一種低溫?zé)傻兔芏雀邚?qiáng)度泡沫玻璃的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫?zé)傻兔芏雀邚?qiáng)度泡沫玻璃的制備方法，其原料組成及其質(zhì)量百分比含量為55.3～61.6％SiO2，13.3～18.6％Na2CO3，9.0～11.6％CaCO3，5～5.7％Al2O3，3.56～5.8％MgCO3，0.73～3.7％K2CO3，0.51～1.2％Fe2O3，0.53～1.1％BaCO3，0.47～0.9％Na2SO4，0.05～0.3％SrO，在此基礎(chǔ)上制得玻璃粉，再外加質(zhì)量百分比為4～8％的碳酸鋰為發(fā)泡劑及0～2％的穩(wěn)泡劑或者0～2％的發(fā)泡促進(jìn)劑。本發(fā)明采用操作方便實(shí)用的粉末燒結(jié)法，在725～775℃的低溫下燒制而成。本發(fā)明制備的泡沫玻璃氣孔均勻，密度較低，力學(xué)性能較好，氣孔率吸水率等性能均達(dá)到其使用標(biāo)準(zhǔn)，且顏色純正便于著色。此外，本發(fā)明不僅可以降低其生產(chǎn)成本，還可以大大提高了其生產(chǎn)效率。
【專利說明】
-種低溫?zé)傻兔芏雀邚?qiáng)度泡沫玻璃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種質(zhì)輕、高強(qiáng)、保溫、隔音的多功能材料，具體設(shè)及一種低溫?zé)膳?沫玻璃的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 泡沫玻璃是一種由玻璃相和大量直徑在0.5~5mm的均勻氣孔組成的無機(jī)非金屬 泡沫材料。泡沫玻璃具有質(zhì)輕高強(qiáng)、絕熱保冷、防水防腐、無毒不燃、化學(xué)穩(wěn)定、防蟲抑菌、生 態(tài)環(huán)保等許多優(yōu)異的性能，使得泡沫玻璃在低溫隔熱、管道防護(hù)、消聲降噪等許多領(lǐng)域有著 不可替代的作用。但是目前只有少量的泡沫玻璃產(chǎn)品投入工業(yè)生產(chǎn)中，而且產(chǎn)量也是非常 有限。過去限制泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)增長的主要原因是成本和需求問題，比如過高的發(fā)泡溫度即 燒結(jié)溫度(900~120(TC)，對能源的消耗較大，燃料的成本是制約其大規(guī)模推廣使用的重要 影響因素。故從生產(chǎn)工藝方面降低其能源損耗，節(jié)約成本具有廣泛的社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值，符合環(huán) 境友好型材料的發(fā)展要求。
[0003] 目前在商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中廣泛使用的泡沫玻璃的性能為:體積密度0.1~0.5g/cm3，抗壓 強(qiáng)度0.4~6.0M化。實(shí)際應(yīng)用中高氣孔率的泡沫玻璃更符合發(fā)展要求，即較低的體積密度， 但是隨之帶來的制品泡壁變薄變脆等原因?qū)е碌膹?qiáng)度降低是不可避免的，比如目前市售氣 孔率為90 %左右的泡沫玻璃產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度較低，約為0.8MPa，無法承受較大的應(yīng)力。所W如 何平衡氣孔率和力學(xué)性能之間的關(guān)系，制備出實(shí)用價(jià)值更高的質(zhì)輕高強(qiáng)玻璃仍是一大挑 戰(zhàn)。
