玻璃微珠的制备方法

玻璃微珠的制备方法石成利 梁忠友 （山东轻工业学院，济南，）摘要 本文简要介绍了玻璃微珠的制备方法。关键词 玻璃微珠；制备PRODUCTION OF GLASS BEADSShi Chengli Liang Zhongyou （Shandong Institute of Light Industry, Jinan, ）Abstract In the paper, authors introduce simply the production of glass beads.Keywords glass beads ；production1前言玻璃微珠是指直径几微米到几毫米的实心或空心玻璃珠，有无色和有色的。直径0.8mm以上的称为细珠；直径0.8mm以下的称为微珠。玻璃微珠是一种新型硅酸盐材料，具有透明、折射率可调、定向回归反射、表面光滑、流动性好、电绝缘、化学性能稳定、耐热及机械强度高等特点。高强度的实心微珠主要用作研磨介质、机械加工的研磨材料、增强充填剂等，反光实心微珠主要用于交通标志、美术及宣传广告、海上救生器材、演出服装、定向投影屏幕等，空心微珠主要用于固体浮力材料、超低温绝热材料、工程塑料及固体火箭燃料充填剂等。广泛应用于轻工、化工、纺织、交通、航运、精密机械加工等行业。玻璃微珠随用途不同，其化学组成也各不相同，常用的组成有钠钙玻璃、硼硅玻璃、含锆玻璃、含钛玻璃及高硅氧玻璃等。玻璃微珠的生产最早始于美国，二次大战后，欧洲各国逐步开始工业生产。随着科学技术的进一步发展，玻璃微珠的独特性能逐步被人们认识。因而其生产技术也得到了不断发展和改善，产品的品种、规格日益增加，应用领域不断扩大，国际市场需求量日益增大。本文简要介绍了目前常用的玻璃微珠的制备方法。2玻璃微珠的制备方法目前有关玻璃微珠的生产方法有十多种，下面介绍常用的几种。2.1实心玻璃微珠的制备方法142.11粉末法粉末法是由美国专利提出的，基本原理是将玻璃粉碎成要求的颗粒，经过筛分，在一定温度下通过均匀加热区，使玻璃颗粒熔融，在表面张力作用下形成微珠。图1为粉末法制取实心玻璃微珠的简图。立筒2的外壁用空气冷却，空气从喷嘴2中喷出，圆形排列的煤气喷嘴3位于立筒下部的1/3处，玻璃颗粒贮于容器4中，通过管道5 送入立筒内的熔融区，当开始熔融和形成微珠时，它立即为向上流动的燃烧气体带出立筒，落在出口处的漏斗上，经过管7进入收集器的8中。粉末法生产的关键是选择空气喷嘴，喷嘴所形成的气流可以确保微珠能上升到顶部，使重的粒子沉在底部。粉末法的优点是能制造硬质玻璃微珠，球径易于控制，得球率高。缺点是生产周期长，产量低，成本高，能耗大。图1粉末法制备实心玻璃微珠简图1 立筒；2空气喷嘴；3煤气喷嘴；4容器；5管道；6漏斗；7管道；8收集器2.12熔液法将玻璃配合料熔化成玻璃液，用高速气流喷吹，玻璃液滴由于表面张力形成微珠。图2为熔液法制取实心玻璃微珠的简图。在熔炉1中经熔化了的玻璃2经耐热钢管3漏出成为料流4。在耐热钢管的一侧装有高压喷嘴5，由高压喷嘴喷出的热蒸汽或热空气把料流4吹散成纤维状的玻璃，在其四周装有高压喷灯6，在它喷出的高压火焰7的作用下将纤维状的玻璃收缩成为微珠，微珠会因为自重而落入收集器8中。熔液法的优点是生产成本低，产量高。缺点是球径不易控制，会产生纤维或棉状杂质或带尾巴状的微珠等。