基于泡沫玻璃发泡质量在工艺制度下的影响

1、基于泡沫玻璃发泡质量在工艺制度下的影响        前言     随着人民生活水平和环保节能意识的日益提高，玻璃被广泛应用于建筑和人民的日常工作生活中。因此，不可避免地产生了许多玻璃废弃物。目前在我国的一些城市，每年有成千上万吨的各种玻璃废弃物被丢弃，如破碎平板玻璃、废弃的玻璃瓶等，在城市垃圾中占有一定比例。据统计，在欧美一些发达国家，废玻璃占城市垃圾总量的4%8%，而我国每年产生的废玻璃约320万吨，占城市生活垃圾总量的2%。如果利用这些玻璃废弃物生产具有保温隔热的泡沫玻

2、璃，那么不仅有利于实现废物再利用，而且能够大大减少城市垃圾的总量，保护环境，具有良好的社会效益和经济效益。泡沫玻璃是以废玻璃及各种富含玻璃相的物质为主要原料, 添加发泡剂、改性剂、稳定剂等添加剂，经过球磨粉碎混合均匀形成配合料，预压成型后，放置在特定模具中经过熔融、发泡、退火，形成一种内部充满均匀气孔的多孔玻璃材料。其具有容重低、保温隔热、吸声、防水防潮、耐酸碱、化学性能稳定、机械强度高且易加工等一系列优越性能，广泛应用于石油、化工、建筑、地下工程、冷库、造船、国防军工等永久性工程的隔热保冷。硕士论文。在泡沫玻璃的生产过程中，经常会出现制品内部孔径相差大且有连通孔，气泡分布不均，表面凹凸不平，

3、底部出现凹陷，甚至部分混合料没有发泡等缺陷，这些缺陷最终会影响到泡沫玻璃的性能。为了改善泡沫玻璃的发泡质量，提高其性能，改进其现有的生产工艺技术成为研究泡沫玻璃的关键。本实验玻璃粉为主要原料，石墨为发泡剂，通过加热发泡制备出泡沫玻璃制品，采用差热分析、扫描电镜等测试方法，研究发泡温度、石墨掺量、球磨时间 、保温时间等因素对泡沫玻璃气泡结构和密度的影响，探讨制备泡沫玻璃的最佳工艺条件。1 实验1.1 实验原料实验所采用的原料玻璃粉由嘉兴市振申绝热材料厂提供；发泡剂选用的石墨粉（分析纯）由国药集团化学试剂厂提供。1.2 泡沫玻璃的制备将玻璃粉和适量的石墨粉混合后，于球磨机中球磨，过50 目筛。取适

4、量混合料在一定的压力下成型后,装入已涂有脱模剂的不锈钢模具内，以一定的烧成工艺烧制得到泡沫玻璃制品，观察样品的外貌特征、气孔结构以及进行密度、泡径等方面的测量。硕士论文答辩ppt。1.3 分析与测试（1）孔径测试方法：将试样加工成长方形状，在一个面上随机划一条直线，统计被直线穿过的气泡数目，孔径为直线长度与孔径数的比值（忽略孔壁厚度）。（2）扫描电镜(SEM)分析：采用日本HITACH SEM-3000 扫描电子显微镜观察泡沫玻璃中气孔的微观结构。（3）差热分析：采用德国NETZSCH 公司STA 409PC 综合热分析仪对泡沫玻璃的混合料进行分析，模拟空气气氛，扫描温度范围301000 ，升

5、温速率为10 /min。2 实验结果与讨论2.1 发泡温度发泡温度应与玻璃粉的软化温度相匹配6,同时还要考虑到石墨发泡剂的反应温度。发泡温度只有高于玻璃粉的软化温度，才能保证石墨氧化产生的气体能被熔融的玻璃包裹住，得到质量优良的泡沫玻璃。图1 是配合料的热重和差热分析曲线。从DSC曲线可以看出， 140700 区间为放热过程，峰值点在510 附近，应该是石墨氧化放热造成的；7001000 区间为吸热过程，峰值点在909 ，对应于泡沫玻璃配合料的熔融以及反应C+CO22CO。从TG 曲线看，低于100 时配合料就开始失重，但曲线斜率逐渐减少，应该是配合料在升温过程中排出吸附水、结晶水的过程；在1

6、40700 失重趋向于平缓，应该是石墨开始氧化生成气体造成的，整个区间仅有0.57 %的失重量；然后曲线斜率增大7,应该是石墨反应加剧、气体大量逸出造成的。结合两条曲线，可以推测：玻璃粉从700 开始吸热软化，同时石墨还原CO2，并在820 附近反应加剧，故失重率增大、DSC 曲线斜率增大。因此，实验以820 为最低反应温度，依次选择820、840、860、880、890 作为发泡温度，石墨掺量2% ,保温时间10 min，在空气中冷却至室温。分别是发泡温度与泡沫玻璃的泡径和密度的关系，而表2 是玻璃制品的表观形貌。可以看出，随着发泡温度的增加，气泡的泡径增大，制品的密度从1694kg/m3

7、降低到460 kg/m3，在880 左右气泡的泡径大小和分布的均匀性最好。继续提高温度，气泡过度增大，连通孔的数量增多，发泡质量反而下降。从以上实验可见，发泡温度是影响泡沫玻璃质量的重要因素之一。如果发泡温度较低，玻璃熔体的粘度和表面张力过大，气泡膨胀阻力较大，发泡困难，产生的泡径明显较小。反之，如果发泡温度较高，则玻璃熔体的粘度和表面张力都较低，气体产生的压力很大,气泡逐渐长大，泡壁变薄，造成坯体破裂，气体直接逸出，或者部分气泡合并形成大孔或连通孔，发泡质量变差。实验结果表明，以石墨为发泡剂，在发泡温度为880时制得的泡沫玻璃质量最好。2.2 保温时间当温度升到发泡温度后，需要一段合适的保温