[0004] 碳酸裡作為裡的基礎(chǔ)裡鹽，最大的消費(fèi)市場是用于玻璃制造和陶瓷生產(chǎn)過程中的 添加劑和助烙劑。研究表明，在玻璃制造行業(yè)中，碳酸裡不僅能降低玻璃的熟化、烙化溫度， 提高玻璃的強(qiáng)度，而且還可W改善玻璃的粘性、熱膨脹性等許多重要性質(zhì)，運(yùn)些作用與Li + 屬于惰性氣體型的、極小離子半徑的離子形式有關(guān)。運(yùn)種離子特點(diǎn)在玻璃結(jié)構(gòu)中容易形成 不對稱的中屯、，也會極化氧離子、減弱娃氧之間的鍵力，同時(shí)它作為近似的質(zhì)子狀態(tài)可W深 深滲透到陰離子的電子殼層內(nèi)，因而它可W起到助烙的作用。在綠色環(huán)保時(shí)代，對選用原料 和煙畫排放物(特別是氣、鉛和棚）日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)也促使玻璃廠家使用更多的裡。就 其本身的熱學(xué)性能來說，碳酸裡的烙點(diǎn)為723°C，在723-1270°C溫度范圍內(nèi)，它會逐步分解， 生成氧化裡和二氧化碳。類似于常用的化2〇)3和化C〇3，它可作為分解型發(fā)泡劑，加上自身的 增強(qiáng)助烙作用，可W實(shí)現(xiàn)在較低溫度下制備泡沫玻璃。
[0005] 此外，市面上目前所生產(chǎn)的泡沫玻璃原料大多是碎玻璃和工業(yè)礦渣，但是運(yùn)些原 料化學(xué)成分不穩(wěn)定，含雜質(zhì)較多，不利于控制泡沫玻璃的各項(xiàng)性能，配方的穩(wěn)定性和可靠性 也普遍不高。上述缺點(diǎn)導(dǎo)致泡沫玻璃產(chǎn)品大多力學(xué)性能不高，質(zhì)脆易碎，初性很低，不能滿 足一些特殊環(huán)境的應(yīng)用要求。采用工業(yè)料制備泡沫玻璃時(shí)，生產(chǎn)成本不高，其制品容易定 型，性能穩(wěn)定，綠色無毒，是一種很有應(yīng)用前景的環(huán)保材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的，是克服現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)泡溫度較高、氣孔率和力學(xué)性能不夠理想的 不足，提供一種體積密度較低、氣孔較均勻、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能較好，且能夠達(dá)到使用標(biāo) 準(zhǔn)、顏色純正的，并可W低溫下燒結(jié)的泡沫玻璃制品的制備方法，此外，低溫?zé)婆菽Ａ?不僅可W降低其生產(chǎn)成本，還可W大大提高其生產(chǎn)效率。
[0007] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)。
[000引一種低溫?zé)傻兔芏雀邚?qiáng)度泡沫玻璃的制備方法，具有如下步驟：
[0009] (1)配置基礎(chǔ)玻璃粉
[0010] 基礎(chǔ)玻璃粉的原料組成及其質(zhì)量百分比含量為55.3~61.6%Si化，13.3~18.6% Na2C〇3,9.0~11.6%CaC〇3,5~5.7%Al2〇3,3.56~5.8%MgC〇3,0.73~3.7%K2C〇3,0.51~ 1.2%i^203,0.53~l.l%&iC03,0.47~0.9%Na2S04,0.05~0.3%Sr0;
[0011] 將上述原料放入球磨罐進(jìn)行干磨，干磨5小時(shí)后在高溫電阻爐于1300°C烙制，出爐 立即水澤，制得基礎(chǔ)玻璃；將基礎(chǔ)玻璃干燥后W同樣方法進(jìn)行干磨，干磨5小時(shí)后過140目 篩，制得基礎(chǔ)玻璃粉；
[001^ (2)加入添加劑
[0013] 在步驟（1)基礎(chǔ)玻璃粉的基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比含量為4~8%的發(fā)泡劑及0~ 2%的穩(wěn)泡劑或0~2 %的發(fā)泡促進(jìn)劑;將配合料放入球磨機(jī)進(jìn)行干磨，干磨化，過150目標(biāo)準(zhǔn) Α?* 師；
[0014] 所述發(fā)泡劑為Li2C〇3,所述穩(wěn)泡劑為化抽P〇4、化3P化· 12出0或者K3P0沖的任意一 種，所述發(fā)泡促進(jìn)劑為化〇、Ti化或者化S化中的任意一種；
[001引（3)裝模燒制
[0016] 將步驟(2)過篩后的配合料裝入石墨相蝸，震動成型;再置于燒結(jié)爐中于725~775 °C的低溫下燒結(jié)，保溫20~60min，制得泡沫玻璃；
