專利名稱：一種高強(qiáng)多孔玻璃的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔玻璃的制備方法，特別涉及一種用于工民建筑領(lǐng)域或軍工防暴、防震等建筑環(huán)境中的高強(qiáng)多孔玻璃的制備方法。
背景技術(shù)：
在過去數(shù)十年里，世界各地發(fā)生震驚中外的自然災(zāi)害和人為的恐怖襲擊事件使得建筑物的倒塌，從而造成數(shù)以萬計(jì)生命的傷亡，難以計(jì)數(shù)的財(cái)產(chǎn)損失。例如，1976年7月觀日發(fā)生在我國河北省唐山市的地震造成M萬多人死亡，16萬人受傷。1993年，恐怖分子引爆了位于紐約市世貿(mào)中心車庫內(nèi)的汽車炸彈，造成重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。1998年，美國駐內(nèi)羅畢和達(dá)累斯薩拉姆的使館也遭受到恐怖分子的汽車炸彈襲擊，分別造成重大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。2002年，在紐約市的世貿(mào)中心和弗吉尼亞的五角大樓發(fā)生的災(zāi)難事件。2008 年5月12日發(fā)生在我國四川省的里氏8.0級(jí)地震造成遇難69225人，受傷374640人，失蹤 17939人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8451億元人民幣。這一切進(jìn)一步警示我們迫切需要開發(fā)和制造高強(qiáng)的防震建筑材料，而且更重要的是其密度小，質(zhì)量輕，才能真正起到保護(hù)人民生命安全的巨大作用以及減少國家財(cái)產(chǎn)損失的目的。泡沫玻璃是利用廢棄平板玻璃，瓶罐玻璃為主要原料，添加發(fā)泡劑、改性劑，助熔劑等，經(jīng)球磨均勻混合形成配合料，然后放在特定的磨具中經(jīng)過發(fā)泡、退火等工藝過程形成的一種內(nèi)部充滿無數(shù)均勻氣泡的多孔玻璃材料。泡沫玻璃除了具有玻璃本身固有的永久性、安全性、防化學(xué)腐蝕性和不受蟲蟻鼠侵害的特點(diǎn)外，還具有容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、不透濕、吸水率小、不燃燒、不霉變、性能穩(wěn)定、既是保冷材料又是保溫材料，能適應(yīng)深冷到較高溫度范圍等特點(diǎn)。同時(shí)其價(jià)值還在于長年使用不會(huì)變質(zhì)，而且本身又起到防火、防震作用。 近年來，隨著國家對節(jié)能環(huán)保材料性能的要求和需求，使泡沫玻璃得到進(jìn)一步的發(fā)展，不僅在建筑領(lǐng)域可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋水泥等材料作為墻體內(nèi)襯或外襯材料，用于高層建筑墻體材料，也可作為化工耐熱環(huán)境下的管道材料使用，而且還可用做防火材料。但是，泡沫玻璃強(qiáng)度較低，以往不同規(guī)格的泡沫玻璃抗折強(qiáng)度為0. 1 IMPa。美國人佩德羅·Μ·布阿爾克·德馬塞多在中國專利CN1642730A中公開了一種以飛灰(煅燒型F)，石英砂，碳酸鹽，堿性金屬硅酸鹽，硼酸，糖，水等為原料，先按照配方配料，配好的配合料采用濕法球磨后，將生成的漿料干燥，然后在950°C下將干燥的漿料煅燒 40min,讓原材料充分反應(yīng)，分解成精細(xì)、均勻分散的碳，最后將煅燒并研磨成粉末的配合料放入模具中加熱到850°C發(fā)泡。所制備的試樣密度25 100磅/立方英尺(約等于0. 4 1. 6g/cm3)。該方法盡管所制備的泡沫玻璃強(qiáng)度高，但是對配合料采用兩次煅燒工藝，制備工藝復(fù)雜，燒成溫度高，且所得到的試樣密度大(最大可以達(dá)到1.6g/cm3，與燒結(jié)磚的密度相當(dāng))，會(huì)使泡沫玻璃在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)不到輕質(zhì)的效果。CN101014461A公開了一種小孔徑堅(jiān)固的高密度泡沫玻璃，所用的原料和制備工藝與CN1642730A相同，所制備試樣的孔徑為0. 3 1mm，密度小于100磅/立方英尺(約等于1. 6g/cm3)。此法制備的泡沫玻璃孔徑較小，抗折強(qiáng)度低。CN200946127Y公開了一種夾有金屬絲網(wǎng)的泡沫玻璃，解決了泡沫玻璃機(jī)械強(qiáng)度低，但是仍不能解決質(zhì)輕的問題，且不能生產(chǎn)大幅面制品，使用程序繁雜、施工質(zhì)量、效果不易保證的問題。但是，此種夾有金屬絲的泡沫玻璃切割加工比較困難，施工操作比較復(fù)雜。除了通過提高泡沫玻璃密度的方法提高泡沫玻璃的機(jī)械強(qiáng)度外，還可以通過在泡沫玻璃配合料中加入少量添加劑的方法，使其發(fā)泡后在泡沫玻璃中析出一定數(shù)量的晶體的方法，在一定程度上也可以提高泡沫玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。