一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備高性能梯度泡沫玻璃保溫材料，按重量百分比計(jì)，其原料包括如下組分：基礎(chǔ)玻璃96.00-98.00％、硼砂1.50-3.50％、芒硝0.20-0.60％和碳0.20-0.80％。所述高性能梯度泡沫玻璃保溫材料中的原料包括一種以上的具體配比，所述不同配比的原料按碳含量梯度分層鋪設(shè)。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，而且通過(guò)調(diào)控特制泡沫玻璃混合料的化學(xué)組成可獲得密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、氣孔結(jié)構(gòu)均勻的閉孔泡沫玻璃，在整個(gè)泡沫玻璃材料的厚度上方向上形成密度的梯度分布。這種結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃材料，在施工、加工，或有特殊要求的情況下，能夠起到獨(dú)特的作用與效果。
【專利說(shuō)明】一種高性能梯度泡沬玻璃保溫材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料及其制備方法，屬于玻璃材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫玻璃是一種由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和發(fā)泡促進(jìn)劑等，經(jīng)過(guò)細(xì)粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過(guò)高溫融化，發(fā)泡、退火而制成的含有大量的均勻氣泡的無(wú)機(jī)非金屬玻璃材料。無(wú)機(jī)玻璃的物化性質(zhì)以及它所具有的均勻的獨(dú)立氣泡決定了這種材料具有密度低、導(dǎo)熱系數(shù)??；不燃燒，不變形，能在低溫到高溫的廣闊溫度范圍內(nèi)使用；化學(xué)穩(wěn)定性高，能經(jīng)受藥品的侵蝕，不被蝕損也不腐爛；不透氣、不吸濕吸水，不必?fù)?dān)心長(zhǎng)年使用后隔熱性能變壞的優(yōu)良特性；除此之外，它還抗氧化、風(fēng)化，不會(huì)被蟲蛀鼠嚙。所以，泡沫玻璃被廣泛應(yīng)用在化工、石化等各個(gè)領(lǐng)域的保溫保冷及吸聲。
[0003]隨著研究的深入，泡沫玻璃的原料種類越來(lái)越廣泛，可以是廢玻璃、工業(yè)廢渣、天然礦物，也可以是根據(jù)特定的玻璃配方熔制的玻璃顆粒。雖然以廢棄的資源為原料可以降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境，但其化學(xué)成分不穩(wěn)定，含雜質(zhì)較多，不能很好地控制泡沫玻璃的結(jié)構(gòu)和性能。而直接以純度較高的礦物與化工原料為基礎(chǔ)，可以根據(jù)各種原料在制備泡沫玻璃過(guò)程中的作用，確定原料的添加種類以及添加量，化學(xué)成分更加明確，便于研制出了高性能泡沫玻璃，以滿足一些特殊環(huán)境的苛刻要求。
[0004]CN10195531 9A提供了一種利用廢棄的玻璃纖維制品制備泡沫玻璃的方法，將廢棄的玻璃纖維氈和玻璃纖維網(wǎng)格布粉碎成玻璃粉，添加碳化硅、三氧化二銻、硫酸鈉、氟鋁酸鈉、硝酸鈉、三氧化二鈷，在球磨機(jī)中形成混合料；將配合料裝入耐熱模具中燒制成泡沫玻璃。以這種方法制備泡沫玻璃，可以變廢為寶，保護(hù)環(huán)境，但制品強(qiáng)度較低。CN101602574A提供了一種高強(qiáng)度泡沫玻璃的制備方法，將碎玻璃、碳酸鈣、硼砂、硝酸鈉和耐火纖維裝入到球磨罐中球磨混合均勻后裝入模具中并已入發(fā)泡爐中經(jīng)預(yù)熱、發(fā)泡、穩(wěn)泡、退火等階段制得泡沫玻璃。泡沫玻璃中加入了耐火溫度高、強(qiáng)度高的耐火纖維，所以提高了泡沫玻璃的力學(xué)學(xué)能。但是摻入耐火纖維的同時(shí)也增加了生產(chǎn)成本，所以需要一種通過(guò)改變玻璃組分來(lái)提高玻璃強(qiáng)度的方法。
[0005]CN102001831A提供了一種全閉孔泡沫玻璃的制備方法，將碎玻璃、粉煤灰、紫木節(jié)放入球磨機(jī)中球磨至可通過(guò)200目標(biāo)準(zhǔn)篩，形成配合料；將配合料及霧化蒸餾水放入盤式造粒機(jī)中制備球狀顆粒；將所制備的球狀顆粒裝入耐火模具中；最后將耐火模具連同球狀顆粒移入發(fā)泡爐中燒制得全閉孔泡沫玻璃。這種方法制得的封閉氣孔率高，氣孔孔徑分布均勻，提高了保溫性能，但需要增加造粒過(guò)程，使工藝復(fù)雜，成本增加。
