專利名稱：硬殼層泡沫玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種硬殼層泡沫玻璃及其制備方法屬于制備泡沫玻璃技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泡沫玻璃是利用廢棄玻璃為主要原料，添加發(fā)泡劑、改性劑、促進(jìn)劑等經(jīng)細(xì)粉碎和均勻混合成配合料，放置在特定模具中經(jīng)過750～900℃加熱，使玻璃軟化、發(fā)泡、退火形成一種內(nèi)部充滿無數(shù)均勻氣泡的多孔玻璃材料。
泡沫玻璃具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小等物理性質(zhì)，其不僅具有玻璃材料本身固有的永久性、安全性、可靠性、防化學(xué)腐蝕性和不受蟻鼠侵害等優(yōu)點(diǎn)，而且與其它建筑材料相比，還具有保溫隔熱、防水防潮、防火、耐酸堿、密度小、機(jī)械強(qiáng)度高、吸聲等一系列優(yōu)越性能。
近年，隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，加之泡沫玻璃的系列優(yōu)秀性能。因此，逐步被建筑設(shè)計(jì)者選為外墻和屋頂面保溫材料。
但是，由于泡沫玻璃是一種低密度材料，其機(jī)械強(qiáng)度較低，尤其抵抗外來沖擊性能較差。為了更好解決保溫、強(qiáng)度和裝飾效果的問題，通過在泡沫層上生成一層硬殼層，生成帶有硬殼層的泡沫玻璃，以滿足建筑應(yīng)用的要求。
USP No.4798758采用各類玻璃原料，粉磨成粒度1 50微米粉末，摻加粉末狀發(fā)泡劑，例如石灰石、碳酸鈣、白云石或者碳黑。表面同樣采用含有較少發(fā)泡的劑配合料，生成比重在0.8～1.7范圍，而泡沫層比重在0.3～0.6，其為解決兩層之間的結(jié)合和附著強(qiáng)度，采用了金屬網(wǎng)材料燒結(jié)在泡沫層和硬殼層之間。但是金屬和玻璃材料之間膨脹和收縮系數(shù)的差異，在退火及日常使用中易產(chǎn)生開裂和破損。
本發(fā)明產(chǎn)品主要應(yīng)用于建筑外墻上，一者需要考慮保溫隔熱性能，降低環(huán)境吸水率，否則導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)增大，喪失泡沫玻璃的絕熱性能，另外會(huì)使水分滲透到墻體內(nèi)，影響室內(nèi)環(huán)境。二者，考慮機(jī)械強(qiáng)度的特殊要求，必須增強(qiáng)其抗沖擊性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決泡沫玻璃保溫隔熱性及外表機(jī)械強(qiáng)度，采用了泡沫層表面生成硬殼的方法。為了解決泡沫層與硬殼層之間表觀密度的突變，泡沫層表觀密度在140～300kg/m3，而硬殼層表觀密度在600～800kg/m3，中間加入一薄層300～600kg/m3過渡層。其目的在于減少層間應(yīng)力，降低層間開裂。
本發(fā)明提供的一種硬殼層泡沫玻璃，其特征在于，它包括從上到下三層硬殼層、過渡層和泡沫層，其中泡沫層厚度在50～80mm，過渡層在5～10mm，硬殼層厚度在0.5～15mm；硬殼層采用的發(fā)泡劑為石墨和碳化硅粉，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，其配料范圍為廢玻璃95.5～98.4wt％石墨或碳化硅粉0.4～1.0wt％硼酸或硼砂1～3wt％三氧化二銻0.2～0.5wt％；泡沫層采用的發(fā)泡劑為炭黑和焦炭粉，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，其配料范圍為廢玻璃96.1～98.6wt％炭黑或焦炭粉0.2～0.4wt％硼酸或硼砂1～3wt％三氧化二銻0.2～0.5wt％；過渡層采用的發(fā)泡劑為炭黑或焦炭粉之一或者混合及石墨或碳化硅粉之一或者混合，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，其配料范圍為廢玻璃95.9～98.55wt％炭黑或焦炭粉0.05～0.1wt％ 