南京大學(xué)以廢玻璃和粉煤灰為主要原料，以碳酸鈣為發(fā)泡劑制備了微晶泡沫玻璃，將研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金屬礦加入水后進(jìn)行混合；在含有水分的條件下壓制成型，然后烘干；放入窯內(nèi)燒制，然后將燒制后的毛坯切割成型。其缺點(diǎn)是除玻璃粉和粉煤灰外，還加入了非金屬礦，制造成本較高。所用的非金屬礦有堿性長石、硅砂、純堿和方解石，并且采用了壓制成型，制作工藝復(fù)雜。CN1807314A 公開了一種以廢舊陰極射線管玻璃為主要原料，以SiC為發(fā)泡劑，在840 900°C下發(fā)泡制備微晶泡沫玻璃的方法，該方法所制備的微晶泡沫玻璃中晶體有Pb，PbO等，且強(qiáng)度較高。 但是，該方法所制備的泡沫玻璃密度也高于l.Og/cm3，發(fā)泡溫度高，耗能高，很難得以廣闊的應(yīng)用。此外，CN101602574公開了一種采用耐火纖維增強(qiáng)多孔玻璃的制備方法，在一定程度上提高了多孔玻璃的力學(xué)性能。但是耐火纖維在多孔玻璃發(fā)泡過程中其自身力學(xué)強(qiáng)度也大打折扣。所以對多孔玻璃的力學(xué)性能提高是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種密度低，制備工藝簡單的高強(qiáng)泡沫玻璃的制備方法，按照本發(fā)明的制備方法得到的泡沫玻璃的密度為0. 1 0. 6g/cm3,孔徑0. 3 5. Omm,且氣孔分布均勻，抗折強(qiáng)度可達(dá)到3. O 10. OMPa0為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將74 90%的玻璃粉末，1 4%的SiC，2 5%的硼砂，2 4%的NaNO3和2 20%的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合10 60min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以10 20°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫10 30min ；發(fā)泡階段，升溫速度為5 10°C /min升溫到780 850°C ；穩(wěn)泡階段，在780 850°C恒溫下保溫10 60min ；快速冷卻階段，冷卻速度為20 25°C /min,冷卻至500 550°C，恒溫時(shí)間10 30min ；退火階段，降溫速度為1 2°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。本發(fā)明高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維的直徑為0. 01 0. 05mm，長度為1 100mm。本發(fā)明所用碎玻璃包括各種廢舊平板玻璃，瓶罐玻璃，電子玻璃等，且對玻璃的顏色沒有特別要求，碎玻璃粉的粒度越細(xì)所制備的泡沫玻璃的泡徑分布越均勻；SiC作為發(fā)泡劑；硼酸作為助熔劑，NaNO3作為穩(wěn)泡劑，高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維作為增強(qiáng)劑，其中對纖維的要求為，在發(fā)泡溫度下不變形；不與玻璃粉及添加劑反應(yīng)；可以在常溫下長期存在，化學(xué)穩(wěn)定性良好；力學(xué)性能優(yōu)良；纖維的直徑為0. 01 0. 05mm，優(yōu)選0. 01 0. 03mm，長度為 1 IOOmm ；優(yōu)選3 50mm ；高強(qiáng)耐高溫纖維的加入量為1 20. 0%，優(yōu)選5 10%。泡沫玻璃中加入耐火度高，強(qiáng)度高的纖維，有利于提高泡沫玻璃的力學(xué)性能。因此，本發(fā)明所制備的泡沫玻璃機(jī)械強(qiáng)度高，使用范圍較普通泡沫玻璃廣泛，使用壽命長。該泡沫玻璃可以與水泥、鋼或其他高強(qiáng)度建筑物材料結(jié)合，用在恐怖襲擊高危險(xiǎn)區(qū)的建筑物的關(guān)鍵表面內(nèi)部和外部的立面，且具有剛性結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)面臨沖擊時(shí)，泡沫玻璃可以吸收爆炸能量的主要部分。即使作為建筑墻體材料，發(fā)生破裂坍塌時(shí)，由于其質(zhì)輕也不會(huì)對人生命造成傷害。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 :1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將90%的玻璃粉末，1. 5%&SiC，3. 5%的硼砂，3%的NaNO3和 2%的直徑為0. 01 0. 