[0006]現(xiàn)有的制備泡沫玻璃材料的方法與技術(shù)中，幾乎都是以一種廢棄的玻璃制品為原料，制備出泡沫玻璃產(chǎn)品。但它們畢竟會(huì)受到廢棄玻璃制品的基礎(chǔ)成分的限制，泡沫玻璃的性能難以穩(wěn)定與提聞。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料及其制備方法，密度小、強(qiáng)度高，且氣孔分布均勻并具有一定的梯度分布。
[0008]本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0009]一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料，按重量百分比計(jì)，其原料包括如下組分:基礎(chǔ)玻璃 96.00-98.00%、硼砂 1.50-3.50%、芒硝 0.20-0.60%和碳 0.20-0.80%。
[0010]按上述方案，所述高性能梯度泡沫玻璃保溫材料中的原料包括一種以上的具體配t匕，所述不同配比的原料按碳含量梯度分層鋪設(shè)。
[0011]按上述方案，所述基礎(chǔ)玻璃按重量百分比計(jì)，包括如下組分:Si0265.00 %~71.00%,A12033.00%~6.00%、Fe2O3L 20%~3.60%,BaO0.50%~1.50%,Ca06.00%~12.00%,Mg02.00%~6.00%,Na2012.00%~15.00%,K2O0.50%~2.50%,MnO20.20%~1.00%, T12O ~0.5%，所述組分 Si02、Al2O3, Fe2O3' BaO、CaO、Mg。、Na2O, K2O, MnO2 和 T12的原料分別為石英砂、鈉長(zhǎng)石、氧化鐵、碳酸鋇、碳酸鈣、白云石、純堿、碳酸鉀、二氧化錳和二氧化鈦。
[0012]上述高性能梯度泡沫玻璃保溫材料的制備方法，包括如下具體步驟:
[0013](I)按照上述基礎(chǔ)玻璃的配比，配制基礎(chǔ)玻璃的配合料，將所述配合料球磨混合均勻；
[0014](2)將混合均勻的配合料高溫熔融后進(jìn)行水淬，得到制備泡沫玻璃所用的玻璃顆粒;
[0015](3)所述玻璃顆粒干燥并磨成基礎(chǔ)玻璃粉，要求通過(guò)300目篩，篩余為0.5fft% ；
[0016](4)按重量百分比基礎(chǔ)玻璃 96.00-98.00%、硼砂 1.50-3.50%、芒硝 0.20-0.60%和碳0.20-0.80%，將基礎(chǔ)玻璃粉、芒硝、硼砂、碳粉混合均勻，得到泡沫玻璃混合料:
[0017](5)選取碳含量不同的泡沫玻璃混合料，將泡沫玻璃混合料按碳含量從低到高依次鋪設(shè)在模具中，鋪設(shè)N層，N大于等于2 ；
[0018](6)將裝有泡沫玻璃混合料的模具進(jìn)行加熱，首先在320-380°C下預(yù)熱20_40min，之后升溫到發(fā)泡溫度，發(fā)泡時(shí)間為20~40min，最后隨爐冷卻至室溫，得到具有均勻氣泡結(jié)構(gòu)、梯度密度的閉孔泡沫玻璃。
[0019]按上述方案，所述步驟⑵中高溫熔融的溫度為1500_1540°C，時(shí)間為2_6小時(shí)。
[0020]按上述方案，所述步驟(6)中的升溫速率為6-10°C /min;發(fā)泡溫度為850~900。。。
[0021]按上述方案，所述步驟(5)中具體的鋪設(shè)方式和層數(shù)視實(shí)際需要而定。通常將碳粉含量不同的泡沫玻璃混合料鋪于模具中，同一種碳粉含量泡沫玻璃混合料鋪設(shè)在同一層，依次向上為碳粉含量依次遞增的泡沫玻璃混合料。
[0022]在本發(fā)明中，通過(guò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)玻璃組分可以制得密度范圍在0.15g/cm3-0.5g/cm3,抗折強(qiáng)度l_2MPa的泡沫玻璃材料，且氣孔分布均勻并具有一定的梯度分布，是一種優(yōu)良的絕熱保溫材料。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明以礦物與化工原料為基礎(chǔ)，自行設(shè)定基礎(chǔ)玻璃配方得到特制玻璃顆粒；然后通過(guò)碳粉含量的變化設(shè)計(jì)出2種或以上碳粉含量不同的泡沫玻璃混合料。在燒成的過(guò)程中由于碳粉含量不同，碳粉含量較少的層面，所產(chǎn)生的氣體量較少，所形成的泡沫玻璃的氣孔直徑較小，材料的密度較大；碳粉含量較多的層面，所產(chǎn)生的氣體量較多，所形成的泡沫玻璃的氣孔直徑較大，材料的密度較小。由此，在整個(gè)泡沫玻璃材料的厚度上方向上就形成了密度的梯度分布。這種結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃材料，在施工、加工，或有特殊要求的情況下，能夠起到獨(dú)特的作用與效果。此外，本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，而且通過(guò)調(diào)控泡沫玻璃混合料的化學(xué)組成可獲得密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、氣孔結(jié)構(gòu)均勻的閉孔泡沫玻璃，對(duì)于節(jié)能減排意義重大。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1