图2熔液法制备实心玻璃微珠简图1 熔炉；2熔融玻璃；3耐热钢管；4料流；5高压喷嘴；6高压喷灯；7高压火焰；8收集器2.13火焰飘浮法 图3为火焰飘浮法制备实心玻璃微珠的工艺流程，将无色的碎玻璃粉碎成所需的粒度，并通过布料器将玻璃粉末均匀地投入到特制的成珠炉中，在热态的高温气流中加热熔融，在玻璃表面张力作用下形成球状的玻璃珠。为防止微珠间的相互粘连，在粒子受热成珠的同时处于飘浮状态，再经过必要的冷却、回收、分级，最终得到所需要的不同粒径的玻璃微珠。图3火焰飘浮法制备实心玻璃微珠工艺流程2.2空心玻璃微珠的制备方法52.21粉末法玻璃的发泡是采用玻璃生产中常用的芒硝（Na2SO4），玻璃化时芒硝中SO3一部分成为SO2排往大气，另一部分则被玻璃溶解吸收。SO3在玻璃中的溶解度在玻璃重新升至1400时急剧减少而作为SO2和O2放出，粉末法即是利用这一重沸现象生产空心微珠。粉末法的生产工艺流程如图4 所示。在配料时将芒硝加入，在不引起重沸而使SO3挥发条件下熔融后水淬成熔块，制成的熔块用球磨机粉碎，振动筛分级后，将玻璃粉投入到发泡炉中，重沸使玻璃中的SO3反应放出O2及SO2，使玻璃发泡，同时玻璃熔化后因其表面张力成珠，然后由收尘设备收集。图4粉末法制备空心玻璃微珠的工艺过程2.22液滴法图5为液滴法生产空心玻璃微珠的工艺流程。该方法采用的原料为水玻璃（SiO2/Na2O=2），水玻璃（Na2O=14.7%）的溶液中含H2O55.9%，取这种水溶液500份加入同量的五硼酸铵10%水溶液，搅拌至混合均匀。然后将这种水溶液喷至喷雾干燥塔中，干燥塔入口温度390420，出口温度140160。回收的微珠组成为：SiO251.8%，Na2O25.4%，B2O311.6%，H2O12.2%，密度为0.19g/cm3。回收的微珠还需在干燥机内干燥（300），干燥后微珠组成为：SiO256%，Na2O28%，B2O312.7%，H2O3.3%，密度为0.192g/cm3。图5液滴法制备空心玻璃微珠的工艺流程2.23干燥凝胶法图6为其工艺流程。配料按如下的配方：Si(OC2H5)42595g，NaOCH3466g，Ca(OC2H5)23171g，Al(OC4H9)3121g，B(OCH3)3150g。将以上醇盐配料后放入稀HCl中加水分解，凝胶化后，在60、150下两阶段干燥后成为干燥凝胶，然后用球磨机粉碎、分级后得到63177m干燥凝胶粉。将凝胶粉投入立式1280的电炉中发泡，可制成平均粒度142m、平均粒子密度为1.03g/cm3的空心玻璃微珠。图6干燥凝胶法制备空心玻璃微珠的工艺流程3其它方法63.1叶轮抛射法它是用具有一定转速的叶轮(或齿轮)将垂直下流的玻璃液流束分离抛甩成玻璃液滴。液滴在被抛甩过程中因自身张力的作用而成珠随后便冷却，固化，下落，由收尘装置收集。3.2煅烧法 其工艺过程是：将碎玻璃料粉碎至所需的粒度，然后加入3%7%的隔离粉末(炭黑粉，石墨等隔离剂)，湿润充分混合均匀(以便使掺入的炭黑粉末较好地粘附在玻璃料外表面上)，配合料由喂料系统送进电加热成型炉内，加热到900的高温时，玻璃颗粒软化(塑性)，软化料在其自身表面张力的作用下形成珠体，珠体冷却出炉后进入收集器，分离收集器内的粗粒隔离粉末，清洗玻璃微珠外表面的隔离剂黑色残渣，再对珠体进行火焰（烘干）抛光，即可得到理想的玻璃微珠。参考文献1硅酸盐词典.北京：中国建筑工业出版社，1984，508-5092吴柏诚，巫羲琴.玻璃制造技术.北京：中国轻工业出版