CN112135802B - 蜂窝状玻璃产品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种具有至多200kg/m3的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品,以及一种用于生产具有至多200kg/m3的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品的方法。所述方法包括以下步骤:a)使玻璃粉末与发泡剂接触以形成干燥混合物;b)在发泡炉中热处理所述混合物,从而形成蜂窝状玻璃;以及c)在退火窑中对来自步骤b)的所述蜂窝状玻璃进行退火,其中步骤a)的所述干燥混合物中的实现发泡反应所必需的反应物中的至少一种的浓度是与获得所述密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝状玻璃产品和制造蜂窝状玻璃产品的方法,并且特别地但非排他地,涉及由玻璃和一种或多种发泡反应物制成的蜂窝状玻璃产品,借助于发泡反应物,可以较高过饱和状态形成发泡气体。
背景技术
玻璃是已冷却至刚性状态而不结晶的无机熔融产物(ASTM C-162)。最常见的玻璃是硅酸盐玻璃。硅酸盐玻璃的基本结构单元是硅-氧四面体,其中硅原子四面体地配位至四个周围氧原子。与结晶硅酸盐相似,硅酸盐玻璃中的SiO4四面体以取决于玻璃组合物中的氧与硅的比例的多种构型存在。
一些玻璃是天然存在的,诸如珍珠岩、浮石、黑曜石、沥青石和火山灰。其他玻璃,诸如钠钙玻璃,是合成产生的。例如,可通过以下方式来制造钠钙玻璃:在熔炉中一起熔化包含硅氧化物(即SiO2)、铝氧化物(即Al2O3)、钙氧化物(即CaO)、钠氧化物(即Na2O)且有时包含钾氧化物(即K2O)或锂氧化物(即Li2O)或可转化为氧化物的其他化合物(诸如Na2CO3或Na2SO4)的多批原料,然后使熔体冷却以便产生无定形产品。玻璃可制成广泛多种形状,包括片状或板状、铸塑形状或纤维状。矿棉、岩棉和硅酸盐绒是人造纤维的通用名称,其中形成纤维的物质可以是矿渣、某些岩石或玻璃。
蜂窝状玻璃(有时称为泡沫玻璃)是一类特殊的轻质玻璃材料,其具有大量的小的含气玻璃泡孔。泡孔可完全密封或可开放。泡沫玻璃制造方法已发展多年,并且最常见的泡沫玻璃制造技术由以下步骤组成:1)在高温下熔化玻璃原料以形成基质玻璃;2)用附加发泡剂研磨基质玻璃;3)在高温下使磨削玻璃粉末发泡。基质玻璃组成可与常规窗户玻璃的组成相似,常规窗户玻璃通常包含70-73%SiO2、1-3%Al2O3、0.1-0.5%Fe2O3、13-15%Na2O、0-2%K2O、5-7%CaO和3-5%MgO(按重量计)。发泡剂通常是炭黑和/或碱性碳酸盐。炭黑可与游离氧结合以形成CO和/或CO2气体来使玻璃发泡。
蜂窝状玻璃产品主要用作绝缘材料,且尤其是在其他特性(诸如抗压强度、刚度、尺寸稳定性、不易燃性或耐火性、化学惰性、防水和/或水蒸气性、耐水/蒸汽性、抗昆虫/啮齿动物性和/或其他屏障特性或抗性)具有重要性时。
蜂窝状玻璃的主要目的是实现隔热,但通常要结合机械强度。因此,蜂窝状玻璃最重要的特性是其导热系数,即其“兰布达”(λ)。λ与最终蜂窝状玻璃产品的密度线性相关。随着密度的降低,可用于传导热量的玻璃量减少,并且λ减小并因此得到改进。
最终蜂窝状玻璃产品的密度可通过在发泡炉中以更长的时间和/或在更高的温度下发泡来降低。较长或较热的发泡步骤导致较大的泡孔,并因此导致较低的密度。然而,存在缺点。在发泡步骤中延长停留时间和/或提高温度通常将会在某一时刻耗尽发泡反应的反应物。从那一刻起,泡孔将不再能够通过发泡反应的反应物的促进来增长。相反,使泡孔改变的仅有的剩余驱动力是凝聚,凝聚通常与泡孔壁材料的粘性排泄结合。泡孔因此将在大小上有所增长,并且同时还可使其泡孔壁增厚而不降低整个产品的密度。随着密度的降低和泡孔的增大,机械性能(诸如抗压强度和抗点载荷性)也下降。随着泡孔的增长,机械载荷将分布在更少的泡孔壁之上,这些泡孔壁将变得更易于破裂,尽管其厚度可能有所增加。同样,在此过程中的某个时刻,一旦泡孔过多地合并,泡沫的完整性就会丧失。
通常,可容易地控制蜂窝状玻璃的生产过程以获得具有目标密度D的产品,尽管是在某些限度内。通过控制干玻璃和发泡剂混合物的停留时间以及发泡炉中的温度分布,操作人员能够设置最终产品在其已冷却至环境温度时的密度D,只要有足够量的必要发泡反应物可供使用即可。停留时间和温度分布因此是达到目标密度D的必要但不充分条件。还需要有足够的反应物来维持发泡反应,直至达到目标密度为止。换言之,只有在有足够的反应物提供对于给定目标密度来说足够的泡沫的情况下,才能实现目标密度。
常规蜂窝状玻璃产品代表了产品具有低密度以提供良好的隔热性能(λ)与保持良好机械性能之间的折衷。具体地,较高密度的产品可提供良好的机械性能,但隔热性能通常不足以用于许多最终用途,因此此类产品几乎没有商业利益。另一方面,当降低密度以改进热性能时,平均泡孔直径增大至约2mm和更高。在这种情况下,机械性能很快变差到不能接受的程度。
因此,商业上有用的蜂窝状玻璃产品的操作窗口目前大致限于95-220kg/m3的密度范围,而大部分商业产品具有在100-130kg/m3范围内的密度。申请人已发现,用于生产蜂窝状玻璃的目前可用的技术无法提供具有90kg/m3或更低的密度同时保持可接受的机械性能的产品。
蜂窝状玻璃的制造的具体实例包括在US 2005/0031844 A1和WO 2009/141456 A1中描述的那些。US 2005/0031844 A1描述了一种干法,其中将细珍珠岩矿石以不同比例与选自苏打灰、碳酸钙和炭黑的发泡剂混合。将混合物在失速钢球磨机中研磨30分钟。将研磨混合物置于坩埚中,通过在电炉中在1125℃下熔化来使其发泡并在分离的炉中退火。产品具有在23℃下为至少0.069W/mK的导热率,结合至少145kg/m3的密度。
WO 2009/141456 A1描述了一种用于使用包括第一输送机的发泡炉、包括中间(第三)输送机的中间区域和包括第二输送机的退火窑来生产具有不对称泡孔结构的蜂窝状陶瓷板的连续方法。所述方法产生具有细长泡孔的泡沫状玻璃板。所述实例报告具有105kg/m3的密度的产品,其中泡孔的拉伸分别为5%、10%和15%。所获得的抗压强度分别为0.9、0.77和0.7N/mm2,并且k值分别为0.0415、0.0413和0.0408W/mK。减小的k值的增益因此伴随着同时的抗压强度的下降。据报告,通过将具有120kg/m3的密度的产品拉伸20%,可获得改进的机械性能。报告了具有115kg/m3的密度和0.042W/mK的k值的另一种产品。WO 2009/141456 A1未提供关于实例中使用的玻璃粉末的组成和发泡剂的任何细节。
因此,仍然需要相对于本领域当前能力提供更好的隔热性能和/或更好的机械性能的蜂窝状玻璃产品。需要在相同的隔热性能下改进机械性能,或者需要在相同的机械性能下改进隔热性能,或者需要同时改进两者。
鉴于以上考量而设计了本发明。
发明内容
发明人惊奇地发现,通过其中发泡气体以较高过饱和水平(例如,以超过最终产品中的气体体积所需的量的量)存在的方法形成蜂窝状玻璃产品,对于最终蜂窝状玻璃产品的给定密度,蜂窝状玻璃产品具有小于预期的平均泡孔直径。因此,当与相同密度下的常规产品相比时,最终蜂窝状玻璃产品在任何给定产品密度下均具有好于预期的机械性能。相反,这种方法允许生产在90kg/m3或更低的密度下的稳定的蜂窝状玻璃产品。