05mm，長度為1 IOOmm的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合30min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以15°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫20min ；發(fā)泡階段，升溫速度為5°C /min升溫到820°C ；穩(wěn)泡階段，在820°C恒溫下保溫30min ；快速冷卻階段，冷卻速度為20°C /min,冷卻至550°C，恒溫時(shí)間IOmin ；退火階段，降溫速度為1°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，平均泡徑1. 7mm,密度為0. 32g/cm3,抗折強(qiáng)度達(dá)到 3. 5MPa。實(shí)施例2 1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將74%的玻璃粉末，2%的SiC，2%的硼砂，2%的NaNOjP 20% 的直徑為0. 01 0. 05mm,長度為1 IOOmm的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合IOmin得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以10°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫30min ；發(fā)泡階段，升溫速度為8°C /min升溫到830°C ；穩(wěn)泡階段，在830°C恒溫下保溫25min ；快速冷卻階段，冷卻速度為25°C /min,冷卻至520°C，恒溫時(shí)間20min ；退火階段，降溫速度為2°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，平均泡徑1. 6mm,密度為0. 33g/cm3,抗折強(qiáng)度達(dá)到 3. 9MPa。實(shí)施例3 1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將80%的玻璃粉末，4%的SiC，5%的硼砂，4%的NaNO3和7%
5的直徑為0. 01 0. 05mm,長度為1 IOOmm的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合60min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以18°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫15min ；發(fā)泡階段，升溫速度為10°C /min升溫到840°C ；穩(wěn)泡階段，在840°C恒溫下保溫20min ；快速冷卻階段，冷卻速度為23°C /min,冷卻至540°C，恒溫時(shí)間15min ；退火階段，降溫速度為1.5°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，平均泡徑1. 3mm,密度為0. 41g · cm_3，抗折強(qiáng)度達(dá)到 5. 9MPa。實(shí)施例4 1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將85%的玻璃粉末，的SiC，4%的硼砂，3%的NaNO3和7% 的直徑為0. 01 0. 05mm,長度為1 IOOmm的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合20min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以13°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫25min ；發(fā)泡階段，升溫速度為7°C /min升溫到780°C ；
穩(wěn)泡階段，在780°C恒溫下保溫60min ；快速冷卻階段，冷卻速度為21°C /min,冷卻至510°C，恒溫時(shí)間25min ；退火階段，降溫速度為2°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，平均泡徑1. Imm,密度為0. 45g · cm—3，抗折強(qiáng)度達(dá)到 6.7MPa。實(shí)施例5 1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將78%的玻璃粉末，2%的SiC，3%的硼砂，2%的NaNOjP 15% 的直徑為0. 01 0. 05mm,長度為1 IOOmm的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合50min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以16°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫ISmin ；發(fā)泡階段，升溫速度為9°C /min升溫到850°C ；穩(wěn)泡階段，在850°C恒溫下保溫IOmin ；快速冷卻階段，冷卻速度為/min,冷卻至500°C，恒溫時(shí)間30min ；退火階段，降溫速度為1°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，平均泡徑0. 