专利名称：一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫玻璃的制造方法，特别涉及一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法。
背景技术：
在过去数十年里，世界上已经发生了多次恐怖分子对一些国家政府建筑物的恐怖 袭击事件。例如，1993年，恐怖分子引爆了位于纽约市世贸中心车库内的汽车炸弹，造成重 大的生命和财产损失。1995年，一些极端分子引爆了位于俄克拉荷马市的联邦大楼外的卡 车，也造成了重大的生命和财产损失。1998年，美国驻内罗毕和达累斯萨拉姆的使馆也遭受 到恐怖分子的汽车炸弹袭击，分别造成重大的生命和财产损失。2002年，在纽约市的世贸中 心和弗吉尼亚的五角大楼发生的灾难事件，这一切进一步强调了迫切需要开发和制造能够 承受汽车炸弹爆炸和其他类似恐怖袭击的冲击波的建筑材料。 泡沫玻璃是利用废弃玻璃为主要原料，添加发泡剂、改性剂、促进剂等经细粉碎和 均匀混合成配合料，放置在特定模具中经过750 90(TC温度加热，使玻璃软化、发泡、退火 形成一种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料。泡沫玻璃具有密度小、强度高、导热系 数小等物理性质，其不仅具有玻璃材料本身固有的永久性、安全性、可靠性、防化学腐蚀性 和不受蚁鼠侵害等优点，而且与其它建筑材料相比，还具有保温隔热、防水防潮、防火、耐酸 碱、密度小、机械强度高、吸声等一系列优越性能。 泡沫玻璃除了具有玻璃本身固有的永久性、安全性、防化学腐蚀性和不受虫蚁鼠 侵害的特点外，还具有容重轻、导热系数小、不透湿、吸水率小、不燃烧、不霉变、性能稳定、 既是保冷材料又是保温材料，能适应深冷到较高温度范围等特点。同时它的重要价值不仅 在于长年使用不会变质，而且本身又起到防火、防震作用。近年来，随着国家对节能环保材 料性能的要求和需求，使泡沫玻璃得到进一步的发展，不仅在建筑领域可以代替传统钢筋 水泥等材料，用于高层建筑墙体材料，也可作为化工耐热环境下的管道材料使用。而且还可 用做防火材料。但是，泡沫玻璃强度较低，不同规格的泡沫玻璃抗折强度为0. 1 0. 9MPa。
美国人佩德罗*M*布阿尔克 德马塞多在中国专利CN1642730A中公开了一种 以飞灰(煅烧型F)，石英砂，碳酸盐，碱性金属硅酸盐，硼酸，糖，水等为原料，先按照配方配 料，配好的配合料采用湿法球磨后，将生成的浆料干燥，然后在95(TC下将干燥的浆料煅烧 40min，让原材料充分反应，分解成精细、均匀分散的碳，最后将煅烧并研磨成粉末的配合料 放入模具中加热到85(TC发泡。所制备的试样密度25 100磅/立方英尺(约等于0. 4 1. 6g/cm3)。该方法尽管所制备的泡沫玻璃强度高，但是对配合料采用两次煅烧工艺，制备 工艺复杂，烧成温度高，且所得到的试样密度大(最大可以达到1. 6g/cm3)，会给泡沫玻璃在 运输，使用中带来不便。CN101014461A公开了一种小孔径坚固的高密度泡沫玻璃，所用的原 料和制备工艺与CN1642730A相同，所制备试样的孔径为0. 3 lmm，密度小于100磅/立方 英尺(约等于1.6g/cm3)。此法制备的泡沫玻璃孔径较小，抗折强度低。CN200946127Y公开 了一种夹有金属丝网的泡沫玻璃，解决了泡沫玻璃机械强度低，不能生产大幅面制品，使用程序繁杂、施工质量、效果不易保证的问题。但是，此种夹有金属丝的泡沫玻璃切割加工比 较困难，施工操作比较复杂。中国专利申请号200910023316. l公开了一种高强度泡沫玻璃 的制备方法，将碎玻璃粉末，CaC03，硼砂，NaN03和耐火纤维加入到球磨罐中球磨混合均匀后 置于模具中并将其移入发泡炉中经预热、发泡、稳泡、快速冷却和退火阶段得泡沫玻璃。泡 沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。所制备的泡沫玻 璃机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。可以与水泥、钢或其他高强度 建筑物材料结合，而且具有刚性结构的优点，当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部 分。该专利使用干法将增强纤维与玻璃配合料混合。由于增强纤维直径小，密度低混合过 程中很难和玻璃配合料混合均匀，因此所制备的增强泡沫玻璃性能一致性较差，同时，在混 合过程中增强纤维容易聚团和折断，制备工艺复杂。 除了通过提高泡沫玻璃密度的方法提高泡沫玻璃的机械强度外，还可以通过在泡 沫玻璃配合料中加入少量添加剂的方法，使其发泡后在泡沫玻璃中析出一定数量的晶体的 方法，在一定程度上也可以提高泡沫玻璃的机械强度。南京大学以废玻璃和粉煤灰为主要 原料，以碳酸钙为发泡剂制备了微晶泡沫玻璃，将研磨的玻璃粉、粉煤灰和非金属矿加入水 后进行混合；在含有水分的条件下压制成型，然后烘干；放入窑内烧制，然后将烧制后的毛 坯切割成型。其缺点是除玻璃粉和粉煤灰外，还加入了非金属矿，制造成本较高。所用的非 金属矿有碱性长石、硅砂、纯碱和方解石，并且采用了压制成型，制作工艺复杂。CN1807314A 公开了一种以废旧阴极射线管玻璃为主要原料，以SiC为发泡剂，在840 90(TC下发泡制 备微晶泡沫玻璃的方法，该方法所制备的微晶泡沫玻璃中晶体有Pb， PbO等，且强度较高。 但是，该方法所制备的泡沫玻璃密度大，发泡温度高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种密度低，强度高，制备工