根据第一方面,本发明提供一种用于生产具有至多200kg/m3的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品的方法,所述方法包括以下步骤:
a)使玻璃粉末与发泡剂粉末接触以形成包括混合的玻璃颗粒与发泡剂颗粒的干燥混合物;
b)在发泡炉中热处理来自步骤a)的所述混合物,从而形成蜂窝状玻璃;以及
c)在退火窑中通过使来自步骤b)的所述蜂窝状玻璃冷却来对所述蜂窝状玻璃进行退火,
其中步骤a)的所述干燥混合物中的实现发泡反应所必需的反应物中的至少一种的浓度是与在所述蜂窝状玻璃产品在步骤c)中冷却后在环境温度下在所述蜂窝状玻璃产品中获得所述密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%。
发明人已经测量在本发明感兴趣的密度范围下的已知高质量蜂窝状产品的平均泡孔直径。可通过下式给出关系:
其中:
d为所述平均泡孔直径,以米表达
D为所述蜂窝状玻璃产品的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料的密度,以kg/m3表达,通常为2515kg/m3,
Ca为第一常数=5.96×10-6,并且
Cb为第二常数=9.51×10-3。
在式I中,密度是在环境温度下给出的。图1中绘制出此关系。
发明人已发现,通过将实现发泡反应所必需的一种或多种反应物的量增加至高于此反应物所必需的理论最小值,然后可在蜂窝状产品的任何给定密度下形成更多数量的较小泡孔。
不受理论的束缚,发明人相信,当用于发泡反应的反应物中的至少一种以超过最小理论要求的量存在时,可产生更大密度的发泡反应。当用于发泡反应的所有反应物过量存在时,可增大此效果。以这种方式,据信一旦所述玻璃粉末颗粒开始烧结并建立粘性连续相,步骤a)的所述干燥混合物中就存在更多的成核位点。这样,所述发泡方法可产生较大数量的较小泡孔。即使在发泡进行时,这也可导致成核继续发生,从而产生甚至更大数量的更小泡孔。
发明人已发现,与常规蜂窝状玻璃产品相比,在任何给定密度下,由大数量的小泡孔组成的蜂窝状产品都具有改进的机械性能。换言之,使用第一方面的方法制造的蜂窝状玻璃产品可具有与常规蜂窝状产品相似的机械性能,但密度更低。由于蜂窝状玻璃特性中的热性能随蜂窝状玻璃产品密度的降低而线性增强,因此可在具备更好的隔热性能(λ)同时还减少所使用的玻璃量的情况下提供相似机械性能。
根据第二方面,本发明提供一种通过第一方面的方法生产的蜂窝状玻璃产品。
根据第三方面,本发明提供一种具有至多90kg/m3或更低的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品。第一方面的方法可实现具有90kg/m3的在环境温度下的密度的可用蜂窝状玻璃产品。此类蜂窝状玻璃产品在密度上低于常规蜂窝状玻璃产品,并且因此可具有优异的隔热性能(例如,改进的λ),同时提供对于商业用途来说可接受的机械性能。
根据第四方面,本发明提供一种具有至多200kg/m3的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品,并且其中所述蜂窝状玻璃产品具有参考泡孔直径d的至多97%的平均泡孔直径dc,由此
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3
前提是当所述密度D介于95至105kg/m3的范围内时,所述平均泡孔直径dc为d的至多90%。
第一方面的方法实现在商业上有用的密度范围内的在给定密度下具有相对小的泡孔直径的蜂窝状玻璃产品。以此方式,与已知的蜂窝状玻璃产品相比,所述蜂窝状玻璃产品在给定密度下可表现出优异的机械性能。对于具有介于95至105kg/m3的范围内的密度D的蜂窝状玻璃产品,所述平均泡孔直径dc为d的至多90%。玻璃材料的散装固体密度B是已知的或可测量的。在一些实施方案中,B为约2515kg/m3。
一起根据第三方面和第四方面,本发明提供一种具有至多200kg/m3的密度的蜂窝状玻璃产品,前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于90kg/m3至小于95kg/m3或大于105kg/m3至200kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品具有为参考泡孔直径d的至多97%的平均泡孔直径dc,并且前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于95kg/m3至105kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品平均泡孔直径dc为d的至多90%;由此
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3。
在特定实施方案中,此方面的蜂窝状玻璃产品具有至少70kg/m3的密度D。
在特定实施方案中,第三方面或第四方面的蜂窝状玻璃产品具有至少400kPa(0.4N/mm2)的抗压强度。另外地或在替代实施方案中,所述蜂窝状玻璃在1000N的点载荷Pd下表现出至多2.0mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。
本发明包括所描述的方面和特征的组合,明显不允许或明确避免此种组合的情况除外。
附图说明
现在将参考附图讨论示出本发明的原理的实施方案和实验,在附图中:
图1示出了蜂窝状玻璃产品中的平均泡孔直径与蜂窝状玻璃产品的密度之间的关系的曲线图,所述关系是如根据高质量已知蜂窝状玻璃产品建模的。
具体实施方式
现在将参考附图讨论本发明的方面和实施方案。其他方面和实施方案对于本领域技术人员而言将是明显的。本文提及的所有文献均以引用的方式并入本文。
除非另有说明,否则散装固体玻璃材料或蜂窝状玻璃产品的所有密度均以kg/m3给出,并在环境温度下测量。除非另有说明,否则所有百分比均以重量百分比给出。术语“至少”某一量应解释为包括此量作为下限(即,某一量或更高)。术语“至多”某一量应解释为包括此量作为上限(即,某一量或更低)。任何范围都包括端点作为具体公开内容。
热处理步骤a)的干燥混合物
在本发明方法的步骤b中,本发明的方法在发泡炉中热处理玻璃粉末与发泡剂粉末的混合物以形成蜂窝状玻璃产品。
不希望受到理论的束缚,蜂窝状玻璃产品的生产中的发泡反应通常涉及使玻璃组合物熔化以及使一种或多种发泡反应物反应以在熔融玻璃内形成气体。因此,气体可在玻璃内产生泡孔并在冷却时形成蜂窝状玻璃产品。
在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最低要求
本发明的方法要求用于实现发泡反应的反应物(也称为发泡反应物)中的一种以与在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%存在。换言之,本发明的方法要求发泡反应物中的一种或多种以与在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%或更大存在。