8mm,密度為0. 53g · cm_3，抗折強(qiáng)度達(dá)到 7. 5MPa。實(shí)施例6 1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將83%的玻璃粉末，的SiC，3%的硼砂，3%的NaNOjP 10%的直徑為0. 01 0. 05mm,長度為1 IOOmm的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合40min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以20°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫IOmin ；發(fā)泡階段，升溫速度為6°C /min升溫到800°C ；穩(wěn)泡階段，在800°C恒溫下保溫40min ；快速冷卻階段，冷卻速度為22°C /min,冷卻至530°C，恒溫時(shí)間22min ；退火階段，降溫速度為2°C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃結(jié)構(gòu)均勻，平均泡徑1. 5mm,密度為0. 37g · cm_3，抗折強(qiáng)度達(dá)到 5. 5MPa。本發(fā)明是采用模具生產(chǎn)的泡沫玻璃制品，將配合料加入耐熱鋼模具中，模具尺寸為 IXbXh = 560 X 450 X 130 (mm)，鋪料厚度為 30 60mm。本發(fā)明不但有利于廢物利用，保護(hù)環(huán)境，而且制得的泡沫玻璃密度小，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)低、制備工藝簡單、施工操作簡便。因此，本發(fā)明不但可以有效地保護(hù)環(huán)境，變廢為寶，而且該高強(qiáng)度泡沫玻璃磚可以吸收爆炸能量，極大的減輕房屋建筑墻體材料的重量，減少因恐怖襲擊或者是自然災(zāi)害造成房屋倒塌對人身和財(cái)產(chǎn)的損失，可廣泛用于墻體材料或海底等耐壓，耐熱，耐腐蝕，抗折等建筑環(huán)境中，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益。其密度不足燒結(jié)磚1/3的輕質(zhì)特點(diǎn)，使其在建筑領(lǐng)域必將具有廣闊應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)多孔玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)首先將碎玻璃清洗干凈，烘干后球磨至270目以下得玻璃粉末；2)然后按質(zhì)量分?jǐn)?shù)將74 90%的玻璃粉末，1 4%的SiC，2 5%的硼砂，2 4% 的NaNO3和2 20%的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨混合10 60min得配合料；3)將配合料加入到耐熱鋼模具中，壓實(shí)裝模，最后將裝有配合料的模具移入發(fā)泡爐中按照以下工藝過程燒成；預(yù)熱階段，自室溫以10 20°C /min的升溫速度升溫至400°C后，保溫10 30min ； 發(fā)泡階段，升溫速度為5 10°C /min升溫到780 850°C ； 穩(wěn)泡階段，在780 850°C恒溫下保溫10 60min ；快速冷卻階段，冷卻速度為20 25 °C /min，冷卻至500 550°C，恒溫時(shí)間10 30min ；退火階段，降溫速度為1 2。C /min，退火至50°C以下得泡沫玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)多孔玻璃的制備方法，其特征在于所述的高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維的直徑為0. 01 0. 05mm，長度為1 100mm。
全文摘要
一種高強(qiáng)多孔玻璃的制備方法，首先將碎玻璃清洗干凈球磨至270目以下得玻璃粉末；然后將玻璃粉末，SiC，硼砂，NaNO3和高強(qiáng)耐高溫高硅氧纖維加入到球磨罐中球磨得配合料；將配合料加入到耐熱鋼模具中經(jīng)預(yù)熱階段、發(fā)泡階段、穩(wěn)泡階段、快速冷卻階段和退火階段得泡沫玻璃。本發(fā)明的制備方法得到的泡沫玻璃的密度為0.1～0.6g/cm3，孔徑0.3～5.0mm，且氣孔分布均勻，抗折強(qiáng)度可達(dá)到3.0～10.0MPa。
文檔編號(hào)C03C11/00GK102167517SQ201010616148
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者程愛菊, 趙彥釗, 郭宏偉, 郭曉琛 申請人:陜西科技大學(xué)