石墨或碳化硅粉0.2～0.5wt％ 硼酸或硼砂1～3wt％ 三氧化二銻0.2～0.5wt％。
本發(fā)明通過中間過渡層有效地解決了層間應(yīng)力，強(qiáng)化了層間結(jié)合強(qiáng)度。本發(fā)明另外一個(gè)相關(guān)的目的，在于這項(xiàng)發(fā)明提供了一種增強(qiáng)泡沫玻璃強(qiáng)度的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的泡沫玻璃材料包含泡沫層、過渡層、硬殼層，它是由三層材料構(gòu)成的，對(duì)于外墻應(yīng)用，為了有效達(dá)到節(jié)能效果，泡沫層厚度在50～80mm，過渡層在5～10mm，硬殼層厚度在0.5～15mm。
本發(fā)明特點(diǎn)在于對(duì)發(fā)泡劑選用，為了使泡沫層具有更好絕熱性能，要求密度小，閉孔多，因此，使用炭黑作發(fā)泡劑。為了減少因爐內(nèi)氧化氣氛對(duì)表面的硬殼層內(nèi)的發(fā)泡劑氧化影響，采用了石墨或碳化硅作為發(fā)泡劑，表面可以不必使用隔離劑或隔絕板，使硬殼層表面光滑平整。為了使過渡層密度適中采用了混合發(fā)泡劑即炭黑和石墨或碳化硅。
本發(fā)明中提供了一種硬殼層泡沫玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、配料采用公知的濕法工藝分別配上述上到下三層硬殼層、過渡層和泡沫層的配合料；
(2)、鋪料將底層泡沫層配合料鋪平，然后將過渡層配合料鋪在其上，然后再鋪表面硬殼層配合料；(3)燒制按照5℃/min-10℃/min速度升至100℃-150℃，恒溫30min-60min；接著采用公知的泡沫玻璃溫度制度燒制得到本發(fā)明的產(chǎn)品。
本發(fā)明在配合料采用公知的濕法工藝，采用5wt％聚乙烯醇溶液或2wt％甲基纖維素溶液作為粘結(jié)劑，加入量為配合料5～10wt％，進(jìn)行濕法混合，然后按次序和厚度進(jìn)行壓制布料。
按照5℃/min-10℃/min速度升至100℃-150℃，恒溫30min-60min是為了克服干法燒制時(shí)，由于配合料中會(huì)含有較多的空氣，這部分空氣熔化在玻璃里并膨大，將會(huì)導(dǎo)致泡沫玻璃內(nèi)部容易產(chǎn)生大氣泡和空穴等缺陷，因此會(huì)出現(xiàn)泡沫層、過渡層、硬殼層之間形成起伏，甚至?xí)霈F(xiàn)泡沫玻璃的泡沫層局部過度膨脹甚至?xí)_破硬殼層。采用濕法成型工藝后，可以有效排出配合料中的空氣。采用濕法形成的泡沫層，內(nèi)部封閉氣泡結(jié)構(gòu)增加，泡沫層吸水率及水滲透率明顯地降低了。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在制備方法的步驟(3)中接著采用公知的泡沫玻璃溫度制度，實(shí)施例中選用15℃/min速度升至550℃，恒溫40min，10℃/min速度升至880℃，恒溫40min，然后快速冷卻，使其氣泡結(jié)構(gòu)固定下來，600℃恒溫30min，然后送入退火窯進(jìn)行退火。