技术人员可以合理的精度计算在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最低要求。非常笼统地讲,发泡反应物的理论最低要求将是将固体玻璃的散装密度降低到蜂窝状玻璃产品的所需密度所需的最少发泡反应物。因此,理论最低值将取决于各种因素,诸如固体玻璃的散装密度、最终蜂窝状玻璃产品的期望密度以及发泡反应物的性质。
用于产生蜂窝状玻璃产品在环境温度下的目标密度D(kg/m3)的理论最小气体摩尔数(n泡孔)可计算如下。
如本文所用,除非上下文另有指示,否则环境温度具有其正常含义,即周围环境的温度。环境温度通常不涉及有意的加热或冷却。环境温度可介于20℃±10℃的范围内。
蜂窝状玻璃生产方法的特征在于收缩分数S,所述收缩分数S为在泡沫从发泡炉中的峰值发泡温度“T发泡”冷却至环境温度时泡沫的相对高度损失。在泡沫冷却时收缩至85mm的在T发泡下为100mm厚的泡沫将具有S=0.15的收缩系数。当产品表面处的温度降至低于约350℃时,已经发生了大部分收缩,因此在产品在退火窑的末端处离开生产过程之前,已经发生了明显的收缩。
此收缩分数通常介于0.15-0.25的范围内,并且对于每个发泡过程都是操作人员熟知的。
为了获得在环境温度下的密度D(kg/m3),泡沫应具有在T发泡下的密度Df(kg/m3),由此
Df=D*(1-S)
为了实现密度Df,对于每1m3的产品体积或每D1量的产品重量,发泡的产品在T发泡下需要泡孔体积V泡孔,由此
V泡孔=1-(Df/D散装玻璃)
D散装玻璃是散装固体玻璃密度,它也是操作人员熟知的参数,并且对于玻璃来说,通常为约2515kg/m3。
特定重量或体积的蜂窝状玻璃的泡孔气体体积(V泡孔)可转换为实现在峰值发泡温度下的产品密度Df所需的以摩尔表达的泡孔气体量n泡孔:
n泡孔=P泡孔 *V泡孔/(R*T发泡)
其中
R为通用气体常数(8.314J/mol.K)
P泡孔是峰值发泡温度下的泡孔压力。这可视为大气压(101,300Pa)。也可考虑静水压力、表面张力和对膨胀的粘性阻力所引起的任何增加的影响,但这些影响很小。
T发泡是峰值发泡温度,以开氏度表达
在知晓导致产生造成发泡的气体的化学反应的情况下,这种泡孔气体量可转换为需要装入进入发泡炉的粉末中的用于发泡反应的反应物的浓度。
发泡反应物
已知用于生产蜂窝状玻璃产品的各种发泡反应物。要在本发明方法的步骤a)的干燥混合物中使用的特别有用的发泡反应物是在加热时作为气体产生CO2的发泡反应物。
在一些实施方案中,步骤a)的干燥混合物包括单一发泡反应物作为唯一发泡反应物。单一发泡反应物的实例包括碱金属碳酸盐,诸如碳酸钾。在这些实施方案中,发泡剂颗粒通常包含唯一发泡剂。在这些实施方案中,步骤a)的干燥混合物可包括可在不同情况下充当发泡反应物但不显著促进发泡反应的附加组分。
步骤a)的干燥混合物可包括两种或更多种发泡反应物。在这些实施方案中,步骤a)的干燥混合物可包括:第一发泡反应物,它是能够被氧化的碳源;以及第二发泡反应物,它是能够氧化第一发泡反应物中的碳的氧源。在特定实施方案中,步骤a)的干燥混合物包括炭黑和游离氧源(诸如硫酸盐)。
当步骤a)的干燥混合物包括两种或更多种发泡反应物时,一种、两种或所有发泡反应物可存在于发泡剂粉末中。另外地或替代地,一种或多种发泡反应物可存在于玻璃粉末颗粒中。在特定实施方案中,至少一种发泡剂存在于发泡剂粉末中,并且至少一种发泡剂存在于玻璃粉末颗粒中。
在特定实施方案中,发泡剂粉末包括第一发泡反应物,所述第一发泡反应物是能够被氧化的碳源,并且玻璃粉末颗粒包括第二发泡反应物,所述第二发泡反应物是能够氧化第一发泡反应物中的碳的氧源。在更特定实施方案中,发泡剂粉末包括炭黑,并且玻璃粉末颗粒包括游离氧源,诸如硫酸盐。
一种或多种发泡反应物的理论最小量可根据上面计算的n泡孔和所使用的发泡反应物的类型来计算。
要使用的简单发泡体系是作为发泡反应物的碱性碳酸盐。适量的例如碳酸钾粉末K2CO3可用作发泡剂粉末,并混合到进给至发泡炉的玻璃粉末中。在发泡炉中的温度下,碳酸钾分解,并且每个碳酸盐分子能够释放出一个二氧化碳(CO2)分子。释放出的二氧化碳然后引起炉内的产品发泡。
在此发泡体系中,一摩尔CO2因此需要一摩尔K2CO3或138克碳酸钾。获得期望产品密度Df所需的最小理论碳酸钾量PCThmin(表达为进入发泡炉的每千克粉末混合物的碳酸钾克数)因此可计算为
PCThmin=138.2*n泡孔/(1000*Df)
或根据最终目标产品密度D:
PCThmin=138.2*n泡孔 *(1-S)/(1000*D)
为了用所具有的收缩率S为0.20的过程获得具有125kg/m3的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品,将需要125*(1-0.20)=100kg/m3的在发泡温度下的密度Df。因此,对于具有2515kg/m3的散装密度的玻璃,1m3的发泡条件下的发泡的产品中的所需泡孔体积为0.960m3。
因此,需要释放的CO2的量为101300*0.960/(8.314*1050)=11.14摩尔。这需要11.14摩尔或1540克碳酸钾。相对于在发泡条件下的产品的每1m3100kg中存在的100kg质量的玻璃和发泡剂,这表示玻璃和发泡剂粉末中所需的碳酸钾的理论最小浓度为1.54重量%。
替代性发泡剂是基于呈粉末形式的炭黑,其与化学结合在玻璃粉末中的氧反应,但可在发泡炉中的条件下释放出来。化学反应可如下写出:
C+O->CO (II)
CO+O->CO2 (III)
或作为单个反应一起写出
C+2O->CO2 (IV)
一摩尔CO2因此需要一摩尔碳源或12克碳。获得期望产品密度Df所需的最小理论碳量CBThmin(表达为进入发泡炉的每千克粉末混合物的碳克数)因此可计算为
CBThmin=12*n泡孔/(1000*Df)
或根据最终目标产品密度D:
CBThmin=12*n泡孔 *(1-S)/(1000*D)
因为一摩尔CO2需要两摩尔可用氧,所以获得期望产品密度Df所需的理论最小可用氧量(表达为进入发泡炉的每千克粉末混合物的游离氧或可用氧克数)可计算为
FFOThmin=32*n泡孔/(1000*Df)
或根据最终目标产品密度D
FFOThmin=32*n泡孔 *(1-S)/(1000*D)
在一些实施方案中,游离氧或可用氧的源是硫酸盐。此类游离氧源可溶解在玻璃粉末中或可以是玻璃粉末的组分。
在本发明的上下文中,“游离氧”被定义为是玻璃材料的一部分并能够在发泡炉中的条件下变得可用于发泡反应的氧。混合物中的游离氧含量可容易地根据其化学组成(即,混合物中的各种可能的游离氧供体的含量)结合个别供体能够释放的游离氧的量来计算。
通式为公式(VI):
其中:
Ox为混合物中可用的游离氧原子的量,以每千克玻璃的氧克数计,
MWO为原子氧的分子量(大约16),
Ci(i=1-n)为混合物中的组分i的重量%,
Ni(i=1-n)为一分子组分i能够释放或促成游离氧含量的游离氧原子的数目,
MWi(i=1-n)为组分i的分子量,并且
n为能够促成混合物的游离氧含量的组分的数量。
上面假设所有硫也以SO4 2-的形式存在于玻璃材料中,并因此能够每分子促成4个氧原子。因观察到离子(SO4 2-)在玻璃熔体中的化学溶解度通常比对应中性分子(即SO3)的物理溶解度高三个数量级,此假设是合理的。
发泡反应物的过量
本发明的方法要求用于实现发泡反应的反应物(发泡反应物)中的一种以与在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%存在。以这种过量提供至少一种发泡反应物允许形成过量气体,从而形成更高的过饱和状态。换言之,气体以比形成蜂窝状玻璃通常所需的状态更饱和的过饱和状态存在。据信,这种更高水平的过饱和导致大量小泡孔的成核。
