1、基于泡沫玻璃發(fā)泡質(zhì)量在工藝制度下的影響        前言     隨著人民生活水平和環(huán)保節(jié)能意識(shí)的日益提高，玻璃被廣泛應(yīng)用于建筑和人民的日常工作生活中。因此，不可避免地產(chǎn)生了許多玻璃廢棄物。目前在我國(guó)的一些城市，每年有成千上萬(wàn)噸的各種玻璃廢棄物被丟棄，如破碎平板玻璃、廢棄的玻璃瓶等，在城市垃圾中占有一定比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家，廢玻璃占城市垃圾總量的4%8%，而我國(guó)每年產(chǎn)生的廢玻璃約320萬(wàn)噸，占城市生活垃圾總量的2%。如果利用這些玻璃廢棄物生產(chǎn)具有保溫隔熱的泡沫玻

2、璃，那么不僅有利于實(shí)現(xiàn)廢物再利用，而且能夠大大減少城市垃圾的總量，保護(hù)環(huán)境，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。泡沫玻璃是以廢玻璃及各種富含玻璃相的物質(zhì)為主要原料, 添加發(fā)泡劑、改性劑、穩(wěn)定劑等添加劑，經(jīng)過(guò)球磨粉碎混合均勻形成配合料，預(yù)壓成型后，放置在特定模具中經(jīng)過(guò)熔融、發(fā)泡、退火，形成一種內(nèi)部充滿均勻氣孔的多孔玻璃材料。其具有容重低、保溫隔熱、吸聲、防水防潮、耐酸堿、化學(xué)性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高且易加工等一系列優(yōu)越性能，廣泛應(yīng)用于石油、化工、建筑、地下工程、冷庫(kù)、造船、國(guó)防軍工等永久性工程的隔熱保冷。碩士論文。在泡沫玻璃的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)制品內(nèi)部孔徑相差大且有連通孔，氣泡分布不均，表面凹凸不平，

3、底部出現(xiàn)凹陷，甚至部分混合料沒(méi)有發(fā)泡等缺陷，這些缺陷最終會(huì)影響到泡沫玻璃的性能。為了改善泡沫玻璃的發(fā)泡質(zhì)量，提高其性能，改進(jìn)其現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝技術(shù)成為研究泡沫玻璃的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)玻璃粉為主要原料，石墨為發(fā)泡劑，通過(guò)加熱發(fā)泡制備出泡沫玻璃制品，采用差熱分析、掃描電鏡等測(cè)試方法，研究發(fā)泡溫度、石墨摻量、球磨時(shí)間 、保溫時(shí)間等因素對(duì)泡沫玻璃氣泡結(jié)構(gòu)和密度的影響，探討制備泡沫玻璃的最佳工藝條件。1 實(shí)驗(yàn)1.1 實(shí)驗(yàn)原料實(shí)驗(yàn)所采用的原料玻璃粉由嘉興市振申絕熱材料廠提供；發(fā)泡劑選用的石墨粉（分析純）由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑廠提供。1.2 泡沫玻璃的制備將玻璃粉和適量的石墨粉混合后，于球磨機(jī)中球磨，過(guò)50 目篩。取適

4、量混合料在一定的壓力下成型后,裝入已涂有脫模劑的不銹鋼模具內(nèi)，以一定的燒成工藝燒制得到泡沫玻璃制品，觀察樣品的外貌特征、氣孔結(jié)構(gòu)以及進(jìn)行密度、泡徑等方面的測(cè)量。碩士論文答辯ppt。1.3 分析與測(cè)試（1）孔徑測(cè)試方法：將試樣加工成長(zhǎng)方形狀，在一個(gè)面上隨機(jī)劃一條直線，統(tǒng)計(jì)被直線穿過(guò)的氣泡數(shù)目，孔徑為直線長(zhǎng)度與孔徑數(shù)的比值（忽略孔壁厚度）。（2）掃描電鏡(SEM)分析：采用日本HITACH SEM-3000 掃描電子顯微鏡觀察泡沫玻璃中氣孔的微觀結(jié)構(gòu)。（3）差熱分析：采用德國(guó)NETZSCH 公司STA 409PC 綜合熱分析儀對(duì)泡沫玻璃的混合料進(jìn)行分析，模擬空氣氣氛，掃描溫度范圍301000 ，升

5、溫速率為10 /min。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 發(fā)泡溫度發(fā)泡溫度應(yīng)與玻璃粉的軟化溫度相匹配6,同時(shí)還要考慮到石墨發(fā)泡劑的反應(yīng)溫度。發(fā)泡溫度只有高于玻璃粉的軟化溫度，才能保證石墨氧化產(chǎn)生的氣體能被熔融的玻璃包裹住，得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的泡沫玻璃。圖1 是配合料的熱重和差熱分析曲線。從DSC曲線可以看出， 140700 區(qū)間為放熱過(guò)程，峰值點(diǎn)在510 附近，應(yīng)該是石墨氧化放熱造成的；7001000 區(qū)間為吸熱過(guò)程，峰值點(diǎn)在909 ，對(duì)應(yīng)于泡沫玻璃配合料的熔融以及反應(yīng)C+CO22CO。從TG 曲線看，低于100 時(shí)配合料就開(kāi)始失重，但曲線斜率逐漸減少，應(yīng)該是配合料在升溫過(guò)程中排出吸附水、結(jié)晶水的過(guò)程；在1