例1使用普通鈉鈣硅玻璃作為泡沫玻璃的主要原料，將發(fā)泡劑、助劑和普通鈉鈣硅碎玻璃一起投入到球磨機(jī)中進(jìn)行粉磨，磨成直徑小于80um配合料粉末。配料關(guān)系分別為泡沫層配方鈉鈣硅玻璃96.1wt％ 炭黑0.2wt％ 焦炭粉0.2wt％ 硼砂3wt％ 三氧化二銻0.5wt％硬殼層配方鈉鈣硅玻璃96.1wt％ 石墨粉0.2wt％ 碳化硅粉0.2wt％ 硼砂3wt％ 三氧化二銻0.5wt％過渡層配方鈉鈣硅玻璃96.25wt％ 炭黑0.02wt％ 焦炭粉0.03wt％ 石墨0.1wt％碳化硅粉0.1wt％ 硼砂3wt％ 三氧化二銻0.5wt％分別按每種配合料質(zhì)量的7.5％加入2％的甲基纖維素溶液，經(jīng)過槳片式混料器進(jìn)行混合，形成可塑狀濕配合料，依次將泡沫層、過渡層、硬殼層鋪平，其厚度依次為30mm、3mm、8mm，然后送入加熱爐中，升溫曲線5℃/min速度升至100℃，恒溫30min，15℃/min速度升至550℃，恒溫40min，10℃/min速度升至880℃，恒溫40min，然后快速冷卻，使其氣泡結(jié)構(gòu)固定下來，600℃恒溫30min，然后送入退火窯進(jìn)行退火，帶硬殼層泡沫玻璃成品性能如下表觀密度泡沫層159kg/m3過渡層356kg/m3硬殼層636kg/m3厚度泡沫層76mm 過渡層6mm 硬殼層11mm總體導(dǎo)熱系數(shù)0.089w/(m·k) 抗沖擊強(qiáng)度1.12kgf·m 抗壓強(qiáng)度3.32Mpa吸水率0.65vol％例2制備工藝開始10℃/min速度升至130℃，恒溫45min，其余步驟同實(shí)施例1，配方如下泡沫層配方鈉鈣硅玻璃96.3wt％ 炭黑0.1wt％ 焦炭粉0.1wt％ 硼砂3wt％ 三氧化二銻0.5wt％硬殼層配方鈉鈣硅玻璃95.5wt％ 石墨粉0.5wt％ 碳化硅粉0.5wt％ 硼砂3wt％ 三氧化二銻0.5wt％過渡層配方鈉鈣硅玻璃95.9wt％ 炭黑0.05wt％ 焦炭粉0.05wt％ 石墨0.2wt％ 碳化硅粉0.3wt％ 硼砂3wt％ 三氧化二銻0.5wt％。
帶硬殼層泡沫玻璃成品性能如下表觀密度泡沫層168kg/m3過渡層317kg/m3硬殼層674kg/m3厚度泡沫層72mm 過渡層7mm 硬殼層10mm總體導(dǎo)熱系數(shù)0.094w/(m·k) 抗沖擊強(qiáng)度1.32kgf·m抗壓強(qiáng)度3.41Mpa吸水率0.32vol％例3制備工藝開始10℃/min速度升至150℃，恒溫60min，其余步驟同實(shí)施例1，配方如下泡沫層配方鈉鈣硅玻璃97.45wt％ 炭黑0.15wt％ 焦炭粉0.15wt％ 硼酸2wt％ 三氧化二銻0.25wt％硬殼層配方鈉鈣硅玻璃97.35wt％ 石墨粉0.3wt％ 碳化硅粉0.3wt％ 硼酸2wt％ 三氧化二銻0.25wt％過渡層配方鈉鈣硅玻璃97.2wt％ 炭黑0.05wt％ 焦炭粉0.10wt％ 石墨0.2wt％ 碳化硅粉0.2wt％ 硼酸2wt％ 三氧化二銻0.25wt％帶硬殼層泡沫玻璃成品性能如下表觀密度泡沫層145kg/m3過渡層309kg/m3硬殼層616kg/m3厚度泡沫層78mm 過渡層7mm 硬殼層12mm總體導(dǎo)熱系數(shù)0.0835w/(m·k) 抗沖擊強(qiáng)度1.36kgf·m抗壓強(qiáng)度3.27Mpa吸水率0.26vol％。