艺简单的纤维增强泡沫玻璃的制备方法。 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 1)首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将84 92%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将1 9%硅酸铝纤维加入混料机中得混合 物，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为3 8%聚乙烯醇，3 8%乙酸正戊酯，2 10%酒精，2 10%蒸馏水和0. 1 0. 5%聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分 钟搅拌速度下搅拌8 16小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中； 2)将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速 度为3°C /min，升温至ll(TC，保温2 3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升 温至300。C保温3 6小时；发泡阶段，升温速度为20 30°C /min，升温至700 830。C保 温10 30分钟；冷却阶段，降温速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降 温速度为不大于1°C /min，退火至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。
本发明的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米。
本发明为了提高泡沫玻璃的机械强度，选用硅酸铝纤维作为增强材料，以聚乙烯 醇，乙酸正戊酯为悬浮剂，采用浆料悬浮法制备泡沫玻璃，目的在于将硅酸铝纤维均匀分散于泡沫玻璃浆料中，使所制备的纤维能均匀分布于泡沫玻璃制品中，且改种泡沫玻璃气孔 分布均匀，强度更高。 由于本发明以工业废料为原料，添加少量添加剂，以硅酸铝纤维作为增强材料，采 用浆料悬浮法制备泡沫玻璃纤维增强泡沫玻璃。本发明不但有利于废物利用，保护环境， 而且泡沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。因此，本 发明所制备的泡沫玻璃机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。该泡沫玻 璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，用且具有刚性结构的优点，当面临冲击波 时，能够吸收爆炸能量的主要部分。
附图1是按照本发明实施例1所制备方法制得的纤维增强泡沫玻璃在扫描电子显 微镜下的照片。 附图2是按照本发明实施例2所制备方法制得的纤维增强泡沫玻璃在扫描电子显 微镜下的照片。
具体实施例方式
实施例l，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 90%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将3%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为3%聚乙烯醇，3%乙酸正戊酯，2%酒精，2%蒸馏水和0. 1%聚乙二醇 2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌8小时后，将搅拌均匀的料浆倒入 模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为 3°C /min，升温至ll(TC，保温2小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至300°C 保温4小时；发泡阶段，升温速度为20°C /min，升温至75(TC保温15分钟；冷却阶段，降温 速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min，退火 至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样 的表面平均泡径1. 7mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 36g cm—3 ;采用万能材料试 验机测定试验的抗折强度达到8. lMPa。参见附图l，可以看出在泡沫玻璃的气泡内和气泡 壁等部位均匀分布的增强纤维。 实施例2，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 92%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将1%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为4%聚乙烯醇，4%乙酸正戊酯，3%酒精，7%蒸馏水和0. 2 %聚乙二醇 2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌12小时后，将搅拌均匀的料浆倒入 模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为 3°C /min，升温至ll(TC，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至300°C 保温5小时；发泡阶段，升温速度为22°C /min，升温至76(TC保温20分钟；冷却阶段，降温
