CN111285591A - 一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150～200目的混合物；(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨10～20min；(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨15～25min，形成配合料；(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，加工得到成品。本发明制备得到的泡沫玻璃不仅具有较高的力学强度，较好的抗弯折效果，而且具有较好的防潮、吸音、保温性能，具有较好的应用价值及前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫玻璃的制备方法，尤其是涉及一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法。
背景技术
随着人们对建筑的质量以及美观和舒适度等要求的不断提高，对建筑材料也提出了更高的要求。其中，泡沫玻璃是一种性能优越的绝热(保冷)、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料，使用温度范围为零下196度到450度，A级不燃与建筑物同寿命，透湿系数几乎为零。并且泡沫玻璃可以利用废弃的固体玻璃作为原料，使其节能环保的经济效益更加突出，虽然其他新型隔热材料层出不穷，但是泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性在低热绝缘、防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位。
但是，现有泡沫玻璃板的技术具有以下缺陷：(1)泡沫玻璃由于内部是气孔结构，板材在搬运过程中容易断裂，影响施工速度和保温效果。(2)泡沫玻璃表面的微孔结构会消耗大量的粘结材料，影响施工效率，增加施工成本。
泡沫玻璃以其低导热系数、低膨胀系数、耐腐蚀、不燃烧等性能，被广泛作为优良的隔热、保温、吸声、防潮、防火等多种功能型建筑材料。尤其在减轻高层和超高层建筑所用建筑材料的自重方面，泡沫玻璃具有非常明显的优越性。在实际使用泡沫玻璃过程中发现，机械强度较低的缺点极大地限制了其应用范围和使用效果。研究人员常通过制备微晶泡沫玻璃和增大泡沫玻璃密度的方法，提高泡沫玻璃的机械强度等力学性能。通常情况下，在增强泡沫玻璃机械强度的同时，其密度也会相应增大，这使得泡沫玻璃的力学性能研究没有统一的标准。因此，解决泡沫玻璃密度与强度之间的矛盾，是进一步提高泡沫玻璃机械强度亟待解决的难题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种生产成本低、制备工艺简单、具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，制备得到的泡沫玻璃不仅具有较高的力学强度，较好的抗弯折效果，而且具有较好的防潮、吸音、保温性能，具有较好的应用价值及前景。
本发明采用的技术方案为：
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150～200目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨10～20min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨15～25min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，加工得到成品。
作为优选，各原料的重量份为：废玻璃70～80重量份、矿渣5～10重量份、石灰石5～12重量份、石英砂5～10重量份、芒硝1～5重量份、碳化硅1～5重量份、蒸馏水3～15重量份、聚乙二醇3000 0.2～2重量份、玻璃纤维2～20重量份。
作为优选，各原料的重量份为：废玻璃75重量份、矿渣8重量份、石灰石7重量份、石英砂7.5重量份、芒硝3重量份、碳化硅3重量份、蒸馏水8.5重量份、聚乙二醇3000 1重量份、玻璃纤维17重量份。
作为优选，步骤(4)中，温度的调节分为升温预热阶段、发泡保温阶段、退火保温阶段和缓慢退火阶段。
作为优选，所述升温预热阶段的温度从室温以3～10℃/min升温速率升至650℃，保温10～30min；所述发泡保温阶段的温度再以2～8℃/min升温速率升至820～900℃进行烧结，保温10～40min；所述退火保温阶段的温度以8～13℃/min的降温速率先降至700℃，再保持10～30min；所述缓慢退火阶段的温度从随炉冷却至室温。
作为优选，自室温以5℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；再以4℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温30min；再以10℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；最后随炉冷却至室温。
作为优选，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。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备工艺简单，制备方便，制备得到的泡沫玻璃不仅具有较高的力学强度，较好的抗弯折效果，而且具有较好的防潮、吸音、保温性能，具有较好的应用价值及前景；
(2)本发明采用废玻璃为主要原料制备泡沫玻璃的方法，不仅实现了对玻璃废料的及时有效处理，还实现了废旧玻璃的循环利用，降低生产成本，减少对环境的污染，在解决环保问题的同时获得较高的经济效益；
(3)玻璃纤维的加入不仅可以提高泡沫玻璃的机械性能，而且可以增强吸音和吸收冲击波的能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
废玻璃的化学成分为：SiO2 73.6％、Al2O3 2.2％、CaO 9.7％、MgO 4.3％、Fe2O310.2％。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。
实施例1
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨15min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨20min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，自室温以5℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；再以4℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温30min；再以10℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；最后随炉冷却至室温，加工得到成品。
各原料的重量份为：废玻璃75重量份、矿渣8重量份、石灰石7重量份、石英砂7.5重量份、芒硝3重量份、碳化硅3重量份、蒸馏水8.5重量份、聚乙二醇3000 1重量份、玻璃纤维17重量份。
由于粉状的配合料的导热性比较小，直接进行烧结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。因此必须在烧结前进行预热，自室温以5℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；预热还可使配料中的水分蒸发、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。由发泡剂分解产生的CO2气体是气泡产生的气体来源。再以4℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温30min；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。再以10℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；将产生的气孔结构固定下来。最后随炉冷却至室温。
通过本方法制备的泡沫玻璃发泡均匀，抗压强度为5.8MPa；抗折强度为10.5MPa。
实施例2