[0027]一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料，其原料包括基礎(chǔ)玻璃、硼砂、芒硝和碳，原料的配比為3種，所述不同配比的原料按碳含量梯度分層鋪設(shè)，按重量百分比計(jì)，下層其原料包括:基礎(chǔ)玻璃96.00%、硼砂3.50%、芒硝0.30%和碳0.20% ;中層其原料包括:基礎(chǔ)玻璃96.00%、硼砂3.30%、芒硝0.30%和碳0.40%;上 層其原料包括:基礎(chǔ)玻璃96.00% Jf砂 2.90%、芒硝 0.30%和碳 0.80%。
[0028]其中，所述高性能梯度泡沫玻璃保溫材料中的基礎(chǔ)玻璃按重量百分比計(jì)，具體組成均如表1所示:
[0029]表1
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料，其特征在于按重量百分比計(jì)，其原料包括如下組分:基礎(chǔ)玻璃 96.00-98.00%、硼砂 1.50-3.50%、芒硝 0.20-0.60%和碳 0.20-0.80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料，其特征在于所述高性能梯度泡沫玻璃保溫材料中的原料包括一種以上的配比，所述不同配比的原料按碳含量梯度分層鋪設(shè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料，其特征在于所述基礎(chǔ)玻璃按重量百分比計(jì)，包括如下組分:Si0265.00 %~71.00 %、Α12033.00 %~6.00 %、Fe2O3L 20 % ~3.60 %、BaO0.50 % ~1.50 %、Ca06.00 % ~12.00 %、Mg02.00 % ~6.00 %、Na2012.00%~15.00%, K2O0.50%~2.50%, MnO20.20%~1.00%、T12O ~0.5%，所述組分 Si02、Al203，F(xiàn)e2O3、BaO、CaO、MgO、Na2O、Κ20、Μη02 和 T12 的原料分別為石英砂、鈉長(zhǎng)石、氧化鐵、碳酸鋇、碳酸鈣、白云石、純堿、碳酸鉀、二氧化錳和二氧化鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的任意一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料的制備方法，其特征在于包括如下具體步驟: (1)按照所述基礎(chǔ)玻璃的配比，配制基礎(chǔ)玻璃的配合料，將所述配合料球磨混合均勻； (2)將混合均勻的配合料高溫熔融后進(jìn)行水淬，得到制備泡沫玻璃所用的玻璃顆粒； (3)所述玻璃顆粒干燥并磨成基礎(chǔ)玻璃粉，要求通過(guò)300目篩，篩余為0.5fft% ； (4)按重量百分比基礎(chǔ)玻璃96.00-98.00%、硼砂1.50-3.50%、芒硝0.20-0.60%和碳0.20-0.80%，將基礎(chǔ)玻璃粉、芒硝、硼砂、碳粉混合均勻，得到泡沫玻璃混合料: (5)選取碳含量不同的泡沫玻璃混合料，將泡沫玻璃混合料按碳含量從低到高依次鋪設(shè)在模具中，鋪設(shè)N層，N大于等于2 ； (6)將裝有泡沫玻璃混合料的模具進(jìn)行加熱，首先在320-380°C下預(yù)熱20-40min，之后升溫到發(fā)泡溫度，發(fā)泡時(shí)間為20~40min，最后隨爐冷卻至室溫，得到具有均勻氣泡結(jié)構(gòu)、梯度密度的閉孔泡沫玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中高溫熔融的溫度為1500-1540°C，時(shí)間為2_6小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高性能梯度泡沫玻璃保溫材料的制備方法，其特征在于所述步驟(6)中的升溫速率為6-10°C /min ;發(fā)泡溫度為850~900°C。
【文檔編號(hào)】C03C11/00GK104030572SQ201410308553
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】何峰, 張秋萍, 謝峻林 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)