8、时间，来保证石墨发泡剂充分氧化放出气体、小气泡克服玻璃熔体的粘度和表面张力不断膨胀长大。因此，保温时间的长短也会影响到泡沫玻璃的发泡质量。如果保温时间过短，发泡剂反应不充分，气体释放量少，生成的气泡较小且数量较少，制品的密度较大，甚至会出现配合料没有烧结、有粉末残留的现象；若保温时间过长，氧化产生的气体多，气泡内压力增大，体积膨胀较大，生成的气泡泡径较大，部分气泡因泡壁太薄而破裂、相互合并形成大孔或连通孔，导致泡径大小不均，发泡质量降低。前文的实验已经发现，在880 下发泡可以得到泡径较为理想的泡沫玻璃，为此选择880 作为发泡温度，石墨掺量2%，分别取5 组不同的保温时间来研究保温时间与发泡

9、质量的关系。实验结果表明，随着保温时间的延长，平均泡径先增大,在保温12 min后达到最大值,为0.278 mm，之后开始减小；制品密度降低，在保温12 min 时达到最小值，为534 kg/m3，之后延长保温时间，密度有少许增大，变为538 kg/m3。保温5 min 和8 min时，混合料反应不充分，气泡非常小，泡壁很厚，质量很差；保温时间为10 min 时，烧结得到的泡沫玻璃的气泡结构较好，分布也较均匀；保温时间延长到12 min 时，虽然平均泡径最大，密度最小，但其脆性很大，强度差；保温15 min 时，平均泡径和保温10 min 相差不大，但泡径大小均匀性较差。因此，在制备泡沫玻璃时

10、，最佳发泡时间选择保温10 min。2.3 发泡剂量在相同的发泡温度和保温时间条件下，石墨作为发泡剂，对泡沫玻璃的气泡大小和多少影响很大。如果石墨掺量过少，发泡剂在混合料中不易均匀混合，造成烧制后制品气孔分布不均匀；同时过低的石墨添加量使得氧化产生的气体不足，制品孔隙率和泡径较小，泡壁较厚，密度较大。反之，如果石墨掺量过大，则孔隙率和平均孔径都较大，制品密度较小，但过多的气体将会造成更多的小气泡聚集形成大孔或连通孔，导致孔径大小不均匀，降低了发泡质量。另外，石墨还能起到改性剂的作用。由于石墨和液态玻璃的化学亲和力很小，几乎不被玻璃液所润湿，存在于气液相的相界面（即泡壁）上，使气泡壁的表面能降低

11、，气泡越易形成，也越稳定。 在880 发泡温度下保温时间10 min 后，各个制品的形貌和密度。从表中可以看出。随着石墨添加量从1%增加到3%，平均泡径先从0.079 mm 增大到0.214 mm，然后减小到0.136 mm，制品密度则是先减小后增大。结果表明，在上述制备条件下，石墨掺量为2%时获得的泡沫玻璃发泡质量最好。2.4 球磨时间球磨时间是通过影响混合料的颗粒细度,间接影响泡沫玻璃的发泡质量。球磨时间过短，导致石墨在玻璃粉中混合不均匀，发泡质量差。随着球磨时间的延长，混合料的颗粒越细，颗粒之间的间隙越小，熔融后易于粘结在一起，减少了气体的逸出，进而提高孔隙率；同时，颗粒越细，新增的颗粒

12、界面越多，由于界面处的缺陷多、能量较高，导致反应越容易进行，发泡质量越好。另一方面，气孔过多，形成的泡壁过薄，在气体的压力下易于冲破泡壁而形成连通孔，发泡质量反而降低；颗粒越细，比表面积越大，表面能越高，颗粒相互团聚的趋势越大，球磨过程处于粉碎团聚的动态平衡，粉碎速度趋于缓慢，再延长球磨时间也只是浪费电能。把混合料分别球磨1、1.5、2、2.5、3 小时后，发泡温度880 ，保温10 min 后得到泡沫玻璃，制品的平均孔径和密度见图5。从图中可知,随着球磨时间的延长，平均孔径先增大后减小，而密度是先减小后增大，极值点都出现在2.5 h 处。当球磨时间为1 h，制品的气泡泡径较小，密度较大，局部

13、出现大孔，且发泡不均匀，这可能是由混合时间短，混合不均匀造成的。当球磨时间为2 h，制品体积膨胀明显，发泡充分，气泡分布均匀，多数孔径较大，大孔、连通孔少，气泡的均匀度明显变好。球磨2 h 得到的制品，虽然孔径和密度都达到最佳，但这也导致了其脆性大，强度低，不适合应用于生产生活中。球磨3 h 后制品的密度和球磨2 h 的相差不大，但泡径较小，里面大孔或连通孔的数量明显较多，发泡质量较差。因此，综合考虑发泡质量和动力消耗，球磨时间选择2 h 较好。2.5 气孔的显微结果及分析添加石墨2 %，发泡温度880，保温10min 后制得的泡沫玻璃试样的SEM 照片。可以看出，气泡的大小比较均匀，尺寸基本都在0.2 mm 左右。出现少许的大孔，但不是特别大。，在气泡的内表面，粘附着少许的碎屑，估计是空冷过程中，气泡壁上的熔体受到热冲击过大，破裂后从泡壁上分离下来，粘附在未凝固的泡壁上，稳定后两者结合在一起。大部分气泡壁很薄，两个气泡基本上要合并在一起，泡径达到最大值。这样发泡质量