在特定实施方案中,用于实现发泡反应的所有反应物(发泡反应物)以与在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%存在。此特征带来的优点是,用于发泡反应的所有化学品更容易找到它们的必需对应物并开始发泡反应。这带来的优点是,一旦玻璃粉末颗粒开始烧结并开始建立粘性连续相,步骤a)的干燥混合物中就存在更多的成核位点。这意味着发泡会产生甚至更多且因此甚至更小的泡孔。这也意味着即使在发泡进行时,成核也继续发生,从而同样产生更多且更小的泡孔。这带来的优点是,通过本发明获得的有益技术效果得到甚至进一步增强。
在一些实施方案中,发泡反应物包括碳源和游离氧源,并且其中碳源和游离氧源两者以与在蜂窝状玻璃产品中获得密度D的理论最小值相对应的浓度的至少150%存在于步骤a)的干燥混合物中。
在根据本发明的方法的特定实施方案中,发泡反应物浓度的下限为与用于在冷却至环境温度后在产品中获得密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少155%。
在特定实施方案中,发泡反应物浓度为与用于在产品冷却至环境温度后在产品中获得密度D的最低理论要求相对应的浓度的至少160%、至少165%、至少170%、至少180%、至少190%、至少200%、至少210%、至少220%、至少230%、至少240%、至少250%、至少260%、至少270%、至少280%、至少290%、至少300%、至少310%、至少320%、至少330%、至少340%或至少350%。
在根据本发明的方法的实施方案中,发泡反应物浓度为与用于在冷却至环境温度后在产品中获得密度D的理论最低要求相对应的浓度的至多500%。在特定实施方案中,发泡反应物浓度为与用于在产品冷却至环境温度后在产品中获得密度D的最低理论要求相对应的浓度的至多475%、至多450%、至多425%、至多400%、至多375%、至多350%、至多325%、至多300%、至多275%或至多250%。在更特定实施方案中,发泡反应物浓度介于与用于在产品冷却至环境温度后在产品中获得密度D的最低理论要求相对应的浓度的150%至500%、160%至400%、170%至350%、180%至300%或200%至250%的范围内。
在一些情况下,申请人已发现,为了获得期望效果,不必将过量的发泡反应物增加至比理论最低要求高超出如所指定的某个上限。申请人已发现,当与进一步增加浓度的任何额外负担相比时,通过进一步增加发泡剂反应物浓度超出这一点所获得的任何额外益处都是很小的或微不足道的。
发泡剂粉末
在根据本发明的方法的实施方案中,基于进给至发泡炉的步骤a)的干燥混合物的总重量,发泡剂粉末以至少0.20重量%、至少0.25重量%、0.30重量%、至少0.35重量%、至少0.40重量%、至少0.45重量%、至少0.50重量%、至少0.55重量%、至少0.60重量%、至少0.65重量%、至少0.70重量%、至少0.75重量%、至少0.80重量%、至少0.85重量%、至少0.90重量%、至少0.95重量%、至少1.00重量%、至少1.05重量%或至少1.10重量%的浓度存在于步骤a)的干燥混合物中。
在一些实施方案中,基于步骤a)的干燥混合物的总重量,发泡剂粉末以至多1.5重量%、至多1.4重量%、至多1.3重量%、至多1.20重量%、至多1.15重量%、至多1.10重量%、至多1.05重量%、至多1.00重量%、至多0.90重量%、至多0.80重量%、至多0.75%重量、至多0.70%重量、至多0.65%重量、至多0.60%重量、至多0.55重量%、至多0.50重量%、至多0.45重量%、至多0.40重量%的浓度存在于步骤a)的干燥混合物中。
在特定实施方案中,基于步骤a)的干燥混合物的总重量,发泡剂粉末以介于0.20重量%至1.5重量%的范围内的浓度存在于步骤a)的干燥混合物中。在更特定实施方案中,基于步骤a)的干燥混合物的总重量,发泡剂粉末以介于0.25重量%至1.0重量%的范围内的浓度存在于步骤a)的干燥混合物中。在又更特定实施方案中,基于步骤a)的干燥混合物的总重量,发泡剂粉末以介于0.30重量%至0.75重量%的范围内的浓度存在于步骤a)的干燥混合物中。
在根据本发明的方法的实施方案中,发泡剂粉末选自由碳酸盐、硫酸盐、碳化硅、二硫化铁和碳基粉末组成的列表。
在特定实施方案中,发泡剂粉末选自由碳酸钙、碳酸锂和/或碳酸镁、硫酸钠和/或硫酸铝、基于玻璃碳、煤或金刚石的粉末(包括炭黑粉末)组成的列表。特别合适的碳酸盐是碳酸钙、碳酸钾、碳酸锂和/或碳酸镁。特别合适的硫酸盐是硫酸钠和/或硫酸铝。特别合适的基于碳的粉末是基于玻璃碳、煤或金刚石的粉末,包括炭黑粉末。
在根据本发明的方法的特定实施方案中,发泡剂粉末是炭黑粉末。申请人已发现,在经济上可接受的条件下,可从各种来源和供应商容易地获得期望质量的炭黑粉末。炭黑粉末的优点在于在碳含量方面具有高纯度。
另外,炭黑粉末并不向混合物中引入大量其他原子。适于用作发泡剂的炭黑粉末为例如可从Birla Carbon公司以商品名获得或从Orion Engineered Carbons公司,Philips Carbon black公司或Omsk Carbon集团获得的型号N115、N121、N134、N220、N231、N234、N299、N326、N330、N339、N343、N347、N351、N375、N539、N550、N630、N650、N660、N683、N762、N765、N772、N774和N990。其他合适的炭黑粉末可作为可从Orion EngineeredCarbons公司获得的Printex 75、Printex U、Printex 95和也可从Birla Carbon公司获得的7000、5000 II、5000 II、3500、250023002000、1255、1250、12201200、11901180、1170、1100 108010601040、1035、1030、1020、1000、900、890、880880、790780760520、520510500、460、450、430425、420、410、410415、22、16、14、UVP、PFEB、P5P5、L和L。
玻璃粉末
在根据本发明的方法的实施方案中,玻璃粉末具有如通过激光衍射测量的介于5000cm2/g至20000cm2/g的范围内、具体地为至少6000cm2/g的比表面积。
在根据本发明的方法的实施方案中,玻璃粉末具有每千克玻璃粉末至少3.0克氧原子(O)的游离氧含量。在特定实施方案中,进入发泡炉的玻璃粉末的游离氧含量为至少3.5g/kg、至少4g/kg、至少4.5g/kg、至少5.0g/kg、至少5.5g/kg、至少6g/kg、至少6.5g/kg、至少7g/kg、至少7.5g/kg、至少8g/kg、至少8.5g/kg、至少9g/kg、至少9.5g/kg、至少10.0g/kg、至少10.5g/kg、至少11.0g/kg。在一些实施方案中,玻璃粉末的游离氧含量为玻璃粉末的至多12g/kg、至多11g/kg、至多10g/kg、至多9.0g/kg、至多8.0g/kg、至多7.5g/kg、至多7.0g/kg、至多6.5g/kg。