[0017] (4)將步驟(3)燒制的成品切割成規(guī)定形狀。
[0018] 所述步驟(2)及步驟(3)干磨的球、料質(zhì)量比為2:1，其中大球、中球和小球質(zhì)量比 為 1:2:1。
[0019]所述步驟(5)的溫度制度為：自室溫W4°C/min升溫速率升至400°C，保溫20min;再 WlO°C/min升溫速率升至725~775°C，保溫20~60min;隨爐冷卻。
[0020] 該泡沫玻璃的體積密度為0.28~0.39g/cm3，抗壓強(qiáng)度為2.9~5.5Mpa，閉口氣孔 率為81~90%。
[0021] 本發(fā)明與已有技術(shù)相比較，有益效果體如下：
[0022] 1.本發(fā)明采用粉末燒結(jié)法制備泡沫玻璃，通過725~775°C的低溫?zé)?，得到體積 密度低，機(jī)械強(qiáng)度高的泡沫玻璃制品，不需要嚴(yán)苛的制備條件，且大大的節(jié)約了燃料成本， 經(jīng)濟(jì)價(jià)值較好。
[0023] 2.本發(fā)明選用的原料均為工業(yè)級別的純原料，來源廣泛，價(jià)格相對低廉，降低了生 產(chǎn)成本，同時(shí)也可便于根據(jù)實(shí)際需要，控制制品性能，從而得到所希望特性的泡沫玻璃產(chǎn) 品。
[0024] 3.工藝制度的簡單可行，原料的低成本，都有利于該泡沫玻璃制品在工業(yè)上的大 批量上產(chǎn)。
[00巧]4 .本發(fā)明的泡沫玻璃制品體積密度為0.28~0.39g/cm3，抗壓強(qiáng)度為2.9~ 5.5Mpa，閉口氣孔率為81~90 %，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1低溫?zé)傻呐菽Ａе破吩赬射線衍射儀檢測的衍射照片；
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1低溫?zé)傻呐菽Ａе破吩趻呙桦婄R的微觀形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施方例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[00巧]實(shí)施例1
[0030] (1)用電子天平砰取二氧化娃66g，碳酸鋼22.23g，碳酸巧10.71g，氧化侶6g，碳酸 儀6.15g，碳酸鐘4.4g，氧化鐵1.41g，碳酸領(lǐng)1.29g，硫酸鋼1.06g，氧化鎖0.05g。一起加入到 球磨罐中干磨;球、料質(zhì)量比為2:1，其中大球：中球:小球質(zhì)量比為1:2:1;保證密封良好，干 磨化后放入高溫電阻爐中升溫至1300°C開始烙制，出爐立即水澤，得到基礎(chǔ)玻璃。再將得到 的碎基礎(chǔ)玻璃干燥后W同樣的方法進(jìn)行球磨，5小時(shí)后過140目篩制得基礎(chǔ)玻璃粉。
[0031] (2)取基礎(chǔ)玻璃粉60g，碳酸裡3.6g加入球磨罐中，按照步驟（1)的干磨方法球磨 3h，將粉料過150目的標(biāo)準(zhǔn)篩。
[0032] (3)步驟(2)過篩后的配合料填充于石墨相蝸中，切勿裝料過滿，在振動臺上震動 成型。成型后，將石墨相蝸送入電阻爐內(nèi)，于750°C燒結(jié)。
[0033] 上述溫度制度為：自室溫W4°C/min升溫速率升至400°C，保溫20min;再WlOtV min升溫速率升至750°C，保溫60min;隨爐冷卻。
[0034] (4)將步驟(3)燒制的成品切割成12.5mm X 5mm X 5mm的長方體。
[0035] 實(shí)施例1的所形成的泡沫玻璃制品相關(guān)性能測試結(jié)果如下：
[0036] 體積密度為0.345g/cm3，氣孔率為85.67 %，抗壓強(qiáng)度為4.0 IMpa。
[0037] 圖1是實(shí)施例1的衍射照片，其中橫坐標(biāo)為衍射角20/(°)，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度；由圖 1可W看出其形成了良好的玻璃相.