例4制備工藝開始10℃/min速度升至150℃，恒溫60min，其余步驟同實(shí)施例1，配方如下泡沫層配方鈉鈣硅玻璃98.6wt％ 炭黑0.1wt％ 焦炭粉0.1wt％ 硼酸1wt％ 三氧化二銻0.2wt％硬殼層配方鈉鈣硅玻璃98.4wt％ 石墨粉0.1wt％ 碳化硅粉0.3wt％ 硼酸1wt％ 三氧化二銻0.2wt％過渡層配方鈉鈣硅玻璃98.55wt％ 炭黑0.02wt％ 焦炭粉0.03wt％ 石墨0.1wt％碳化硅粉0.1wt％ 硼酸1wt％ 三氧化二銻0.2wt％帶硬殼層泡沫玻璃成品性能如下表觀密度泡沫層148kg/m3過渡層311kg/m3硬殼層623kg/m3厚度泡沫層75m 過渡層7mm 硬殼層11mm總體導(dǎo)熱系數(shù)0.0875w/(m·k) 抗沖擊強(qiáng)度1.33kgf·m抗壓強(qiáng)度3.37Mpa吸水率0.28vol％
權(quán)利要求
1.一種硬殼層泡沫玻璃，其特征在于，它包括從上到下三層硬殼層、過渡層和泡沫層，其中泡沫層厚度在50～80mm，過渡層在5～10mm，硬殼層厚度在0.5～15mm；硬殼層采用的發(fā)泡劑為石墨和碳化硅粉，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，其配料范圍為廢玻璃95.5～98.4wt％石墨或碳化硅粉0.4～1.0wt％硼酸或硼砂1～3wt％三氧化二銻0.2～0.5wt％；泡沫層采用的發(fā)泡劑為炭黑和焦炭粉，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，其配料范圍為廢玻璃96.1～98.6wt％炭黑或焦炭粉0.2～0.4wt％硼酸或硼砂1～3wt％三氧化二銻0.2～0.5wt％；過渡層采用的發(fā)泡劑為炭黑或焦炭粉之一或者混合及石墨或碳化硅粉之一或者混合，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，其配料范圍為廢玻璃95.9～98.55wt％炭黑或焦炭粉0.05～0.1wt％石墨或碳化硅粉0.2～0.5wt％硼酸或硼砂1～3wt％三氧化二銻0.2～0.5wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬殼層泡沫玻璃制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、配料采用公知的濕法工藝分別配上述上到下三層硬殼層、過渡層和泡沫層的配合料；(2)、鋪料將底層泡沫層配合料鋪平，然后將過渡層配合料鋪在其上，然后再鋪表面硬殼層配合料；(3)燒制按照5℃/min-10℃/min速度升至100℃-150℃，恒溫30min-60min；接著采用公知的泡沫玻璃溫度制度燒制得到本發(fā)明的產(chǎn)品。
全文摘要
硬殼層泡沫玻璃及其制備方法屬泡沫玻璃領(lǐng)域。產(chǎn)品包括三層硬殼層、過渡層和泡沫層，其中硬殼層采用的發(fā)泡劑為石墨和碳化硅粉，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，泡沫層采用的發(fā)泡劑為炭黑和焦炭粉，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂，過渡層采用的發(fā)泡劑為炭黑或焦炭粉之一或者混合及石墨或碳化硅粉之一或者混合，發(fā)泡助劑為三氧化二銻，助熔劑硼酸和硼砂；泡沫層厚度在50～80mm，過渡層在5～10，硬殼層厚度在0.5～15mm。制備方法采用公知的濕法工藝配料；鋪料；按照5℃/min－10℃/min速度升至100℃－150℃，恒溫30min－60min升溫后采用公知的溫度制度燒制。該材料用于建筑外墻保溫。
文檔編號(hào)C03C11/00GK1583635SQ20041004802
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者田英良, 黃幼榕, 孫詩兵, 張繼光, 鄒玉林, 朱寶京, 崔竹, 高錫平 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)