在更特定实施方案中,玻璃粉末具有介于每千克玻璃粉末3.0克至12克氧原子(O)的范围内的游离氧含量。在另外的实施方案中,玻璃粉末具有介于每千克玻璃粉末4.0克至10克氧原子(O)的范围内的游离氧含量。
在此上下文中,“游离氧”及其含量如本文档中在上文所解释而定义。
申请人已发现,进入发泡炉的混合物中的较高游离氧含量强烈地促进混合物的发泡或膨胀能力。申请人相信,不希望受此理论束缚,正是混合物中的游离氧含量主要且仅出于所有实际目的而容易获得以用于氧化并因此活化生产蜂窝状玻璃的行业中使用的许多发泡剂。申请人因此已发现,进入发泡炉的混合物应特别地包含遵守上述最低水平规定的游离氧含量。
申请人已进一步发现,随着游离氧含量本身的增加,进一步增加步骤a)的干燥混合物的游离氧含量在技术上和经济上变得越来越困难。因此,申请人倾向于遵守上文规定的上限。
峰值发泡温度
在根据本发明的方法的实施方案中,发泡炉中的峰值发泡温度为至少600℃、至少625℃、至少650℃、至少675℃或至少700℃。在一些实施方案中,发泡炉中的峰值发泡温度为至多950℃、至多925℃、至多900℃、至多875℃、至多850℃、至多825℃、至多800℃。在一些实施方案中,发泡炉中的峰值发泡温度介于600℃至1000℃的范围内。在更特定实施方案中,发泡炉中的峰值发泡温度介于700℃至850℃的范围内。
申请人已发现,发泡炉中的峰值温度遵守如所规定的下限,在步骤a)的干燥混合物进入发泡炉之后,烧结步骤发生得更好且更快。申请人已进一步发现,发泡炉中的峰值温度遵守如所规定的上限,过早发生发泡反应(即,在发泡剂颗粒已嵌入玻璃材料的烧结基体中之前发泡)的风险较低。
玻璃粒径减小步骤
在本发明的实施方案中,所述方法包括玻璃粒径减小步骤,期间减小玻璃粉末颗粒中的颗粒的粒径。玻璃颗粒减小步骤可包括研磨玻璃粉末颗粒以减小玻璃粒径和/或用于选择期望粒径的粒径分类器。玻璃粒径减小步骤可在玻璃粉末与发泡剂粉末接触以形成步骤a)的干燥混合物之前、之中或之后进行。
在根据本发明的方法的实施方案中,玻璃粒径减小步骤利用至少一个球磨机。申请人已发现,球磨机非常适合于减小玻璃粉末的平均粒径。在根据本发明的方法的另一个实施方案中,玻璃粒径减小步骤利用由一个球磨机和空气分类器组成的磨削系统。
在特定实施方案中,本发明的方法包括在使玻璃粉末与发泡剂粉末接触以形成步骤a)的干燥混合物的步骤期间或作为所述步骤的一部分的玻璃粒径减小步骤。在这些实施方案中,可在玻璃粒径减小步骤和使玻璃粉末与发泡剂粉末接触以形成步骤a)的干燥混合物的步骤中使用球磨机。申请人已发现,球磨机可同时用于使玻璃粉末与发泡剂粉末接触以及用于将发泡剂粉末分布在玻璃粉末的表面之上。因此,球磨机可同时用于三个目的:使玻璃粉末与发泡剂粉末接触、将发泡剂颗粒分布在玻璃粉末颗粒的表面之上、以及减小玻璃粉末颗粒的大小。
蜂窝状玻璃产品
在第二方面中,本发明提供一种通过如上文描述的方法生产的蜂窝状玻璃产品。蜂窝状产品针对其密度可具有特别好的机械性能。第二方面的蜂窝状玻璃产品可具有至多200kg/m3的密度D。
蜂窝状玻璃产品的密度
除非另有说明,否则所有密度均在环境温度下测量并以kg/m3表达。本发明的蜂窝状玻璃产品的密度可介于70至200kg/m3的范围内。
在第三方面中,本发明提供一种具有至多90kg/m3或更低的密度的蜂窝状玻璃产品。在一些实施方案中,第三方面的蜂窝状玻璃产品具有介于70kg/m3至90kg/m3的范围内的密度。在一些实施方案中,第三方面的蜂窝状玻璃产品的密度D为至少71kg/m3、至少72kg/m3、至少73kg/m3、至少74kg/m3、至少75kg/m3、至少76kg/m3、至少77kg/m3、至少78kg/m3、至少79kg/m3或至少80kg/m3。在特定实施方案中,第三方面的蜂窝状玻璃产品的密度D为至多89kg/m3、至多88kg/m3、至多87kg/m3、至多86kg/m3、至多85kg/m3、至多85kg/m3、至多84kg/m3、至多83kg/m3、至多82kg/m3、至多81kg/m3或至多80kg/m3。
在第四方面中,蜂窝状玻璃产品具有至多200kg/m3的密度D。在特定实施方案中,第四方面的蜂窝状玻璃产品具有介于70kg/m3至200kg/m3的范围内的密度。在另外的特定实施方案中,第四方面的蜂窝状玻璃产品具有介于70kg/m3至150kg/m3的范围内的密度。在又另外的实施方案中,第四方面的蜂窝状玻璃产品具有介于70kg/m3至130kg/m3的范围内的密度。
在第四方面的实施方案中,蜂窝状玻璃产品具有至多190.0kg/m3、至多180.0kg/m3、至多170.0kg/m3、至多160.0kg/m3、至多150.0kg/m3、至多140.0kg/m3、至多130.0kg/m3、至多120.0kg/m3、至多115kg/m3、至多110kg/m3、至多105kg/m3、至多100kg/m3、至多95kg/m3、至多90kg/m3、至多95kg/m3、至多90kg/m3、至多85kg/m3或至多80kg/m3的密度D。在一些实施方案中,第四方面的蜂窝状玻璃产品具有至少75kg/m3、至少80kg/m3、至少85kg/m3、至少90kg/m3、至少95kg/m3、至少100kg/m3、至少105kg/m3、至少110kg/m3的密度D。在根据第四方面的蜂窝状玻璃产品的特定实施方案中,蜂窝状玻璃产品的密度D为至少71kg/m3、至少72kg/m3、至少73kg/m3、至少74kg/m3、至少75kg/m3、至少76kg/m3、至少77kg/m3、至少78kg/m3、至少79kg/m3、至少80kg/m3、至少85kg/m3或至少90kg/m3。
平均泡孔直径
申请人根据以下程序来确定蜂窝状玻璃产品的平均泡孔直径。
特别地通过尽可能多地制造新锯出或切割出的表面来从产品取得代表性样品,所述代表性样品具有6个矩形侧表面(因此这些表面必定大致彼此垂直)并具有至少0,10m×0,10m×(至少)0.03m的尺寸。在可能的情况下,避免在生产过程期间产生任何边界效应。运用来自生产线的新板坯,特别地通过避免最靠近板坯侧面的5cm(更特别地是10cm)的产品以及避免呈正在离开生产线的形式(即,在任何切割或锯切之前)的板坯的顶部和底部3cm来取得样品。
蜂窝状玻璃产品通常是通过在加热条件下使玻璃材料或前体与发泡剂的可发泡混合物发泡来制成的,所述发泡剂散布在二维底部表面之上。因此,发泡步骤通常在一个主方向(在本文称为“高度”)上扩展。如果不能直接从起始产品得到样品,则首先根据样品确定样品的三个主轴(即,垂直于样品表面的虚拟线)中的哪一个最接近或代表发泡高度方向。然后,样品的“顶部”和“底部”表面是垂直于此“高度”轴线的两个平行表面。
发泡产品的泡孔在形成时为大致球形的,理想地呈四十二面体形式,即由8个六边形和4个正方形界定的规则3D形状,每个正方形由具有相同边长的4个六边形接界。当样品表面切穿这种泡孔时,横截面将为大致圆形的。因为蜂窝状玻璃产品在发泡步骤之后冷却,所以玻璃产品的泡孔经受收缩过程,所述收缩过程主要是由于在泡孔壁材料尚未完全固化时泡孔内部的气体变得更冷而引起的。这种收缩是不均匀的,收缩沿最小尺寸(通常是高度方向)最强。收缩导致泡孔在体积上变小,并且高度方向上的泡孔尺寸收缩最大。