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨15min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨20min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，自室温以5℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；再以4℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温30min；再以10℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；最后随炉冷却至室温，加工得到成品。
各原料的重量份为：废玻璃70重量份、矿渣5重量份、石灰石10重量份、石英砂5重量份、芒硝1重量份、碳化硅1重量份、蒸馏水3重量份、聚乙二醇3000 1重量份、玻璃纤维10重量份。
通过本方法制备的泡沫玻璃发泡均匀，抗压强度为3.2MPa；抗折强度为6.8MPa。
实施例3
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨15min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨20min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，自室温以5℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；再以4℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温30min；再以10℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；最后随炉冷却至室温，加工得到成品。
各原料的重量份为：废玻璃80重量份、矿渣10重量份、石灰石5重量份、石英砂10重量份、芒硝5重量份、碳化硅5重量份、蒸馏水12重量份、聚乙二醇3000 2重量份、玻璃纤维20重量份。
通过本方法制备的泡沫玻璃发泡均匀，抗压强度为3.4MPa；抗折强度为7.2MPa。
实施例4
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为200目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨20min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨15min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，自室温以10℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温30min；再以8℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温40min；再以11℃/min的降温速率降温至700℃，保温30min；最后随炉冷却至室温，加工得到成品。
各原料的重量份为：废玻璃75重量份、矿渣8重量份、石灰石7重量份、石英砂7.5重量份、芒硝3重量份、碳化硅3重量份、蒸馏水8.5重量份、聚乙二醇3000 1重量份、玻璃纤维17重量份。
通过本方法制备的泡沫玻璃发泡均匀，抗压强度为3.6MPa；抗折强度为7.9MPa。
实施例5
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨15min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨20min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，自室温以3℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温20min；再以6℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温20min；再以13℃/min的降温速率降温至700℃，保温10min；最后随炉冷却至室温，加工得到成品。
各原料的重量份为：废玻璃75重量份、矿渣8重量份、石灰石7重量份、石英砂7.5重量份、芒硝3重量份、碳化硅3重量份、蒸馏水8.5重量份、聚乙二醇3000 1重量份、玻璃纤维17重量份。
通过本方法制备的泡沫玻璃发泡均匀，抗压强度为3.8MPa；抗折强度为8.1MPa。
实施例6
一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨15min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨20min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，自室温以6℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；再以5℃/min升温速率升至850℃进行烧结，保温30min；再以11℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；最后随炉冷却至室温，加工得到成品。
各原料的重量份为：废玻璃77重量份、矿渣7重量份、石灰石6重量份、石英砂8.5重量份、芒硝3.5重量份、碳化硅2.5重量份、蒸馏水9重量份、聚乙二醇3000 1.5重量份、玻璃纤维15重量份。
通过本方法制备的泡沫玻璃发泡均匀，抗压强度为4.2MPa；抗折强度为8.5MPa。
Claims (7)
1.一种具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将废玻璃、矿渣、石灰石、石英砂、芒硝干燥并研磨至粒径为150～200目的混合物；
(2)再将步骤(1)得到的混合物以及碳化硅置于球磨罐中球磨10～20min；
(3)向球磨罐中加入蒸馏水、聚乙二醇3000、玻璃纤维后继续球磨15～25min，形成配合料；
(4)将配合料装入模具，放入炉中烧结，调节温度，加工得到成品。
2.根据权利要求1所述具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于：各原料的重量份为：废玻璃70～80重量份、矿渣5～10重量份、石灰石5～12重量份、石英砂5～10重量份、芒硝1～5重量份、碳化硅1～5重量份、蒸馏水3～15重量份、聚乙二醇3000 0.2～2重量份、玻璃纤维2～20重量份。
3.根据权利要求2所述具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于：各原料的重量份为：废玻璃75重量份、矿渣8重量份、石灰石7重量份、石英砂7.5重量份、芒硝3重量份、碳化硅3重量份、蒸馏水8.5重量份、聚乙二醇3000 1重量份、玻璃纤维17重量份。
4.根据权利要求1所述具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于：步骤(4)中，温度的调节分为升温预热阶段、发泡保温阶段、退火保温阶段和缓慢退火阶段。
5.根据权利要求4所述具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于：所述升温预热阶段的温度从室温以3～10℃/min升温速率升至650℃，保温10～30min；所述发泡保温阶段的温度再以2～8℃/min升温速率升至820～900℃进行烧结，保温10～40min；所述退火保温阶段的温度以8～13℃/min的降温速率先降至700℃，再保持10～30min；所述缓慢退火阶段的温度从随炉冷却至室温。
6.根据权利要求5所述具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于：自室温以5℃/min升温速率升至650℃进行预热，保温15min；再以4℃/min升温速率升至860℃进行烧结，保温30min；再以10℃/min的降温速率降温至700℃，保温15min；最后随炉冷却至室温。
7.根据权利要求1所述具有抗高强度冲击性的泡沫玻璃制备方法，其特征在于：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。
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