5速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min，退火 至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样 的表面平均泡径1. 3mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 42g cm—3 ;采用万能材料试 验机测定试验的抗折强度达到13. 7MPa。参见附图2，可以看出在泡沫玻璃的气泡内和气泡 壁等部位均匀分布的增强纤维。 实施例3，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 88%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将5%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为4%聚乙烯醇，4%乙酸正戊酯，3%酒精，7%蒸馏水和0. 3%聚乙二醇 2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌15小时后，将搅拌均匀的料浆倒 入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度 为3°C /min，升温至ll(TC，保温2. 5小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至 30(TC保温5小时；发泡阶段，升温速度为22°C /min，升温至70(TC保温30分钟；冷却阶段， 降温速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min， 退火至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量 试样的表面平均泡径1. 4mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 43g cm—3 ;采用万能材 料试验机测定试验的抗折强度达到14. 8MPa。 实施例4，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 87%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将6%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为8%聚乙烯醇，8%乙酸正戊酯，10%酒精，10%蒸馏水和0. 5%聚乙二 醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌16小时后，将搅拌均匀的料浆 倒入模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速 度为3°C /min，升温至ll(TC，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至 30(TC保温5小时；发泡阶段，升温速度为25°C /min，升温至79(TC保温25分钟；冷却阶段， 降温速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min， 退火至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量 试样的表面平均泡径1. 3mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 55g cm—3 ;采用万能材 料试验机测定试验的抗折强度达到16. 8MPa。 实施例5，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 85%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将8%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为4%聚乙烯醇，4%乙酸正戊酯，3%酒精，7%蒸馏水和0. 3 %聚乙二醇 2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌14小时后，将搅拌均匀的料浆倒入 模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为 3°C /min，升温至ll(TC，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至300°C
6保温3小时；发泡阶段，升温速度为28°C /min，升温至81(TC保温15分钟；冷却阶段，降温 速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min，退火 至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样 的表面平均泡径1. 3mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 51g cm—3 ;采用万能材料试 验机测定试验的抗折强度达到15. 3MPa。 实施例6，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 86%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1.2%的高锰酸钾，0.8%的三氧化二铁，2.0%的硼酸和1.0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将7%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为5%聚乙烯醇，5%乙酸正戊酯，3%酒精，8%蒸馏水和0.4%聚乙二醇 2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌10小时后，将搅拌均匀的料浆倒入 模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为 3°C /min，升温至ll(TC，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至300°C 保温5小时；发泡阶段，升温速度为30°C /min，升温至83(TC保温10分钟；冷却阶段，降温 速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min，退火 至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样 的表面平均泡径1. 6mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 39g cm—3 ;采用万能材料试 验机测定试验的抗折强度达到11. 5MPa。 实施例7，首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将 84%的玻璃粉，2%的碳酸钙，1. 2%的高锰酸钾，0. 8%的三氧化二铁，2. 0%的硼酸和1. 0% 的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将9%硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，所 说的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米，然后，再向混料机中加 入混合物质量分数为6%聚乙烯醇，8%乙酸正戊酯，6%酒精，4%蒸馏水和0. 4%聚乙二醇 2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌15小时后，将搅拌均匀的料浆倒入 模具中；将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为 3°C /min，升温至ll(TC，保温3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2°C /min，升温至300°C 保温6小时；发泡阶段，升温速度为22°C /min，升温至76(TC保温26分钟；冷却阶段，降温 速度为12°C /min降温至56(TC保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1°C /min，退火 至8(TC以下得纤维增强泡沫玻璃。所形成的泡沫玻璃结构均匀，采用读书显微镜测量试样 的表面平均泡径1. 7mm ;采用排水法测定试验的表观密度为0. 39g cm—3 ;采用万能材料试 验机测定试验的抗折强度达到15. 3MPa。 由于本发明以工业废料为原料，添加少量添加剂，以硅酸铝纤维作为增强材料，采 用浆料悬浮法制备了纤维增强泡沫玻璃。本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且泡 沫玻璃中加入耐火度高，强度高的纤维，有利于提高泡沫玻璃的力学性能。因此，本发明所 制备的泡沫玻璃纤维分布均匀，试样机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命 长。该泡沫玻璃可以与水泥、钢或其他高强度建筑物材料结合，而且具有刚性结构的优点， 当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。
权利要求
一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法，其特征在于1)首先将废玻璃清洗干净，烘干后球磨至300目得玻璃粉，按质量分数将84～92％的玻璃粉，2％的碳酸钙，1.2％的高锰酸钾，0.8％的三氧化二铁，2.0％的硼酸和1.0％的硝酸钠放入浆叶式混料机中，搅拌均匀，再将1～9％硅酸铝纤维加入混料机中得混合物，然后，再向混料机中加入混合物质量分数为3～8％聚乙烯醇，3～8％乙酸正戊酯，2～10％酒精，2～10％蒸馏水和0.1～0.5％聚乙二醇2000后搅拌混合，在转速为30转/分钟搅拌速度下搅拌8～16小时后，将搅拌均匀的料浆倒入模具中；2)将盛有浆料的模具推入发泡窑中，按照以下烧成制度烧成干燥阶段，升温速度为3℃/min，升温至110℃，保温2～3小时；有机物挥发阶段，升温速度为2℃/min，升温至300℃保温3～6小时；发泡阶段，升温速度为20～30℃/min，升温至700～830℃保温10～30分钟；冷却阶段，降温速度为12℃/min降温至560℃保温20分钟；退火阶段，降温速度为不大于1℃/min，退火至80℃以下得纤维增强泡沫玻璃。
2. 根据权利要求1所述的纤维增强泡沫玻璃的制备方法，其特征在于所述的硅酸铝纤维的直径为0. 005 2毫米，长度为0. 1 100毫米。
全文摘要
一种纤维增强泡沫玻璃的制备方法，首先，将废玻璃清洗烘干磨成玻璃粉，然后将玻璃粉，碳酸钙，高锰酸钾，三氧化二铁，硼酸，硝酸钠放入混料机中搅拌均匀，再将硅酸铝纤维加入混料机中后，再以以上混料机中混合物和纤维为基准，向混料机中外加聚乙烯醇，乙酸正戊酯，酒精，蒸馏水和聚乙二醇2000，搅拌均匀后将料浆倒入模具中；然后将盛有浆料的模具推入发泡窑中加热经干燥、有机物挥发、发泡、冷却和退火阶段得纤维增强泡沫玻璃。由于本发明采用浆料悬浮法制备纤维增强泡沫玻璃，纤维在泡沫玻璃中分布均匀，试样机械强度高，使用范围较普通泡沫玻璃广泛，使用寿命长。当面临冲击波时，能够吸收爆炸能量的主要部分。
文档编号C03C14/00GK101717198SQ20091021889
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10日
发明者郭宏伟, 郭晓琛, 高档妮, 高淑雅, 龚煜轩 申请人:陕西科技大学