因此,“顶部”和“底部”表面是其中具有样品表面的泡孔的横截面最好地保持其“大致”圆形形状的那些表面,因为所述表面提供泡孔的顶视图或底视图。相反,在“侧”表面上,从侧面观察泡孔,其具有样品表面的横截面已在“高度”方向上“变平”。因此,泡孔横截面偏离大致圆形,从而形成较长轴线垂直于较短轴线的形状。因此可通过观察样品的表面而容易地确定样品的“顶部”和“底部”表面并因此确定“高度”方向。
特别地,发明人在显微镜下以至少20倍的光学放大率进行此观察。在这种显微镜视图或图片中,当有疑问时,可确定给出大致最大直径的第一方向上的平均泡孔直径以及垂直于第一方向的第二方向上的平均泡孔直径。然后可通过将最小平均泡孔直径除以最大平均泡孔直径来确定两个平均泡孔直径的比率。因此,此比率最接近1的表面是顶部表面或底部表面,并且垂直于此表面的方向最接近样品的“高度”方向。
在本发明的上下文中,蜂窝状玻璃材料样品的平均泡孔直径dc应在沿高度轴线(即,提供泡孔的顶视图或底视图的视图)观察时确定。平均泡孔直径“dc”应通过计算至少3.0cm长的直线的一部分穿过显微镜图片上的泡孔壁的频率来确定。如果显微镜图片的大小不足以容纳3.0cm的线段,则可能需要使用适当软件来将若干显微镜图片相互缝合,以便获得代表至少3.0cm长的蜂窝状玻璃样品的显微镜图片。然后使用公式(V)来计算平均泡孔直径:
dc=L/((0.785)2*N) (V)
其中
dc为平均泡孔直径(以mm计,其中10微米为有意义的或更佳的)
L为穿过显微镜图片中的泡孔壁的线段的长度(以mm表达,但以10微米或更佳的准确度测量),并且
N为线段沿其长度L与泡孔壁相交的次数。在本发明的上下文中,此次数应为至少40,否则需要选择更长的线,或需要对样品的不具有与第一线共同的泡孔的另一个部分执行另外的测量(对其相交进行计数的另外的线)。
系数0.785被计算为π/4的舍入结果,遵守ASTM D3576-15的附录X1中所描述的内容,即平均弦长与平均泡孔直径之间的关系。
在本发明的上下文中,泡孔壁被定义为分隔两个泡孔的材料边界。然而,泡孔壁中可能存在气泡。如果一条线穿过气泡,则气泡周围的泡孔壁应被计为一个而不是两个泡孔壁。因此,在本发明的上下文中,泡孔被定义为具有多于3个相邻物的空隙。泡孔通常具有非球形几何形状,因为在三个泡孔彼此相遇的地方形成了“拐角”。理想情况下,泡孔的形状是四十二面体或相关的。气泡仅具有3个或更少相邻物,并且通常在形状上几乎是完全球形的或椭圆形的,通常没有“拐角”。
特别地,在样品的同一表面上重复此测量至少1次,更特别地至少2次,甚至更特别地至少3次,再更特别地至少5次,在样品表面的不同位置处绘制线段,彼此之间至少相距2*d(其中d如式I中定义)。发明人通常使用如上文描述的尺寸为10cm×10cm×至少3cm的样品,由此两个10×10cm的表面是产品的顶表面和底表面。发明人通常通过在用于泡孔直径确定的样品表面上绘制矩形栅格来将表面分成大致相同大小的9个区域,所述矩形栅格将每个表面边界分成大致相同大小的3个部分。然后将单个中心区域标记为A,将与区域A接界的4个侧面区域标记为B,并且将其余4个拐角区域标记为C。发明人通常在9个区域中的每一个中绘制具有长度L的一条线段。发明人通常使用全部9个测量值。为简单起见,可使用区域A和B的测量值,或者如果仅对区域A的结果进行充分区分,但发明人将9个测量值的组合视为最终管控结果。然后应在所有n个测量值内对n个个别测量值中的每一个的单独结果di进行数学平均,以获得样品的平均泡孔直径d。
当使d与泡沫密度D相关时,如图1所示,应在测量d的相同样品上测量密度,并且应以与针对d进行平均的相同方式在多个样品内对密度进行平均。
通过以0.1g准确度测量样品的重量并以<1%相对准确度度测量线性尺寸来计算泡沫密度D。线性尺寸允许计算体积,并且泡沫密度可通过将重量除以计算体积来计算。
在第三方面的蜂窝状玻璃产品的实施方案中,蜂窝状玻璃产品具有至多2.5mm、至多2.4mm、至多2.3mm、至多2.2mm、至多2.1mm、至多2.0mm、至多1.9mm、至多1.8mm、至多1.7mm、至多1.6mm、至多1.5mm、至多1.4mm的平均泡孔直径dc。在另一个实施方案中,蜂窝状玻璃产品具有至少0.5mm、至少0.6mm、至少0.7mm、至少0.8mm、至少0.9mm、至少1.0mm或至少1.1mm的平均泡孔直径dc。在特定实施方案中,第三方面的蜂窝状玻璃产品具有介于0.5mm至2.5mm范围内的平均泡孔直径dc。
申请人已发现,遵守如所规定的上限带来针对相同的隔热性能提高最终产品的机械性能的优点。申请人还已发现,遵守如所规定的下限带来针对相似的机械性能提高隔热性能的优点。
另外地或替代地,第三方面的蜂窝状玻璃产品可具有为如在第四方面中计算的参考泡孔直径的至多97%的平均泡孔直径dc,即
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3。
在第三方面的蜂窝状玻璃产品的实施方案中,平均泡孔直径dc为d的至多96%、d的至多95%、d的至多94%、d的至多93%、d的至多92、d的至多91%、d的至多90%、d的至多89%、d的至多88%、d的至多87%、d的至多86%、d的至多85%、d的至多84%、d的至多83%、d的至多82%、d的至多81%、d的至多80%、d的至多79%、d的至多78%、d的至多75%、d的至多73%或d的至多70%。
申请人已发现,此值越低,最终产品的隔热性能和机械性能的组合越好,即,本发明的期望技术效果越好。
第四方面的蜂窝状玻璃产品具有参考泡孔直径d的至多97%的平均泡孔直径dc,前提是当蜂窝状玻璃产品具有介于95至105kg/m3的范围内的密度D时,平均泡孔直径dc为参考泡孔直径d的至多90%。
在蜂窝状玻璃产品具有介于95至105kg/m3的范围内的密度的第四方面的蜂窝状玻璃产品的实施方案中,平均泡孔直径dc为d的至多96%、d的至多95%、d的至多94%、d的至多93%、d的至多92%、d的至多91%、d的至多90%、d的至多89%、d的至多88%、d的至多87%、d的至多86%、d的至多85%、d的至多84%、d的至多83%、d的至多82%、d的至多81%、d的至多80%、d的至多79%、d的至多78%、d的至多75%、d的至多73%或d的至多70%。
在蜂窝状玻璃产品的密度介于95至105kg/m3的范围内的第四方面的蜂窝状玻璃产品的实施方案中,平均泡孔直径dc为d的至多89%、d的至多88%、d的至多87%、d的至多86%、d的至多85%、d的至多84%、d的至多83%、d的至多82%、d的至多81%、d的至多80%、d的至多79%、d的至多78%、d的至多75%、d的至多73%或d的至多70%。申请人已发现,此值越低,最终产品的隔热性能和机械性能的组合越好,即,本发明的期望技术效果越好。
在第四方面的蜂窝状玻璃产品的实施方案中,平均泡孔直径dc为至多2.0mm、至多1.9mm、1.8mm、1.7mm、1.6mm、1.5mm、1.4mm、1.3mm、1.2mm、1.1mm或1.0mm、或更特别地至多0.90mm、0.80mm、0.70mm、0.60mm、0.50mm、0.40mm、0.30mm、0.20mm、0.10mm或0.05mm。申请人已发现,遵守如所规定的上限带来提高最终产品的机械性能的优点。
在第三方面和第四方面的蜂窝状玻璃产品的特定实施方案中,平均泡孔直径dc为至多2.0mm。
蜂窝状玻璃产品的机械性能
第二方面、第三方面和第四方面的蜂窝状玻璃产品可具有某些机械性能,以使蜂窝状玻璃产品能够用作例如隔热产品。以下机械性能同样地且独立地适用于第二方面、第三方面和第四方面的中的每一个。
