℃,保温时间为8min后,再随炉冷却,即得到孔径尺寸为1.5-1.8mm的蜂窝泡沫玻璃。
对比例中制备获得的蜂窝泡沫玻璃进行性能测试后,获得数据如表1所示。
表1:
性能指标 |
体积密度(Kg/m3) |
导热系数[W/(M.K)] |
抗压强度(MPa) |
孔隙率重量份。 |
实施例1 |
103 |
0.032 |
1.55 |
78 |
实施例2 |
98 |
0.030 |
1.62 |
83 |
实施例3 |
95 |
0.034 |
1.57 |
79 |
实施例4 |
100 |
0.031 |
1.90 |
81 |
实施例5 |
99 |
0.028 |
1.88 |
80 |
对比例1 |
395 |
0.16 |
0.32 |
38% |
从实施例和对比例得到的泡沫剥离性呢能分析,通过三螺杆均化分散, 多孔泡沫玻璃的气孔尺寸、形状和孔隙率均匀,表现为良好的强度和较低的导热系数. 还可以根据实际需要对孔形状和孔大小进行精确设计,适宜批量、连续化生产。