6、40700 失重趨向于平緩，應(yīng)該是石墨開(kāi)始氧化生成氣體造成的，整個(gè)區(qū)間僅有0.57 %的失重量；然后曲線斜率增大7,應(yīng)該是石墨反應(yīng)加劇、氣體大量逸出造成的。結(jié)合兩條曲線，可以推測(cè)：玻璃粉從700 開(kāi)始吸熱軟化，同時(shí)石墨還原CO2，并在820 附近反應(yīng)加劇，故失重率增大、DSC 曲線斜率增大。因此，實(shí)驗(yàn)以820 為最低反應(yīng)溫度，依次選擇820、840、860、880、890 作為發(fā)泡溫度，石墨摻量2% ,保溫時(shí)間10 min，在空氣中冷卻至室溫。分別是發(fā)泡溫度與泡沫玻璃的泡徑和密度的關(guān)系，而表2 是玻璃制品的表觀形貌。可以看出，隨著發(fā)泡溫度的增加，氣泡的泡徑增大，制品的密度從1694kg/m3

7、降低到460 kg/m3，在880 左右氣泡的泡徑大小和分布的均勻性最好。繼續(xù)提高溫度，氣泡過(guò)度增大，連通孔的數(shù)量增多，發(fā)泡質(zhì)量反而下降。從以上實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，發(fā)泡溫度是影響泡沫玻璃質(zhì)量的重要因素之一。如果發(fā)泡溫度較低，玻璃熔體的粘度和表面張力過(guò)大，氣泡膨脹阻力較大，發(fā)泡困難，產(chǎn)生的泡徑明顯較小。反之，如果發(fā)泡溫度較高，則玻璃熔體的粘度和表面張力都較低，氣體產(chǎn)生的壓力很大,氣泡逐漸長(zhǎng)大，泡壁變薄，造成坯體破裂，氣體直接逸出，或者部分氣泡合并形成大孔或連通孔，發(fā)泡質(zhì)量變差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以石墨為發(fā)泡劑，在發(fā)泡溫度為880時(shí)制得的泡沫玻璃質(zhì)量最好。2.2 保溫時(shí)間當(dāng)溫度升到發(fā)泡溫度后，需要一段合適的保溫

8、時(shí)間，來(lái)保證石墨發(fā)泡劑充分氧化放出氣體、小氣泡克服玻璃熔體的粘度和表面張力不斷膨脹長(zhǎng)大。因此，保溫時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響到泡沫玻璃的發(fā)泡質(zhì)量。如果保溫時(shí)間過(guò)短，發(fā)泡劑反應(yīng)不充分，氣體釋放量少，生成的氣泡較小且數(shù)量較少，制品的密度較大，甚至?xí)霈F(xiàn)配合料沒(méi)有燒結(jié)、有粉末殘留的現(xiàn)象；若保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，氧化產(chǎn)生的氣體多，氣泡內(nèi)壓力增大，體積膨脹較大，生成的氣泡泡徑較大，部分氣泡因泡壁太薄而破裂、相互合并形成大孔或連通孔，導(dǎo)致泡徑大小不均，發(fā)泡質(zhì)量降低。前文的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在880 下發(fā)泡可以得到泡徑較為理想的泡沫玻璃，為此選擇880 作為發(fā)泡溫度，石墨摻量2%，分別取5 組不同的保溫時(shí)間來(lái)研究保溫時(shí)間與發(fā)泡

9、質(zhì)量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，平均泡徑先增大,在保溫12 min后達(dá)到最大值,為0.278 mm，之后開(kāi)始減??；制品密度降低，在保溫12 min 時(shí)達(dá)到最小值，為534 kg/m3，之后延長(zhǎng)保溫時(shí)間，密度有少許增大，變?yōu)?38 kg/m3。保溫5 min 和8 min時(shí)，混合料反應(yīng)不充分，氣泡非常小，泡壁很厚，質(zhì)量很差；保溫時(shí)間為10 min 時(shí)，燒結(jié)得到的泡沫玻璃的氣泡結(jié)構(gòu)較好，分布也較均勻；保溫時(shí)間延長(zhǎng)到12 min 時(shí)，雖然平均泡徑最大，密度最小，但其脆性很大，強(qiáng)度差；保溫15 min 時(shí)，平均泡徑和保溫10 min 相差不大，但泡徑大小均勻性較差。因此，在制備泡沫玻璃時(shí)