在一些实施方案中,蜂窝状玻璃产品在1000N的点载荷Pd下表现出至多2.0mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。在特定实施方案中,蜂窝状玻璃产品在1000N的点载荷Pd下表现出至多1.5mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。在另外的实施方案中,蜂窝状玻璃产品在1000N的点载荷Pd下表现出至多1.0mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。在又另外的实施方案中,蜂窝状玻璃产品在1000N的点载荷Pd下表现出至多0.5mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。
在一些实施方案中,蜂窝状玻璃产品具有至少400kPa(0.4N/mm2)的抗压强度。在特定实施方案中,蜂窝状玻璃产品具有至少500kPa(0.5N/mm2)、至少600kPa(0.6N/mm2)、至少700kPa(0.7N/mm2)、至少800kPa(0.8N/mm2)、至少900kPa(0.9N/mm2)、至少1000kPa(1.0N/mm2)、至少1100kPa(1.1N/mm2)、至少1200kPa(1.2N/mm2)、至少1300kPa(1.3N/mm2)或至少1400kPa(1.4N/mm2)的抗压强度。
在特定实施方案中,蜂窝状玻璃产品具有至少500kPa(0.5N/mm2)的抗压强度,并且示出在1000N的点载荷Pd下表现出至多1.5mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。
蜂窝状玻璃产品的抗压强度是根据如欧洲标准EN 13167的第14页上阐述的标题为“Thermal insulation products for buildings-Factory made cellular glass(CG)products-Specification”且在欧洲标准EN 14305:2009+A1:2013的第15页上阐述的标题为“Thermal insulation products for building equipment and industrialinstallations-Factory made cellular glass(CG)products-Specification”的欧洲标准826:1996,附录A来测量的。
特定蜂窝状玻璃产品实施方案
在特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有介于70kg/m3至90kg/m3的范围内的密度D与至少500kPa(0.5N/mm2)的抗压强度。
在另一个特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有介于70kg/m3至90kg/m3的范围内的密度D,并且所述产品在1000N的点载荷Pd下表现出至多1.5mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。
在另外的特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有介于70kg/m3至90kg/m3的范围内的密度D与至多2.5mm的平均泡孔直径dc。
在又另外的特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有介于70kg/m3至90kg/m3的范围内的密度D与为参考泡孔直径的至多97%的平均泡孔直径dc,由此
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3。
在方面第三方面和第四方面的特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有至多200kg/m3的密度和为参考泡孔直径的至多97%的平均泡孔直径dc,由此
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3
前提是当所述密度D介于95至105kg/m3的范围内时,所述平均泡孔直径dc为d的至多90%。
在第三方面和第四方面的另一个特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有至多200kg/m3的密度,并且在1000N的点载荷Pd下表现出至多1.5mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的,前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于90kg/m3至小于95kg/m3或大于105kg/m3至200kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品具有为参考泡孔直径d的至多97%的平均泡孔直径dc,并且前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于95kg/m3至105kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品平均泡孔直径dc为d的至多90%;由此
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3。
在第三方面和第四方面的又另外的特定实施方案中,本发明提供一种蜂窝状玻璃产品,其具有至多200kg/m3的密度并且具有至少400kPa(0.4N/mm2)的抗压强度,前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于90kg/m3至小于95kg/m3或大于105至200kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品具有为参考泡孔直径d的至多97%的平均泡孔直径dc,并且前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于95至105kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品平均泡孔直径dc为d的至多90%;由此
其中:
d为所述参考平均泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca=5.96×10-6,并且
Cb=9.51×10-3。
在此实施方案中,蜂窝状玻璃产品也可在1000N的点载荷Pd下表现出至多1.5mm的变形,如根据欧洲标准EN 12430确定的。在此实施方案中,平均泡孔直径可为至多2.0mm。
在蜂窝状玻璃产品的这些特定实施方案中,蜂窝状玻璃产品可具有至多130kg/m3的密度D。
***
适当地以其特定形式或就用于执行所公开功能的手段或用于获得所公开的果的方法或过程来表达的在前述说明书或所附权利要求书或附图中公开的特征可单独地或以此类特征的任何组合形式用于以其各种形式实现本发明。