[0038] 圖2是實(shí)施例1的電鏡掃描圖片，由圖中微觀氣孔形貌可W看出，所得制品的氣孔 形狀較規(guī)則，分布較均勻。
[0039] 本發(fā)明各具體實(shí)施例的基礎(chǔ)玻璃粉原料配比詳見表1(單位:g)。
[0040] 本發(fā)明各具體實(shí)施例的基礎(chǔ)玻璃粉與添加劑即泡沫玻璃原料配比（單位:g)W及 燒結(jié)溫度制度詳見表2。
[0041] 本發(fā)明各具體實(shí)施例的性能檢測結(jié)果詳見表3。
[0042] 各個(gè)具體實(shí)施例的工藝步驟完全同于實(shí)施例1。
[0043] 表 1
[0044]
[0049] 本發(fā)明所制備的低密度高強(qiáng)度泡沫玻璃材料，經(jīng)檢驗(yàn)均符合現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0050] 本發(fā)明所列舉的各原料都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，W及各種原料的上下限取值、區(qū)間值都 能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，不再一一舉例說明。
[0051] W上是對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核屯、的情 況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替換 均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低溫?zé)傻兔芏雀邚?qiáng)度泡沫玻璃的制備方法，具有如下步驟： (1) 配置基礎(chǔ)玻璃粉 基礎(chǔ)玻璃粉的原料組成及其質(zhì)量百分比含量為55.3~61.6%Si〇2,13.3~18.6% Na2C03,9.0~11.6%CaC〇3,5~5.7%Al2〇3,3.56~5.8%MgC〇3,0.73~3.7%K2C〇3,0.51~ 1.2%Fe203,0.53~l.l%BaC03,0.47~0.9%Na2S04,0.05~0.3%Sr0; 將上述原料放入球磨罐進(jìn)行干磨，干磨5小時(shí)后在高溫電阻爐于1300°C熔制，出爐立即 水淬，制得基礎(chǔ)玻璃;將基礎(chǔ)玻璃干燥后以同樣方法進(jìn)行干磨，干磨5小時(shí)后過140目篩，制 得基礎(chǔ)玻璃粉； (2) 加入添加劑 在步驟（1)基礎(chǔ)玻璃粉的基礎(chǔ)上，外加質(zhì)量百分比含量為4~8%的發(fā)泡劑及0~2 %的 穩(wěn)泡劑或0~2 %的發(fā)泡促進(jìn)劑;將配合料放入球磨機(jī)進(jìn)行干磨，干磨3h，過150目標(biāo)準(zhǔn)篩； 所述發(fā)泡劑為Li2CO3，所述穩(wěn)泡劑為Na2HP〇4、Na3P〇4 · 12H20或者K3P〇4中的任意一種，所 述發(fā)泡促進(jìn)劑為ZnO、TiO2或者CaS〇4中的任意一種。 (3) 裝模燒制 將步驟(2)過篩后的配合料裝入石墨坩堝，震動成型;再置于燒結(jié)爐中于725~775°C的 低溫下燒結(jié)，保溫20~60min，制得泡沫玻璃； (4) 將步驟(3)燒制的成品切割成規(guī)定形狀。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫生產(chǎn)低密度高強(qiáng)度泡沫玻璃制品的方法，其特征是，所述 步驟(2)及步驟(3)干磨的球、料質(zhì)量比為2:1，其中大球、中球和小球質(zhì)量比為1:2:1。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫生產(chǎn)低密度高強(qiáng)度泡沫玻璃制品的方法，其特征是，所述 步驟⑶的溫度制度為：自室溫以^^化升溫速率升至仙。！^^^。!!^;##…?。?!^!^ 溫速率升至725~775 °C，保溫20~60min;隨爐冷卻。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫生產(chǎn)低密度高強(qiáng)度泡沫玻璃制品的方法，其特征是，該泡 沫玻璃的體積密度為〇. 28~0.39g/cm3，抗壓強(qiáng)度為2.9~5.5Mpa，閉口氣孔率為81~90 %。
【文檔編號】C03B19/08GK105948467SQ201610260980
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】朱玉梅, 方馨悅
【申請人】天津大學(xué)