10、，最佳發(fā)泡時(shí)間選擇保溫10 min。2.3 發(fā)泡劑量在相同的發(fā)泡溫度和保溫時(shí)間條件下，石墨作為發(fā)泡劑，對(duì)泡沫玻璃的氣泡大小和多少影響很大。如果石墨摻量過(guò)少，發(fā)泡劑在混合料中不易均勻混合，造成燒制后制品氣孔分布不均勻；同時(shí)過(guò)低的石墨添加量使得氧化產(chǎn)生的氣體不足，制品孔隙率和泡徑較小，泡壁較厚，密度較大。反之，如果石墨摻量過(guò)大，則孔隙率和平均孔徑都較大，制品密度較小，但過(guò)多的氣體將會(huì)造成更多的小氣泡聚集形成大孔或連通孔，導(dǎo)致孔徑大小不均勻，降低了發(fā)泡質(zhì)量。另外，石墨還能起到改性劑的作用。由于石墨和液態(tài)玻璃的化學(xué)親和力很小，幾乎不被玻璃液所潤(rùn)濕，存在于氣液相的相界面（即泡壁）上，使氣泡壁的表面能降低

11、，氣泡越易形成，也越穩(wěn)定。 在880 發(fā)泡溫度下保溫時(shí)間10 min 后，各個(gè)制品的形貌和密度。從表中可以看出。隨著石墨添加量從1%增加到3%，平均泡徑先從0.079 mm 增大到0.214 mm，然后減小到0.136 mm，制品密度則是先減小后增大。結(jié)果表明，在上述制備條件下，石墨摻量為2%時(shí)獲得的泡沫玻璃發(fā)泡質(zhì)量最好。2.4 球磨時(shí)間球磨時(shí)間是通過(guò)影響混合料的顆粒細(xì)度,間接影響泡沫玻璃的發(fā)泡質(zhì)量。球磨時(shí)間過(guò)短，導(dǎo)致石墨在玻璃粉中混合不均勻，發(fā)泡質(zhì)量差。隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，混合料的顆粒越細(xì)，顆粒之間的間隙越小，熔融后易于粘結(jié)在一起，減少了氣體的逸出，進(jìn)而提高孔隙率；同時(shí)，顆粒越細(xì)，新增的顆粒

12、界面越多，由于界面處的缺陷多、能量較高，導(dǎo)致反應(yīng)越容易進(jìn)行，發(fā)泡質(zhì)量越好。另一方面，氣孔過(guò)多，形成的泡壁過(guò)薄，在氣體的壓力下易于沖破泡壁而形成連通孔，發(fā)泡質(zhì)量反而降低；顆粒越細(xì)，比表面積越大，表面能越高，顆粒相互團(tuán)聚的趨勢(shì)越大，球磨過(guò)程處于粉碎團(tuán)聚的動(dòng)態(tài)平衡，粉碎速度趨于緩慢，再延長(zhǎng)球磨時(shí)間也只是浪費(fèi)電能。把混合料分別球磨1、1.5、2、2.5、3 小時(shí)后，發(fā)泡溫度880 ，保溫10 min 后得到泡沫玻璃，制品的平均孔徑和密度見(jiàn)圖5。從圖中可知,隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，平均孔徑先增大后減小，而密度是先減小后增大，極值點(diǎn)都出現(xiàn)在2.5 h 處。當(dāng)球磨時(shí)間為1 h，制品的氣泡泡徑較小，密度較大，局部

13、出現(xiàn)大孔，且發(fā)泡不均勻，這可能是由混合時(shí)間短，混合不均勻造成的。當(dāng)球磨時(shí)間為2 h，制品體積膨脹明顯，發(fā)泡充分，氣泡分布均勻，多數(shù)孔徑較大，大孔、連通孔少，氣泡的均勻度明顯變好。球磨2 h 得到的制品，雖然孔徑和密度都達(dá)到最佳，但這也導(dǎo)致了其脆性大，強(qiáng)度低，不適合應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。球磨3 h 后制品的密度和球磨2 h 的相差不大，但泡徑較小，里面大孔或連通孔的數(shù)量明顯較多，發(fā)泡質(zhì)量較差。因此，綜合考慮發(fā)泡質(zhì)量和動(dòng)力消耗，球磨時(shí)間選擇2 h 較好。2.5 氣孔的顯微結(jié)果及分析添加石墨2 %，發(fā)泡溫度880，保溫10min 后制得的泡沫玻璃試樣的SEM 照片。可以看出，氣泡的大小比較均勻，尺寸基本都在0.2 mm 左右。出現(xiàn)少許的大孔，但不是特別大。，在氣泡的內(nèi)表面，粘附著少許的碎屑，估計(jì)是空冷過(guò)程中，氣泡壁上的熔體受到熱沖擊過(guò)大，破裂后從泡壁上分離下來(lái)，粘附在未凝固的泡壁上，穩(wěn)定后兩者結(jié)合在一起。大部分氣泡壁很薄，兩個(gè)氣泡基本上要合并在一起，泡徑達(dá)到最大值。這樣發(fā)泡質(zhì)量