虽然已结合上述示例性实施方案来描述本发明,但是在给出本公开时,许多等效的修改和变更将对本领域技术人员显而易见。因此,上文陈述的本发明的示例性实施方案被认为是说明性的而不是限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可对所描述实施方案做出各种改变。
为了避免任何疑问,出于提高读者理解性的目的提供本文提供的任何理论解释。发明人不希望受到这些理论解释中任何解释的束缚。
本文所使用的任何章节标题仅用于组织目的,而不应被解释为限制所描述主题。
在整个本说明书中,包括以下的权利要求,除非上下文另有要求,否则词语“包括(comprise/include)”以及诸如“包括(comprises/comprising/including)”等变体将被理解为暗示包括所陈述的一个整数或步骤或一组整数或步骤,但不排除任何其他整数或步骤或其他组整数或步骤。
必须注意,除非上下文另外明确规定,否则如本说明书和随附权利要求中所用,单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数个指示物。范围在本文中可表述为从“约”一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表达这类范围时,另一个实施方案包括从所述一个特定值和/或至所述另一个特定值。相似地,当通过使用先行词“约”将值表达为近似值时,将理解的是,特定值形成另一个实施方案。相对于数值的术语“约”是任选的,并意指例如+/-10%。
此外,本说明书和权利要求中的术语顶部、底部、上方、下方等用于描述性目的,而不一定用于描述相对位置。如此使用的术语在适当的情况下是可互换的,并且本文描述的本发明的实施方案可以不同于本文描述或示出的取向来操作。
实施例
混合硅酸盐玻璃粉末与炭黑以形成硅酸盐玻璃与炭黑粉末的混合物。硅酸盐玻璃粉末具有2515kg/m3的散装密度,并且以产生具有94kg/m3的密度的蜂窝状玻璃产品所需的量提供。
炭黑粉末以提供产生具有94kg/m3的密度的蜂窝状玻璃所需的理论最低碳量的至少150%的量提供。硅酸盐玻璃粉末包含呈SO4 2-形式的足够的游离氧,以便也以提供产生具有94kg/m3的密度的蜂窝状玻璃的理论最低氧量的至少150%的量提供游离氧。
在发泡炉中于约800℃的最大发泡温度下处理硅酸盐玻璃与炭黑粉末的干燥混合物,以形成蜂窝状玻璃。在退火窑中通过冷却蜂窝状玻璃来对蜂窝状玻璃进行进一步退火。所得蜂窝状玻璃具有约94kg/m3的密度。平均泡孔直径可在1.4mm的区域内。
参考文献
上面引用了许多出版物,以便更全面地描述并公开本发明以及本发明所属领域的现状。下面提供这些参考文献的完整引用。这些参考文献中的每一个都整体并入本文。
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Claims (13)
1.一种用于生产具有在70 kg/m3 至 110 kg/m3范围内的在环境温度下的密度D的蜂窝状玻璃产品的方法,前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有小于95 kg/m3,或大于105 kg/m3的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品具有为参考泡孔直径d的至多97%的平均泡孔直径dc,前提是当所述蜂窝状玻璃产品具有介于95 kg/m3至105 kg/m3的范围内的密度D时,所述蜂窝状玻璃产品平均泡孔直径dc为d的至多90%;由此
其中:
d为所述参考泡孔直径,以米(m)表达,
D为所述蜂窝状玻璃产品在环境温度下的密度,以kg/m3表达,
B为形成所述蜂窝状玻璃产品的泡孔壁的散装固体玻璃材料在环境温度下的密度,以kg/m3表达
Ca = 5.96×10-6,并且
Cb = 9.51×10-3,
所述方法包括以下步骤:
a) 使玻璃粉末与发泡剂粉末接触以形成包括混合的玻璃颗粒与发泡剂颗粒的干燥混合物;
b) 在发泡炉中热处理来自步骤a)的所述混合物,从而形成蜂窝状玻璃;以及
c) 在退火窑中通过使来自步骤b)的所述蜂窝状玻璃冷却来对所述蜂窝状玻璃进行退火,
其中步骤a)的所述干燥混合物中的实现发泡反应所必需的反应物中的至少一种的浓度是与在所述蜂窝状玻璃产品在步骤c)中冷却后在环境温度下在所述蜂窝状玻璃产品中获得所述密度D的理论最低要求相对应的浓度的至少150%。
2.根据权利要求1的所述方法,其中步骤a)的所述干燥混合物中的实现发泡反应所必需的所有反应物的浓度是与在所述蜂窝状玻璃产品在步骤c)中冷却后在环境温度下在所述蜂窝状玻璃产品中获得所述密度D的所述理论最低要求相对应的浓度的至少150%。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,其中步骤a)的所述干燥混合物中的实现发泡反应所必需的反应物中的至少一种或所有的浓度是与在所述蜂窝状玻璃产品在步骤c)中冷却后在环境温度下在所述蜂窝状玻璃产品中获得所述密度D的所述理论最低要求相对应的所述浓度的至少160%。
4.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述干燥混合物的总重量,所述发泡剂粉末以至少0.20重量%的浓度存在于所述干燥混合物中。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述发泡剂粉末选自由碳酸盐、硫酸盐、碳化硅、二硫化铁和基于碳的粉末组成的列表。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述发泡剂粉末为炭黑粉末。
7.根据权利要求1所述的方法,其中在步骤b)中热处理的所述混合物具有至多0.5重量%的游离水含量。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述玻璃粉末具有每千克玻璃粉末至少3.0克氧原子(O)的游离氧含量。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述发泡炉中的峰值发泡温度介于600-1000℃的范围内。
10.一种通过如权利要求1至9中任一项所述的方法生产的蜂窝状玻璃产品,其中所述蜂窝状玻璃产品:
a. 具有至少400 kPa (0.4 N/mm2)的抗压强度;和/或
b. 在1000 N的点载荷Pd下表现出至多2.0 mm的变形,根据欧洲标准EN 12430确定的。
11.一种通过如权利要求1至9中任一项所述的方法生产的蜂窝状玻璃产品,其中所述蜂窝状玻璃产品具有至多90 kg/m3的密度D,并且所述蜂窝状玻璃产品具有至多2.5 mm的平均泡孔直径dc。
12.一种通过如权利要求1至9中任一项所述的方法生产的蜂窝状玻璃产品,其中所述蜂窝状玻璃产品具有介于90 kg/m3至110 kg/m3的范围内的密度D,并且所述蜂窝状玻璃产品具有至多2.0 mm的平均泡孔直径dc。
13. 一种通过如权利要求1至9中任一项所述的方法生产的蜂窝状玻璃产品,其中所述蜂窝状玻璃产品具有至少500 kPa (0.5 N/mm2)的抗压强度,并且在1000 N的点载荷Pd下表现出至多1.5 mm的变形,根据欧洲标准EN 12430确定的。
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